PC3S注塑產(chǎn)品澆口設(shè)計(jì)研究

周天曉，孫軍，于善平，唐永亮，畢宏華，曹俊杰

(長春富維-江森自控汽車飾件系統(tǒng)有限公司，吉林長春 130022)

PC3S注塑產(chǎn)品澆口設(shè)計(jì)研究

周天曉，孫軍，于善平，唐永亮，畢宏華，曹俊杰

(長春富維-江森自控汽車飾件系統(tǒng)有限公司，吉林長春 130022)

PC3S作為一項(xiàng)新的汽車產(chǎn)品注塑技術(shù)，主要特點(diǎn)是預(yù)裁表皮、軟質(zhì)小面料和合模常壓背部注塑。應(yīng)用此技術(shù)，注塑澆口的布置形式和布置位置對產(chǎn)品外觀質(zhì)量會有重要影響。通過對某國產(chǎn)車型門板中部護(hù)板產(chǎn)品澆口形式和布置位置進(jìn)行分析，找到適合PC3S技術(shù)最優(yōu)的澆口設(shè)計(jì)方案。

小面料背部常壓注塑；澆口設(shè)計(jì)

0 引言

低壓注塑是國內(nèi)外一項(xiàng)成熟的注塑技術(shù)，在很多車型的產(chǎn)品中得到應(yīng)用。用此工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力小，變形量小。低壓注塑通常使用大面料低壓開模背注，但注塑后需要修切邊緣及沖孔，并且應(yīng)用此技術(shù)增加了注塑機(jī)和注塑模具的投資成本。PC3S技術(shù)作為一項(xiàng)新的技術(shù)應(yīng)用，是采用預(yù)裁小面料常壓合模背注，注塑后不用修切。文中介紹的是應(yīng)用PC3S技術(shù)在開發(fā)過程中研究澆口布置和澆口設(shè)計(jì)，如何選擇最優(yōu)澆口設(shè)計(jì)方案，使得產(chǎn)品外觀質(zhì)量滿足客戶要求。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 左、右中部護(hù)板產(chǎn)品信息

原材料：PP。

表皮：PVC或織物+中間泡沫層+耐熱層。

制件尺寸：639 mm×199 mm×42 mm。

制件壁厚：骨架壁厚2.5 mm，表皮厚度4.5 mm。

1.2 工藝流程

工藝流程見圖1。

1.3 注塑模具

面料定位裝置，同一套模具實(shí)現(xiàn)PVC/織物兩種配置，型腔布局1+1。

1.4 注塑機(jī)

普通注塑機(jī)。

1.5 產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求

表面平整，無明顯翹曲變形，無劃傷，無凹陷，無鼓包。

2 結(jié)果討論

(1)注意事項(xiàng)

PC3S工藝為面料與塑料注塑一體成型，有以下幾方面需要重點(diǎn)關(guān)注：

①澆口數(shù)量。流長比合理，填充壓力小，面料泡沫層受壓回彈好；

②澆口位置。進(jìn)膠平衡、進(jìn)膠點(diǎn)剪切熱對面料的影響小；

③澆口形式。易修切或免修切，填充阻力小。

(2)澆口數(shù)量確定

平均型腔壓力滿足表皮泡沫受壓回彈最大填充壓力要求:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值平均型腔壓力達(dá)到10 MPa以下可以滿足泡沫回彈要求。如圖2所示當(dāng)平均型腔壓力10 MPa、壁厚t=2.5 mm時(shí)，最大流長比αmax在(50/1)～(100/1)之間，估算最大流長比為70/1。

最大流長比αmax=a/t

式中：a為澆口距產(chǎn)品邊緣最大長度；t為產(chǎn)品壁厚。

a=αmax×t=70×2.5=175 mm

此產(chǎn)品尺寸639 mm×199 mm×42 mm，填充分段數(shù)量n=639/175=3.65≈4段，因此最終選擇3點(diǎn)澆口。

鎖模力滿足注塑機(jī)最大鎖模力F要求：

F估算=pW×A×β×n=10 MPa×(63.9 cm×19.9 cm)×

1×2=2 540 kN

式中：pW為型腔壓力；A為投影面積；β為黏度系數(shù)；n為型腔數(shù)。

注塑機(jī)選擇：鎖模力壓力≥最大鎖模力/安全系數(shù)=2 540/0.8=3 175 kN，模具外形尺寸滿足注塑機(jī)容模量。滿足以上兩個(gè)條件的注塑機(jī)都可以適用。

