塑料托盤注塑不同方案分析
在注射成（chéng）型（xíng）過程中，模具溫度直接影響到塑件的質量如收縮率（lǜ）、翹曲變形、 耐應力開裂性和表麵質量等，並且對生產效率起到決定性（xìng）的作用（yòng），在注射過程中, 冷卻時間占注射成型周期的約80%,然而，由於各種塑料的性能和成型工藝要求 不同，模具溫度的要求也不（bú）盡相同。
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，提高模具溫度可（kě）使塑件尺 寸穩定，避免後（hòu）結晶現象，但是將導致成型周期延長和塑件發脆（cuì）的缺陷；隨著結 晶型聚合物（wù）的結晶度的提（tí）高，塑料的耐應（yīng）力開裂（liè）性降低，因（yīn）此降低模具溫度是有（yǒu） 利（lì）的。但對於高粘度（dù）的無定型聚合物，由於（yú）其耐力開裂性與塑件的內應力直接相 關，因此提高模具（jù）溫度（dù）和充模速度，減少補料（liào）時間有（yǒu）利的；提高模具溫度可以改 善塑件的表麵質量。
模具溫度的高低取（qǔ）決於塑料結晶性、塑件尺寸與結構、性能要求以（yǐ）及（jí）其它工 藝條件如焰料溫度、注射速度、注射壓力和模塑周期等。
對於無定型聚合物，其焰體在注入模腔後（hòu）隨著溫度的降低而固化，但並不（bú）發 生相（xiàng）的轉變，模溫主要影響焰體（tǐ）的粘度，即充模速率。因此，對於熔融（róng）粘度較低 和中等（děng）的無定（dìng）型塑料如聚苯乙烯、醋酸纖維素等，采用較低的模具溫度可以縮短 冷卻時間。對於熔融粘度高的塑料如聚碳酸酯、聚苯醒、聚（jù）碉等，則必須采取較 高的模具溫度以避免產生（shēng）冷流痕、注不滿等缺陷，同（tóng）時由於其軟化溫度較高，提 高（gāo）模具（jù）溫度可以調整塑件的冷卻速率，使之均勻一致（zhì），以防止塑件因溫度差過大 而產生凹痕、內應（yīng）力和裂紋等問題。
結晶性聚合物在注入（rù）模腔（qiāng）後，當溫度降（jiàng）低到熔（róng）點以下即開（kāi）始結晶，結晶的速 率受冷卻（què）速率並最終由模具溫（wēn）度（dù）控製。高（gāo）的模具溫度將導致大的結晶速率，有（yǒu）利 於分子的鬆馳過（guò）程，因此尺寸穩定但（dàn）是塑件發脆，適用於結晶速率很小的塑料如 聚對苯二（èr）甲酸乙二酯。低的模具溫度（dù）將導致塑件中的分子結（jié）晶度的降低，
本文（wén）中采用的（de）材料為聚丙烯（xī）（PP）,適合的模具溫度為40°C,由於本試驗主 要著重於試模階（jiē）段，在試模階段模具各部分溫度可以近（jìn）似於（yú）恒溫，因此本文采用 的模具溫度為均勻的（de）40C,加之本研究采用熱流道係（xì）統，采用針閥式澆口控製，
不會因為有無冷卻係統影響製品（pǐn）收縮，冷卻係統的影響可以忽略。在（zài）保證分析結 果較為準（zhǔn）確的情況下，為了加快CAE模擬分（fèn）析時（shí）間及提高效率本文分析中不加入 冷卻係統。
4.3.1設計（jì）方案一（yī）
本文主要從改（gǎi）變塑料托盤的（de）澆（jiāo）注係統設計入手。由（yóu）於模型經過對稱分析處理, 模型呈四邊形，結構如果采（cǎi）用（yòng）單澆口，無論從哪一邊進料，整個流（liú）程都非常長， 並且在最後焰料（liào）的交匯處，由於熔料溫度過低，分子長（zhǎng）鏈之間的（de）交錯纏結不（bú）充分, 會形成非常脆弱的熔接線，熔接線（xiàn）部位在承（chéng）受（shòu）外（wài）力時（shí）容易發生開裂甚（shèn）至（zhì）斷裂（liè），嚴 重影（yǐng）響托（tuō）盤的性能。因此初步選（xuǎn）定（dìng）4點進料，進料口在每條邊的中間部位。
在MPI視窗的坐標係中，澆口位置分別為（wéi）(-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，由於模型中間存在著四個比較大的空腔，因此適合做分流（liú）道，所以研究中澆 注係統（tǒng）采用熱流道與冷流道結合的方式，熱流道係統具有節能、高效，可進行（háng）連 續注（zhù）塑的特（tè）點。將冷熱混合流道（dào）係統建模後進（jìn）行有（yǒu）限元網格（gé）劃分，流道部分采用 圓柱形網格單元（yuán）。如圖4-4所示，圖中熱流道（dào）用紅顏色表示，分流道（dào）用綠色表示。
 
