基于MoldFlow的箱包手柄上蓋雙色注射模設(shè)計(jì)

李興俊，劉 元，張英本，鄭金杰，龔正朋

（1.嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314031；2.浙江卓為醫(yī)療器械有限公司，浙江 嘉興 314031）

0 引 言

雙色注射模由2副模具組成，能生產(chǎn)2種顏色的塑件的特種模具。2種材料在同一臺(tái)注射機(jī)上分2次注射成型，但是成型塑件只出模一次。生產(chǎn)的雙色塑件具有耐碰耐摔、手感好、外觀質(zhì)感好、可局部電鍍等優(yōu)點(diǎn)，因此市場(chǎng)前景廣闊[1-3]。在注射成型過(guò)程中，澆注系統(tǒng)是影響成型塑件質(zhì)量的重要因素之一，其中澆口的設(shè)計(jì)尤其重要[4-9]，雙色模具更應(yīng)該謹(jǐn)慎選取澆口位置。雙色模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合CAE進(jìn)行模流分析，預(yù)測(cè)塑件充填時(shí)的溫度、熔接痕、困氣位置、表面收縮、塑件相互粘合及變形情況，避免雙色成型中的風(fēng)險(xiǎn)[10-12]。

以某箱包雙色手柄上蓋為研究對(duì)象，針對(duì)其軟塑料外觀面出現(xiàn)的氣穴，利用MoldFlow進(jìn)行雙色注射模流分析，找出氣穴產(chǎn)生的原因，結(jié)合模具設(shè)計(jì)理論改進(jìn)了澆口位置，并對(duì)新方案進(jìn)行了驗(yàn)證。修改后的模具工作穩(wěn)定，成型的塑件外觀光滑，無(wú)可見(jiàn)氣穴和熔接痕，滿足客戶要求。

1 塑件分析

塑件內(nèi)層為ABS757硬塑料，外層為TPE65軟塑料，外形尺寸為148 mm×38 mm×55 mm。采用雙色注射成型，主要外觀面要求色澤均勻，不允許存在熔接痕、縮孔、氣泡。但是原模具生產(chǎn)時(shí)存在一處明顯的氣穴，多次調(diào)試工藝均無(wú)法消除，如圖1所示。第一次修改模具時(shí)在氣穴位置設(shè)計(jì)鑲件，利用間隙排氣，但是容易被堵塞，不能大批量生產(chǎn)。因此通過(guò)模流分析查找原因，指導(dǎo)并論證新的修改模具方案。

圖1 箱包雙色手柄上蓋的氣穴位置

2 模流分析

2.1 網(wǎng)格劃分及材料選擇

在UG中將塑件的坐標(biāo)調(diào)整為裝配位置。因?yàn)樾枰薷哪＞?，為了保證分析結(jié)果精確可靠，模型導(dǎo)入MoldFlow時(shí)直接選取UG零件格式，網(wǎng)格選取3D實(shí)體類型，劃分為四面體單元。硬塑料網(wǎng)格邊長(zhǎng)為1.5 mm，網(wǎng)格最大縱橫比為34.56，平均縱橫比為5.06。軟塑料網(wǎng)格邊長(zhǎng)為1.2 mm，網(wǎng)格最大縱橫比為36.59，平均縱橫比為4.00。通過(guò)網(wǎng)格修復(fù)向?qū)z查，網(wǎng)格質(zhì)量合格，滿足分析要求。硬塑料選擇ABS(Polylac PA-757)，軟塑料選擇TPE(MF A 9402 MR Natural)。

2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

雙色模具的澆注系統(tǒng)可使用普通流道和熱流道，考慮模具成本及塑件特點(diǎn)，選擇普通流道，均為潛伏式進(jìn)澆。第一次成型時(shí)潛伏澆口設(shè)置在加強(qiáng)筋上，第二次成型因?yàn)槭擒浰芰?，如果采用傳統(tǒng)的小推桿，推出不起作用，所以采用φ2.5 mm的鑲針，圓柱體凝料在塑件推出時(shí)可同時(shí)被拉出。澆注系統(tǒng)如圖2所示，搭接分流道位于型腔側(cè)，其他的分流道位于型芯側(cè)。第一次成型時(shí)，分流道與第二次成型澆口不連通，同理第二次成型時(shí)，分流道與第一次成型澆口不連通。生產(chǎn)時(shí)澆注系統(tǒng)凝料每次都要推出，這樣保證了雙色注射成型的精度。

