一种细长杆多腔模流动平衡的优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种细长杆多腔模流动平衡的优化方法，对注塑步骤中的工艺参数进行优化，并通过模流分析，可以看出填充不平衡得到了很大的改善，流体几乎是平衡填充型腔，作为衡量不平衡因素的指标Y向变形值，在所有的实验数据中明显变小，说明通过工艺条件的优化，可以改善填充的不平衡情况。
【专利说明】
一种细长杆多腔模流动平衡的优化方法
技术领域
[0001]本发明涉及注塑工艺技术领域，更具体地说，涉及一种细长杆多腔模流动平衡的优化方法。
【背景技术】
[0002]对于多型腔模具，型腔的排布与浇注系统密切相关，在模具设计时应综合加以考虑。型腔的排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需足够压力，以保证塑料熔体能同时均匀地填充每个型腔，从而使各个型腔的塑件内在质量均一稳定。对于几何平衡布置的浇注系统，熔体到各型腔的流动距离相等，即各型腔是几何对称的，如果忽略制造误差，则充填过程应是自然平衡的，即不论成型条件如何变化，各型腔均应同时充满，而实际情况并非这样，会出现充填不平衡现象。
[0003]对于平衡布置的浇注系统，熔体到各型腔的流动距离是相等的。由于剪切速率、温度以及材料粘性在流道长度和截面上的变化，使流道中的流动相当复杂。分析时建立在假设避免无滑移，材料粘性与剪切速率、和温度的关系之上的。靠近外壁的高剪切速度区域对黏性有多重影响。这个区域的黏性是下降的，一是材料的非牛顿特性，二是由此引起的摩擦热(shear heating)。摩擦热使流道外层熔体的温度比内层高。尽管一些热量可通过导热散发到较冷的模具壁上，但外层的高温度将一直存在。因为剪切造成高分子发生取向，大分子链排列一致，剪切剧烈的塑料层流动阻力降低，即剪切变稀(shear thinning)。高剪切和与壁面的摩擦生热是造成粘度降低的主要原因，这也是造成充填不平衡的根本原因。
[0004]流道系统中当有两个以上的分支流道时，型腔之间的不平衡是公认的。当高分子熔体沿主流道向下流动，在流道外周边形成较高的剪切区域。当料流沿分支流道分流后，主流道一侧的高剪切(较热)外层将会沿第二左分流道的左边流动，主流道的低剪切(较冷)的中心层流将会流到该流道中的相反一侧;另一半右边分流道的情形与此相似。
[0005]假如经过第二右分流道的熔料在进入第三分流道时，由这些流道进行填充的各型腔间就产生了不平衡。在二级流道中，熔体已经出现了不平衡，在二级流道的末尾，如果再有三级流道，熔体会再一次分流，高的那部分熔体会流向内侧型腔，而温度较低的那部分熔体则会流向外部型腔，流向内外型腔的温度、黏度、流动速率将会不同。经过三级流道分流后的熔体会直接进入型腔，也有可能继续被分流，温度较高的熔体会流向内侧型腔，这些在流动速率和黏度上的变化，最终会影响到制件的重量、尺寸和形状。
[0006]细长杆类零件尤其是大长径比制件的模具设计是目前企业生产的技术难点，尤其是制件的布局方式和进料位置直接影响了制件的质量，如果考虑不当，容易发生充模不全，制件翘曲变形的问题。
[0007]因此，由于现有技术中存在上述的技术缺陷，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的为提供一种细长杆多腔模流动平衡的优化方法，旨在解决现有技术中存在的细长杆类零件尤其是大长径比制件容易发生充模不全，制件翘曲变形的问题。
[0009]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0010]一种细长杆多腔模流动平衡的优化方法，包括如下步骤:
[0011](I)采用填充分析模块对不同布局，不同浇口位置时的填充情况进行分析，查看熔体的填充行为是否合理，通过方案比对，以获得合理的浇注系统设计；
[0012](2)将选取的模具温度范围分段，并对每一段内单点温度进行优化选取，选取最优温度值；
