PC3S注塑产品浇口设计研究

周天晓，孙军，于善平，唐永亮，毕宏华，曹俊杰

(长春富维-江森自控汽车饰件系统有限公司，吉林长春 130022)

PC3S注塑产品浇口设计研究

周天晓，孙军，于善平，唐永亮，毕宏华，曹俊杰

(长春富维-江森自控汽车饰件系统有限公司，吉林长春 130022)

PC3S作为一项新的汽车产品注塑技术，主要特点是预裁表皮、软质小面料和合模常压背部注塑。应用此技术，注塑浇口的布置形式和布置位置对产品外观质量会有重要影响。通过对某国产车型门板中部护板产品浇口形式和布置位置进行分析，找到适合PC3S技术最优的浇口设计方案。

小面料背部常压注塑；浇口设计

0 引言

低压注塑是国内外一项成熟的注塑技术，在很多车型的产品中得到应用。用此工艺生产的产品内应力小，变形量小。低压注塑通常使用大面料低压开模背注，但注塑后需要修切边缘及冲孔，并且应用此技术增加了注塑机和注塑模具的投资成本。PC3S技术作为一项新的技术应用，是采用预裁小面料常压合模背注，注塑后不用修切。文中介绍的是应用PC3S技术在开发过程中研究浇口布置和浇口设计，如何选择最优浇口设计方案，使得产品外观质量满足客户要求。

1 实验

1.1 左、右中部护板产品信息

原材料：PP。

表皮：PVC或织物+中间泡沫层+耐热层。

制件尺寸：639 mm×199 mm×42 mm。

制件壁厚：骨架壁厚2.5 mm，表皮厚度4.5 mm。

1.2 工艺流程

工艺流程见图1。

1.3 注塑模具

面料定位装置，同一套模具实现PVC/织物两种配置，型腔布局1+1。

1.4 注塑机

普通注塑机。

1.5 产品外观质量要求

表面平整，无明显翘曲变形，无划伤，无凹陷，无鼓包。

2 结果讨论

(1)注意事项

PC3S工艺为面料与塑料注塑一体成型，有以下几方面需要重点关注：

①浇口数量。流长比合理，填充压力小，面料泡沫层受压回弹好；

②浇口位置。进胶平衡、进胶点剪切热对面料的影响小；

③浇口形式。易修切或免修切，填充阻力小。

(2)浇口数量确定

平均型腔压力满足表皮泡沫受压回弹最大填充压力要求:根据经验数值平均型腔压力达到10 MPa以下可以满足泡沫回弹要求。如图2所示当平均型腔压力10 MPa、壁厚t=2.5 mm时，最大流长比αmax在(50/1)～(100/1)之间，估算最大流长比为70/1。

最大流长比αmax=a/t

式中：a为浇口距产品边缘最大长度；t为产品壁厚。

a=αmax×t=70×2.5=175 mm

此产品尺寸639 mm×199 mm×42 mm，填充分段数量n=639/175=3.65≈4段，因此最终选择3点浇口。

锁模力满足注塑机最大锁模力F要求：

F估算=pW×A×β×n=10 MPa×(63.9 cm×19.9 cm)×

1×2=2 540 kN

式中：pW为型腔压力；A为投影面积；β为黏度系数；n为型腔数。

注塑机选择：锁模力压力≥最大锁模力/安全系数=2 540/0.8=3 175 kN，模具外形尺寸满足注塑机容模量。满足以上两个条件的注塑机都可以适用。

(3)浇口位置及浇口形式确定

为减少塑胶填充剪切力和剪切热对产品外观的影响，选择表1所示3种方案，避免浇口直射表皮耐热层；浇口位置均匀分布，保证塑胶填充平衡。

表1 浇口设计类型说明

熔体前沿速度的分析结果如图3所示，等值线间距表示聚合物的流动速度，宽间距的等值线表示填充较快，窄间距的等值线表示填充缓慢。对比3种方案的结果图，等值线间距都较为均匀且无明显差异，说明整体流动都比较顺畅。

流动前沿温度结果(图4)表示填充期间熔体流动前沿的温度变化；该结果使用一系列颜色来指明，蓝色表示最低温度区域，红色表示最高温度区域范围。对比3种方案的结果，产品温度变化在10 ℃以内，温度范围都可以接受。

图5所示的粉红线条为可能出现熔接线的位置。对比3种方案的结果图，熔接线主要出现在产品边缘的孔位处，主面上均没有明显的熔接线，熔接线都可以接受。

图6所示的体积收缩率结果以原始体积的百分比形式显示各个区域的体积收缩率，局部高收缩率区域可能导致产品表面缩痕或内部缩孔。对比3种方案的结果图，方案3的最大体积收缩率是最小的，即出现产品表面缩痕或内部缩孔的风险相对最低。

图7所示为到达顶出温度的时间结果，显示产品各区域达到顶出温度所需的时间。一般来说，浇口处由于剪切热较大，到达顶出温度的时间相对较长。对比3种方案的结果图，凝固较晚的区域(红黄色区域)都在浇口附近；方案3的浇口在产品边缘非外观区域，浇口处剪切热对A面的影响最小。

为了对比3种方案浇口处的剪切率，分别选取了3个测试点(红、黑、蓝)，选取的测试点都在浇口附近，以此来观测各浇口处的剪切率变化。从结果曲线(图8)可以看出：方案3的浇口剪切率相对最小，有利于A面的外观。

通过以上模流方案对比分析，方案3的体积收缩率和体积剪切率较小，并且浇口布置在产品非外观面处，产品外观质量能够得到保证。所以最终选择方案3布置浇口。

3 结论

PC3S技术的推广和应用需要配合使用合理的浇口设计方案，使得产品外观质量达到客户要求。通过对浇口数量、浇口位置、浇口形式3个方面的分析可见，浇口方案选择要满足进胶平衡、填充压力小、剪切率小，从而保证表皮隔热层受冲击小，泡沫层受压回弹良好，产品A表面外观平整。

【1】 单岩，吴立军，徐勤雁，等.MoldFlow模具分析技术基础与应用实例[M].2版.北京：清华大学出版社,2012.

ResearchonGateDesignofPC3SInjectionPart

ZHOU Tianxiao,SUN Jun,YU Shanping,TANG Yongliang,BI Honghua,CAO Junjie

(Changchun Faway-Johnson Controls Automotive Systems Co.,Ltd.,Changchun Jilin 130022,China)

PC3S is a new technology for automobile product which main features are small fabric,normal pressure,back injection.Gate type and location are very important to appearance quality when this technology is used.Gate type and location were researched taking insert part assy of domestic car as example.The best gate design scheme was found which was fitted PC3S technology.

Small fabric normal pressure back injection;Gate design

2014-10-09

周天晓。E-mail:zhifeng.li@jci.com。