一種細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，對注塑步驟中的工藝參數(shù)進行優(yōu)化，并通過模流分析，可以看出填充不平衡得到了很大的改善，流體幾乎是平衡填充型腔，作為衡量不平衡因素的指標Y向變形值，在所有的實驗數(shù)據(jù)中明顯變小，說明通過工藝條件的優(yōu)化，可以改善填充的不平衡情況。
【專利說明】
一種細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及注塑工藝技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于多型腔模具，型腔的排布與澆注系統(tǒng)密切相關(guān)，在模具設(shè)計時應(yīng)綜合加以考慮。型腔的排布應(yīng)使每個型腔都能通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等地分得所需足夠壓力，以保證塑料熔體能同時均勻地填充每個型腔，從而使各個型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定。對于幾何平衡布置的澆注系統(tǒng)，熔體到各型腔的流動距離相等，即各型腔是幾何對稱的，如果忽略制造誤差，則充填過程應(yīng)是自然平衡的，即不論成型條件如何變化，各型腔均應(yīng)同時充滿，而實際情況并非這樣，會出現(xiàn)充填不平衡現(xiàn)象。
[0003]對于平衡布置的澆注系統(tǒng)，熔體到各型腔的流動距離是相等的。由于剪切速率、溫度以及材料粘性在流道長度和截面上的變化，使流道中的流動相當(dāng)復(fù)雜。分析時建立在假設(shè)避免無滑移，材料粘性與剪切速率、和溫度的關(guān)系之上的。靠近外壁的高剪切速度區(qū)域?qū)︷ば杂卸嘀赜绊?。這個區(qū)域的黏性是下降的，一是材料的非牛頓特性，二是由此引起的摩擦熱(shear heating)。摩擦熱使流道外層熔體的溫度比內(nèi)層高。盡管一些熱量可通過導(dǎo)熱散發(fā)到較冷的模具壁上，但外層的高溫度將一直存在。因為剪切造成高分子發(fā)生取向，大分子鏈排列一致，剪切劇烈的塑料層流動阻力降低，即剪切變稀(shear thinning)。高剪切和與壁面的摩擦生熱是造成粘度降低的主要原因，這也是造成充填不平衡的根本原因。
[0004]流道系統(tǒng)中當(dāng)有兩個以上的分支流道時，型腔之間的不平衡是公認的。當(dāng)高分子熔體沿主流道向下流動，在流道外周邊形成較高的剪切區(qū)域。當(dāng)料流沿分支流道分流后，主流道一側(cè)的高剪切(較熱)外層將會沿第二左分流道的左邊流動，主流道的低剪切(較冷)的中心層流將會流到該流道中的相反一側(cè);另一半右邊分流道的情形與此相似。
[0005]假如經(jīng)過第二右分流道的熔料在進入第三分流道時，由這些流道進行填充的各型腔間就產(chǎn)生了不平衡。在二級流道中，熔體已經(jīng)出現(xiàn)了不平衡，在二級流道的末尾，如果再有三級流道，熔體會再一次分流，高的那部分熔體會流向內(nèi)側(cè)型腔，而溫度較低的那部分熔體則會流向外部型腔，流向內(nèi)外型腔的溫度、黏度、流動速率將會不同。經(jīng)過三級流道分流后的熔體會直接進入型腔，也有可能繼續(xù)被分流，溫度較高的熔體會流向內(nèi)側(cè)型腔，這些在流動速率和黏度上的變化，最終會影響到制件的重量、尺寸和形狀。
[0006]細長桿類零件尤其是大長徑比制件的模具設(shè)計是目前企業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)難點，尤其是制件的布局方式和進料位置直接影響了制件的質(zhì)量，如果考慮不當(dāng)，容易發(fā)生充模不全，制件翹曲變形的問題。
[0007]因此，由于現(xiàn)有技術(shù)中存在上述的技術(shù)缺陷，是本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的為提供一種細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的細長桿類零件尤其是大長徑比制件容易發(fā)生充模不全，制件翹曲變形的問題。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0010]一種細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，包括如下步驟:
[0011](I)采用填充分析模塊對不同布局，不同澆口位置時的填充情況進行分析，查看熔體的填充行為是否合理，通過方案比對，以獲得合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計；
