多腔注射模澆注系統平衡優化設計

管建軍

上海上榮包裝技術有限公司（上海 201416）

關鍵字：多腔注射模；流動平衡；澆注系統優化；Moldex軟件

1 引言

近年來日用化妝品行業的需求越來越多，在包裝注射成型行業，為了降低成本、提高生產效率，多腔模的開發應用非常多。首先注射多腔模時，填充時間和填充壓力的平衡是多型腔模具設計的關鍵。多腔模具中，每個型腔在同一時間以相同的壓力充滿則稱為各型腔是平衡的。澆注系統設計是否合理直接影響塑件的質量和材料損耗。為保證各型腔塑件的成品重量、尺寸、性能等質量指標均勻一致，避免翹曲和毛邊（飛邊），必須對澆注系統進行平衡設計。

2 澆注系統流道常用的均衡分布形式

澆注系統是注射模的重要組成部分，是指模具從注塑機噴嘴口與模具接觸處到型腔，塑料熔體的流動通道，澆注系統流道常用的均衡分布形式如圖1所示。

圖1 流道均衡分布形式

3 澆注系統平衡判斷方法

BGV（Banaced Gate Value）值判斷法：這是一種簡易的計算方法，它的原理是計算注射模各型腔澆口的BGV值，若數值相等，則設計上判定該澆注系統是平衡，反之澆注系統不平衡的。

式中 Ag——澆口的截面積，mm2

Lr——從主流道中心到型腔澆口的流道長度，mm

Lg——澆口的長度，mm

實踐稱重法：分別在塑件正常填充及70%、50%、30%的填充條件下進行5～8模次的注射成型，然后分別稱出總重量、澆口重量及單件的重量。試驗中測試的數據是各模腔的均值，多腔塑件中最大重量與最小重量差異應小于3%，即重量波動的誤差在3%以內，若超出3%，則說明型腔間不平衡。

4 影響澆注系統平衡的因素

（1）澆注系統尺寸的加工誤差。

（2）各腔流道表面光潔度差異。

（3）冷料槽及排氣槽設計不合理。

（4）流道中塑料剪切導致流動不平衡。

5 不平衡原因分析及對策

5.1 不平衡原因分析

澆注系統尺寸的加工誤差、流道各腔表面光潔度差異同工廠的加工設備、加工工藝相關，可以加強檢測及外發加工改善。冷料槽及排氣槽設計可以通過設計評審做出改進。而流道中塑料剪切導致流動不平衡問題原因復雜，需要CAE軟件分析、模擬及實踐確認驗證。在多型腔注射成型模具中，通常將流道系統設計成“H”型結構。“H”型流動系統從注射噴嘴到各個型腔的流道在幾何上完全對稱，因此也稱為“幾何平衡”或“自然平衡”的流道系統設計。隨著射出成型塑件公差要求日趨精密，且對多型腔生產的整體品質日趨重視，幾何平衡流道系統的流動不平衡現象也越來越受到關注。即便“H”型模具結構，同時加工制造誤差也小，在多腔模中實踐稱重法發現通常最內側（靠近料頭）型腔成型的塑件較重，外側塑件較輕，如圖2所示。傳統上認為是模具中心溫度較高或模板在射出成型時受力變形所致。CAE軟件上進行模擬分析溫度、剪切率顯示是因為塑料非牛頓流體的特性與塑料剪切產生的摩擦生熱現象會導致流道外層塑料溫度高于中心溫度。當流道系統有多個分流點的多腔模時，型腔之間的流動不平衡現象即會產生。如圖3所示，塑料通過流道系統進入主流道，因為它的非牛頓流體特性及剪切產生的摩擦熱形成中心溫度低，外表溫度高。主流道中外層較熱的塑料會靠第二流道的內側壁流動，而主流道中心較冷的塑料會靠第二流道的外側壁流動。這樣的運動結果在第二流道中的塑料會形成一邊溫度高，一邊溫度低。多腔模塑料繼續發展進入第三支流道時，產生型腔的不平衡現象，分流到內側型腔及外側型腔差異量將更明顯。內側型腔溫度較高，粘度較低，流動阻力較小；外側型腔溫度較低，粘度較高，流動阻力較大。

圖2 “H”型配置流動分析“H”型配置流動分析：深色填充快，質量重。淺色填充慢，質量輕。

圖3 剪切流動不平衡分析

5.2 流道平衡解決方案

為了解決剪切導致流動不平衡，依據以上的原因分析在每一次分流之前增加轉向混流設計將原來發展成不對稱特性的融膠轉換維持左右對稱的狀態，以達到各型腔一致溫度、壓力、粘度等特性的平衡。如圖4所示，無混流轉向裝置：均勻的第一流道料體進入第二流道便是內側高溫，外側低溫。圖5所示為加混流轉向裝置：均勻的第一流道料體進入第二流道便會內側、外側均溫。

圖4 無混流轉向裝置

圖5 加混流轉向裝置

6 案例應用

1模16腔成型，塑件采用潛伏式澆口、材料：上海石化PP T300、熔融指數較低。品質要要求，外觀面不允許有毛刺、每腔重量偏差在3%內。在CAE軟件Moudex作模擬流動分析是均衡的如圖6所示。實際驗證的結果如圖7所示。

圖6 模擬分析

圖7 實際驗證效果

7 結束語

根據以上的論述分析及案例應用證實，加裝流道轉向混流裝置，對比傳統的“H”型流動系統對于多腔精密的塑件、流動性差的原料、各腔的流動平衡差異改善明顯，生產制程容易控制、品質穩定。為模具設計及解決平衡問題會提供了一條有益的指導思路與實踐辦法。