塑料托盤注塑不同方案分析
在注（zhù）射成型過程中（zhōng），模具溫度直接影響到塑件的（de）質量如收縮率、翹曲變形、 耐應力開（kāi）裂性和表麵質量等，並且（qiě）對生產效率起（qǐ）到決定性的作用，在注射過程中, 冷卻時間占注（zhù）射成型周期（qī）的約80%,然而，由於（yú）各（gè）種塑料的性能和成型工藝要求 不同，模（mó）具溫度的要（yào）求（qiú）也不盡相（xiàng）同。
低的模具溫度可降低塑件的成型收縮率；模具溫度均勻、冷卻時間短、注（zhù）射 速度快可以減小塑件的翹曲變形；對於結晶性聚合物，提高模具溫（wēn）度可使塑件尺 寸穩（wěn）定，避免後結晶現象，但是（shì）將導致（zhì）成型（xíng）周期延長和塑件發脆的缺陷；隨著結 晶型聚合物的結晶度的提高，塑料的（de）耐（nài）應力開（kāi）裂性降低，因此降低模具溫度（dù）是有 利的。但對於（yú）高粘度的無定型聚合物（wù），由於其耐力開裂性與塑件的（de）內（nèi）應力（lì）直接（jiē）相 關，因（yīn）此提高模具溫度和（hé）充模速度，減（jiǎn）少補料時間有利（lì）的；提高（gāo）模具溫度可以改 善（shàn）塑件的表麵質量。
模具溫度的高低取決於塑料結晶（jīng）性、塑件尺寸與結構、性能要求以（yǐ）及其它工 藝條件（jiàn）如焰料（liào）溫度、注射速（sù）度、注射（shè）壓力和模塑周期等。
對於（yú）無（wú）定型聚合物，其焰（yàn）體在注入模腔後（hòu）隨著溫度的降低而固化，但並不發 生相的轉變，模溫主要（yào）影響焰體的粘度，即充模速率。因此，對（duì）於熔融粘度（dù）較低 和中等的無定型塑料（liào）如聚（jù）苯乙烯、醋（cù）酸纖維素等，采用較低的模具溫度可以縮短 冷卻時（shí）間。對於（yú）熔融粘度高的塑料如聚碳酸酯、聚苯醒、聚碉等，則必須采（cǎi）取較 高（gāo）的模具溫度以避免產生冷流痕（hén）、注不滿等缺陷，同時由於其軟化溫度較高（gāo），提 高模具溫度可以調整塑件的冷卻速（sù）率，使之（zhī）均（jun1）勻一（yī）致，以防止塑件因溫度差過大 而產生（shēng）凹痕、內應力和裂紋等問題。
結晶性聚合物在注入（rù）模腔後，當溫（wēn）度降低到熔點以（yǐ）下即開始結晶，結（jié）晶的速 率受（shòu）冷卻速率並最終由模具溫度控製。高（gāo）的（de）模具（jù）溫度將導（dǎo）致大的結晶速率，有利 於分子的鬆馳過程，因此（cǐ）尺寸穩定但是塑件發（fā）脆，適用於結晶速率很小（xiǎo）的塑料如 聚對（duì）苯二甲酸乙二酯。低（dī）的模具溫度將導致塑件中的分子結晶度的降低，
本文中采用的材料（liào）為聚（jù）丙烯（PP）,適（shì）合的模具（jù）溫度為40°C,由於本試驗主 要著重（chóng）於試（shì）模階段，在試模（mó）階段模具各部分溫度可（kě）以近似於恒溫，因此本文采用 的模具溫度為均（jun1）勻的40C,加（jiā）之（zhī）本研究采用熱流道係統，采（cǎi）用針閥式澆口控製，
不會因為有無冷卻係統影響製品收縮，冷卻係統的（de）影響可以忽略。在保證（zhèng）分析結 果較為準確（què）的情況（kuàng）下，為了加快CAE模擬分析時（shí）間及提高（gāo）效率本文分（fèn）析（xī）中不加入 冷卻（què）係統。
4.3.1設計方案一
本文主要（yào）從改變塑料托盤的澆（jiāo）注係統設計入手。由於模型經過對（duì）稱（chēng）分析處理, 模型呈四邊形，結構如果采用單澆口，無論從（cóng）哪（nǎ）一邊進料，整個流程都非常長， 並且在最後焰料的交匯處，由於熔（róng）料溫度過低（dī），分子長鏈之間的交錯纏結不充分, 會形成非常脆弱的熔接線（xiàn），熔接（jiē）線部位（wèi）在承受外力時容易發生開裂甚至斷裂，嚴 重影響托盤的性能。因（yīn）此初步選定4點進料，進料口（kǒu）在（zài）每條邊的中（zhōng）間部位。
在MPI視窗的坐標係（xì）中，澆口位置分別為(-237.67, -417.73, 0) , (-407.19, -265.24, 0)、(-239.15, -105.57, 0)、(-77.79, -287.34, 0)。從模具結構考 慮（lǜ），由於模型中間存在著四個（gè）比較大的空腔，因此適合做分流道，所以研究中澆 注係統采用熱流道與冷（lěng）流道結合的方式，熱流道係統具有（yǒu）節能（néng）、高效，可進行連 續注塑的特點。將冷熱混合流道係統建模後進行有限元網格劃分（fèn），流道部分（fèn）采用 圓柱形網格單元。如圖4-4所示，圖中熱流道用紅顏色（sè）表示（shì），分流道用綠（lǜ）色表示。
 