圖4-4方案（àn）一澆口設計
 
分析結果（guǒ）及解析:

1）充填時間
如圖（tú）4-5所示，從（cóng）藍色（sè）到紅色表示充填的先後次序。左上角（jiǎo）部（bù）分最（zuì）後填充完成（chéng） 的時（shí）間是4.718秒，時間長（zhǎng）於（yú）其他三角。這表（biǎo）明（míng）本方案充填不均勻，這將（jiāng）引起製品 部分過保壓，導致收（shōu）縮不均勻。製品（pǐn）最後填充的部分相（xiàng）對於先充填的部分冷卻更 加緩（huǎn）慢，因此其冷卻收縮過程（chéng）滯後於其（qí）它區域，這就容易導致收縮不均勻，製品（pǐn） 內部產（chǎn）生應力，這種應力在（zài）外力或環境因素（潮濕（shī）、高溫，輻射）等作用下容易 釋放出來，製品產生變形，開裂甚至斷裂。

 
2）壓力（lì）分布
型腔壓力（lì）分布（bù）如（rú）圖4-6所示，大部分麵積為綠色區域，在左上角位置為藍色區 域，從（cóng）壓力分布的情（qíng）況來看，該方案壓力分布不均勻，壓力相差近（jìn）34MPa,這必 然導致整個（gè）型腔（qiāng）中的應力不（bú）平衡，最終在製品中產生不等的殘餘應力，會使製品 產生較大的翹曲變形。

 
圖4-6方（fāng）案（àn）一壓力分布
 
3）注塑壓力
注塑（sù）壓（yā）力（lì）如（rú）圖4-7,壓力的大小直接（jiē）決定了注塑機的最小壓力，而且壓（yā）力越（yuè）小 流動（dòng）平衡性越好（hǎo）。該方案注塑口壓力最（zuì）大值（zhí）為70MPa°這個注塑壓力比較合理（lǐ）。
 

 
4）鎖（suǒ）模力
當高壓的塑料熔體充滿型腔時，會產生一個沿注射機（jī）軸向的很大推力，該推 力應小（xiǎo）於（yú）注射機額定的鎖模力，否（fǒu）則在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（àn）最（zuì）大（dà）鎖模力達2500kN,此鎖模力乘以4倍為 lOOOOkN,依然遠小於注塑機的最大鎖模力21000kN_o因此是可以接受的。


 
5)翹（qiào）曲變形
方案一注塑翹曲變形量最大值為4.480mm,對（duì）於PP材料而言，變形量不影響 製品的使用性（xìng）能。
OefieatMk* M
 