[0012](2)將選取的模具溫度范圍分段，并對每一段內(nèi)單點溫度進行優(yōu)化選取，選取最優(yōu)溫度值；
[0013](3)通過儀器對材料熔體粘度大小進行測試，選取粘度較大的塑料熔體作為最優(yōu)材料；
[0014](4)對熔體加熱溫度范圍內(nèi)溫度點進行試驗，選取最優(yōu)溫度點或溫度范圍；
[0015](5)對采用不同注射時間所得注塑產(chǎn)品進行測試，選取最優(yōu)注塑時間；
[0016](6)注塑過程中由速度控制(V)向壓力控制(P)轉(zhuǎn)換時型腔內(nèi)熔體的壓力分布情況，即在型腔即將被充滿時，注塑機進行V/P轉(zhuǎn)換，剩余的熔體在V/P轉(zhuǎn)換點的填充壓力或者是保壓壓力作用下充入型腔，此時的最高壓力在主流道入口處；
[0017](7)流動前沿溫度分析聚合物熔體充填一個節(jié)點時的中間流溫度，一般應(yīng)該是澆注系統(tǒng)的溫度最高。
[0018]優(yōu)選的，所述步驟(2)中模具溫度范圍為200C-800C，并將上述溫度范圍分為20°C-50°(:和50°080°(:。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟(3)中采用流變儀測得所用塑料熔體在不同剪切速率下的粘度。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟⑷中熔體溫度范圍為2000C -280 V。
[0021]優(yōu)選的，所述步驟(5)中的注塑時間為1-3秒。
[0022]優(yōu)選的，所述步驟(2)中模具溫度選取20°C、50°C或80°C。
[0023]優(yōu)選的，所述步驟(2)中模具溫度選取為20°C。
[0024]優(yōu)選的，所述步驟(4)中熔體溫度范圍為200 0C ^ 230 °C或280 °C。
[0025]優(yōu)選的，所述步驟(4)中熔體溫度范圍為200°C。
[0026]優(yōu)選的，所述步驟(5)中的注塑時間最優(yōu)為2秒。
[0027]本發(fā)明的有益之處在于:根據(jù)以上對注塑步驟中的工藝參數(shù)進行優(yōu)化，并通過模流分析，可以看出填充不平衡得到了很大的改善，流體幾乎是平衡填充型腔，作為衡量不平衡因素的指標Y向變形值，在所有的實驗數(shù)據(jù)中明顯變小，說明通過工藝條件的優(yōu)化，可以改善填充的不平衡情況。
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1為本發(fā)明選用模具方案一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明選用模具方案二的結(jié)構(gòu)示意圖；[0031 ]圖3為本發(fā)明選用模具方案三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4為模具溫度對流動不平衡的影響示意圖；
[0033]圖5為熔體溫度對流動不平衡的影響示意圖；
[0034]圖6為注射時間對流動不平衡的影響示意圖。
【具體實施方式】
[0035]本發(fā)明提供了一種細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，通過對注塑步驟中各工藝參數(shù)的優(yōu)化，降低了變形率，提高了注塑產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。
[0036]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚和詳細的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0037]—種細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，包括如下步驟:
[0038](I)采用填充分析模塊對不同布局，不同澆口位置時的填充情況進行分析，查看熔體的填充行為是否合理，通過方案比對，以獲得合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計；
[0039](2)將選取的模具溫度范圍分段，并對每一段內(nèi)單點溫度進行優(yōu)化選取，選取最優(yōu)溫度值；
[0040](3)通過儀器對材料熔體粘度大小進行測試，選取粘度較大的塑料熔體作為最優(yōu)材料；
[0041](4)對熔體加熱溫度范圍內(nèi)溫度點進行試驗，選取最優(yōu)溫度點或溫度范圍；
[0042](5)對采用不同注射時間所得注塑產(chǎn)品進行測試，選取最優(yōu)注塑時間；
[0043](6)注塑過程中由速度控制(V)向壓力控制(P)轉(zhuǎn)換時型腔內(nèi)熔體的壓力分布情況，即在型腔即將被充滿時，注塑機進行V/P轉(zhuǎn)換，剩余的熔體在V/P轉(zhuǎn)換點的填充壓力或者是保壓壓力作用下充入型腔，此時的最高壓力在主流道入口處；