圖4-4方案一澆口設計
 
分析結果及（jí）解析:

1）充（chōng）填時間
如圖4-5所示，從藍（lán）色到紅色表示充填的先後次序。左上角部分最後填充完成 的時間是4.718秒，時間長於其他（tā）三角。這表明本方案充（chōng）填不均勻，這將引起製品（pǐn） 部分（fèn）過保壓，導致收（shōu）縮不均勻。製品最後填充的部（bù）分相對於先（xiān）充填的部分冷卻更 加緩慢（màn），因此其冷卻收縮過程滯後於其它區域，這就容易導致收縮不均勻，製（zhì）品（pǐn） 內部產生應力，這種應力在外力或環境因素（潮濕（shī）、高（gāo）溫，輻射）等作用下容易 釋（shì）放出來，製品產生變形，開裂甚至斷裂。

 
2）壓力分布
型腔壓力分（fèn）布如圖4-6所示，大部（bù）分麵積為綠色區域，在左上角位置為藍色區（qū） 域，從壓（yā）力分布的情況來看，該方案壓力（lì）分布不均勻，壓力相（xiàng）差近34MPa,這必 然導致整個型腔中的應力不平衡，最終在製品中（zhōng）產生（shēng）不（bú）等的殘餘（yú）應（yīng）力，會（huì）使製品 產生較大的翹曲變形。

 
圖4-6方案一壓力分布（bù）
 
3）注塑壓力
注塑壓力如圖4-7,壓力（lì）的大小直接決定了注（zhù）塑（sù）機的最小壓力，而且壓力越小 流動平衡性越好。該方案（àn）注塑口（kǒu）壓力最大值為70MPa°這個注塑壓力比較合（hé）理。
 

 
4）鎖模力
當高壓的塑料熔體充滿型腔時，會產生一個沿注射機軸向（xiàng）的很大推力，該推 力應小於注射機額（é）定的鎖模力，否則在（zài）注射成型時會因鎖模力不緊而發生溢邊跑 料現象。如圖4-8所示，本方案最大鎖模力達2500kN,此鎖模力乘（chéng）以4倍為（wéi） lOOOOkN,依然遠（yuǎn）小於注塑機的最大鎖模力21000kN_o因此是可以接（jiē）受的。


 
5)翹曲（qǔ）變（biàn）形
方案一注塑翹曲變形量最大值為4.480mm,對於PP材料而言，變（biàn）形量不影響 製品的使用性能。
OefieatMk* M
 
