塑料业 第35卷埤刊 16 HINA PLASCIC∴ISTR 07年6月 大型注塑模热流道按序模塑CAE优化 沈洪雷,郁永峰,刘峰 (常州工学院,江苏常州213002) 摘要:以某一保险杠为例.对普通热流道和针阀式热流道按序模塑过程进行了优化.通过寸两者成型结果的定性 分析和比较,可以看出:后者成型的塑件质量(尤其是熔接痕和气穴方面)明显优于前老成型的质量。同时当浇口 均设置为保压结束时关闭,成型中的注射压力、锁模力以及制件质量较为理想 关键词:大型注塑模;针阀式喷嘴;顺序模塑;CAE优化 CAE Optimization of Hot Runner SequertiaHy Molding for Large Injection Mold SHEN Horig-lei, YU Yong-feng, LIU Feng (Changnh u Institute of Technology, Changzhou 213002, China) Abstract: Taking bumper as an example, a common hot runner system and a needle-valve nozzle hot-runner stem were optimized by moldflow software. Accordling to the results of the comparison with two kinds of the hot-run ner system, it was found out the quality of the part molded by needle-valve nozzle was better(especially in weld line and air traps ) When the close time of the nozzles was set at the end of packing, the injection pressure, clam force and parts quality were all better. Keywords: Large Injection Mould; Needle-valve Nozzle; Sequentially Molding: CAE Optimization 在大型塑料制件成型过程中,由于熔体在浇注系行了比较和必要的定性分析 统中的流程长、其温度、压力降都比较大,往往会遇 到如熔体充模困难,薄壁、大制件容易变形、翘曲及 大量原材料的浪费等现象。热流道技术在一定程度上 很好地解决了上述问题,因而得到了广泛的应用。 热流道系统根据喷嘴结构的不同分为开放式和针 阀式系统。而针阀式热流道的出现为单件多浇口分步 图1单件多浇口分步按序模塑充填过 按序模塑成为可能,它的充填过程如图I所示:当熔 体充满热流道的整个浇注系统后,第一个浇口被打1模拟过程 开,使熔体进入型腔,当熔体流过第2个浇口时,浇1.1热流道浇注系统优化[3-5 口2便打开,稍后,浇口1关闭,由浇口2进入的熔 表1浇口数目不同模拟的结果(浇口位置及尺寸已经过优化) 体以一平缓的薄布或梯流效应漫过1号浇口进入型腔 浇口数量/个4 的那部分熔体,依次类推,直到充满整个型腔。这种 充填时间/s 2.15 1.83 充满时间/2.482.742.502.2814 成型方法在一定程度上可以消除或改善浇口之间的熔最大注射压力/MP4m0.6451886.9762.4264,9 接痕,提高制件的整体质量,但它对各个浇口的熔体充填最大锁模力A102607781.36927.279813967.31 分布曲线、注塑速度、压力及熔体黏度等每个环节的 保压最大锁模力/1507.041194.391451.091388.741465.67 控制精度要求都相当高1.2,需要按照制件的形状和 冷流道+浇口体996199324.9120.894.87 总投影面积/m23808.83822.82380.143837.463844.78 熔体充模流动特性经过计算机分析处理来辅助决定, 其成本比较高,因此国内应用尚少。