多模腔注塑模流道平衡控制分析

李正光 黃 強 劉 旭 王 睿 周瓊莉 羅麗梅 王小紅 李寶田

（四川希望汽車職業(yè)學(xué)院，四川 資陽641300）

多型腔注塑模具包括形狀和尺寸相同的塑件多模腔及形狀和尺寸不相同的塑件多模腔兩種結(jié)構(gòu)。其澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道及澆口。分流道是主流道到澆口的通道，能使熔融塑料圓滑流動至澆口。澆口是分流道末和進(jìn)入模腔的狹小通道，使得熔融料流加速，在高剪切速率下升溫降粘增速盡快充滿型腔。注射完后澆口最先冷卻封閉固化，以防進(jìn)入型腔內(nèi)的熔融塑料回流，還可避免模腔壓力下降使塑件產(chǎn)生收縮凹陷。注塑模具對塑件質(zhì)量的影響是多方面的，其中澆注系統(tǒng)影響是重要因素之一。理想的注射成型工藝的時間壓力應(yīng)滿足：a.各模腔塑料熔體溫度均一；b.各模腔注射壓力上升速率一致，最終型腔壓力一致。熔料進(jìn)入多模腔的影響因素是多方面的，如熔體的溫度分布狀態(tài)，流道的形狀及壓力損失，澆口的形狀及尺寸等。其中分流道及澆口的形狀及截面尺寸是影響供料的主要因素。澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道與澆口既是熔體輸送的通道，同時也是注射壓力、注射速率的傳遞通道。為了保證注塑件高品質(zhì)和均一性，必須保證各模腔注射成型工藝過程一致，即各模腔的壓力、熔料量及注射傳遞速度一致，各流道溶體保持流動平衡狀態(tài)。

1 多模腔注射模流道平衡

1.1 澆注系統(tǒng)的平衡

塑料熔體通過主流道、分流道、澆口進(jìn)入模腔，假如能同時、同壓、同溫到達(dá)各模腔，且各模腔壓力升速一致，是理想狀態(tài)。此種狀態(tài)生產(chǎn)的注塑件質(zhì)量最好，我們稱其是澆注系統(tǒng)的平衡狀態(tài)。如果這種平衡工藝狀態(tài)保持，塑件質(zhì)量及互換性好。

多模腔一般分兩類結(jié)構(gòu)形式；即同模多腔和異模多腔。

對于同模多腔而言，要達(dá)到平衡狀態(tài)，須滿足：a.分流道截面形狀、尺寸及長度應(yīng)相等；b.澆口截面形狀、面積及長度應(yīng)相等；對于異模多腔模具而言，情況更為復(fù)雜，必須對分流道及澆口的截面積、長度進(jìn)行七妙調(diào)整，以達(dá)到流道平衡狀態(tài)要求。

1.2 分流道及模腔布排

一般有以下四種典型布排設(shè)計:

澆注系統(tǒng)平衡程度與模腔及分流道的布排關(guān)系重大。

圖1（a）為澆注系統(tǒng)流程較短，各模腔及流道非平衡排布。圖1（b）（c）（d）所示布排為流道平衡排布，但各分流道長度增加，有些增加幾倍。相應(yīng)熔體流動阻力會增加，壓力降低。塑料熔體流經(jīng)澆注系統(tǒng)時的壓力降與料道長度成正比。因此應(yīng)盡量縮短流道長度。圖1（a）所示非平衡式澆注系統(tǒng)，流道明顯長的可采用減小熔體充模時間解決。非平衡排布若分流道及澆口結(jié)構(gòu)相同，熔體充模無法同步，達(dá)不到理想的平衡充模狀態(tài)，塑件均一性差。

圖1 澆注系統(tǒng)及模腔布排方式

2 澆注系統(tǒng)平衡相關(guān)因素

2.1 對于同模多腔成型時：

式中：AO——澆口的截面積；

LR——流道長度；

LO——澆口長度。

用不同塑件生產(chǎn)，各模腔容納的塑料熔體質(zhì)量或體積與這些模腔澆口對應(yīng)的BGV 值成正比，即：

式中：ma、mb——a、b 模腔的容納的塑料體積；

Aoa、Aob——a、b 模腔的澆口的截面積；

LRa、LRb——a、b 模腔的流道長度；

Loa、Lob——a、b 模的澆口長度。

對于不同制品多腔模，判斷澆注系統(tǒng)的平衡性，也可采用BGV 比值預(yù)算。如果各模腔的BGV 比值與容積比值近似相等，則澆注系統(tǒng)也可看成平衡澆注系統(tǒng)。

