基于CAE分析的注射模澆口位置探究

譚 鋒，周樹軍

（1.常德職業技術學院，湖南常德 415000；2.湖南航空機電設備與特種材料研究所，湖南長沙 410012）

1 引言

在注射模中，澆口是分流道與模具型腔之間一段很短的通道，是分流道與型腔之間的連接部分，也是注射模澆注系統的最后組成部分，澆口的位置選擇、數量多少、形狀樣式、尺寸大小等是否合理，都會影響到塑件的表面質量、尺寸精度、物理性質和成型效率。其中澆口的位置對于塑件的質量有著比較重要的作用，如澆口位置選擇不合理則會造成塑件質量不過關，從而影響經濟效益，因此，對于澆口位置的選擇進行研究是十分必要的。筆者經過多年的模具CAE分析實踐經驗，對于進澆口位置的選擇進行探討，確定基本的澆口位置選擇原則，以便于在后續的設計中，選擇更加科學、合理的澆口位置，提高企業生產效益。

2 澆口位置的選擇原則

2.1 澆口位置避免開在外表面

當塑件的外觀有要求時，為避免影響塑件的商業價值，澆口位置應該設計在不影響塑件外觀質量或使用性能的位置，如圖1所示，其外觀都要求美觀，所以澆口只能設置在塑件側面，但側面選擇哪里比較合適，這不不能憑空想象，應該要采用CAE模流分析軟件對塑件進行模流分析，模擬注射過程，選擇不同的側面位置對其流動性等相關性能進行對比，最終選擇最合適的位置作為澆口位置。如圖1所示的案例就是通過模流分析以后得到的最佳澆口位置。

圖1 選擇側面作為澆口位置

2.2 澆口位置應設在塑件厚壁處

塑件的壁厚不均勻時，澆口應設在塑件的厚壁部位，因為塑料從厚壁流向薄壁，便于塑料的充填流動及保壓作用的進行，可以避免發生滯流、凹陷、收縮不均及翹曲現象。如圖2所示，塑件厚度不均勻，采取常規澆口位置選擇進料，會出現收縮不均的現象，從而影響塑件的質量。

圖2 某玩具配件

經過CAE軟件選擇幾個點作為澆口進行模流分析對比后，選擇該塑件比較厚的位置作為澆口位置，塑件沒有出現收縮不均的現象。如圖3所示，該位置就是模具設計最佳的澆口位置。

圖3 最佳澆口位置

2.3 澆口位置選擇要避免不平衡流動

不平衡流動是指某些流動路徑先于其它流動路徑充填完全。不平衡流動能造成許多成型問題，如毛邊、短射、循環周期過長、塑件密度不均、翹曲、包風以及額外的縫合線。如圖4所示玩具配件案例，因為流動路程的遠近不同，所以容易造成不平衡流動現象。

圖4 某玩具配件

考慮進澆點位置，或者進澆點的數目，盡量把進澆點移動到流動路徑長度近似相等的位置上，通過CAE軟件進行模流分析將型腔分成幾個假想的更易控制的小區域，然后使用多點進澆，就解決了流程不相等導致的流動不平衡問題，如圖5所示。

圖5 澆口位置選擇

2.4 澆口位置選擇避免過保壓

過保壓往往發生在模具型腔中最容易填充（塑件最短處或最厚處）的位置，當此處位置已經充填滿但其它位置還未完全填充的時候，注塑機還需要繼續把熔融塑料注入模具型腔中，這會使注射壓力繼續對已充滿的位置進行施壓，所以，提前填充完成的區域密度較高，收縮比較少，剪應力也會大一些，如圖6所示，從而出現塑件質量問題，比如飛邊、翹曲、塑件的密度分布不均勻、塑件的質量變大等等。

圖6 過保壓示意圖

例如：如圖7所示，通過CAE軟件分析某玩具塑件選擇不同位置的澆口時，發現選擇C點和A點均會出現不同程度的過保壓現象，B點作為澆口的時候不會出現過保壓的現象，因此B點是作為澆口較為理想的選擇。

圖7 模流分析對比圖

2.5 澆口位置選擇不易產生縫合線位置處

澆口應設在不易產生縫合線（或能把縫合線移至不敏感區域）、氣體容易排除的部位?？p合線及熔合線容易使塑料強度降低及在外表形成外觀上的瑕疵。如不排除氣體容易形成氣泡，氣泡能夠引起短射及注射壓力過大的缺陷，而且易在充填末端產生表面斑點。在空氣包中被壓縮的氣體可能加壓、升溫而引起局部燒焦。