本文就以某一保 本次模拟对不同浇口数量的五种浇注系统方案进 险杠为例,利用 Moldflow软件对普通热流道和针阀式行分析,在分析过程中,首先对相同浇口数量,不同 多浇口按序模塑过程进行优化,并对两者成型结果进位置的浇注系统进行比较优化,然后对不同浇口数量 作者简介:沈洪雷,男,1973年生,工程师,主要从事模具CAD/CAE教学、科研和产品开发。honglei-shen@63.com o1994-2009ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishinghOuse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
塑料 止 川 尸人 ’ 尾、 第 以 卷增 刊 年 月 大型注塑模热流道按序模塑 优化 沈洪雷 , 郁永峰 , 刘 峰 常州工学院 , 江苏 常州 以 摘要 以某一 保险杠为例 对普通热流道和针阀式热流道按序模塑过程进行了优化 , 通过对两 者成型结果的定性 分析和 比较 可 以 看出 后 者成型的塑件质量 尤其 是熔接痕和气穴 方面 明显 优于前者成型 的质量 。 同时当浇口 均设置为保压结束时关闭 , 成型中的注射压力 、 锁模力以 及制件质量较为理想 。 关键词 大型注塑模 针阀式喷嘴 顺序模塑 优化 柱 山 一 , 刊 一 , 即 , , 坛 详 , 一 一 而 俪 找 俪 一 , 一 叭 , , 、 卿 肠嗯 一 叫 在大型 塑料制件成型过程中 , 由于熔体在浇注系 统中的流程长 、 其温度 、 压力降都比较大 , 往往会遇 到如熔体充模困难 , 薄壁 、 大制件容易变形 、 翘曲及 大量原材料的浪费等现象 。 热流道技术在一定程度上 很好地解决了上述问题 , 因而得到了广泛的应用 。 热流道 系统根据喷嘴结构的不 同分为开放式和针 阀式系统 。 而针阀式热流道的出现为单件多浇 口 分步 按序模塑成为可能 , 它的充填过程如图 所示 当熔 体充满热流道 的整 个浇注 系统后 , 第一 个 浇 口 被打 开 , 使熔体进人型腔 , 当熔体流过第 个浇 口 时 , 浇 口 便打开 , 稍后 , 浇 口 关闭 , 由浇 口 进人 的熔 体以一平缓的薄布或梯流效应漫过 号浇 口 进人型腔 的那部分熔体 , 依次类推 , 直到充满整个型腔 。 这种 成型方法在一定程度上 可 以消除或改善浇 口 之间的熔 接痕 , 提高制件的整体质量 , 但它对各个浇 口 的熔体 分布曲线 、 注塑速度 、 压力及熔体勃度等每个环节的 控制精度要求都相 当高〔‘ , ’ , 需要按照制件 的形状 和 熔体充模流动特性经过计算机分析处 理来辅助决定 , 其成本 比较高 , 因此 国内应用 尚少 。 本文就以某一保 险杠为例 , 利用 软件对普通 热流道和针 阀式 多浇 口 按序模塑过程进行优化 , 并对两者成型结果进 行了比较和必要 的定性分析 。 图 单件多浇 口 分步按序模塑充填过程 模拟过程 热流道浇注 系统优化 〔 一 表 浇口 数 目不 同模拟的结果 浇口 位置及尺寸已经过优化 浇口 数量 个 充填时 石』 充满时间 最大注射压力八 充填最大锁模力 保压最大锁模力八 冷流道 十 浇 口 体 积 衬 总投影面积 书 麟 ’ 以 , 砚 的 闷 本次模拟对不 同浇 口 数量 的五种浇注系统方案进 行分析 , 在分析过程 中 , 首先对相同浇口 数量 , 不 同 位置 的浇注系统进行 比较优化 , 然后 对不 同浇 口 数量 作者简介 沈洪雷 , 男 , 年生 , 工程 师 , 主要从事模具 教学 、 科研和产品开发 。 一