[0013](3)通过仪器对材料熔体粘度大小进行测试，选取粘度较大的塑料熔体作为最优材料；
[0014](4)对熔体加热温度范围内温度点进行试验，选取最优温度点或温度范围；
[0015](5)对采用不同注射时间所得注塑产品进行测试，选取最优注塑时间；
[0016](6)注塑过程中由速度控制(V)向压力控制(P)转换时型腔内熔体的压力分布情况，即在型腔即将被充满时，注塑机进行V/P转换，剩余的熔体在V/P转换点的填充压力或者是保压压力作用下充入型腔，此时的最高压力在主流道入口处；
[0017](7)流动前沿温度分析聚合物熔体充填一个节点时的中间流温度，一般应该是浇注系统的温度最高。
[0018]优选的，所述步骤(2)中模具温度范围为200C-800C，并将上述温度范围分为20°C-50°(:和50°080°(:。
[0019]优选的，所述步骤(3)中采用流变仪测得所用塑料熔体在不同剪切速率下的粘度。
[0020]优选的，所述步骤⑷中熔体温度范围为2000C -280 V。
[0021]优选的，所述步骤(5)中的注塑时间为1-3秒。
[0022]优选的，所述步骤(2)中模具温度选取20°C、50°C或80°C。
[0023]优选的，所述步骤(2)中模具温度选取为20°C。
[0024]优选的，所述步骤(4)中熔体温度范围为200 0C ^ 230 °C或280 °C。
[0025]优选的，所述步骤(4)中熔体温度范围为200°C。
[0026]优选的，所述步骤(5)中的注塑时间最优为2秒。
[0027]本发明的有益之处在于:根据以上对注塑步骤中的工艺参数进行优化，并通过模流分析，可以看出填充不平衡得到了很大的改善，流体几乎是平衡填充型腔，作为衡量不平衡因素的指标Y向变形值，在所有的实验数据中明显变小，说明通过工艺条件的优化，可以改善填充的不平衡情况。
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本发明选用模具方案一的结构示意图；
[0030]图2为本发明选用模具方案二的结构示意图；[0031 ]图3为本发明选用模具方案三的结构示意图；
[0032]图4为模具温度对流动不平衡的影响示意图；
[0033]图5为熔体温度对流动不平衡的影响示意图；
[0034]图6为注射时间对流动不平衡的影响示意图。
【具体实施方式】
[0035]本发明提供了一种细长杆多腔模流动平衡的优化方法，通过对注塑步骤中各工艺参数的优化，降低了变形率，提高了注塑产品质量稳定性。
[0036]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚和详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]—种细长杆多腔模流动平衡的优化方法，包括如下步骤:
[0038](I)采用填充分析模块对不同布局，不同浇口位置时的填充情况进行分析，查看熔体的填充行为是否合理，通过方案比对，以获得合理的浇注系统设计；
[0039](2)将选取的模具温度范围分段，并对每一段内单点温度进行优化选取，选取最优温度值；
[0040](3)通过仪器对材料熔体粘度大小进行测试，选取粘度较大的塑料熔体作为最优材料；
[0041](4)对熔体加热温度范围内温度点进行试验，选取最优温度点或温度范围；
[0042](5)对采用不同注射时间所得注塑产品进行测试，选取最优注塑时间；
[0043](6)注塑过程中由速度控制(V)向压力控制(P)转换时型腔内熔体的压力分布情况，即在型腔即将被充满时，注塑机进行V/P转换，剩余的熔体在V/P转换点的填充压力或者是保压压力作用下充入型腔，此时的最高压力在主流道入口处；
[0044](7)流动前沿温度分析聚合物熔体充填一个节点时的中间流温度，一般应该是浇注系统的温度最高。
[0045]更进一步的，所述步骤(2)中模具温度范围为20°C_80°C，并将上述温度范围分为20°050°(:和50°(:-80°(:。