[0044](7)流動前沿溫度分析聚合物熔體充填一個節(jié)點時的中間流溫度，一般應(yīng)該是澆注系統(tǒng)的溫度最高。
[0045]更進一步的，所述步驟(2)中模具溫度范圍為20°C_80°C，并將上述溫度范圍分為20°050°(:和50°(:-80°(:。
[0046]更進一步的，所述步驟(3)中采用流變儀測得所用塑料熔體在不同剪切速率下的粘度。
[0047]更進一步的，所述步驟(4)中熔體溫度范圍為2000C-280 V。
[0048]更進一步的，所述步驟(5)中的注塑時間為1-3秒。
[0049]更進一步的，所述步驟(2)中模具溫度選取20°C、50°C或80°C。
[0050]更進一步的，所述步驟(2)中模具溫度選取為20°C。
[0051 ] 更進一步的，所述步驟(4)中熔體溫度范圍為200°C、230°C或280°C。
[0052]更進一步的，所述步驟(4)中熔體溫度范圍為200°C。
[0053]更進一步的，所述步驟(5)中的注塑時間最優(yōu)為2秒。
[0054]以下結(jié)合一具體的制品對本發(fā)明進行詳細描述:
[0055]以中國臺灣PP6331為模擬測試材料，其余工藝條件默認，初步測試多因素影響條件下的填充不平衡及其影響。PP在加工上有兩個特點:其一:PP熔體的粘度隨剪切速度的提高而有明顯的下降(受溫度影響較小)；其二:分子取向程度高而呈現(xiàn)較大的收縮率。
[0056]PP6331的成型工藝范圍:
[0057]模具溫度:20Γ — 80 Γ
[0058]熔體溫度:200cC—280 cC
[0059]1、對注塑模具的選擇
[0060]本產(chǎn)品為轉(zhuǎn)動旋出圓珠筆的筆彈，典型的細長桿產(chǎn)品，長徑比大于10，頭部為有側(cè)孔與其它零件配合，產(chǎn)品對外觀要求不高，考慮在使用中一直受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用，制品心部要有良好的強度和剛度，產(chǎn)品不宜有變形，以免影響裝配，材料為PP，一模多腔。
[0061]如圖1、2和3采用填充分析模塊對不同布局，不同澆口位置時的填充情況進行分析，查看熔體的填充行為是否合理，通過方案比對，以獲得合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計。從這三種填充的動態(tài)布局來看，方案一，方案二都是一模四腔，流道平衡布置，但方案一的澆口位置在細桿中部，流體最后填充的是直徑較粗段的頭部，且頭部有側(cè)抽定位，可以防止塑件變形，方案二從頭部進料，流體最后填充的細長桿的頂部，分子的取向在細桿處方向一致，彎曲變形的可能也最大。同時制件粗端的側(cè)抽結(jié)構(gòu)，塑料PP為假塑性流體，經(jīng)過模具長時間工作，模溫升高，流體剪切變稀現(xiàn)象非常突出，制件變形非常嚴重，甚至不得不加強冷卻控制成型質(zhì)量，實踐證明，飛邊極易流入側(cè)滑塊，影響下次成型。方案三，也就是原始的模具設(shè)計，進料位置和方案一相似，但為了節(jié)省模具布局空間，犧牲型腔側(cè)壁厚度，排列較為緊密，填充也不平衡，所以型腔的側(cè)壁呈斷裂性損傷。
[0062]2、對模具溫度的優(yōu)化
[0063]如圖4，模具溫度提高有利于提高流動平衡的效果，模擬結(jié)果顯示，模具溫度越高，Y值越小，流動的平衡效果越好。模溫較低時，塑料熔體的流動性變差，流動平衡效果變差。在溫度500C-80°C的范圍內(nèi)，Y的波動較小，表示對流動平衡的影響較小。在200C-500C的范圍內(nèi)，Y的波動較大，表示對流動平衡的影響較大。因為實際生產(chǎn)中，模溫由于熔體填充周期，周圍環(huán)境熱輻射等因素，溫度有±5°C的波動，較高的模具不僅可以減少由于熱剪切而引起的不平衡的變形，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
[0064]3、對熔體溫度的優(yōu)化選擇
[0065]熔體溫度的提高同樣可以改善流動平衡，結(jié)果顯示，對于pp材料，熔體溫度提高后，Y向變形值顯著降低，由多種因素造成的不平衡得到改善，如圖5所示。
[0066]4、材料粘度對變形值的影響
[0067]不同的材料由于粘度不同，成型過程中由于剪切熱，分子的解纏和取向能力也不同，以PP為例，在Moldf low默認的成型工藝下Y向變形值為0.0683mm，而PC，粘度較大的材料，在Moldf low默認的成型工藝條件下的Y向變形值為0.0225_，粘度較大的材料對該產(chǎn)品的流動不平衡的改善較好。
[0068]5、注塑時間的選擇優(yōu)化