Saric «m|
圖4-9方案一翹曲變形分析（xī）
 
4.3.2設計方案（àn）二
方案二在方案一基礎上更改4個澆口位置，將澆口位置更加（jiā）靠近澆口托盤的
左上角位置（zhì），在MPI空間中,具體四個澆口的（de）位置坐標值（zhí）更（gèng）改為(-322.32, -417.73,
0)、(-407.19, -369.93, 0)、(-324.54, -105.57, 0)、(-77.79, -298.26, 0)。

如圖4-10所示。

 

1）充填時間
如圖4-11所示，本方案充填時間5.116s,略長於方案一的填充（chōng）時間。托盤四 個（gè）角落充滿所需時間基本相近。這（zhè）是一種較為理想的流動平（píng）衡狀態，這種流（liú）動平 衡狀態不易出（chū）現過保壓（yā）現象，可以有（yǒu）效控製冷卻後製品內部應（yīng）力。

 
2）壓力（lì）分布
方案二（èr）的型腔（qiāng）壓力分布如圖4-12所示，大部分麵積（jī）為綠色區（qū）域，在右上角位
置為藍色區域（yù），壓力相差近30MPa,方案二相較於方（fāng）案一有明顯下降。但30MPa

的壓（yā）力差還是比較大，型腔中的應力不平衡現象沒有根本性改善，注塑完成後製 品可能（néng）因為（wéi）內部較大應力的存在，在（zài）外力及外部環境影響（xiǎng）下產生變形、開裂或斷 裂。
 
圖4-12方案二壓力分布
 
3）注塑壓力
注塑壓力如（rú）圖4-13,該方案注塑口壓力最大值為60MPa,優（yōu）於方案一的
70MPa_o注塑壓力的減（jiǎn）小可以節約能源，減少型腔（qiāng）內部的應力（lì），同時可以減少鎖模 力及製品的翹曲變（biàn）形量。
 
圖4-13方案二澆注（zhù）口（kǒu）壓（yā）力分布
 
4）鎖模力
如圖4-14所示，方案二的最大鎖模力達2000kN,在（zài）整個（gè）托盤注塑條件下（xià），鎖
模力在8000kN左右,優於方案一的lOOOOkN。減少鎖模（mó）力一方麵可以（yǐ）注塑機能耗,
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另一方麵可以降低型（xíng）腔內（nèi）部應（yīng）力。
圖4-14方案一鎖模（mó）力分布
5）翹曲變形
如圖所示（shì），方（fāng）案二的（de）翹（qiào）曲變形最大量（liàng）為4.320mm,略小於方案一•的（de）變形量。
0.462
Scale f500 mm|
圖4.15方案二翹曲變形分析
4.320H
Scste Fscior^ 1.S00
4. 3.3設計方案三
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 
根據（jù）方案二的分析結（jié）果，將澆注係統中的（de）澆口位置進（jìn）行微調（diào），本方案調整澆
0)、(-407.19, -369.93, 0)、(-305.41, -105.57,
0)、(-77.79 , -311.53, 0)。
分析結（jié）果及解析:
1) 充填時間
如圖4-16所示（shì），本方案充填時間4.909s,優於方案二5.116s。同（tóng）時，四個角 落充滿所需時間基本相近。流（liú）動平（píng）衡，不易出現過保壓現象。

2）壓力分布
方案三型腔壓（yā）力分布如圖4-17所示，大部分麵積為淺綠色及淡藍色區域，在 左下角位置為藍色區域，壓力相差僅20MPa左右，較上兩個方案都有明顯下降， 型腔壓力狀態進一（yī）步改善。
Pressure
 
圖4-17方案三壓力分布
 
3）注塑壓力
方案三注塑壓（yā）力如圖4-18,該方案注塑壓力最大值為60MPa。與方案二相當, 優於方（fāng）案一的最大注塑壓力（lì）。

4）鎖模力
如圖4-19所示，本方案最大鎖模力達1750kN,優於其他兩個（gè）方案。
 
圖4-19方案三鎖模力（lì）分布
 
5）翹曲變形
方案三翹曲變（biàn）形量如下圖所示，最大（dà）翹曲變形處位（wèi）於托盤下部，最大值（zhí）為
4.258mm,由於壓力分布均勻，相對於前兩個（gè）方案，翹曲（qǔ）變形量有所變小。