多腔平衡流道不平衡对策
基于Moldflow软件的型腔各异模具流动平衡优化
基于Moldflow 软件的型腔各异模具流动平衡优化洪剑城(四川大学高分子科学与工程学院,成都 610065) 摘要 采用Moldfl ow 6.1的填充分析模块和流道平衡模块,分析型腔各异模具的不平衡流动。
发现优化流道截面尺寸,流动不平衡率仅从28.16%降为20.88%,而同时调整型腔布局和优化流道截面尺寸,能将流动不平衡率从28.16%降为1.16%。
结果表明,当熔体流动不平衡率较大时,应首先考虑调整型腔布局,再结合调整流道截面尺寸、浇口等因素使之达到流动平衡;型腔布局对熔体的平衡流动起着重要作用。
关键词 Moldfl ow 型腔 流动平衡 布局 20世纪70年代以来,随着计算机技术的迅猛发展和普及,注射模CAD /CAE 技术也随之推广。
注射模CAD /CAE 技术的发展和应用使模具设计、加工的成本大大降低,效率则成倍提高,该技术的重要作用已得到充分的认可。
其中以Moldfl ow 软件的应用最具代表性,它不仅能够模拟分析热塑性塑料熔体注入模具的流动过程,而且可以对注塑的浇口位置、压力分布、冷却过程及注射工艺条件等进行模拟分析[1]。
注塑机大批量生产中,由于剪切作用使一模多腔模具常用的“自然均衡”流道产生明显的不均衡现象[2],以及大众追求个性导致小批量注塑的逐渐增加,使型腔各异多腔模具的应用得到迅速发展。
如果塑料熔体能够同时到达并充满模具的各个型腔,则称该熔体流动是平衡的。
在一模多腔或者组合型腔的注射成型过程中,熔体在浇注系统中流动的平衡问题是十分重要的。
浇注系统的不平衡流动可能导致许多成型缺陷,如飞边、短射、制件密度不均匀、气穴和产生过多熔接痕等[3]。
平衡的浇注系统不仅可以保证良好的制件质量,而且可以保证不同型腔内制件质量的一致性[4]。
1 制件的结构、尺寸图1所示为材料性能测试用试样的结构,表1列出各试样的相关尺寸。
为了操作方便和节省费用,要求将它们放在同一副模具中成型,并且保证试样的质量。
模具“三流”优化（料流、热流、气流）（一）
模具“三流”优化（料流、热流、气流）（一）在对科学注塑的理解一文中我提到：科学注塑泛指通过科学的、合理的整合和配制注塑相关资源，以达到稳定、高效、低损耗注塑生产的一种技术管理方法。
注塑相关资源包括注塑机、模具、工艺(参数与条件)、材料、环境等。
科学注塑泛指通过上述五类资源元素的优化，使得注塑生产输出最优化。
在注塑相关资源的配置中，模具设计及制造是注塑生产的基础，技术性强且灵活多变的参数是发挥模具最佳状态的主要推手。
模具设计及制造：重点通过优化注塑模具料流（浇注系统）、气流（排气系统）、热流（冷却或加热系统）的效果,实现模具的优化设计。
注塑工艺参数：主要关注塑模具型腔内塑料的动态过程，关注注塑核心的控制点(粘度变化)，而不是注塑机控制屏上的参数。
科学注塑实质上更期望我们以科学的态度，注塑理论支持和数据的支撑建立起稳健的工艺参数。
用系统的方法去分析问题，解决问题。
前面文章介绍了注塑工艺优化的6项测试，为注塑工艺人员提供了注塑理论支持和数据的支撑建立起稳健的工艺参数提供了一个框架。
下面我们通过三篇文章来介绍优化注塑模具料流（浇注系统）、气流（排气系统）、热流（冷却或加热系统）的效果,实现模具的优化设计。
一、优质模具的”三流”状况1、”料流”--需快速顺利(满足进胶、补胶的需要)。
2、“气流”--需畅通无阻(进气、出气畅通无阻)。
3、“热流”--冷却需一致(冷却收缩均匀)。
二、流道系统的设计与优化1、流道系统的作用①流道系统是熔料进入模腔前的通道。
②确保熔料在流道内不会过早冷却。
③消除熔料在流道内产生的冷料。
④调节和控制熔料进入模具时的粘度。
⑤调节和控制注塑成型的冷却时间。
⑥调节和控制熔料的流动阻力。
⑦调节和控制多型腔模具进料平衡性。
⑧流道(水口料)表层具有保温作用。
⑨传递熔料压力至模腔内各部位。
2、流道系统设计应遵循的原则①模具型腔的布局应对称分布(尺寸紧凑、胀模力平衡)。
②熔料在流道内的流动时不宜过早冷却。
注塑缺陷及对策讲稿
缺胶、不饱模
塑胶熔体未完全充满型腔。
原因及对策---不饱模 原因及对策---不饱模
（1）塑胶材料流动性不好。 （2）制品与与注塑机匹配不当，注塑机塑化能力或注射量不足。 （3）料温、模温太低，塑胶在当前压力下流动困难。 （4）塑料熔化不充分，流动性不好，导致注射压力降过大。 （5）射胶速度太慢。 （6）射胶时太快转换为保压或保压压力过低。 （7）流道中冷料井预留不足或不当，冷料头进入型腔而阻碍塑胶之 正常流动。 （8）流道和浇口太小，流程太长，塑胶填充阻力大。 （9）不平衡排布多腔，不平衡充填。 （10）模具排气不良时，空气无法排除。 10）模具排气不良时，空气无法排除。
透明度不足
（1）模具型腔或型芯表面光洁度下降 （2）原料含杂物。 （3）材料降解。 （4）料筒温度低，塑化不良。 （高模温有助改善透明度。 （6）干燥不充分。
流痕
塑胶熔体流动的痕迹，以浇口为中心而呈 现的条纹波浪模样。
原因及对策----流痕 原因及对策----流痕
（1）流痕是最初流入型腔内的塑胶熔体冷却过快 与其后流入的塑胶熔体间形成界限所致。 （2）残留于喷嘴热流道前端的冷料，若直接进入 型腔内，将造成流痕。 （3）塑胶熔体温度低则粘度增大而发生流痕。 （4）模温低则多走大量的塑胶熔体热量使塑胶熔 体温度下降，粘度增大而发生流痕。 （5）射出速度慢，填充过程塑胶熔体温度下降， 粘度增大而发生流痕。