第35卷增刊 沈洪雷等:大型注塑模热流道按序模塑CA优化 217 的浇注系统进行优化。具体过程这里不作详细介绍 其主要模拟结果如表1所示。从表1可以看出,八个 浇口的浇注系统方案在充填过程中,其最大注射压力 和最大锁模力都比较小 12针阀式多浇口顺序模塑优化6, a-普通浇注系统的气穴分布 同样确定若干个针阀式浇注系统方案,对不同数 量和位置的浇口情况进行充填模拟,然后通过模拟结 果进行分析优化,从而确定针阀式热流道浇注系统较 为合理的方案。 b-针式浇注系统的气穴分布 普通热流道系统的浇口设计尽量使熔体能够同时 图2气六数量与位置的比较 (等稳)到达、同时充满(最远端)并(各浇口)同 时冻结,而针阀式顺序控制注系统的浇口位置设置则 使每个浇口的流程尽量接近,避免某个浇口流程过 长,而引起熔体压力降和温度降过大。同时在针阀式 浇口控制上,我们首先通过料流前沿来控制浇口的开 a-普通浇注系统的熔接痕分布 闭,然后根据模拟结果确定各浇口的开闭时间,并以 此时间控制各浇口的开闭再进行模拟(考虑到实际应 用中,时间的控制比料流前沿控制简单可行)。8浇 口,12浇口和14浇口的模拟结果如表2所示。从模 拟结果以及制件总体质量的角度考虑,这里我们选用 8浇口浇注系统来作为与普通热流道比较的方案。 b-针阀式浇注系统的熔接痕分布 图3熔接痕数量与位置的比较 表2针阀式热流道浇注系统的主要参数 浇口数量/个 80 充填时问 2.64 2.41 针阀式浇注系统 充满时间 最大注射压力/MPa 95 最大锁模力/t 2结果与分析 本文均选用8浇口的浇注系统成型结果进行比较 来分析两种成型方法的特点,表3、图2~5分别为 时间s 普通热流道和针阀式热流道主要成型参数和结果的比图4普通浇注系统与针阀式浇注系统注射压力变化曲线 较 表3普通热流道和针阀式成型结果比较 通浇托系统 2针阀式浇汴系统 项目 普通热流道 针阀式按序模塑 100 充填时间/s 2.57 充满时间/s 2.78 最大注射压力/MPa 最大锁模力/t 通过比较,可以发现 1)针阀式热流道的充填时间比普通热流道充填 时间稍长。这是因为普通热流道在充填的过程中,8 图5普通浇注系统与针阀式浇注系统锁模力变化曲线 个浇口同时进行充填,而针阀式浇口是按序打开充填 2)针阀式热流道成型制件的气穴较普通热流道 的,因此其充填时间必然是比较长,同样注射压力也的得到明显改善。气穴主要是由于两股熔体料流在会 由于针阀式浇口的按序关闭而较普通热流道的大 聚接合处的排气不佳而形成的(当然部分是由于熔体 201994-2009ChinaaCademieJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
第 卷增刊 沈洪雷等 大型注塑模热流道按 序模塑 赴 优化 一 针阀式浇注系统的熔接痕分布 图 熔接痕数量与位置的比较 一 普通浇往系统 一 针间式浇注系统 】一 一 一 工, 门﹄ 众日友坦二芝 的浇注系统进 行优化 具体过 程这里 不 作详细介绍 , 其 主要模拟结果如表 所示 。 从表 , 可 以看出 , 八 个 浇 口 的浇注 系统方案在充填过程中 , 其最大注射压 力 和最大锁模力都 比较小 。 针阀式 多浇 口顺序模塑优化 ’, 〕 同样确定若干个针阀式浇注系统方案 , 对不 同数 量和位置 的浇 口 情况进行充填模拟 , 然后通过模拟结 果进行分析优化 , 从而确定针阀式热流道浇注系统较 为合理 的方案 。 普通热流道系统的浇 口设计尽量使熔体能够同时 等稳 到达 、 同时充满 最 远 端 并 各浇 口 同 时冻结 , 而针阀式顺序控制注系统的浇 口 位置设置则 使每个浇 口 的流程 尽 量接近 , 避 免某 个浇 口 流程 过 长 , 而 引起熔体压力降和温度降过大 。 同时在针阀式 浇 口 控制上 , 我们首先通过料流前沿来控制浇 口 的开 闭 , 然后根据模拟结果确定各浇 口 的开闭时间 , 并以 此时间控制各浇口 的开闭再进行模拟 考虑到实际应 用中 , 时间的控制 比料流前沿控制简单可行 。 