圖2 澆注系統(tǒng)

為了方便建模，搭接分流道在MoldFlow軟件中適當(dāng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，原方案澆注系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 原方案澆注系統(tǒng)

2.3 模流分析

采用MoldFlow的熱塑性塑料重疊注射模塊進(jìn)行“填充+保壓+重疊注射充填+保壓”分析，其中注射、保壓、冷卻工藝條件設(shè)定如下：硬塑料注射工藝為模具溫度45℃，熔體溫度210℃，冷卻時(shí)間為40 s；軟塑料注射工藝為模具溫度45℃，熔體溫度203℃，冷卻時(shí)間為20 s，其他參數(shù)默認(rèn)。

原方案模擬分析結(jié)果中，成型塑件較多區(qū)域出現(xiàn)氣穴，但是實(shí)際成型的塑件僅一個(gè)區(qū)域有氣穴。為了查找成型塑件氣穴無(wú)法消除的原因，將塑件氣穴與熔接表面分布模擬結(jié)果一起分析，結(jié)果如圖4所示，圖4（a）中左邊第二處氣穴與熔接表面位置重疊，此處氣體受兩股熔料圍堵無(wú)法排除，而其他位置的氣穴位于邊緣或沒(méi)有重疊，因此均可以排除。因此要解決氣穴問(wèn)題，必須避免氣穴位置與熔接表面位置在塑件中部重疊。

圖4 原方案氣穴和熔接表面分布

2.4 改進(jìn)方案及分析結(jié)果

因?yàn)闈部谖恢脤?duì)熔接表面位置和困氣位置影響較大，決定改變?cè)瓭部谖恢?。熔接表面位置靠近塑件中央，位于澆口斜?duì)面，改進(jìn)方案將澆口位置往塑件邊緣偏移3.7 mm，設(shè)于加強(qiáng)筋上，使熔接表面位置向塑件邊上移動(dòng)，改進(jìn)方案澆注系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 改進(jìn)方案澆注系統(tǒng)

新方案模流分析結(jié)果如圖6所示，中間氣穴向塑件右邊移動(dòng)，熔接表面向塑件邊上移動(dòng)，沒(méi)有重疊，因此改進(jìn)方案可行。

圖6 改進(jìn)方案氣穴和熔接表面分布

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 分型面及成型零件設(shè)計(jì)

第一次注射材料與第二次注射材料的收縮率均設(shè)置為0.5%，模具采用旋轉(zhuǎn)型芯的兩板模結(jié)構(gòu)，2組動(dòng)模結(jié)構(gòu)相同，所以分型面設(shè)計(jì)時(shí)按照裝配的塑件進(jìn)行分模，即軟塑料的分型線向外延伸、拓展設(shè)計(jì)光順的分型面，然后初步分出第二次成型型腔和型芯。

因?yàn)榈谝淮纬尚团c第二次成型的型腔形狀不一致，雙色注塑機(jī)的噴嘴距離為250 mm，所以將2組型腔的中心距離設(shè)計(jì)為250 mm，即將軟塑料塑件與型腔進(jìn)行布爾求和即可獲得第一次成型型腔。

由于軟塑料需要從第一次成型塑件底面潛伏式澆口進(jìn)料，硬塑料的型腔需要設(shè)計(jì)2根φ2.5 mm的鑲針，與動(dòng)模碰穿，從而在硬塑料上形成進(jìn)料孔。第一次注射利用分型面間隙排氣，第二次注射在軟塑料分型面上開(kāi)設(shè)多條深度為0.015 mm的排氣槽。最終的型腔板和型芯分別如圖7、圖8所示。