喷射痕、蛇纹
高速通过浇口的塑胶熔体直接进入型腔， 然后接触型腔壁而固化，接着被随后的 熔胶体推挤，从而残留下形同蛇形的痕迹。 测浇口，塑胶经过浇口后无滞料区域或滞 料区域不充足时，容易产生喷射痕
喷射痕-----对策 喷射痕-----对策
（1）调整浇口位置，使塑胶熔体通过浇口后碰撞 销类或壁面。 （2）改变浇口形式，采用重叠浇口或凸耳浇口， 在浇口区域设置足够的滞料区域。 （3）可减慢塑胶熔体的初段注射速度。 （4）增大浇口厚度/横截面积，使流动前锋立即 ）增大浇口厚度/ 形成。浇口厚度大于壁厚二分之一。 （5）升高模具温度，防止塑胶熔体快速固化。
注塑缺陷之充填不足
浅谈注塑缺陷之填充不足在注塑生产过程中，填充不足是比较常见的缺陷，造成很大的浪费，如何减少和更正这种缺陷，需要从根本上进行分析，下面我谈一下自己的一些观点。
通常情况下，填充不足是指塑料流动性不足,不能充满整个型腔而得不到设计的制品形状，原因主要是注射压力与速度不妥（包括阻力造成压力过于耗损），而造成注射压力和速度不妥的原因主要有以下几个方面。
第一：注塑机方面：（1）注射能力不足这是对注射机的能力估计过高而产生的，由于塑化能力不足或者注射量不足也会发生。
其中，塑化能力不足可通过延长加热时间、增加螺杆转数、提高背压来提高塑化能力。
而注射量不足，如果不换成大注射量的机台就不能解决问题。
例如产品的重量为150g，用CJ80M3V的机器肯定不行，CJ80M3V的注射量最大为120-130g。
机台的塑化量或加热率不定，应选用塑化量与加热功率大的机台；螺杆与料筒或过胶头等磨损造成回料（也就是逆流）而出现实际注射量不足（螺杆在行程结束处没留下料垫）；热电偶或发热圈等加热系统故障造成料筒的实际温度过低；注射油缸的密封元件磨损造成漏油或回流而不能达到所需的注射压力；射嘴内孔过小、射嘴部份被封或射嘴中心度调节不当造成阻力过大而使压力消耗或有间隙，溢胶导致；（2）锁模力不足虽然可认为锁模力与填充不足没有关系，但有时这也是造成填充不足的原因。
即使使用注射量相同的成型机，有时也会出现锁模力不足的现象。
如果锁模力不足，在注射压力作用下动模稍微后退，将产生飞边毛刺而使制件注射量不足，也会产生填充不足的现象。
（3）塑料供应不足尽管注射机能力足够，而从射嘴注射出的熔料达不到所需数量，也可产生填充不足。
其原因，一是料斗的塑料粘边落不到料筒中（因塑料在料斗干燥机内局部熔化结块，使粉料或不规则颗粒料无法进入料斗；因为静电作用而吸附在料筒壁，也就是指搭桥现象）；一个是使用螺杆式注射成型机时，塑料在料筒内滑移，不能前进（塑料等级选择不当，颗粒料的润滑剂过多造成的，如改为配比正确的原料就可解决）。
多腔平衡流道不平衡对策
在模具保压过程中，一种创新技术通过模具外的一种调节装置，使注塑加工商可以改变模具型腔内熔体的流动方式，平衡多型腔模具中各型腔的充模过程。
不用将模具从注塑机上卸下来就能够快速而精确地平衡多型腔模具吗？不用移动或增加浇口或改变制品设计就能够改变型腔的充模状态吗？这些已经不再是无法实现的目标。
在NPE 2006展会上，Beaumont Technologies（BTI）公司隆重推出了一套新型熔体控制系统。
这种用于模具内熔体流变学控制的系统（iMARC）基于BTI的MeltFlipper和MAX熔体控制技术，具有以前无法想象的功能。
在该系统中，模具嵌件被放置在熔体流道系统内。
全新的iMARC技术能够对模具内的熔体进行动态（实时）控制。
单轴iMARC嵌件（左）能够平衡多型腔的熔体流动，多轴嵌件（右）能够在每一个型腔内改变熔体的流动形态 MeltFlipper于1998年被首次引进市场，该技术能保证多型腔模具充模时的流变学平衡，解决了模具内型腔之间的设计平衡而实际不平衡，以及无法成型一致制品的问题。
由于熔体在流道内具有不同的温度和粘度，与流道壁更近的熔体具有更高的剪切热，因此会进行自然分层。
当熔体在热流道中被分开时，流向一个型腔或一组型腔的熔体流的前端比流向相反方向的熔体流速度更快。
尽管在模具内型腔之间通过精确设计以确保平衡，然而制品经历了不同的流动条件，同时熔体温度、充模速率、保压时间和压力都不同。
在传统模具中，尽管型腔在几何尺寸上平衡，但缺料注射易导致充模不平衡。
iMARC单轴嵌件使所有型腔均匀充模，第二套嵌件精确调节每一个型腔的充模 MeltFlipper是一种机械嵌件，针对每一台模具进行定制化生产，在模具流道内的熔体流以单轴旋转。
这使熔体平衡地分开并均匀流动到每一个型腔。
MAX技术采用多轴提供对称的熔体流，这使高剪切热熔体集中在制品特定的区域，从而影响充模状态、翘曲和制品的表面质量。
MAX嵌件能够用在单型腔模具中，而MeltFlipper在单型腔模具中不是很适用。
多型腔模具熔体流动不平衡的解决方法
多型腔模具熔体流动不平衡的解决方法在注塑过程中，导致熔体流动不平衡的原因很多，其中由温度变化引起的流动不平衡尤其难以察觉和避免，从而为注塑生产带来极大的不便。
那么，有什么好的方法可以解决呢？在多型腔成型过程中，要使熔体流均匀且平衡地流入每一个模腔中是非常困难的。
浇口尺寸不同或是流道系统中的剪切模式不一致等多种因素，都会导致熔体的流动不平衡。