浇 口 , 浇 口 和 浇 口 的模拟结果如表 所示 。 从模 拟结果 以及制件总体质量 的角度考虑 , 这里我们选用 浇 口 浇注系统来作为与普通热流道 比较的方案 。 表 针阀式热流道浇注系统的主要参数 浇口 数量 个 充填时问 砚 充满时间 最大注射压 力 肠 最大锁模力 以 结果与分析 本文均选用 浇口 的浇注系统成型结果进行 比较 来分析两种成型 方法 的特点 , 表 、 图 一 分别为 普通热流道 和针 阀式热流道 主要成型参数和结果的比 较 。 表 普通热流道和针阀式成型结果 比较 项 目 普通热流道 针阀式按序模塑 充填时 习 充满时间 最大注射压力 最大锁模力 时间 伙 图 普通浇注系统与针阀式浇注系统注射压力变化曲线 一 普通 浇注系统 一 针阀式浇 注系统 州 、 羁晕尺 通过 比较 , 可 以发现 针阀式热流道的充填时间 比普通 热 流道充填 时间稍长 。 这是 因为普通 热流道在充填 的过 程 中 , 个浇 口 同时进行充填 , 而针阀式浇 口 是按序打开充填 的 , 因此其充填时间必然是 比较长 , 同样注射压力也 由于针 阀式浇 口 的按序关闭而较普通热流道 的大 。 时间伙 图 普通浇注系统与针阀式浇注 系统锁模力变化曲线 针阀式热流道 成型 制件 的气穴较普通 热流道 的得到明显改善 。 气穴 主要是 由于两 股熔体料流在会 聚接合处 的排气不佳而形成的 当然部分是 由于熔体
塑料业 007年 内部的气体或蒸发物形成的)。在针阀式顺序模塑中,现象是不希望看到的:另外当后续阀打开时,其温度 料流是沿着同一个方向顺序互相融合往前充填,而不相对徧高的熔料,与前面料流温度有一定的差异,造 是两个流动前沿的相对汇合,这样就可将腔中的气体成两股料流汇合并不完全。在模拟过程中发现,如果 顺利排岀,避免熔体相对汇合时排气不畅的问题。因根据允填霱要将各浇口的开闭时间稍作延时,可以在 此这种方法成型的零件的气穴很少,产生的部位也往一定程度上能够缓解压力、温度波动过大的现象。 往是制件的末段,对制质量的影响也比较小。 4)在顺序模塑模拟过程中也发现,如果将所有 3)针阀式热流道成型制件的熔接痕较普通热流的浇口一直延续到保压结束后关闭,则所得到的注射 道的也得到明显改善。熔接痕是由于充填过程中两股压力和锁模力会有所降低,而且压力变化比较平稳 或两股以上料流前沿的交汇处没有完全融合而形成如采用此种控制方式笔者认为:可以有效降低注射压 的,在熔接痕出现的地方分子趋向变化强烈,机械强力;有利于制件的分子取向一致;有利于制件的补 度明显减弱,还可能会出现凹陷,色差等质量缺陷。缩;笥化計阀式浇口关闭的控制。 针阀式顺序模塑中就避免了充填时多股料流汋交汇,5)针阀式顺序模塑在一定程度上可以消除或改 从而减少了熔接痕的产生,提高了制件内外质量 善浇口之间的熔接痕和制件内部的气穴,同时注塑时 4)普通热流道成型中的注射压为和锁模力在充的压力和熔体的温度相对于普通浇口而言可以降低许 填过程中的变化比较平稳,而针阀式浇注系统中两者多,这样大型复杂和薄壁类制件注塑成型就比较容易 有一定的波动变化。这主要还是由于在顺序模塑中各实现。但是针阀式顺序模塑对外部的设备条件和控制 浇口开闭而引起的。对于这个现象可以通过改变浇口成本和技术要求比较高。因此在设计时尽可能地利用 的开闭时间来使锁模力和注射压力的变化尽量平稳。CAE软件进行必要的模拟分析和优化,从而更好地指 3结论 导实际设计和应用。 1)在条件许可的情况下,阀式控制浇注系统的 参考文献 浇口数量不宜太多,这样一方面可以降低模具的成曹永洁.国外塑料,199,3(3):35 本,另一方面也可以降低控制的复杂程度。 2张卫忠,刘廷华.模具工业,200(7) 2)针阀式浇注系统的浇口位置的确定与普通浇沈洪雷,董祥忠.现代塑料加工应用,203(3):4 注系统中的浇口位置有所不同,应避免单个浇口的流4唐志玉.