热流道浇注系统中的流道平衡优化

下面通过两个注塑实例说明应用Moldflow分析软件辅助热流道浇注系统的设计。实例一，热流道浇注铰链文具盒塑件的浇口数目和位置的优化；实例二，实现左右泵壳塑件的流道的流变平衡浇注。

1.铰链文具盒的热流道浇注

用PP塑料在240℃浇注对合的铰链文具盒。铰链文具盒制件体积为284cm³，盒体壁厚为1.75mm，有把手扁孔，用三段弯折铰链对合，然后用弹性卡夹锁紧。铰链文具盒左右盖的铰链连接是制品浇注质量的关键。塑料熔体流动方向直穿铰链，聚合物分子链的取向方向就是弯折开合方向。需充分利用PP分子链排列方向的弯曲疲劳强度，保证铰链文具盒有足够的弯折开合次数。为此，先确定浇口数目，再优化浇口位置。

图9-51 五喷嘴注射的热流道浇注系统

（1）确定铰链文具盒的浇口数目和位置 用Moldflow分析功能选择“浇口位置”，分两次输入2和4个浇口数目，运行时操作步骤如下：

1）双击“任务视窗”中的“充填”按钮，系统弹出“选择分析序列”对话框。如图9-52所示，在该系列中选择“浇口位置”，单击“确定”按钮。

图9-52 分析系列中选取“浇口位置”

图9-53 “工艺设置向导-浇口位置设置”对话框

2）完成“热塑性塑料”中的材料品种牌号的选择。

3）双击任务栏中“工艺设置”，系统弹出“工艺设置向导-浇口位置设置”对话框，如图9-53所示。对注射机、模具表面温度和熔体温度均可默认。在“浇口数目”栏输入1～8范围内的某个浇口数目。选定“高级浇口定位器”，输入“最小厚度比”“最大设计注射压力”“最大设计锁模力”，可选定或指定。

4）在分析任务视图上，单击“开始分析”，再单击分析日志，监视分析进程。图9-54为4个位置分析后的屏幕显示。

图9-54 4个浇口位置分析后的屏幕显示

5）用“结果”的“信息查询”功能，也可用“结果”的“检查”功能，显示流动阻力高低或匹配好坏数值。在图9-54所示的分析日志中可获得最佳浇口位置的节点。图9-55所示为流动阻力最低的注射点位置。

图9-55 流动阻力最低的注射点位置

a）设置2个注射点 b）设置4个注射点

如图9-55所示，图标0.008和图标0.248的位置是流动阻力最小的点，即理想的浇口位置。对图9-55b所示的图标0.0756、0.1003、0.0316和0.0507四个浇口，如果实施流动充填，熔合缝分布错乱是不可取的。为此，改为二浇口并列对射流动充模，如图9-56b所示。

如图9-56a所示，一条较长熔合缝接近铰链，接触角从0.377°到118.7°，需要改善。如图9-56b所示，两条熔合缝接近铰链，接触角为58.58°，需要改善。盖板中央在二浇口之间有较长熔合缝，接触角为77.06°，对于半透明聚丙烯是不良的可见槽痕。

塑料熔体前锋是放射性的曲线。首先汇合点的接触角为0°。两料流前沿曲线的切线夹角为接触角。接触角大的位置，物料汇合滞后，熔合材料的强度较差。熔合缝区域的材料力学性能还与料流汇合位置的温度有关。

图9-56 注射点对称布置时塑料铰链区域的熔合缝

a）2点注射的熔合缝 b）4点注射的熔合缝

用接触角分析熔合缝质量，用Moldflow软件分析结果。选择“图形属性”中的“加亮”选项卡，再单击“…”键，在“选择结果”中选择“熔接线”，如图9-57所示。

图9-57 在“选择结果”中选择“熔接线”

（2）熔合缝分布的改善 应该否决四个浇口浇注铰链文具盒的方案。为了确保铰链位置的取向，改善熔合缝的分布，将一个浇口偏离对称位置20mm。如图9-58a所示，两浇口对称位置浇注，在1.28s时两股料流前锋开始汇合，会合的接触较大，熔合缝较长。如图9-58b所示，两个浇口非对称位置浇注，熔料前锋全线推进铰链的窄缝隙中。在1.30s时两料锋开始融合，型腔中气体向外侧挤排。熔合缝较短，已离开铰链有颇多距离。