但是很少有人知道，在热流道系统中，由热浇口处的温度变化而导致的流动不平衡尤其麻烦，且不易被诊断出来。
热流道中的温度变化不仅会导致同一注射周期内各模腔出现充模不足或飞边等现象，还会造成同一模腔在不同注射周期中出现不同的情况。
举例来说，在一个4腔模具中，在第一次注射周期内，可能会出现这样的情况：第二、三腔中制得的制品质量最好，而第一腔中出现了充模不足的现象，第四腔中则出现了飞边现象。
然而，在下一个注射周期内，随着模腔内充模模式的不断变化，可能会导致第一腔中出现飞边现象，而在第四腔中出现充模不足的情况，或是各个模腔所制得的制件的质量都很好。
这种不平衡的现象有时非常严重，有可能一个腔在这次注射周期内只填充了50%，而在下一个注射周期内则填充了100%。
这种情况甚至在2腔模具中都经常发生。
在实际的生产应用中，无论所需的注射压力是高还是低，充模不平衡的情况都时有发生。
图1 在多模腔模具中，温度的变化往往导致熔体流动的不平衡，从而造成飞边和充模不足等问题一个区域与另一个区域之间发生微小的温度变化，会在数分钟内造成熔体在充模过程中出现流动不平衡的现象，尽管有些时候这种极小的温度改变在生产中是必要的。
温度变化的影响导致热流道内的温度发生变化的原因有很多。
其中一个原因是由于PID控制器引起的热喷嘴处出现温度振荡。
随着加热器的开启和关闭，每个模腔的实际温度会在设定点附近来回波动，使得注射成型过程中各模腔之间的温度变化各不相同。
例如，有可能第一模腔的温度上升，而第二模腔的温度下降，从而导致熔体流更容易流入第一模腔中。
多型腔热流道注射模的浇注平衡分析
多型腔热流道注射模的浇注平衡分析作者：上海克朗宁技术设备有限公司王建华来源：现代塑料在一模多腔的注塑成型中，保持塑料熔体在浇注系统中的流动平衡性十分重要。
这直接影响到各型腔的填充时间、注射和保压压力，以至体积收缩率的均衡性，进而影响产品的质量。
然而，对于冷流道模具的热流道改造，由于模具的模板尺寸、型腔布置和浇口位置都已经固定，要实现自然的平衡流道系统设计已不可行。
因此，流道设计仍考虑为非平衡式流道布置，但这又势必会影响产品的质量。
如何在这种流道系统的设计中实现平衡浇注对于模具制造商而言非常关键。
近年来，许多模具制造商开始应用热流道技术，并在模具设计中预先使用Moldflow软件进行模拟分析，极大地提高了模具设计的效率和准确性。
本文以克朗宁公司改造一具拥有18模腔的瓶盖热流道注射模为例，深入分析了Moldflow 软件在优化流道设计，尤其是改善浇注平衡方面的应用。
针对该注射模从主流道到各型腔的流道长度均不相等的特点，克朗宁公司通过利用Moldflow软件优化流程中各段流道的直径，使塑料熔体从主流道进入各型腔的压力降保持相等，从而保证了熔体能够同一时间充满各型腔，实现了各个型腔制品的平衡浇注成型。
流道直径的初步设计首先，根据各浇口位置和型腔的布局，确定了如图1所示的流道分布。
然后，根据物料的特性、单个型腔的注射量和浇口位置等参数，确定相应的热流道分喷嘴的流道直径为6mm，并由此确定第二层分流道的直径也为6mm。
图1 热流道浇注系统的布置情况（其中，1-主流道喷嘴；2-第一层分流道；3-两层分流道间的中央连接流道；4-两层分流道间的两侧连接流道；5，6-第二层两侧分流道；7，8-第二层中间分流道；9-顶针式喷嘴和浇口）一般，在热流道模具中，熔体与流道壁面的热交换和流道截面所产生的摩擦热非常少，因此熔体因温度变化而导致的黏度变化相比冷流道系统也较小。
因此，在流动分析中，按熔体在各流道中剪切应力不变的理论，可以得到各级流道直径的计算式（如下述方程所示）：式中，Ｎ——流道的分叉数；di——上游流道的直径，mm；di+1——下游流道的直径，mm。
热流道常见问题以及解决方案
热流道系统的常见问题原因分析及解决1．热分流板达不到设定的温度原因：热电偶接触不良或失效，加热丝短路，加热丝接线太松或太短。
处理：检查热电偶接触是否正常，接线是否正确，检查发热丝回路。
2．热分流板升温太慢原因：某一根加热丝断路或接线太松，热分流板空气空隙不足，隔热垫片上过度冷却，热电偶接触不良。
处理：对所有加热丝进行检查，增加空气间隙，在定模固定板上增加隔热板，或降低对定模板固定板的冷却，检查热电偶接触是否良好。
3．热分流板温度不稳定原因：热电偶接触不良。
处理：检查热电偶。
4．熔体中存在金属碎片原因：注塑机螺杆上的碎片，注塑材料中的金属碎片。
处理：清除金属碎片，修补螺杆，过滤塑料中的杂质。
5．热分流板与热喷嘴结合面漏胶原因：膨胀量计算不对，定模固定板材料太软，热分流板短时间温度太高，O型密封圈的安装有问题。
处理：重新计算并检查膨胀量，更换有适当硬度的定模固定板，更换已损坏的零部件各密封圈。
6．型腔无填允1原因：熔化温度太低，注射压力太小，浇口太小，热喷嘴太小，模温太低，熔胶筒的喷嘴口太小，热喷嘴堵塞。
处理：提高热喷嘴和分流板的温度，提高注塑压力，扩大浇口，提高模温，安装大规格喷嘴，加大熔胶口出料口，清除堵塞物。
7热喷嘴流延原因：回抽（倒索）不够，熔化温度太高，浇口太大，浇口冷却不足，运用了不正确的热喷嘴类型。
处理：加大回抽（倒索）量，降低热喷嘴温度或模温，选用合适的嘴头，加工正确的浇口尺寸。
8．热喷嘴不能正常工作原因：加热丝或热电偶有问题，热喷嘴堵塞，热喷嘴膨胀量计算不对处理：检查/更换加热丝，检查/更换热电偶，清洁热喷嘴，重新计算热喷嘴的膨胀量。
