基于MoldFlow的箱包手柄上蓋雙色注射模設計

2021-11-03 09:13:48李興俊張英本鄭金杰龔正朋

模具工業 2021年10期

李興俊，劉元，張英本，鄭金杰，龔正朋

（1.嘉興南洋職業技術學院，浙江嘉興 314031；2.浙江卓為醫療器械有限公司，浙江嘉興 314031）

0 引言

雙色注射模由2副模具組成，能生產2種顏色的塑件的特種模具。2種材料在同一臺注射機上分2次注射成型，但是成型塑件只出模一次。生產的雙色塑件具有耐碰耐摔、手感好、外觀質感好、可局部電鍍等優點，因此市場前景廣闊[1-3]。在注射成型過程中，澆注系統是影響成型塑件質量的重要因素之一，其中澆口的設計尤其重要[4-9]，雙色模具更應該謹慎選取澆口位置。雙色模具設計時應結合CAE進行模流分析，預測塑件充填時的溫度、熔接痕、困氣位置、表面收縮、塑件相互粘合及變形情況，避免雙色成型中的風險[10-12]。

以某箱包雙色手柄上蓋為研究對象，針對其軟塑料外觀面出現的氣穴，利用MoldFlow進行雙色注射模流分析，找出氣穴產生的原因，結合模具設計理論改進了澆口位置，并對新方案進行了驗證。修改后的模具工作穩定，成型的塑件外觀光滑，無可見氣穴和熔接痕，滿足客戶要求。

1 塑件分析

塑件內層為ABS757硬塑料，外層為TPE65軟塑料，外形尺寸為148 mm×38 mm×55 mm。采用雙色注射成型，主要外觀面要求色澤均勻，不允許存在熔接痕、縮孔、氣泡。但是原模具生產時存在一處明顯的氣穴，多次調試工藝均無法消除，如圖1所示。第一次修改模具時在氣穴位置設計鑲件，利用間隙排氣，但是容易被堵塞，不能大批量生產。因此通過模流分析查找原因，指導并論證新的修改模具方案。

圖1 箱包雙色手柄上蓋的氣穴位置

2 模流分析

2.1 網格劃分及材料選擇

在UG中將塑件的坐標調整為裝配位置。因為需要修改模具，為了保證分析結果精確可靠，模型導入MoldFlow時直接選取UG零件格式，網格選取3D實體類型，劃分為四面體單元。硬塑料網格邊長為1.5 mm，網格最大縱橫比為34.56，平均縱橫比為5.06。軟塑料網格邊長為1.2 mm，網格最大縱橫比為36.59，平均縱橫比為4.00。通過網格修復向導檢查，網格質量合格，滿足分析要求。硬塑料選擇ABS(Polylac PA-757)，軟塑料選擇TPE(MF A 9402 MR Natural)。

2.2 澆注系統設計方案

雙色模具的澆注系統可使用普通流道和熱流道，考慮模具成本及塑件特點，選擇普通流道，均為潛伏式進澆。第一次成型時潛伏澆口設置在加強筋上，第二次成型因為是軟塑料，如果采用傳統的小推桿，推出不起作用，所以采用φ2.5 mm的鑲針，圓柱體凝料在塑件推出時可同時被拉出。澆注系統如圖2所示，搭接分流道位于型腔側，其他的分流道位于型芯側。第一次成型時，分流道與第二次成型澆口不連通，同理第二次成型時，分流道與第一次成型澆口不連通。生產時澆注系統凝料每次都要推出，這樣保證了雙色注射成型的精度。

圖2 澆注系統

為了方便建模，搭接分流道在MoldFlow軟件中適當進行了簡化，原方案澆注系統如圖3所示。

圖3 原方案澆注系統

2.3 模流分析

采用MoldFlow的熱塑性塑料重疊注射模塊進行“填充+保壓+重疊注射充填+保壓”分析，其中注射、保壓、冷卻工藝條件設定如下：硬塑料注射工藝為模具溫度45℃，熔體溫度210℃，冷卻時間為40 s；軟塑料注射工藝為模具溫度45℃，熔體溫度203℃，冷卻時間為20 s，其他參數默認。

