刀叉成型工艺模具系统设计刍议

浇注系统设计

合理的模具设计是获得良好成型过程和制品质量的基础，因此文中采用模拟实验，通过熔体充填区域和气体充填效果来判断成型质量，从而指导气辅模具的浇注系统设计。气辅模具浇注系统的设计包括熔体浇注系统和进气系统的设计，其设计合理与否是气辅成型模具的关键之一，若设计不合理，则不可能成型合格的产品。从图1所示的产品结构中可以看出，手柄处必须是气道的主要组成部分，在成型过程中必须要有大量气体注入，才能在该处形成较大的气体空腔，从而达到减少材料成本和加工成本的目的。在气辅模具中，进气口可与熔体浇口设置在同一处，也可分开设置。由于刀叉产品结构较为简单，为了使模具结构简化，将进气口与熔体浇口设置在一起，根据上述浇注系统设计方案，采用Moldflow软件进行模拟。材料选用BPChemical公司生产Rigidex2型号的PE材料。工艺参数如下:模具温度40℃、熔体温度220℃、预填充率80%。通过模拟可以得到大量关于成型过程和产品质量相关的信息。在气辅成型的模拟中，由于涉及到内部气体的穿透过程，在建立数值模拟的几何模型时，不能用传统注塑成型模拟中常用的双面流模型，而必须要用立体模型，这就必须分析较多的网格单元。在文中的3种方案中，几何模型中各有67665、67648、67651个四面体网格单元。

结果与讨论

分别考察各种方案下的熔体充填区域和气体充填区域，来分析产品的完整性和气体空腔效果，从而进行浇注系统设计合理与否的判断。3种浇注系统设计方案的熔体充填区域和气体充填区域分别如图3和图4所示。采用方案1的浇注系统时，从图3(a)可以看出，由于熔体完全充填型腔所需的流程过长，出现了充填不足的情况，即使在后续气体注入和保压的条件下也不能形成完整的产品。采用方案2的浇注系统时，从图3(b)可以看出，熔体充填了整个型腔，可以形成完整的制品;从图4(b)可以看出，气体在较粗的手柄处形成较为规则的气体空腔，并且手柄处的壁厚较为均匀。采用方案3的浇注系统时，从图3(c)可以看出熔体也充填了整个型腔，可形成完整的制品;但从图4(c)可以看出，气体在刀叉头部较薄的部分也形成了空腔，对头部的强度有一定的影响，并且较粗手柄处的气体空腔未均匀分布。综上所述，通过熔体充填区域和气体充填效果来判断浇注系统设计合理与否时，方案2设计的浇注系统最为合理，方案3次之，方案1最差。在采用方案2浇注系统的模具中，试模时参考如下工艺参数:模具温度40℃、熔体温度220℃、预填充率80%。以方案2的浇注系统开模，采用上述工艺参数试模，可获得充填完全、并在手柄处具有空腔的完整制品，

结论

1)在注塑成型中，数值模拟是指导模具设计的有效手段。通过熔体充填区域和气体充填效果可判断模具设计和工艺制定是否合理。2)方案2设计的浇注系统最为合理，方案3次之，方案1最差。在采用方案2浇注系统的模具中，试模时采用如下工艺参数:模具温度40℃、熔体温度220℃、预填充率80%，获得了合格的产品。但该参数只是可行工艺，还可进一步进行优化。

作者：牟一楠 何建军 单位：浙江工业大学国际学院 浙江金典模具有限公司