9制品上有较多飞边原因：注塑压力过高，温度过高，分模面平整质量差，锁模力不足，模具底板或注塑机动模/定模板不平整。
处理：降低注塑压力，降低热喷嘴/分流板/模具温度，增加锁模力，修整模具，修整注塑机动模/定模板。
10制品上或浇口区域产生焦印，焦痕原因：模具上排气不足，注射速度过快，浇口窝嘴尺寸不对，材料烘干不够。
注塑成型中一模两腔流道平衡优化设计（论）
第３８卷第８期 ２０１５年８月合肥工业大学学报（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＥＦＥＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３８Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１５ 收稿日期：２０１４‐０６‐２７基金项目：教育部科学技术研究重大资助项目（３１１０２５）作者简介：周 香（１９８８－），女，湖南隆回人，合肥工业大学硕士生；陈文琳（１９６３－），女，安徽安庆人，博士，合肥工业大学教授，硕士生导师．ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３‐５０６０．２０１５．０８．００７注塑成型中一模两腔流道平衡优化设计周 香， 陈文琳， 王晓花（合肥工业大学材料科学与工程学院，安徽合肥 ２３０００９）摘 要：具有配合关系的２个塑件一模两腔注塑成型时，容易产生填充、压力及温度不平衡等问题。
文章通过理论计算和实验相结合的方法，分析了玩具电脑Ａ、Ｂ面壳成型中存在的翘曲、飞边等缺陷，采用浇口平衡设计理论和有限元变截面法对该浇注系统进行优化设计。
模拟结果表明，充填时间不平衡率控制在０畅６１％，充填压力不平衡率控制在３畅８７％，且翘曲值有所减小。
优化后塑件缺陷分析结果表明，塑件飞边得到解决，翘曲有明显改善，从而说明流道平衡对改善塑件质量有较好的效果。
关键词：一模两腔；浇注系统；有限元；流道平衡；塑件质量中图分类号：ＴＱ３２０畅６６２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３‐５０６０（２０１５）０８‐１０３６‐０５Ｒｕｎｎｅｒｂａｌａｎｃｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｉｎｄｏｕｂｌｅ‐ｃａｖｉｔｙｍｏｌｄｉｎｊｅｃｔｉｏｎＺＨＯＵＸｉａｎｇ， ＣＨＥＮＷｅｎ‐ｌｉｎ， ＷＡＮＧＸｉａｏ‐ｈｕａ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｗｏｐｌａｓｔｉｃｐａｒｔｓｗｉｔｈｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐａｒｅａｐｔｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｕｎｂａｌ‐ａｎｃｅｄｆｉｌｌｉｎｇ，ｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｄｏｕｂｌｅ‐ｃａｖｉｔｙｍｏｌｄｉｎｊｅｃｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｆｅｃｔｓｏｆｔｏｙｃｏｍｐｕｔｅｒＡａｎｄＢｓｈｅｌｌｓｆｏｒｍｉｎｇｉｎｃｌｕｄｉｎｇｗａｒｐａｎｄｆｌａｓｈａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｔｈｅｏｒｙｏｆｒｕｎｎｅｒｂａｌａｎｃｅａｎｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｖａｒｉａｂｌｅｓｅｃｔｉｏｎａｒｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｇａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇｔｉｍｅｉｍｂａｌａｎｃｅｒａｔｅａｎｄｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｉｍｂａｌ‐ａｎｃｅｒａｔｅｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄａｔ０畅６１％ａｎｄ３畅８７％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅｗａｒｐｖａｌｕｅｄｅｃｒｅａｓｅｓｔｏａｃｅｒｔａｉｎｅｘｔｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐａｒｔｓｄｅｆｅｃｔｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｏｐｔｉｍｉｚｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｐｌａｓｔｉｃｆｌａｓｈｉｓｓｏｌｖｅｄａｎｄｔｈｅｗａｒｐｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｒｕｎｎｅｒｂａｌａｎｃｅｈａｓｇｏｏｄｅｆｆｅｃｔｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｐｌａｓｔｉｃｐａｒｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅ‐ｃａｖｉｔｙｍｏｌｄ；ｇａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｒｕｎｎｅｒｂａｌａｎｃｅ；ｐｌａｓｔｉｃｐａｒｔｑｕａｌｉｔｙ 一模多腔模具结构是一种能充分利用生产力资源，减少模具数量，提高企业生产效率和经济性的模具形式，在小型塑件、配合塑件及颜色相同塑件上具有广泛的应用。
