基于MoldFlow的箱包手柄上盖双色注射模设计

李兴俊，刘 元，张英本，郑金杰，龚正朋

（1.嘉兴南洋职业技术学院，浙江 嘉兴 314031；2.浙江卓为医疗器械有限公司，浙江 嘉兴 314031）

0 引 言

双色注射模由2副模具组成，能生产2种颜色的塑件的特种模具。2种材料在同一台注射机上分2次注射成型，但是成型塑件只出模一次。生产的双色塑件具有耐碰耐摔、手感好、外观质感好、可局部电镀等优点，因此市场前景广阔[1-3]。在注射成型过程中，浇注系统是影响成型塑件质量的重要因素之一，其中浇口的设计尤其重要[4-9]，双色模具更应该谨慎选取浇口位置。双色模具设计时应结合CAE进行模流分析，预测塑件充填时的温度、熔接痕、困气位置、表面收缩、塑件相互粘合及变形情况，避免双色成型中的风险[10-12]。

以某箱包双色手柄上盖为研究对象，针对其软塑料外观面出现的气穴，利用MoldFlow进行双色注射模流分析，找出气穴产生的原因，结合模具设计理论改进了浇口位置，并对新方案进行了验证。修改后的模具工作稳定，成型的塑件外观光滑，无可见气穴和熔接痕，满足客户要求。

1 塑件分析

塑件内层为ABS757硬塑料，外层为TPE65软塑料，外形尺寸为148 mm×38 mm×55 mm。采用双色注射成型，主要外观面要求色泽均匀，不允许存在熔接痕、缩孔、气泡。但是原模具生产时存在一处明显的气穴，多次调试工艺均无法消除，如图1所示。第一次修改模具时在气穴位置设计镶件，利用间隙排气，但是容易被堵塞，不能大批量生产。因此通过模流分析查找原因，指导并论证新的修改模具方案。

图1 箱包双色手柄上盖的气穴位置

2 模流分析

2.1 网格划分及材料选择

在UG中将塑件的坐标调整为装配位置。因为需要修改模具，为了保证分析结果精确可靠，模型导入MoldFlow时直接选取UG零件格式，网格选取3D实体类型，划分为四面体单元。硬塑料网格边长为1.5 mm，网格最大纵横比为34.56，平均纵横比为5.06。软塑料网格边长为1.2 mm，网格最大纵横比为36.59，平均纵横比为4.00。通过网格修复向导检查，网格质量合格，满足分析要求。硬塑料选择ABS(Polylac PA-757)，软塑料选择TPE(MF A 9402 MR Natural)。

2.2 浇注系统设计方案

双色模具的浇注系统可使用普通流道和热流道，考虑模具成本及塑件特点，选择普通流道，均为潜伏式进浇。第一次成型时潜伏浇口设置在加强筋上，第二次成型因为是软塑料，如果采用传统的小推杆，推出不起作用，所以采用φ2.5 mm的镶针，圆柱体凝料在塑件推出时可同时被拉出。浇注系统如图2所示，搭接分流道位于型腔侧，其他的分流道位于型芯侧。第一次成型时，分流道与第二次成型浇口不连通，同理第二次成型时，分流道与第一次成型浇口不连通。生产时浇注系统凝料每次都要推出，这样保证了双色注射成型的精度。

图2 浇注系统

为了方便建模，搭接分流道在MoldFlow软件中适当进行了简化，原方案浇注系统如图3所示。

图3 原方案浇注系统

2.3 模流分析

采用MoldFlow的热塑性塑料重叠注射模块进行“填充+保压+重叠注射充填+保压”分析，其中注射、保压、冷却工艺条件设定如下：硬塑料注射工艺为模具温度45℃，熔体温度210℃，冷却时间为40 s；软塑料注射工艺为模具温度45℃，熔体温度203℃，冷却时间为20 s，其他参数默认。

原方案模拟分析结果中，成型塑件较多区域出现气穴，但是实际成型的塑件仅一个区域有气穴。为了查找成型塑件气穴无法消除的原因，将塑件气穴与熔接表面分布模拟结果一起分析，结果如图4所示，图4（a）中左边第二处气穴与熔接表面位置重叠，此处气体受两股熔料围堵无法排除，而其他位置的气穴位于边缘或没有重叠，因此均可以排除。因此要解决气穴问题，必须避免气穴位置与熔接表面位置在塑件中部重叠。