原方案模擬分析結果中，成型塑件較多區域出現氣穴，但是實際成型的塑件僅一個區域有氣穴。為了查找成型塑件氣穴無法消除的原因，將塑件氣穴與熔接表面分布模擬結果一起分析，結果如圖4所示，圖4（a）中左邊第二處氣穴與熔接表面位置重疊，此處氣體受兩股熔料圍堵無法排除，而其他位置的氣穴位于邊緣或沒有重疊，因此均可以排除。因此要解決氣穴問題，必須避免氣穴位置與熔接表面位置在塑件中部重疊。

圖4 原方案氣穴和熔接表面分布

2.4 改進方案及分析結果

因為澆口位置對熔接表面位置和困氣位置影響較大，決定改變原澆口位置。熔接表面位置靠近塑件中央，位于澆口斜對面，改進方案將澆口位置往塑件邊緣偏移3.7 mm，設于加強筋上，使熔接表面位置向塑件邊上移動，改進方案澆注系統如圖5所示。

圖5 改進方案澆注系統

新方案模流分析結果如圖6所示，中間氣穴向塑件右邊移動，熔接表面向塑件邊上移動，沒有重疊，因此改進方案可行。

圖6 改進方案氣穴和熔接表面分布

3 模具結構設計

3.1 分型面及成型零件設計

第一次注射材料與第二次注射材料的收縮率均設置為0.5%，模具采用旋轉型芯的兩板模結構，2組動模結構相同，所以分型面設計時按照裝配的塑件進行分模，即軟塑料的分型線向外延伸、拓展設計光順的分型面，然后初步分出第二次成型型腔和型芯。

因為第一次成型與第二次成型的型腔形狀不一致，雙色注塑機的噴嘴距離為250 mm，所以將2組型腔的中心距離設計為250 mm，即將軟塑料塑件與型腔進行布爾求和即可獲得第一次成型型腔。

由于軟塑料需要從第一次成型塑件底面潛伏式澆口進料，硬塑料的型腔需要設計2根φ2.5 mm的鑲針，與動模碰穿，從而在硬塑料上形成進料孔。第一次注射利用分型面間隙排氣，第二次注射在軟塑料分型面上開設多條深度為0.015 mm的排氣槽。最終的型腔板和型芯分別如圖7、圖8所示。

圖7 型腔板

圖8 型芯

3.2 二次推出系統的設計

由于第一次成型和第二次成型的分流道有部分是共用的，因此澆注系統凝料每次都要推出，但是第一次成型的塑件半成品不能推出，所以需要設計二次推出機構，以保證雙色注射有序成型。為了避免采用傳統的雙推桿固定板結構，通過加厚推板，設計了二次推出結構，如圖9所示。推出零件主要包括推桿、推管、扁推桿和二次推出推管。澆注系統的推桿底部不設置二次推出結構，設置了流道推桿8和拉料桿9。在推出塑件的扁推桿10和推管11底部均要設置二次推出推管，同時在此處設計30 mm的避空行程。推出第一次成型的澆注系統凝料時，注塑機滑塊推動模具頂桿16，從而驅動推板2和推桿固定板3實現第一次推出，推出行程小于30 mm即可保證只推出硬塑料的澆口凝料和流道凝料，而不推出第一次成型塑件，為第二次注射做準備。第二次推出時先執行第一次推出，推出行程達到30 mm后繼續推出，完成塑件脫模。

圖9 二次推出系統

3.3 模架及冷卻系統設計

包膠方式決定了雙色模具的基本結構，該塑件為全包方式，采用整體模架，由活動中板旋轉完成2次注射成型。模架內部機構四面分中加工，同規格板材可任意翻轉、旋轉、互換均能達到組合精度要求。定位圈直徑為φ125 mm，4根導柱中心對稱，并保證導柱與導套的單邊間隙公差在0.025 mm以內。使用3塊墊塊，中間一塊的厚度為96 mm。因為要進行二次推出，推板厚度設計為45 mm，為保證推出平穩可靠，增加了推板導柱導套，最終設計的模架型號規格為CI3050A110B90C150。定模和動模均采用環形水路冷卻，直徑為φ6 mm，模具結構如圖10所示。