注射成型典型缺陷形成的原因及解决措施
注射成型典型缺陷形成的原因及解决措施严志云;谢鹏程;丁玉梅;杨卫民【摘要】对注射成型过程中常见的成型缺陷进行了分类,并从材料、模具、注塑机和工艺方面分析了缺陷产生的原因,进而提出解决措施.【期刊名称】《模具制造》【年(卷),期】2010(010)003【总页数】10页(P60-69)【关键词】注射成型;缺陷;熔接痕;喷射痕;流痕;翘曲【作者】严志云;谢鹏程;丁玉梅;杨卫民【作者单位】北京化工大学机电工程学院,北京,100029;北京化工大学机电工程学院,北京,100029;北京化工大学机电工程学院,北京,100029;北京化工大学机电工程学院,北京,100029【正文语种】中文【中图分类】TQ320.661 引言一般来说，对于塑料制品性能优劣的评价主要有3个方面：（1）外观质量，包括完整性、颜色、光泽等。
（2）尺寸和相对位置间的准确性，即尺寸精度和位置精度。
（3）与用途相应的机械性能、化学性能、电学性能等，即功能性。
如果由于上述3个方面中的任何一个环节出现问题，就会导致制品缺陷的产生和扩展。
依据以上3方面的评价标准，注射成型制品常见缺陷具体可分为两大类：（1）外观问题类：包括欠注、飞边、充填不平衡、缩痕缩孔、熔接痕、波流痕、喷射痕、浇口晕、焦痕、气泡、银纹、色差、白化、龟裂、表面浮纤、翘曲变形等。
（2）性能问题类：脆化、残余应力、尺寸不稳定、超重欠重等。
2 注射成型典型缺陷2.1 欠注欠注又称短射、充填不足，是指料流末端出现部分不完整现象或一模多腔中一部分填充不满，特别是薄壁区或流动路径的末端区域。
（1）形成原因。
a.材料：①材料流动性不好；②润滑剂过多或材料中有异物。
b.模具：①流道过小、过薄或过长；②制品结构复杂、转折多、局部断面很薄；③浇口位置或形式不当、数量不足；④模具型腔排气不良；⑤制品为一模多腔，充填不平衡。
c.注塑机：①注塑机选型不当，塑化容量不足；②进料处遭异物阻塞；③喷嘴与主流道入口配合不良。
平衡流道不平衡的理论知识
技术部 2011-5-16
1.
塑料的流动形式
→ 喷泉流动 熔体的流动前沿像泉水一样不停地从熔融中心层涌出。见下图
冻结层
模腔壁
熔体
2.塑料是非牛顿流体
牛顿流体：黏度是温度的函数，与剪切速率无关。水是典型的牛顿流体。 非牛顿流体：黏度不仅随温度变化而且也随剪切速率变化。大部分聚合物熔体属于 非牛顿流体。
由左图可知：熔体随 剪切速率增加变稀， 流动性变好。
以上图片来源于Moldflow胶料库
3.剪切速率分布
剪切速率：是指熔体层与层之间相对滑动的速率。熔体层与层之间相对运动速度 越大，其剪切速率越高。 冻结层内的剪切速率为零。 熔体层外侧的剪切速率最大。 熔体中心剪切速率降为零。
Shear rate - min
max
4.多腔模平衡流道不平衡现象
分流流体，有剪切变稀的性质。最高 剪切速率出现在冻结层与熔体流动层交界处，当分流时 就会出现不平衡现象。
热流道多腔制品缺陷分析20150105
更
多
讨 论
多腔热流道模具制品飞边缺陷分析及排除方法 多腔热流道模具制品飞边缺陷分析及排除方法
什么是飞边
飞边（MoldingFlash)又称溢料、溢边、披缝等，大多发生在模具 分合位置上，如模具的分界面、滑块的滑配部位、镶件的缝隙、顶 杆的孔隙等处。飞边如不及时解决将会进一步扩大化，从而压印模 具形成局部陷塌，最终可能造成永久性的损害。镶件缝隙和顶杠孔 隙的溢料还会使制品卡在模具上，影响脱模
按照目前24腔计算，存在锁模力不足的风险。如果24腔模具全开，锁模力 调整为260吨，依然存在大量产品飞边的状况，这个时候将模腔关掉4腔， 飞边的情况消失，则锁模力不足的可能性即得到确认。 也可以尝试降低注塑压力，缩短保压时间，但在需要保证产品质量的前提 下进行，如不能保证产品质量，则需要更换更大机台或减少腔数。
主要原因及对策
合模力不足 当注射压力大于合模力使模具分型面密合不良时容易产生溢料飞边。对此 ，应检查增压是否增压过量，同时应检查塑件投影面积与成型压力的乘积 是否超出了设备的合模力。如果计算结果为合模力小于塑件投影面积与成 型压力的乘积，则表明合模力不足或注塑定位压力太高。应降低注射压力 或减小注料口截面积，也可缩短保压及增压时间，减小注射行程，或 考虑减少型腔数及改用合模吨位大的注塑机。