圖7 型腔板

圖8 型 芯

3.2 二次推出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于第一次成型和第二次成型的分流道有部分是共用的，因此澆注系統(tǒng)凝料每次都要推出，但是第一次成型的塑件半成品不能推出，所以需要設(shè)計(jì)二次推出機(jī)構(gòu)，以保證雙色注射有序成型。為了避免采用傳統(tǒng)的雙推桿固定板結(jié)構(gòu)，通過(guò)加厚推板，設(shè)計(jì)了二次推出結(jié)構(gòu)，如圖9所示。推出零件主要包括推桿、推管、扁推桿和二次推出推管。澆注系統(tǒng)的推桿底部不設(shè)置二次推出結(jié)構(gòu)，設(shè)置了流道推桿8和拉料桿9。在推出塑件的扁推桿10和推管11底部均要設(shè)置二次推出推管，同時(shí)在此處設(shè)計(jì)30 mm的避空行程。推出第一次成型的澆注系統(tǒng)凝料時(shí)，注塑機(jī)滑塊推動(dòng)模具頂桿16，從而驅(qū)動(dòng)推板2和推桿固定板3實(shí)現(xiàn)第一次推出，推出行程小于30 mm即可保證只推出硬塑料的澆口凝料和流道凝料，而不推出第一次成型塑件，為第二次注射做準(zhǔn)備。第二次推出時(shí)先執(zhí)行第一次推出，推出行程達(dá)到30 mm后繼續(xù)推出，完成塑件脫模。

圖9 二次推出系統(tǒng)

3.3 模架及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

包膠方式?jīng)Q定了雙色模具的基本結(jié)構(gòu)，該塑件為全包方式，采用整體模架，由活動(dòng)中板旋轉(zhuǎn)完成2次注射成型。模架內(nèi)部機(jī)構(gòu)四面分中加工，同規(guī)格板材可任意翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、互換均能達(dá)到組合精度要求。定位圈直徑為φ125 mm，4根導(dǎo)柱中心對(duì)稱，并保證導(dǎo)柱與導(dǎo)套的單邊間隙公差在0.025 mm以內(nèi)。使用3塊墊塊，中間一塊的厚度為96 mm。因?yàn)橐M(jìn)行二次推出，推板厚度設(shè)計(jì)為45 mm，為保證推出平穩(wěn)可靠，增加了推板導(dǎo)柱導(dǎo)套，最終設(shè)計(jì)的模架型號(hào)規(guī)格為CI3050A110B90C150。定模和動(dòng)模均采用環(huán)形水路冷卻，直徑為φ6 mm，模具結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖10 模具結(jié)構(gòu)

4 模具工作過(guò)程

（1）模具合模，第一次注射ABS塑料，熔體通過(guò)主流道進(jìn)入型芯上的分流道，然后進(jìn)入型腔上的搭接分流道后從潛伏式澆口進(jìn)料，填充半成品側(cè)的型腔。第一次成型完成后，模具開(kāi)模時(shí)硬塑料半成品留在型芯上，二次推出機(jī)構(gòu)只執(zhí)行第一次推出，將澆注系統(tǒng)凝料推出。

（2）動(dòng)模旋轉(zhuǎn)180°后合模，第二次注射黑色軟塑料TPE，保壓冷卻后，二次推出機(jī)構(gòu)將澆注系統(tǒng)凝料和成型塑件推出，完成一個(gè)生產(chǎn)周期。正常生產(chǎn)后，第一次注射和第二次注射同時(shí)進(jìn)行，生產(chǎn)的合格塑件如圖11所示。

圖11 合格塑件

5 結(jié)束語(yǔ)

利用MoldFow進(jìn)行雙色注射模流分析，采用實(shí)體模型的四面體單元，劃分精細(xì)網(wǎng)格以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)塑件熔接表面位置和困氣位置，通過(guò)改變澆口位置，避免了熔接表面位置和氣穴位置在型腔中部區(qū)域重疊。通過(guò)大批量生產(chǎn)驗(yàn)證，模具工作穩(wěn)定，成型塑件外觀合格，以較低成本解決了實(shí)際問(wèn)題。