[0046]更进一步的，所述步骤(3)中采用流变仪测得所用塑料熔体在不同剪切速率下的粘度。
[0047]更进一步的，所述步骤(4)中熔体温度范围为2000C-280 V。
[0048]更进一步的，所述步骤(5)中的注塑时间为1-3秒。
[0049]更进一步的，所述步骤(2)中模具温度选取20°C、50°C或80°C。
[0050]更进一步的，所述步骤(2)中模具温度选取为20°C。
[0051 ] 更进一步的，所述步骤(4)中熔体温度范围为200°C、230°C或280°C。
[0052]更进一步的，所述步骤(4)中熔体温度范围为200°C。
[0053]更进一步的，所述步骤(5)中的注塑时间最优为2秒。
[0054]以下结合一具体的制品对本发明进行详细描述:
[0055]以中国台湾PP6331为模拟测试材料，其余工艺条件默认，初步测试多因素影响条件下的填充不平衡及其影响。PP在加工上有两个特点:其一:PP熔体的粘度随剪切速度的提高而有明显的下降(受温度影响较小)；其二:分子取向程度高而呈现较大的收缩率。
[0056]PP6331的成型工艺范围:
[0057]模具温度:20Γ — 80 Γ
[0058]熔体温度:200cC—280 cC
[0059]1、对注塑模具的选择
[0060]本产品为转动旋出圆珠笔的笔弹，典型的细长杆产品，长径比大于10，头部为有侧孔与其它零件配合，产品对外观要求不高，考虑在使用中一直受扭转应力的作用，制品心部要有良好的强度和刚度，产品不宜有变形，以免影响装配，材料为PP，一模多腔。
[0061]如图1、2和3采用填充分析模块对不同布局，不同浇口位置时的填充情况进行分析，查看熔体的填充行为是否合理，通过方案比对，以获得合理的浇注系统设计。从这三种填充的动态布局来看，方案一，方案二都是一模四腔，流道平衡布置，但方案一的浇口位置在细杆中部，流体最后填充的是直径较粗段的头部，且头部有侧抽定位，可以防止塑件变形，方案二从头部进料，流体最后填充的细长杆的顶部，分子的取向在细杆处方向一致，弯曲变形的可能也最大。同时制件粗端的侧抽结构，塑料PP为假塑性流体，经过模具长时间工作，模温升高，流体剪切变稀现象非常突出，制件变形非常严重，甚至不得不加强冷却控制成型质量，实践证明，飞边极易流入侧滑块，影响下次成型。方案三，也就是原始的模具设计，进料位置和方案一相似，但为了节省模具布局空间，牺牲型腔侧壁厚度，排列较为紧密，填充也不平衡，所以型腔的侧壁呈断裂性损伤。
[0062]2、对模具温度的优化
[0063]如图4，模具温度提高有利于提高流动平衡的效果，模拟结果显示，模具温度越高，Y值越小，流动的平衡效果越好。模温较低时，塑料熔体的流动性变差，流动平衡效果变差。在温度500C-80°C的范围内，Y的波动较小，表示对流动平衡的影响较小。在200C-500C的范围内，Y的波动较大，表示对流动平衡的影响较大。因为实际生产中，模温由于熔体填充周期，周围环境热辐射等因素，温度有±5°C的波动，较高的模具不仅可以减少由于热剪切而引起的不平衡的变形，还可以提高产品质量的稳定性。
[0064]3、对熔体温度的优化选择
[0065]熔体温度的提高同样可以改善流动平衡，结果显示，对于pp材料，熔体温度提高后，Y向变形值显著降低，由多种因素造成的不平衡得到改善，如图5所示。
[0066]4、材料粘度对变形值的影响
[0067]不同的材料由于粘度不同，成型过程中由于剪切热，分子的解缠和取向能力也不同，以PP为例，在Moldf low默认的成型工艺下Y向变形值为0.0683mm，而PC，粘度较大的材料，在Moldf low默认的成型工艺条件下的Y向变形值为0.0225_，粘度较大的材料对该产品的流动不平衡的改善较好。
[0068]5、注塑时间的选择优化