4. 在流道不平衡的情况下，速度模式会带来有的模腔先填满，有的模腔后填满的情况 ，先填满的模腔会过压，后填满的模腔压力不足，使得有些制品缺胶，有些模腔缩 水，有些制品飞边，但缺陷的情况是稳定一致的。 5. 在这时采用压力模式，尽管填满的情况有先后，但在最后填充的阶段压力是一致的 ，速度会自动调整。如果先后填满的差异不大，可以使得制品质量一致起来。 6. 但如果流道差异太大，相当于有些模腔保压时间太长，这部分模腔就会飞边，这种 补偿作用是有限的。 保压切换通常有位置切换保压和时间切换保压两种方法 1. 采用时间切换的方式，到固定的时间后切换到保压，这时切换点的位置不固定，带 来终点位置不稳定 2. 采用位置切换，射胶终点的稳定性好得多，制品的重量重复精度更有保证。众多的 研究报告也证明这一点。
多模腔注塑模流道平衡控制分析
科学技术创新2020.15多模腔注塑模流道平衡控制分析李正光黄强刘旭王睿周琼莉罗丽梅王小红李宝田（四川希望汽车职业学院，四川资阳641300）多型腔注塑模具包括形状和尺寸相同的塑件多模腔及形状和尺寸不相同的塑件多模腔两种结构。
其浇注系统包括主流道、分流道及浇口。
分流道是主流道到浇口的通道，能使熔融塑料圆滑流动至浇口。
浇口是分流道末和进入模腔的狭小通道，使得熔融料流加速，在高剪切速率下升温降粘增速尽快充满型腔。
注射完后浇口最先冷却封闭固化，以防进入型腔内的熔融塑料回流，还可避免模腔压力下降使塑件产生收缩凹陷。
注塑模具对塑件质量的影响是多方面的，其中浇注系统影响是重要因素之一。
理想的注射成型工艺的时间压力应满足：a.各模腔塑料熔体温度均一；b.各模腔注射压力上升速率一致，最终型腔压力一致。
熔料进入多模腔的影响因素是多方面的，如熔体的温度分布状态，流道的形状及压力损失，浇口的形状及尺寸等。
其中分流道及浇口的形状及截面尺寸是影响供料的主要因素。
浇注系统包括主流道、分流道与浇口既是熔体输送的通道，同时也是注射压力、注射速率的传递通道。
为了保证注塑件高品质和均一性，必须保证各模腔注射成型工艺过程一致，即各模腔的压力、熔料量及注射传递速度一致，各流道溶体保持流动平衡状态。
1多模腔注射模流道平衡1.1浇注系统的平衡塑料熔体通过主流道、分流道、浇口进入模腔，假如能同时、同压、同温到达各模腔，且各模腔压力升速一致，是理想状态。
此种状态生产的注塑件质量最好，我们称其是浇注系统的平衡状态。
如果这种平衡工艺状态保持，塑件质量及互换性好。
多模腔一般分两类结构形式；即同模多腔和异模多腔。
对于同模多腔而言，要达到平衡状态，须满足：a.分流道截面形状、尺寸及长度应相等；b.浇口截面形状、面积及长度应相等；对于异模多腔模具而言，情况更为复杂，必须对分流道及浇口的截面积、长度进行七妙调整，以达到流道平衡状态要求。
1.2分流道及模腔布排一般有以下四种典型布排设计:浇注系统平衡程度与模腔及分流道的布排关系重大。
热流道平衡讨论
MeltFlipperTM融胶翻转技术图1 多腔模具的不平衡充模可以通过监控和调节模具内的压力和温度、采用特殊的熔体旋转工艺、针阀式浇口以及改进热流道设计等方法加以解决。
图中的瓶盖模具使用了赫斯基通过计算机辅助分析设计出的热流道分流板随着多腔模具的使用日益频繁，以及模腔数量的不断增加，充模不均已成为注塑加工商在生产过程中必须面对和予以解决的问题。
为此，热流道系统供应商及其他一些厂商均推出了各自的解决方案。
这些方案可能基于不同的技术，但它们的目的却是相同的，即实现注塑的均匀充模。
在多腔模具中，塑料熔体达到平衡流动的公认准则是，使熔体从注射点到每一个模腔都具有相同的流动距离。
但是，这种“自然平衡”的多腔模具容易出现非均匀充模的现象，从而导致有的模腔可加工出完好的制品，而有的模腔却只能得到带有缺料、飞边及过度充模等缺陷的制品。
这对于注塑加工商而言虽不是一个新问题，但有迹象表明，这一问题的解决，对于那些原本使用简单模具的注塑加工商而言显得非常重要，因为他们已开始使用更复杂的多腔模具。
然而，并非所有的被访者都同意上述观点。
热流道供应商D-M-E公司的发言人说：“我们看不出更多的充模不平衡问题，主要是因为我们避免了浇口尺寸的改变。
”D-M-E公司为预防制品出现潜在的缺陷，在一套几何形状均衡的模具上反复运用Moldflow软件进行了分析，他们得出的结论是：“即使运用了Moldflow分析软件，你所能做的也只是这些。
假如你改变了浇口位置，之后制品的熔接缝位置也有所变化，这可能是因为剪切力不平衡而导致的变化，因此你不得不改变浇口尺寸来予以补偿。
”然而，D-M-E公司建议，尽量不要进行这样的改动，因为改变浇口尺寸意味着模具加工窗口的缩小。
图2 Beaumont公司的MeltFlipper技术专用于解决模具不平衡的问题。
iMARC是其最新型号，可通过对模具分型线的简单调节来改变熔体的旋转程度大多数被访者都认为，多腔模具的不平衡充模确实已成为近年来的一个热议话题。
基于MoldFlow的多腔齿轮模中的浇注系统平衡设计
基于MoldFlow的多腔齿轮模中的浇注系统平衡设计尹波【摘要】以单腔齿轮充填为例,利用MoldFlow有限元分析软件针对塑件充填的平衡问题进行分析验证,提出了一种可行的模具流道平衡设计思路,从而有效地改善塑件充填效果,进一步提高塑件精度,并将此思路拓展到其他类型的多腔模具的几何平衡流道设计.【期刊名称】《模具制造》【年(卷),期】2010(010)002【总页数】4页(P9-12)【关键词】齿轮模;流道;充填;平衡【作者】尹波【作者单位】布吉新日模制造厂,广东深圳,518112【正文语种】中文【中图分类】TQ320.661 引言在进行齿轮注射模设计的时候，为保证其单齿啮合及全齿啮合的精度等级，一般会将其进胶点设计为圆周3等分点布置。