图9-58 塑料熔体料流前锋在铰链区域汇合状态

a）注射点对称布置时 b）注射点偏置20mm时

用流动前沿温度查询熔合缝质量，用Moldflow软件分析结果。选择“图形属性”中的“加亮”选项卡，再单击“…”键。在“选择结果”中选择“流动前沿温度”，如图9-59所示。

图9-59 在“选择结果”中选择“流动前沿温度”

再用流动前沿温度审视熔合缝的质量，如图9-60所示。不对称布置的两个浇口浇注的熔合缝要短很多，料流前锋汇合时的温度为225℃左右，与图9-60a所示的对称布置的两个浇口浇注熔合缝汇合时的温度差异很小。鉴于对熔合缝的长度和位置、接触角和汇合温度的评定，铰链文具盒用图9-60b所示的不对称布置的两个浇口浇注为好。

图9-60 塑料铰链区域熔合缝的温度

a）注射点对称布置时 b）注射点偏置20mm时

注射点对称布置时，分流道总长240mm，流道直径为12mm，两个针尖式喷嘴的流道直径为12mm，长度120mm，浇口直径为3mm。最终采用9-60b所示的注射点偏置20mm的方案，两喷嘴型号和直径不变，熔合缝分布得到改善，注射压力为48MPa，锁模力为3200kN，比前者略有下降。已注射成型的本色PP文具盒上的熔合缝无槽痕且不显眼，着色的文具盒上无可见熔合痕迹。

2.成对泵壳的平衡浇注

（1）平衡浇注成对泵壳的流动分析 泵壳的一对左右合拢盖用PC+PBT的共混塑料注射成型。泵壳的壁厚为3.5mm，最大直径达380mm，平置时最大高度为254mm。两个合成的壳体要充填的型腔体积为918cm³，总重1017g。成对注塑件并列置于同一模具成型，总投影面积达到1885cm²。但是，注射工艺和成型收缩率一致，以保证两片泵壳能密合在一起。

图9-61所示为流动分析最终结果，可以看出有良好的流动和压力平衡。对泵壳的流动分析经过以下四个过程：

①两个壳体的浇口位置的流动分析。

②一模二件的初步流动分析。

③流道平衡分析。

④调整热流道浇注系统后的流动分析。(www.xing528.com)

（2）用流动分析软件自动寻觅浇口位置 泵盖单点注射，注射位置用分析软件寻觅。如图9-62所示，制件周边都有最高的流程比，流动阻力最小区域就是注射点的位置。使注塑件的压力和温度分布最好的注射位置，就是浇口的位置。应用流动分析软件自动寻觅浇口位置操作过程可参见图9-52～图9-54。

然后进行初步流动分析。两个针阀式喷嘴，流道直径为12mm，阀针直径为8mm，高度为195～204mm。热流道板上流道直径为12mm，单向长度为185mm，两型腔间距用夹角调节，并保证锁模中心。在265℃下流动分析表明，注塑成型两个泵壳，在注射压力150MPa、保压压力120MPa和锁模力19240kN下，充模流动不平衡。主要原因是两个泵体的注射量之比为4/5。为此对左右分流道进行流变平衡分析。

图9-61 流动分析最终结果

图9-62 寻觅最佳注射位置

a）流动阻力均匀 b）浇口位置匹配压力分布

（3）流道的平衡分析

1）选择分析类型。双击“任务视窗”中的“充填”按钮，系统弹出“选择分析序列”对话框，如图9-63所示。选择“流道平衡”。如果找不到“流道平衡”功能，可单击“更多”。

2）设置工艺条件。在菜单中“分析”里选择“工艺设置向导”命令，或者在任务视窗中单击“工艺设置默认”，系统弹出“工艺设置向导-充填设计”对话框，如图9-64所示。对模具表面温度和熔体的温度，采用注射塑料材料品种的默认值。充填时间和速度压力切换以自动为宜。

图9-63 “选择分析序列”对话框

图9-64 “工艺设置向导-充填设计”对话框第1页

3）目标压力设置（见图9-65）。80MPa为常用注射压力。目标压力过小会导致分析失败。大型薄壁制件的目标压力为120MPa。目标压力越大，得到的平衡流道的直径越大。流道平衡的高级选项常用默认值。