大型注塑模具设计技术原理与应用、北京:化学 工业出版社,2004 程过长,这样会使料流在流动过程中流动性降低,使 5林旭东,申开智.塑料科技,1998,(5):30 制件的在成型各处的温差变大,不利于制件的质量 6谭文胜,周建中.模具技术,2005,(4):38 3)在顺序模塑时,当一个浇口打开,另一个浇7谭文胜,干为民,电加工与模具,205,(6):53 口关闭的时候,注射压力会有一个陡然的上升,这种 201994-2009ChinaaCademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
田 年 山肆 料一一塑 一 一 一 一一 一 一 一一 一︺︵ 内部的气体或蒸发物形成的 在针阀式顺 序模塑中 , 料流是沿着同一个方向顺序互相融合往前充填 , 而不 是两 个流动前沿的相对汇 合 , 这样就可将腔中的气体 顺利排出 , 避 免熔体相对汇合时排气不 畅的问题 。 因 此这种方法成型 的零件的气穴很少 , 产生的部位也往 往是制件的末段 , 对制质量的影响也比较小 。 针阀式热流道成型 制件的熔接痕较普通 热流 道的也得到明显改善 。 熔接痕是由于充填过程中两股 或两股 以 上 料流前 沿的交汇处 没有完全融合而形成 的 , 在熔接痕出现 的地方分子趋向变化强烈 , 机械强 度明显减弱 , 还 可 能会 出现 凹 陷 , 色差等质量 缺陷 。 针阀式顺序模塑 中就避 免 了充填时多股 料流的交汇 , 从而减少 了熔接痕的产生 , 提高了制件内外质量 。 普通热流道成型 中的注射压 力和锁模力在充 填过程 中的变化 比较平稳 , 而针阀式浇注系统中两者 有一定的波动变化 。 这主要还是 由于在顺序模塑 中各 浇 口 开闭而引起 的 。 对于这个现象可以通过改变浇 口 的开 闭时间来使锁模力和注射压力的变化尽量平稳 。 结论 在条件许可 的情况下 , 阀式控制浇注系统的 浇 口 数量不 宜太多 , 这样一 方面 可 以降低模具 的成 本 , 另一方面也可 以降低控制的复杂程度 。 针阀式浇注系统 的浇 口 位置 的确定与普通 浇 注系统中的浇 口 位置有所不 同 , 应避免单个浇 口 的流 程过长 , 这样会使料流在流动过程中流动性降低 , 使 制件的在成型各处 的温差变大 , 不利于制件的质量 。 在顺序模塑 时 , 当一 个浇 口 打开 , 另一个浇 口关闭的时候 , 注射压力会有一个陡然的上升 , 这种 现象是 不希望看到的 。 另外当后续阀打开时 , 其温度 相对偏高的熔料 , 与前面料流温度有一定的差异 , 造 成两 股料流汇合并不完全 。 在模拟过程中发现 , 如果 根据充填需要将各浇 口 的开闭时间稍作延时 , 可以在 一定程度上能够缓解压 力 、 温度波动过大的现象 。 在顺序模塑模拟过 程 中也发现 , 如果将所有 的浇口 一直延续到保压 结束后关闭 , 则所得到的注射 压 力和锁模力会有所降低 , 而且 压 力变化比较平稳 。 如采用此种控制方式笔者认为 可以有效降低注射压 力 有利于 制件的分子取 向一 致 有利于 制件 的补 缩 简化针阀式浇 口关闭的控制 。 针 阀式顺序模塑在一 定程 度上 可 以 消除或改 善浇口 之间的熔接痕和制件 内部的气穴 , 同时注塑时 的压力和熔体的温度相对 于普通 浇 口 而言可 以降低许 多 , 这样大型 复杂和薄壁类制件注塑成型就 比较容易 实现 。 但是针阀式顺序模塑对外部的设备条件和控制 成本和技术要求 比较高 。 因此在设计时尽可 能地利用 软件进行必要 的模拟分析和优化 , 从而更好地指 导实际设计和应用 。 参 考 文 献 曹永洁 国外塑料 , , 张卫忠 , 刘廷华 模具工业 , 以卫 沈洪雷 , 董祥忠 现代塑料加工应用 , 唐志玉 大型注塑模具设计技术原理与应用 北 京 化学 工业 出版社 , 拜 林旭东 , 申开智 塑料科技 , , 谭文胜 , 周建中 模具技术 , , 谭文胜 , 干为民 电加工与模具 , 印