分流道设计成相同截面，进胶口尺寸也相同，模具流道的整体为平衡式布局（见图1），这是模具设计人员在日常工作中所经常采用的设计方案。
在模具工厂，一般在t0作试验的时候，都会通过注射成型流动短射（Short Shot）版来观察塑胶在注射时的位置和流动状态。
图2、图3是选自本例的实际充填版。
图2是流道充填时查看其中一腔某时刻的状态，图3是产品在初始充填的某一时候的状态。
由图2、图3可以看出在设计时为平衡式布局的流道，但在实际成型时，充填流动并不平衡。
图1～图5中的A、B、C均为流道及产品对应相关位置。
图1 平衡式流道布局图2 流道充填时其中一腔某一时刻的状态图3 产品在初始填充的某一时刻的状态图4 模流分析填充截面图图5 模流分析填充截面图2 MPI分析图4和图5是模流分析软件MPI按实际尺寸分析所得充填截图，可以看出当熔胶刚进入分流道交汇处时，所进入的胶流体积膨胀，在交汇处发生类似以D点为中心的等时圆充填。
胶流在进入上下分流E、F道时候，离进入左侧分流道G还有段距离（见图4）；并且E、F流道的流速在受剪切热的影响（见图8），使其流速比流道G更快，因此造成其后相同时间B、C端的充填早于A（见图5、图6、图7）。
面向家族制模具多异型腔不平衡充填的快速优化设计
面向家族制模具多异型腔不平衡充填的快速优化设计李光明;郑丽璇;要小鹏【摘要】由于家族制模具多异型腔结构的不平衡性,极易在注射成型过程中产生局部充填不满、迟滞效应等缺陷,很大程度上制约着制品的品质.在对塑料熔体流动分析的基础上,发现流道截面半径和长度是影响熔体体积流量和压力分布的重要因素.针对指示灯柱产品多异型腔组合结构的注射成型特征,提出将不同型腔间充填末端的最大平均压力差作为不平衡因子,集成一种基于均匀设计多维结构变量的快速优化机制,结合遗传算法全局优化获得指标最优的流道方案.模拟验证结果表明,结构参数改进后的流道系统充填平衡效果明显优于初始结果.【期刊名称】《中国塑料》【年(卷),期】2018(032)010【总页数】6页(P87-92)【关键词】家族制模具;多异型腔;充填不平衡;快速优化机制【作者】李光明;郑丽璇;要小鹏【作者单位】西南科技大学制造学院,四川绵阳 621010;西南科技大学制造学院,四川绵阳 621010;西南医科大学医学信息与工程学院,四川泸州 646000【正文语种】中文【中图分类】TQ320.66+20 前言注射成型作为重要的工业之一，为全球消费市场提供了约35 %的非标产品[1]。
产品的小批量和结构多样性要求尽可能地缩短整个生产周期，提高效率，降低成本。
因此，采用一模多腔的家族制模具生产不同体积、形状的塑件逐渐成为了研究热点。
然而，由于家族制模具往往具有型腔尺寸不一致、浇注系统布置非平衡的结构特点，使得熔体很难均衡充满型腔，从而导致局部模腔充填时间过长、充填不满、过保压等缺陷[2]，甚至会造成迟滞效应等，在很大程度上制约了制品的品质。
家族制模具的平衡充填仅依靠工艺参数的调整很难实现，大多数模具设计者通常采用结构修正的方式改善浇注系统的尺寸和布局[3]，即首先根据经验或一些设计公式估算流道和浇口的尺寸，然后通过不断试模来调整流道和浇口的尺寸，直到满足制品成型的基本要求。
如何保持热流道系统流道的平衡
如何保持热流道系统流道的平衡？文/热恒热流道如果可能的话，应使用自然平衡热流道系统流道来平衡进入模穴的熔胶流动。
让熔胶平衡地流入模穴是高品质塑件之先决条件，藉由改变流道的尺寸与长度可以达成自然平衡的流道系统。
假如无法达成自然平衡之流道系统，可以改用人工平衡流道系统，经由改变浇口尺寸获得相似的平衡充填，但是会显著地影响浇口的冷凝时间，进一步影响塑件的均质。
应用模流分析软件的流道平衡工具，可以使人工平衡流道系统变得更节省时间和成本，并且获得平衡充填的塑件，参阅图1。
图1 人工平衡流道系统之成形塑件要平衡流道系统，促成熔胶流向距离竖浇道最遥远的模穴，可以缩减充填其它模穴的流道口径。
但必须注意到，太小的流道口径可能使流道内的熔胶提前凝固，造成短射；另一方面，小口径流道会增加剪切热，使熔胶黏滞性降低，造成更快速的充填。
此外，应该牢记非标准规格的流道口径会增加模具的制作成本与维修成本。
人工平衡流道系统有可能因为塑料差异就射出不同品质的塑件，所以需要更严谨地控制成形条件。
只要成形件稍有变化，充填模式就可能改变，造成不平衡的充填。
在流道设计的最终阶段，模流分析软件可以协助确认流动速率对于流道系统设计的敏感度，并且决定适当的成形条件。
例如，使用鱼骨形流道系统时，不同的进浇速率会造成不同充填模式。
一般而言，低进浇速率将先充饱远离竖浇道的模穴；高进浇速率则先充饱靠近竖浇道的模穴。
原因在于低进浇速率的熔胶流动到第一个浇口时，会因流动阻力而流向流道的其它部分，等到流道系统内充满熔胶之后，上游的第一个浇口因部分熔胶凝固而产生较大的流动阻力，于是，下游的模穴较先充饱，如图2所示。
图2 使用不同射出速度之不平衡流道系统的流动模式。
多腔注射模中非平衡充填的平衡处理
图 ２ 流 体 翻 转 示 意 图
Ｌ ， — — 从 主 流 道 中心 至 型 腔 ０ 、 ｂ 浇 口 的分 ３ 流 体 调 制装 置 流道 的长度 ， ｍｍ
一
— —
３ ． １ 流 量调 整螺栓