Saric «m|
圖4-9方案一翹曲變形分析
 
4.3.2設計方案二（èr）
方案二在方案一基礎上更改（gǎi）4個澆口位置，將澆口位置更加靠近澆口托（tuō）盤的
左上角位置，在MPI空間中,具體四個澆（jiāo）口的位置坐標值更改為(-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（jiān）
如圖4-11所示，本方（fāng）案充填時間5.116s,略（luè）長於方案一的填充（chōng）時間。托盤四（sì） 個角落充滿所需時（shí）間基（jī）本相（xiàng）近。這（zhè）是一種較為理想的流動平衡狀態，這種流動平 衡狀態不易出現過保壓現象，可以有效控（kòng）製冷（lěng）卻後製品內（nèi）部應力。

 
2）壓力分（fèn）布
方案二的型（xíng）腔壓力分布如圖4-12所示，大部分麵積為綠色區域，在右上（shàng）角位
置為藍色區域，壓力（lì）相差近30MPa,方案二相較於方案一有明顯下降（jiàng）。但30MPa

的（de）壓力差還是比較大，型腔中（zhōng）的應力不平衡（héng）現象沒有根本性改善，注塑完成後製 品可能因為內部（bù）較大應力的存在，在（zài）外力及外部（bù）環境影響下產生變形、開裂或（huò）斷 裂。
 
圖4-12方案二壓力分布
 
3）注塑壓力
注塑壓力如圖4-13,該方案（àn）注塑（sù）口壓力最大（dà）值為（wéi）60MPa,優於方案一的
70MPa_o注塑壓力的減小可以節約能源，減少（shǎo）型腔內部的（de）應力，同（tóng）時可以減少鎖模 力及（jí）製品（pǐn）的翹曲變形量。
 
圖4-13方案二澆注口（kǒu）壓力分布（bù）
 
4）鎖模力
如圖4-14所示（shì），方案二的最大（dà）鎖模力達2000kN,在整個托盤（pán）注塑條件下，鎖
模力在8000kN左右,優於（yú）方案一的lOOOOkN。減少鎖模力一方（fāng）麵可以注塑機能耗,
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另一方麵可以降低型腔內部應（yīng）力。
圖（tú）4-14方案一（yī）鎖模力分布
5）翹曲變形
如圖所示，方案二的（de）翹曲變形最大量為4.320mm,略小於方案一•的變形量。
0.462
Scale f500 mm|
圖4.15方（fāng）案二翹曲變形分析（xī）
4.320H
Scste Fscior^ 1.S00
4. 3.3設計方案三
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 
根據方（fāng）案（àn）二（èr）的分析（xī）結果，將澆注係（xì）統中的澆口位置進行微調，本方案調整澆
0)、(-407.19, -369.93, 0)、(-305.41, -105.57,
0)、(-77.79 , -311.53, 0)。
分析結果（guǒ）及解析:
1) 充填時（shí）間
如圖4-16所示，本方案充填時間（jiān）4.909s,優於方案（àn）二5.116s。同時，四個角 落充滿所需時間（jiān）基本相（xiàng）近。流動平衡（héng），不易出現過保壓現（xiàn）象。

2）壓力分布
方案三型腔壓力分布（bù）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（wéi）藍色區域，壓（yā）力相差僅20MPa左右，較上兩個（gè）方案都（dōu）有明顯下（xià）降， 型腔壓（yā）力狀態進一步改善。
Pressure
 
圖4-17方案（àn）三壓力分布
 
3）注塑（sù）壓力
方案三（sān）注塑壓力如圖4-18,該方案注塑（sù）壓力最大值為60MPa。與方案二相當, 優於方案一的最大注塑壓力。

4）鎖模力
如圖4-19所示，本方案最大鎖模力達1750kN,優於其他兩個方案。
 
圖4-19方案三鎖模力分布
 
5）翹（qiào）曲變形
方案三翹曲變形量如下圖所示，最大翹（qiào）曲變形處位於托盤下部，最大值為
4.258mm,由於壓力分布均勻，相（xiàng）對於前兩個方案，翹曲變形量有所（suǒ）變小。