[0069]如圖6，注射時間直接影響產(chǎn)品填充時的剪切速率，分別設(shè)定注射時間為Is、2s、3s，那么注射時的剪切速率分別為111431/s，55791/s和37881/s。從圖6可以看出，在注射時間分別為Is到2s的時間范圍內(nèi)，剪切速率值偏高，粘度降低，分子解纏和取向能力增強，Y向變形值增大;而在注射時間為2s到3s的時間段內(nèi)，剪切速率降低，Y向變形值也減小。所以適當(dāng)?shù)淖⑸鋾r間對流動平衡的影響非常重要。
[0070]根據(jù)以上分析，初步選擇優(yōu)化的工藝參數(shù)如下:模具溫度80°C，熔體溫度280°C，注射時間2s，通過模流分析，可以看出填充不平衡得到了很大的改善:流體幾乎是平衡填充型腔的，作為衡量不平衡因素的指標Y向變形值，在所有的實驗數(shù)據(jù)中為最小，比默認工藝縮小了 10.28%。說明通過工藝條件的優(yōu)化，可以改善填充的不平衡情況。
[0071]本發(fā)明的有益之處在于:根據(jù)以上對注塑步驟中的工藝參數(shù)進行優(yōu)化，并通過模流分析，可以看出填充不平衡得到了很大的改善，流體幾乎是平衡填充型腔，作為衡量不平衡因素的指標Y向變形值，在所有的實驗數(shù)據(jù)中明顯變小，說明通過工藝條件的優(yōu)化，可以改善填充的不平衡情況。
[0072]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0073]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)采用填充分析模塊對不同布局，不同澆口位置時的填充情況進行分析，查看熔體的填充行為是否合理，通過方案比對，以獲得合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計； (2)將選取的模具溫度范圍分段，并對每一段內(nèi)單點溫度進行優(yōu)化選取，選取最優(yōu)溫度值； (3)通過儀器對材料熔體粘度大小進行測試，選取粘度較大的塑料熔體作為最優(yōu)材料； (4)對熔體加熱溫度范圍內(nèi)溫度點進行試驗，選取最優(yōu)溫度點或溫度范圍； (5)對采用不同注射時間所得注塑產(chǎn)品進行測試，選取最優(yōu)注塑時間； (6)注塑過程中由速度控制(V)向壓力控制(P)轉(zhuǎn)換時型腔內(nèi)熔體的壓力分布情況，SP在型腔即將被充滿時，注塑機進行V/P轉(zhuǎn)換，剩余的熔體在V/P轉(zhuǎn)換點的填充壓力或者是保壓壓力作用下充入型腔，此時的最高壓力在主流道入口處； (7)流動前沿溫度分析聚合物熔體充填一個節(jié)點時的中間流溫度，一般應(yīng)該是澆注系統(tǒng)的溫度最高。2.如權(quán)利要求1所述的細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(2)中模具溫度范圍為20 0C -80 0C，并將上述溫度范圍分為20 0C -50 V和50 V -80 0C。3.如權(quán)利要求1所述的細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(3)中采用流變儀測得所用塑料熔體在不同剪切速率下的粘度。4.如權(quán)利要求1所述的細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(4)中熔體溫度范圍為200°C-280°C。5.如權(quán)利要求1所述的細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(5)中的注塑時間為1-3秒。6.如權(quán)利要求2所述的細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(2)中模具溫度選取20 0C、50 °C或80 0C。7.如權(quán)利要求6所述的細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(2)中模具溫度選取為20 °C。8.如權(quán)利要求4所述的細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(4)中熔體溫度范圍為200 0C ^ 230 °C或280 V。9.如權(quán)利要求8所述的細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(4)中熔體溫度范圍為200°C。10.如權(quán)利要求5所述的細長桿多腔模流動平衡的優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟(5)中的注塑時間最優(yōu)為2秒。
【文檔編號】B29C45/76GK105936105SQ201610223982
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】王莉靜, 李志萍, 尤洪嶺, 閆曉紅, 王俊
【申請人】天津城建大學(xué)