图4 原方案气穴和熔接表面分布

2.4 改进方案及分析结果

因为浇口位置对熔接表面位置和困气位置影响较大，决定改变原浇口位置。熔接表面位置靠近塑件中央，位于浇口斜对面，改进方案将浇口位置往塑件边缘偏移3.7 mm，设于加强筋上，使熔接表面位置向塑件边上移动，改进方案浇注系统如图5所示。

图5 改进方案浇注系统

新方案模流分析结果如图6所示，中间气穴向塑件右边移动，熔接表面向塑件边上移动，没有重叠，因此改进方案可行。

图6 改进方案气穴和熔接表面分布

3 模具结构设计

3.1 分型面及成型零件设计

第一次注射材料与第二次注射材料的收缩率均设置为0.5%，模具采用旋转型芯的两板模结构，2组动模结构相同，所以分型面设计时按照装配的塑件进行分模，即软塑料的分型线向外延伸、拓展设计光顺的分型面，然后初步分出第二次成型型腔和型芯。

因为第一次成型与第二次成型的型腔形状不一致，双色注塑机的喷嘴距离为250 mm，所以将2组型腔的中心距离设计为250 mm，即将软塑料塑件与型腔进行布尔求和即可获得第一次成型型腔。

由于软塑料需要从第一次成型塑件底面潜伏式浇口进料，硬塑料的型腔需要设计2根φ2.5 mm的镶针，与动模碰穿，从而在硬塑料上形成进料孔。第一次注射利用分型面间隙排气，第二次注射在软塑料分型面上开设多条深度为0.015 mm的排气槽。最终的型腔板和型芯分别如图7、图8所示。

图7 型腔板

图8 型 芯

3.2 二次推出系统的设计

由于第一次成型和第二次成型的分流道有部分是共用的，因此浇注系统凝料每次都要推出，但是第一次成型的塑件半成品不能推出，所以需要设计二次推出机构，以保证双色注射有序成型。为了避免采用传统的双推杆固定板结构，通过加厚推板，设计了二次推出结构，如图9所示。推出零件主要包括推杆、推管、扁推杆和二次推出推管。浇注系统的推杆底部不设置二次推出结构，设置了流道推杆8和拉料杆9。在推出塑件的扁推杆10和推管11底部均要设置二次推出推管，同时在此处设计30 mm的避空行程。推出第一次成型的浇注系统凝料时，注塑机滑块推动模具顶杆16，从而驱动推板2和推杆固定板3实现第一次推出，推出行程小于30 mm即可保证只推出硬塑料的浇口凝料和流道凝料，而不推出第一次成型塑件，为第二次注射做准备。第二次推出时先执行第一次推出，推出行程达到30 mm后继续推出，完成塑件脱模。

图9 二次推出系统

3.3 模架及冷却系统设计

包胶方式决定了双色模具的基本结构，该塑件为全包方式，采用整体模架，由活动中板旋转完成2次注射成型。模架内部机构四面分中加工，同规格板材可任意翻转、旋转、互换均能达到组合精度要求。定位圈直径为φ125 mm，4根导柱中心对称，并保证导柱与导套的单边间隙公差在0.025 mm以内。使用3块垫块，中间一块的厚度为96 mm。因为要进行二次推出，推板厚度设计为45 mm，为保证推出平稳可靠，增加了推板导柱导套，最终设计的模架型号规格为CI3050A110B90C150。定模和动模均采用环形水路冷却，直径为φ6 mm，模具结构如图10所示。

图10 模具结构

4 模具工作过程

（1）模具合模，第一次注射ABS塑料，熔体通过主流道进入型芯上的分流道，然后进入型腔上的搭接分流道后从潜伏式浇口进料，填充半成品侧的型腔。第一次成型完成后，模具开模时硬塑料半成品留在型芯上，二次推出机构只执行第一次推出，将浇注系统凝料推出。

（2）动模旋转180°后合模，第二次注射黑色软塑料TPE，保压冷却后，二次推出机构将浇注系统凝料和成型塑件推出，完成一个生产周期。正常生产后，第一次注射和第二次注射同时进行，生产的合格塑件如图11所示。

图11 合格塑件

5 结束语

利用MoldFow进行双色注射模流分析，采用实体模型的四面体单元，划分精细网格以准确预测塑件熔接表面位置和困气位置，通过改变浇口位置，避免了熔接表面位置和气穴位置在型腔中部区域重叠。通过大批量生产验证，模具工作稳定，成型塑件外观合格，以较低成本解决了实际问题。