塑料托盤注塑不（bú）同方案分析
在注射（shè）成（chéng）型過程中，模具溫度直接影響到塑件的質量如收縮率（lǜ）、翹曲變形、 耐（nài）應力開裂性和表（biǎo）麵質量等，並且對生產效率（lǜ）起到決定性的作用，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（gōng）藝要求 不同，模具溫度的要求也不盡（jìn）相同（tóng）。
低的模具溫度可降低塑件的成型收縮率；模具溫度（dù）均勻、冷卻時間短、注射 速（sù）度快可以減小塑件的翹曲變形；對於結（jié）晶性聚合物，提高模具溫度可使塑（sù）件尺（chǐ） 寸穩定，避免後結晶現象，但是將（jiāng）導（dǎo）致成型周期（qī）延長和塑件發脆的缺陷；隨著結 晶型聚合物的結（jié）晶度的提高，塑料的耐應力開裂性（xìng）降低，因此降低模具溫（wēn）度是有 利的。但（dàn）對（duì）於高粘度的無定型聚（jù）合（hé）物，由於其耐力開裂性與塑件的內應力直接相 關（guān），因此提高模具溫（wēn）度和充模速度，減少補料時間有利的；提高（gāo）模具溫度（dù）可（kě）以改 善塑件（jiàn）的表麵質量。
模具溫度（dù）的高低取（qǔ）決於塑料結晶性、塑件尺（chǐ）寸與結構、性能要求以及其它工 藝條件（jiàn）如焰料溫度、注射速（sù）度、注射壓力和模塑周期等。
對於無（wú）定（dìng）型聚合物，其焰體在注入模腔後隨著溫度的降（jiàng）低而固化，但並不發 生相的轉變，模溫主要影響焰體的（de）粘度，即充模速率。因（yīn）此，對於熔融粘度較低 和中等的無定型塑料如聚苯乙烯、醋酸（suān）纖維素等，采（cǎi）用較低的模具溫度可以縮短 冷卻時（shí）間。對於熔（róng）融粘度高的塑料如聚碳酸酯、聚苯醒（xǐng）、聚碉等，則（zé）必須采取較 高的模具溫度以避免產生冷流痕、注不滿等缺（quē）陷，同時由於其軟化溫度較（jiào）高，提 高模具溫度可以調整塑件的冷卻速率，使之均勻一（yī）致，以防止塑件因（yīn）溫度差過大（dà） 而產生凹痕（hén）、內應力和裂紋等問題。
結晶性（xìng）聚（jù）合物在注入模腔後，當溫（wēn）度降低到熔點以下即開始結晶，結晶的速 率受冷卻速率並最終由模具溫度控（kòng）製（zhì）。高的（de）模具溫度將導致大（dà）的結晶（jīng）速率，有利 於分子的鬆馳（chí）過程，因此尺寸穩定但（dàn）是（shì）塑件發脆，適用於結晶速率很小的塑料如（rú） 聚對苯二（èr）甲酸乙二酯。低的模具溫度將導（dǎo）致塑件中的分子結晶度的降低，
本文中采用的材（cái）料為聚丙烯（PP）,適合的（de）模具溫（wēn）度為40°C,由於本試驗主 要著重於（yú）試（shì）模階段，在試模階段模具各部分溫度可以近似於恒溫，因此本（běn）文（wén）采用 的模具溫度為均（jun1）勻的40C,加之（zhī）本研究采（cǎi）用熱流道係統，采用針閥式澆口（kǒu）控（kòng）製，
不會（huì）因為有無冷卻係（xì）統影響製品收縮，冷卻係統的影響可以忽略。在保證分析結 果較為準確的情況下，為了加快（kuài）CAE模擬分析時間及提高效（xiào）率本文分（fèn）析中不加入（rù） 冷卻係統。
4.3.1設計方案一
本文主要從改變塑料托盤的澆注係統（tǒng）設計入手。由於（yú）模型經過對稱分析（xī）處理, 模型呈四邊（biān）形，結構如果采用單澆口，無論從哪一邊進料（liào），整個流程都非常（cháng）長， 並且（qiě）在最（zuì）後焰料的交匯處（chù），由於熔料溫度過低（dī），分（fèn）子長鏈之間的交錯纏結不充分, 會形成非常脆弱的熔接線，熔接線部位（wèi）在承受外力時容易發生開裂甚至（zhì）斷裂，嚴 重影響托盤的性能。因此初步選定4點進料，進料口（kǒu）在每條邊的中間部位。
在MPI視窗的坐標係中，澆口位置（zhì）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，由於模型（xíng）中間存（cún）在著四個比較大的空（kōng）腔，因（yīn）此適（shì）合做分（fèn）流道，所以研究（jiū）中澆（jiāo） 注係統采用（yòng）熱流道與冷（lěng）流道結合的方式，熱流道係統具（jù）有節能、高效，可進（jìn）行連 續注（zhù）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，流道（dào）部分采用 圓柱形網格單元。如圖4-4所示，圖中熱（rè）流道用紅顏色（sè）表示（shì），分流道用綠色表示。
 
圖4-4方（fāng）案一澆口設計
 
分析結果及解析:

1）充填時間
如圖4-5所示，從藍色到紅色表示充填的先後次序（xù）。左上（shàng）角部分最後填充完（wán）成 的時（shí）間是4.718秒，時間長於其他三角。這表明本方案充填不均勻，這將引起製品 部分（fèn）過保（bǎo）壓（yā），導致收縮（suō）不均勻。製品最後（hòu）填充的部分相對於先充填的部分冷卻更 加（jiā）緩慢，因此其冷卻收縮過程滯（zhì）後於其它（tā）區域，這就容易導（dǎo）致收縮不均勻，製品 內部產生應力，這種應力在外力（lì）或環境因素（潮濕、高溫，輻射）等作用（yòng）下容易 釋放出來，製品產生變形，開（kāi）裂甚至斷裂。

 
2）壓力分布（bù）
型腔壓力分布如圖4-6所示，大部分麵積（jī）為綠色區域，在左上角（jiǎo）位置為藍色區 域，從壓力分布的情況來看，該方案壓力分布不均勻，壓（yā）力相差近34MPa,這必 然導致整個型腔中的應力（lì）不平衡，最終在製品中產生不等的（de）殘餘應力，會使製品 產生較大的翹曲變（biàn）形。

 
圖4-6方（fāng）案一壓力分布
 
3）注塑壓力
注塑壓力（lì）如圖4-7,壓力的大小直接決定了注塑機的最小壓力，而且（qiě）壓力越小 流動平（píng）衡性越好。該方案注塑口（kǒu）壓力最（zuì）大值為70MPa°這個注塑（sù）壓力比較合理。
 

 
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的很（hěn）大推力，該推（tuī） 力應小於注（zhù）射機額定的鎖模力，否則在注（zhù）射成型時（shí）會因鎖模力不（bú）緊而發生溢邊（biān）跑 料現象。如圖4-8所示，本方案最大鎖模力達2500kN,此鎖（suǒ）模力乘以4倍為 lOOOOkN,依然遠小於（yú）注塑機的最大鎖模力21000kN_o因此是可以接受的。


 
5)翹曲變形
方案一（yī）注塑翹曲變形量最大值為4.480mm,對於PP材料而（ér）言，變形量（liàng）不影響 製品的使用性能（néng）。
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圖4-9方案一翹曲（qǔ）變形分析
 
4.3.2設計方案二
方（fāng）案（àn）二在方案（àn）一基礎上更改4個澆口位置，將澆口（kǒu）位置更加靠近澆口托盤的
左（zuǒ）上角位置，在MPI空間中,具體四個澆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
如圖4-11所示，本方案充填時間5.116s,略長於（yú）方（fāng）案一的填充時（shí）間。托盤四（sì） 個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衡狀態，這種流動平 衡狀態（tài）不易出現過保壓現象，可（kě）以有效控製冷卻後製品內部應力。

 
2）壓（yā）力分布
方（fāng）案二的型腔壓力分布如圖4-12所示，大部分麵積為綠色區域，在右上角位
置為藍色區域，壓力相差近30MPa,方案二相較於方案一有明顯下降。但30MPa

的壓力差還是（shì）比較大，型腔中的應力不平衡現象沒有根本性改（gǎi）善，注塑完成後製 品可能（néng）因為內部較（jiào）大（dà）應力的存（cún）在，在（zài）外力及外部環境影響下產生變形、開裂或斷 裂。
 
圖4-12方案二（èr）壓力分布
 
3）注塑壓力
注塑壓力如圖（tú）4-13,該方案（àn）注（zhù）塑口壓力最大值為60MPa,優於方案一的（de）
70MPa_o注塑（sù）壓力的（de）減小可以節約（yuē）能源，減少型腔內部的應力，同（tóng）時可以減少鎖模 力及製品的翹曲變形（xíng）量。
 
圖4-13方案二澆注口壓力分布
 
4）鎖模力
如圖4-14所示，方案二的（de）最（zuì）大鎖模力達2000kN,在整個托盤注塑條件下，鎖
模力在8000kN左右,優於方案一的lOOOOkN。減少鎖模力一方麵可以注塑機能耗,
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另一方麵可（kě）以降低型（xíng）腔內部應力。
圖4-14方案一（yī）鎖模力（lì）分布
5）翹曲變形
如圖所示，方案二的翹曲變形最大量為4.320mm,略小（xiǎo）於方案一•的變形量。
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
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 
根據方案二（èr）的分析結果，將澆注係統中的澆口位置進行微調，本（běn）方案調（diào）整澆
0)、(-407.19, -369.93, 0)、(-305.41, -105.57,
0)、(-77.79 , -311.53, 0)。
分析結果及解析:
1) 充填（tián）時間
如圖4-16所示，本方案充填時間（jiān）4.909s,優於方案二5.116s。同時，四個角 落充滿所需（xū）時間基本相近。流動平衡，不易（yì）出現過保壓現象。

2）壓力分布
方案三型腔壓力分布如圖4-17所示，大部分麵積（jī）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， 型腔壓力狀態進一步（bù）改善。
Pressure
 
圖4-17方案三壓力分布
 
3）注塑（sù）壓力
方案三注塑壓力（lì）如圖（tú）4-18,該方案注塑壓力（lì）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（shì），本方案最大鎖模力達1750kN,優於其他（tā）兩個方（fāng）案。
 
圖4-19方案三鎖（suǒ）模力分布
 
5）翹曲變形
方案三翹（qiào）曲變形量如下圖所示，最大翹曲變（biàn）形處位於托盤下部，最大值為（wéi）
4.258mm,由（yóu）於壓力分布均勻，相（xiàng）對於（yú）前兩個方案（àn），翹曲變形（xíng）量有所變小。