图9-65 “工艺设置向导-流道平衡”对话框第2页

4）被平衡的流道要设置成不受约束。单击要平衡的分流道，用快捷键打开流道“属性”，弹出如图9-66所示的“流道属性”选项卡。设置分流道直径，单击“编辑流道平衡约束…”。对平衡的流道，设置直径为“不受约束”，如图9-67所示。本实例中左右分流道不受约束，但两针阀式喷嘴的内外直径是固定不变的。

图9-66 “流道属性”选项卡

图9-67 “横截面尺寸”和“流道平衡约束”对话框

5）流道平衡过程。图9-69中的“任务”栏有按原分流道直径的流动分析结果。在分析结果的最后一项，跳出“优化”文件夹，有“体积更改”项，单击后给出图9-68所示的“流道体积应更改”百分比。左右分流道通过的注射体积量是不同的。在“任务”栏中，出现新建“流道平衡”的项目，在流道平衡后的结果中打开这个新的工程项目。

由图9-69右下角的分析日志可知，流道平衡是对“时间不平衡”“压力不平衡”和“截面不平衡”的三个参量进行逐次迭代分析运算，有20次。计算机每次选代耗费的时间等同于项目充填分析的时间。有限元单位数越多，时间越长。最终寻觅到流道平衡参数。然后，经第21次运算，给出流道平衡的分析结果。

图9-68 “流道体积应更改”分析结果

6）解读流道平衡结果。流道平衡分析在迭代计算完成后，会自动生成“流道平衡工程”，如图9-69中“任务”栏所示。图9-70所示为流道平衡分析的结果。两个分流道的直径被缩到d₁=5.14mm和d₂=5.01mm。注射时间为2.234s、注塑压力为66MPa时左右两通道压力对称。但是，流动充模前锋只到达泵体的一半，要充满型腔，注射压力需在80MPa以上，最大锁模力需在3000kN以上。左分流道具有剪切速率9107s^-1，左针阀式喷嘴的剪切速率为4517s^-1。右分流道具有剪切速率

图9-69 迭代计算过程

图9-70 流道平衡分析的结果

5167s^-1，右针阀式喷嘴的剪切速率为2537s^-1。两者均远高于分流道的合理剪切速率10²～10³s^-1范围。Moldflow流道平衡分析结果提供的流道直径比d₁/d₂是1.02597。为充满两塑件型腔，必须调整热流道浇注系统。

（4）调整热流道浇注系统

1）调整过程。

①将注射时间从2.234s逐次压缩到1.2s。

②提高体积流率，让左右分流道的剪切速率在10²～10³s^-1范围内，逐次将左分流道直径从12mm扩大到20mm。

③按流道平衡的直径比d₁/d₂=1.026，把右分流道扩孔到18.8mm。

④两通道的体积流率增加，应该增加针阀式喷嘴的环隙。左喷嘴流道直径为20mm，阀针直径为10mm。右喷嘴流道直径为18mm，阀针直径为8mm。环隙通道的单向间隙都是5mm，保证左右通道流动平衡。

⑤原默认的塑料熔体温度为265℃，升高到270℃加热流道。

2）热流道公司的分析结果报告。

①流动动画显示，充填两个泵壳的料流前锋同时到达型腔终点。

②速度压力切换时，左右注射通道的压力降接近，差值在2MPa之内。

③左侧分流道内剪切速率为344s^-1，左喷嘴流道内剪切速率为912s^-1。右分流道内剪切速率为265s^-1，右喷嘴流道内剪切速率为664s^-1。都在合理范围内。

④热流道浇注系统的压力损失45MPa过高，建议缩短分流道长度，减少针阀式喷嘴的高度。

⑤注射时间1.183s时充填的注射压力为110MPa，保压压力为80MPa，保压时间为11s，锁模力为15000kN。必须用高速高压的注射机模塑成型。

3）评议。Moldflow分析软件的流道平衡要考虑三个参量，迭代运算很费时。流道平衡的结果必须靠人力的调整。如果掌握左右泵壳充填的体积流量q₁和q₂，用下式就可推算出左、右直径比