如图 ３ 所示 ， 流 量 调 整 螺 栓 本 质 上是 一 个 安 置 于 需要说 明的是 ， 计算法 仅能用于粗略估算 ， 仍有 模具分流道 中 ， 藉 由改变螺栓的高度实现流经聚合物 可 能 出 现 较 大 的误 差 ， 这 在 实 际生 产 中 已得 到 证 明 ， 流 体 的 流量 调 节 的 开 槽 螺 栓 。这 种 流 量 调 整 螺 栓 主 后续 尚需根据试模结果不断进行修正 。 要用于异型多腔的家族模具 （ Ｆ ａ ｍ ｉ ｌ ｙ Ｍ ｏ ｌ ｄ ） ， 通过改变
多腔家族模具（ 以一模两腔为例 ， 其余类推 ） 的充
填 平衡 的判定 公 式 为 ：
Ｗ
一
ＢＧ Ｖｏ
—
Ａ
Ａ
＿Ｌ 曲
Ｗ ｈ
ＢＧ
式中
、 ——分别为型腔 ｎ 、 ｂ 的充填量（ 熔体质量
或体 积 ）
、 — —
分 别 为 型腔 口 、 ｂ 的浇 口截 面 积 ， ｍ ｍ
温度 等 ） 趋 于均 匀 。较 为有 代表性 的装 置分别 为流 量 调整螺 栓 、 手 动流体 调制装 置和 自动流体调 制装 置等 。
Ｂ Ｇ 一— 瓦 Ａ ｇ
＾／ ｒｉ 式中 Ａ — 来自 浇 口面积 ， ｍｍ — —
从主流道 中心至浇 口的分流 道的长度 ， ｍｍ
￡ ， —— 浇 口长度 ， ｍ ｍ
、
分别为型腔 ｎ 、 ｂ 的浇 口长度 ， ｍ ｍ
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在模具保压过程中，一种创新技术通过模具外的一种调节装置，使注塑加工商可以改变模具型腔内熔体的流动方式，平衡多型腔模具中各型腔的充模过程。
不用将模具从注塑机上卸下来就能够快速而精确地平衡多型腔模具吗？不用移动或增加浇口或改变制品设计就能够改变型腔的充模状态吗？这些已经不再是无法实现的目标。
在NPE 2006展会上，Beaumont Technologies（BTI）公司隆重推出了一套新型熔体控制系统。
这种用于模具内熔体流变学控制的系统（iMARC）基于BTI的MeltFlipper和MAX熔体控制技术，具有以前无法想象的功能。
在该系统中，模具嵌件被放置在熔体流道系统内。
全新的iMARC技术能够对模具内的熔体进行动态（实时）控制。
单轴iMARC嵌件（左）能够平衡多型腔的熔体流动，多轴嵌件（右）
能够在每一个型腔内改变熔体的流动形态 MeltFlipper于1998年被首次引进市场，该技术能保证多型腔模具充模时的流变学平衡，解决了模具内型腔之间的设计平衡而实际不平衡，以及无法成型一致制品的问题。
由于熔体在流道内具有不同的温度和粘度，与流道壁更近的熔体具有更高的剪切热，因此会进行自然分层。
当熔体在热流道中被分开时，流向一个型腔或一组型腔的熔体流的前端比流向相反方向的熔体流速度更快。
尽管在模具内型腔之间通过精确设计以确保平衡，然而制品经历了不同的流动条件，同时熔体温度、充模速率、保压时间和压力都不同。
在传统模具中，尽管型腔在几何尺寸上平衡，但缺料注射易导致充模不平衡。
iMARC单轴嵌件使所有型腔均匀充模，第二套嵌件精确调节每一个型腔的充模 MeltFlipper是一种机械嵌件，针对每一台模具进行定制化生产，在模具流道内的熔体流以单轴旋转。
这使熔体平衡地分开并均匀流动到每一个型腔。
MAX技术采用多轴提供对称的熔体流，这使高剪切热熔体集中在制品特定的区域，从而影响充模状态、翘曲和制品的表面质量。
MAX嵌件能够用在单型腔模具中，而MeltFlipper在单型腔模具中不是很适用。
传统成型的制品模内应力通常沿着制品一边集中，利用多轴iMARC技术
能够向相反方向使制品应力分散或使之平衡，从而使两边应力相等全新的iMARC系统将进一步采用MeltFlipper和MAX技术，将它们应用到调节嵌件以使用户能够精确调节流道和型腔中的流体。
由于iMARC基于MeltFlipper和MAX技术，因此该系统主要分成两类：可调整的单轴控制系统和多轴控制系统。
多轴iMARC系统能够消除熔接线，提高制品强度单轴与多轴
当熔体离开注塑机喷嘴以后，传统的注塑成型技术使加工商只能对其进行单向控制。
只能采用增大或减小压力的方法以使熔体流动得更快或更慢，这就是所有的外部控制。
然而，当熔体在流道系统内流动时，发生了动态流变学改变。
对于加工商来说，实时控制熔体流动有很多好处。
这使加工商能够容易平衡多型腔模具，同时研究充模状态的改变对整个加工窗口和制品质量的影响。
无论是多型腔模具还是单型腔模具，iMARC系统可以对整个流道系统和型腔中的材料流动进行动态调节。
iMARC单轴系统通过Level 1控制型腔内部的流动，能够使多型腔模具达到型腔与型腔之间的平衡。
Level 1控制意味着高剪切的熔体能够遍及流道的各个部分。
举例来说，在一个典型的几何“平衡”8型腔模具中，充模状态并不平衡。
在流道中加入iMARC单轴嵌件后，就很容易达到模具平衡，以及每一个型腔的均匀流动。
然后，使用第二套单轴嵌件以优化型腔内的流动，从而使每一边的制品在一致的填充条件下得到均匀的熔体。
iMARC多轴系统经常用于Level 2模腔内部的流动控制。
Level 2控制使高剪切熔体在其流动截面内均匀分布，而不仅仅是分布在侧边或四周。
这使嵌件对给定型腔的充模形态有了更动态的影响。
例如，在制品尺寸一定的条件下，在典型的单浇口单型腔模具中，注塑过程越短，沿着制品外围高剪切、高热、流动性更好的熔体流动得越快。
通过在型腔浇口之前安装iMARC多轴系统，加工商能够以各种方式调节充模形态，优化制品成型质量。