2.6 澆口位置應避免產生滯流現象

滯流現象常發生在肋的部分或厚薄劇烈變化的地方。由于塑件表面的缺陷、不良的保壓、較高的剪應力值，還有塑料分子的配向性不一致，滯流現象會降低塑件的成型質量。但往往只是憑經驗認為會發生滯留，但具體滯留發生在什么地方不能很明確的指出來。通過CAE軟件進行分析模流分析以后，就能很明確的找到滯留的位置，然后在通過分析可以找到最合適的澆口位置，如圖8中塑件經過CAE分析，發現在圖中箭頭所指及圓圈所示位置，容易出現滯留現象。應對澆口位置進行調整，最終找到不發生滯留現象的澆口位置，為模具設計提供有力的依據。

圖8 滯留現象

3 澆口位置的其它選擇原則

（1）澆口位置應避免產生噴流現象。

噴流會在塑件表面，尤其是澆口附近產生紊亂的流動痕跡。所以，通過改變澆口位置把噴流變為順流后，塑件質量得到改善。

（2）澆口位置應避免產生回流現象。

回流現象是指流動波前出現回流的狀況，將會在塑件的表面產生熔接痕，也會造成塑件內應力集中，影響塑件質量。所以塑料回流不論對表面質量或是以結構強度而言都會產生很大影響。

（3）澆口要避開預埋鑲件，避免因較高的壓力造成預埋鑲件彎曲變形。

（4）澆口應設在利于進行拆卸以及維修的部位。

（5）澆口應避免設置在承受外力的位置及要求強度的位置，因為澆口附近易殘留應力而變脆。

（6）澆口位置應設在塑件的主要受力方向上，因為塑料的流動方向上所承受的拉應力和壓應力最高，特別是帶填料的增強塑料（如玻璃纖維）。

（7）對于有加強筋的塑件，澆口應與筋的方向一致，且不能正對筋，要錯開。

4 案例分析窄長形塑件的澆口選擇

以窄長形塑件為例，使用CAE軟件進行分析比較圖5中不同的澆口位置選擇，最終選擇最合適的澆口位置：①方案一：澆口在塑件中部，采用扇形澆口；②方案二：澆口在塑件1/3處，采用扇形澆口；③方案三：澆口在塑件1/8處，采用扇形澆口；④方案四：澆口在塑件窄邊中部，采用扇形澆口；⑤方案五：澆口在塑件窄邊中部，采用膜狀澆口類型。通過分析對比充填流動狀況、充填壓力、波前溫度差、澆道廢料、比例體積、收縮翹曲變形，如圖9所示。

圖9 不同澆口位置圖

（1）充填流動分析比較如圖10所示。

圖10 充填流動圖

（2）填充壓力分析對比如圖11所示。

圖11 填充壓力

（3）波前流動溫差分析對比如圖12所示。

圖12 波前流動溫差

（4）保壓情況體積收縮率分析對比如圖13所示。

圖13 體積收縮率

（5）翹曲變形分析對比如圖14所示。

圖14 翹曲變形

綜合比較如表1所示。

對窄長形塑件，澆口越靠近端部，翹曲變形越小。采取頭部膜片進澆時（圖9e，方案五），雖然澆道廢料最多，充填壓力最大，但其充填流動狀況最佳，翹曲變形最小，塑件質量最好。

因此，窄長形塑件的澆口位置應避免設置在塑件的中心。因為窄長形塑件成型時容易翹曲變形，若在塑件中心設置澆口，則塑料的流動呈輻射狀，造成塑件的徑向收縮與切線方向的收縮不均而產生變形。

5 結束語

澆口開設位置是否正確，對塑件的質量影響非常大，所以選擇合理的澆口位置是提高塑件質量的關鍵之一。在選擇澆口位置時，首先應該根據塑件的結構形狀、尺寸精度、外觀要求以及技術要求等等，來分析塑件的流動情況、填充因素及排氣要求等因素，然后選擇幾個相對合適的位置，再通過CAE軟件進行模流分析對比，最終選擇最合理的澆口位置。這為設計注射模提供了有力的依據，為注射模的設計提供重要的保障，具有很重要的指導意義。