(3)澆口位置及澆口形式確定

為減少塑膠填充剪切力和剪切熱對產(chǎn)品外觀的影響，選擇表1所示3種方案，避免澆口直射表皮耐熱層；澆口位置均勻分布，保證塑膠填充平衡。

表1 澆口設(shè)計(jì)類型說明

熔體前沿速度的分析結(jié)果如圖3所示，等值線間距表示聚合物的流動(dòng)速度，寬間距的等值線表示填充較快，窄間距的等值線表示填充緩慢。對比3種方案的結(jié)果圖，等值線間距都較為均勻且無明顯差異，說明整體流動(dòng)都比較順暢。

流動(dòng)前沿溫度結(jié)果(圖4)表示填充期間熔體流動(dòng)前沿的溫度變化；該結(jié)果使用一系列顏色來指明，藍(lán)色表示最低溫度區(qū)域，紅色表示最高溫度區(qū)域范圍。對比3種方案的結(jié)果，產(chǎn)品溫度變化在10 ℃以內(nèi)，溫度范圍都可以接受。

圖5所示的粉紅線條為可能出現(xiàn)熔接線的位置。對比3種方案的結(jié)果圖，熔接線主要出現(xiàn)在產(chǎn)品邊緣的孔位處，主面上均沒有明顯的熔接線，熔接線都可以接受。

圖6所示的體積收縮率結(jié)果以原始體積的百分比形式顯示各個(gè)區(qū)域的體積收縮率，局部高收縮率區(qū)域可能導(dǎo)致產(chǎn)品表面縮痕或內(nèi)部縮孔。對比3種方案的結(jié)果圖，方案3的最大體積收縮率是最小的，即出現(xiàn)產(chǎn)品表面縮痕或內(nèi)部縮孔的風(fēng)險(xiǎn)相對最低。

圖7所示為到達(dá)頂出溫度的時(shí)間結(jié)果，顯示產(chǎn)品各區(qū)域達(dá)到頂出溫度所需的時(shí)間。一般來說，澆口處由于剪切熱較大，到達(dá)頂出溫度的時(shí)間相對較長。對比3種方案的結(jié)果圖，凝固較晚的區(qū)域(紅黃色區(qū)域)都在澆口附近；方案3的澆口在產(chǎn)品邊緣非外觀區(qū)域，澆口處剪切熱對A面的影響最小。

為了對比3種方案澆口處的剪切率，分別選取了3個(gè)測試點(diǎn)(紅、黑、藍(lán))，選取的測試點(diǎn)都在澆口附近，以此來觀測各澆口處的剪切率變化。從結(jié)果曲線(圖8)可以看出：方案3的澆口剪切率相對最小，有利于A面的外觀。

通過以上模流方案對比分析，方案3的體積收縮率和體積剪切率較小，并且澆口布置在產(chǎn)品非外觀面處，產(chǎn)品外觀質(zhì)量能夠得到保證。所以最終選擇方案3布置澆口。

3 結(jié)論

PC3S技術(shù)的推廣和應(yīng)用需要配合使用合理的澆口設(shè)計(jì)方案，使得產(chǎn)品外觀質(zhì)量達(dá)到客戶要求。通過對澆口數(shù)量、澆口位置、澆口形式3個(gè)方面的分析可見，澆口方案選擇要滿足進(jìn)膠平衡、填充壓力小、剪切率小，從而保證表皮隔熱層受沖擊小，泡沫層受壓回彈良好，產(chǎn)品A表面外觀平整。

【1】 單巖，吳立軍，徐勤雁，等.MoldFlow模具分析技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)例[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社,2012.

ResearchonGateDesignofPC3SInjectionPart

ZHOU Tianxiao,SUN Jun,YU Shanping,TANG Yongliang,BI Honghua,CAO Junjie

(Changchun Faway-Johnson Controls Automotive Systems Co.,Ltd.,Changchun Jilin 130022,China)

PC3S is a new technology for automobile product which main features are small fabric,normal pressure,back injection.Gate type and location are very important to appearance quality when this technology is used.Gate type and location were researched taking insert part assy of domestic car as example.The best gate design scheme was found which was fitted PC3S technology.

Small fabric normal pressure back injection;Gate design

2014-10-09

周天曉。E-mail:zhifeng.li@jci.com。