[0069]如图6，注射时间直接影响产品填充时的剪切速率，分别设定注射时间为Is、2s、3s，那么注射时的剪切速率分别为111431/s，55791/s和37881/s。从图6可以看出，在注射时间分别为Is到2s的时间范围内，剪切速率值偏高，粘度降低，分子解缠和取向能力增强，Y向变形值增大;而在注射时间为2s到3s的时间段内，剪切速率降低，Y向变形值也减小。所以适当的注射时间对流动平衡的影响非常重要。
[0070]根据以上分析，初步选择优化的工艺参数如下:模具温度80°C，熔体温度280°C，注射时间2s，通过模流分析，可以看出填充不平衡得到了很大的改善:流体几乎是平衡填充型腔的，作为衡量不平衡因素的指标Y向变形值，在所有的实验数据中为最小，比默认工艺缩小了 10.28%。说明通过工艺条件的优化，可以改善填充的不平衡情况。
[0071]本发明的有益之处在于:根据以上对注塑步骤中的工艺参数进行优化，并通过模流分析，可以看出填充不平衡得到了很大的改善，流体几乎是平衡填充型腔，作为衡量不平衡因素的指标Y向变形值，在所有的实验数据中明显变小，说明通过工艺条件的优化，可以改善填充的不平衡情况。
[0072]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0073]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种细长杆多腔模流动平衡的优化方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)采用填充分析模块对不同布局，不同浇口位置时的填充情况进行分析，查看熔体的填充行为是否合理，通过方案比对，以获得合理的浇注系统设计； (2)将选取的模具温度范围分段，并对每一段内单点温度进行优化选取，选取最优温度值； (3)通过仪器对材料熔体粘度大小进行测试，选取粘度较大的塑料熔体作为最优材料； (4)对熔体加热温度范围内温度点进行试验，选取最优温度点或温度范围； (5)对采用不同注射时间所得注塑产品进行测试，选取最优注塑时间； (6)注塑过程中由速度控制(V)向压力控制(P)转换时型腔内熔体的压力分布情况，SP在型腔即将被充满时，注塑机进行V/P转换，剩余的熔体在V/P转换点的填充压力或者是保压压力作用下充入型腔，此时的最高压力在主流道入口处； (7)流动前沿温度分析聚合物熔体充填一个节点时的中间流温度，一般应该是浇注系统的温度最高。2.如权利要求1所述的细长杆多腔模流动平衡的优化方法，其特征在于:所述步骤(2)中模具温度范围为20 0C -80 0C，并将上述温度范围分为20 0C -50 V和50 V -80 0C。3.如权利要求1所述的细长杆多腔模流动平衡的优化方法，其特征在于:所述步骤(3)中采用流变仪测得所用塑料熔体在不同剪切速率下的粘度。4.如权利要求1所述的细长杆多腔模流动平衡的优化方法，其特征在于:所述步骤(4)中熔体温度范围为200°C-280°C。5.如权利要求1所述的细长杆多腔模流动平衡的优化方法，其特征在于:所述步骤(5)中的注塑时间为1-3秒。6.如权利要求2所述的细长杆多腔模流动平衡的优化方法，其特征在于:所述步骤(2)中模具温度选取20 0C、50 °C或80 0C。7.如权利要求6所述的细长杆多腔模流动平衡的优化方法，其特征在于:所述步骤(2)中模具温度选取为20 °C。8.如权利要求4所述的细长杆多腔模流动平衡的优化方法，其特征在于:所述步骤(4)中熔体温度范围为200 0C ^ 230 °C或280 V。9.如权利要求8所述的细长杆多腔模流动平衡的优化方法，其特征在于:所述步骤(4)中熔体温度范围为200°C。10.如权利要求5所述的细长杆多腔模流动平衡的优化方法，其特征在于:所述步骤(5)中的注塑时间最优为2秒。
【文档编号】B29C45/76GK105936105SQ201610223982
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】王莉静, 李志萍, 尤洪岭, 闫晓红, 王俊
【申请人】天津城建大学