2.2 影響澆注系統(tǒng)平衡的因素

分析式（1）知：注塑模具澆注系統(tǒng)的多腔注塑模流道排布及流道截面積對BGV 值影響甚微。影響的主要因素是澆口截面積和長度以及澆注系統(tǒng)的流道長度。對于非平衡式布排，主要通過調(diào)節(jié)澆口長度及截面尺寸來補償流道長短差異引起的不平衡，從而使BGV 值近似相等。

分析式（2）知：采用多模腔異種制品時，要想達(dá)到BGV 平衡，須將模腔容納塑料熔體的質(zhì)量或體積作為調(diào)節(jié)系數(shù)，這樣設(shè)計的流道長度與澆口的截面及長度與模腔的容積相互對應(yīng)。這時澆口平衡值BGV 不僅與塑料制件的容積有關(guān)，同時與分流道的長度及澆口的形狀及尺寸也有關(guān)。

3 澆注系統(tǒng)平衡的控制

3.1 澆注系統(tǒng)平衡的必要性

假如一模多腔注塑模不設(shè)計澆注平衡，各模腔不能同時進(jìn)料及充滿，造成最先充滿的模腔澆口處熔料冷凝。此時最先充模的模腔因澆口冷凝而可能阻止壓力傳遞，無法對充模熔體進(jìn)行壓實及保壓，因而得不到優(yōu)異的外觀、尺寸及各項性能。為確保各模腔制件品質(zhì)的一致性，必須設(shè)計澆注系統(tǒng)平衡對稱排布。

3.2 采用平衡式布排澆注系統(tǒng)

如圖1（b）、（c）、（d）所示，自分流道至澆口再到型腔，流道形狀、截面尺寸、過渡圓角等條件完全相同，模腔與澆口對稱排列。這種平衡式澆注系統(tǒng)特別適用于精密塑件的生產(chǎn)。

比較平衡式布排與非平衡式布排澆注系統(tǒng)，平衡式布排的流道較長，甚至可能是非平衡式的幾倍。既增加了模具尺寸，又增加了塑料熔體在流道中的能量消耗。

3.3 非平衡式布排澆注系統(tǒng)

3.3.1 同制品多腔。同制品多模腔采用非平衡分流道設(shè)計，要使各模腔能均衡充滿模腔，在分流道的截面尺寸相同時，可以通過改變澆口的尺寸達(dá)到平衡。即：改變澆口的截面及長度來滿足流道的平衡值，即符合式（1）BGV。

3.3.2 不同制品多腔。式（2）中僅考慮澆口處熔體凝結(jié)的因素，但當(dāng)澆口離主流道較遠(yuǎn)時，分流道的截面尺寸應(yīng)相應(yīng)增大，這樣才能保證注射充模時流道具有相應(yīng)的熔體流量。

充模過程：在一般情況下，注射時熔體首先到達(dá)離主流道較近的澆口，開始沖模，此時其它分流道尚未充滿，相對來說，分流道比澆口的阻力小得多，熔體在澆口處開始凝結(jié)不再進(jìn)入模腔，當(dāng)整個分流道充滿后，才開始升壓。因近澆口先凝結(jié)，此時熔體首先充滿距離主流道較遠(yuǎn)的模腔，多次返回來，順序沖開凝結(jié)時間較短的澆口，再分別充滿各個模腔。

因此為達(dá)到使塑料熔體同時充滿各型腔的目的。距離主流道較近的澆口尺寸應(yīng)做得較大一些，反之，距離主流道較遠(yuǎn)的澆口尺寸應(yīng)做得相對小一些，這樣同樣符合式（2）BGV 平衡值。

另外：近年來，利用Pro/Engineer、UG、MOLDFOLM軟件的CAD/CAE/CAM功能進(jìn)行模擬分析，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，將可能出現(xiàn)的問題解決在模具制造之前具有一定的參考價值。

4 結(jié)論

使用多模腔注射模加工制品時，為了提高塑料制品的質(zhì)量，必須采用平衡式澆注系統(tǒng)。同時，模腔布置與澆口開設(shè)力求對稱排列。同時，模腔排布要緊湊、流程盡可能短，要盡量使流道圓滑過渡，排氣順暢。還要盡量避免塑料熔體正面沖擊小型芯和嵌件，以防型芯位移，還要盡可能減小模具尺寸。

采用非平衡式澆注系統(tǒng)，可用BGV 值調(diào)整各澆口的尺寸，以達(dá)到平衡。