Moldflow在利用针阀式热流道消除熔接痕中的应用
作者：杨巍
随着中国汽车产业迅猛发展，用户对大型注塑件的外观质量要求也越发严格。就大型注塑模具来说，已经不仅限于以流动、保压、冷却和注塑工艺等参数的严格控制来提高产品质量，更高的要求是消除熔接痕及熔体流动前沿交汇处由于内部分子的多向性而造成的应力集中。基于这样的发展需求，传统的进胶方式已经不能满足制件的成形需求。为此，我们引进针阀式热流道程序控制阀浇口的技术来解决这一技术难题。
针阀式热流道成形技术的优点
针阀式热流道技术以其特有的过程控制技术，可以在较高程度上提高制件的可靠性，使熔体在三维模腔中的流动更快、更顺畅，为制件带来更快的循环周期，在提高制件品质上起到尤为重要的作用。
1.通过控制浇口开启时间，保证型腔填充顺畅及熔体流动平衡，消除熔接痕。
大型注塑件的注塑制造通常需要两个或多个热浇口才能注满。对于普通的热浇注系统，在注射开始时浇口便随之同时开启。这样的进胶方式不可避免地存在熔合缺陷，即在两股熔料前锋汇合时，由于两股熔体不能完全熔为一体，而形成熔合印迹，反应在制品表面上就是通常所说的熔接痕。虽然可以通过提高熔料温度、增大保压压力和调整注塑工艺参数等方法进行改善，但实际改善效果有限。
采用针阀式热流道技术来构建浇注系统，即可实现程序控制各阀浇口的开启和关闭，又可控制在第一股熔体刚刚流过第二个阀浇口时，阀针开启，打开第二个浇口，此时可根据需要开启或者关闭第一个浇口，一直进行下去直到所有浇口都被打开和型腔被充满，使熔体完全熔合，得到无熔接痕制品（图1）。并可通过阀浇口的开关来获得一个平衡的流动状态。
图1 熔体从GATE1流出，当流动前锋经过GATE2时，开启GATE2，以此类推
2.利用该技术获得的制件产品不会有残留浇口痕迹，因此，可适用加工表面质量要求较高的注塑件。
有些时候使用阀浇口的原因是因为阀浇口在制件上的痕迹平滑，只相当于一个顶出销所遗留的痕迹，所以它与潜伏式浇口和其他类型热流道端部痕迹相比要小得多。
3.更有效的控制保压和成形周期。
针阀式热流道能够使用较大直径的浇口，可使熔体在模腔中的流动加快，从而缩短制件成形周期，并能更好的保压。
4.有效减少制品的内应力，提高制件稳定性。
如前所述，传统热浇注系统中两股熔体流动前锋汇合后会形成熔接痕，其结果不单只影响制品外观，同时也容易在制件内部产生较大的残余内应力。这种应力集中现象将会降低制品的强度。如果采用阀浇口控制技术控制熔体的进胶顺序，可以有效避免熔体流动前锋的直接交汇，从而避免了应力集中现象的产生，进而提高了制件的稳定性。
此外，使用针阀式热嘴还可防止在开模时物料反吸及牵丝现象的出现。
针阀式热流道系统结构及原理
针阀式热流道的阀针运动可通过弹簧控制，也可使用气压或液压等控制，其结构形式多种多样。
对于汽车保险杠这样的大型注塑件，我们通常采用油压缸控制阀针的运动。其优点是结构
简单、加工方便，成本相对较低，稳定性较好，浇口的开启和关闭时间控制也比较可靠。
如图2所示，热流道部分可与普通热流道浇注系统相同，只是针阀式热流道热嘴部分比普通热流道热嘴中间多了一项结构——阀针，此阀针为单向阀针，由油压缸控制阀针的动作。
图2 针阀式热流道结构
Moldflow应用实例
以汽车后保险杠模具为例，该制件尺寸为1 700mm×490mm×870mm，具有非常高的工艺加工要求，例如必须保证型腔填充平衡，并保证最终产品外观面无熔接痕存在等，对于孔位凹陷处暂时不做要求。
采用Moldflow软件的目的及模拟要求：预测制件熔接痕位置及长度，判定其结果，如不能满足要求，则应改用针阀式热流道系统，并在Moldflow中模拟其填充过程。
1.方案一：普通热流道浇注系统的建构及模拟。
首先将待加工零件的参数要求导入Moldflow软件中，进行建模，并设置如图3所示的浇注系统：实现3个热嘴同时开启、同时进胶。
图3 在Moldflow软件中对普通热流道浇注系统建模
图4所示为通过Moldflow软件模拟的分析结果，左图为流动分析结果，右图为熔接痕分析结果。从图4中显示的流动情况及熔接痕位置可以看出，采用3个热嘴同时进胶，保证了流动的平衡性。但是，两股熔体仍不能完全熔合为一体，在接近两胶口几何位置的中部交汇处，形成可见熔接线，且长度较长，不能满足制件的外观要求。
图4 Moldflow软件对普通热流道浇注系统成形分析
2.方案二：针阀式热流道浇注系统的建构及模拟。
首先在Moldflow软件中构建浇注系统，浇口位置仍然与方案1中的位置相同，而浇口参数设置改为针阀浇口控制，浇口状态设置如下：
Injection time设置为7s；中间浇口初始状态设置为Open，30s后关闭（在实际填充过程中，此浇口状态一直为开启）；两边浇口初始状态设置同为Closed，3.8s时浇口开启。然后，进行模拟分析，得出如图5所示结果，左图为流动分析结果，右图为熔接痕分析结果。
图5 Moldflow软件对针阀式热流道浇注系统成形分析
与图4分析结果相比，可以明显看出，方案二中不但实现了更为平衡的填充，而且完全消除了方案一中出现的两条较大熔接线（图4中圆圈标定处）。
结束语
通过使用Moldflow软件，对壁厚4mm以下的大型注塑件（如汽车后保险杠）成形过程进行数值模拟分析，在Moldflow软件中模拟建构针阀式热流道浇注系统，模拟了阀浇口成功消除熔接痕、改善制品外观质量的过程，并结合数值模拟结果，优化实际成形中的阀浇口顺序控制时间，大大减少了实际成形的调机次数，有效缩短了制件成形周期。(end)
