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关键词：注塑成型，充填分析，填充方式，流动压力，浇口位置
引言
注塑成型在制造业上已用于实现成本效益的大规模生产。从家庭用品到汽车零部件，它都具有广泛的使用前景。注射成型是最常用的制造方法之一，其典型的优点是周期短，良好的复制精度和高生产率[1-3]。
注射成型的零件的质量主要取决于在模塑过程中的熔融聚合物的行为[4-6]。使用过程中的行为可以分析参数，包括流动方向、流动压力、注射时间、熔体和模具温度等[2]。模具设计，包括浇口位置和壁厚，也直接影响到的熔融聚合物的流动行为。浇口位置在模具设计是一个关键方面，以避免短射以及降低熔料向前流动前沿的流动应力 [7,8]。各种数值方法已被用来帮助了解零件模塑成功的流动行为 [11,12]。精心设计的浇口位置和工艺参数可以生产出高品质的产品。
对针盖的充填型腔进行分析，以确定适当的浇口位置和在必要时对设计进行改进。有限元模型使用Moldflow的数值分析（Moldflow公司的Framingham，MA）。根据在浇口位置，对流动方向和流动压力进行量化，避免成型过程中熔融聚合物的不完整填充和迟滞现象。同时也在研究壁厚、熔体温度和注射时间对将浇口的位置和适当的加工条件结合起来的影响。
分析
注射成型条件
在分析中所使用的材料是聚丙烯。大部分的分析在模塑温度为30℃和熔融温度为240℃时进行的。一系列分析在熔融温度为220℃时进行以对较低的熔体温度的影响有更好的认识。选择0.6秒的注射时间填充型腔主要是为了减少零件中的流动应力。
图1所示为模拟型腔填充熔融聚合物的CAE模型。该模型是由一个针套，套管和一个端口外壳组成。如图1所示经研究有四种不同的浇口位置可供选择。CAE模型是使用三角形单元的有限元网格构建的。
注射的浇口位置分析
为了确定零件的最佳的浇口位置，对四个不同的浇口位置选项进行了研究。分析结果表示为一个时间尺度的流动前沿和流动应力，表示提前的流体阻力。
如图2（a）所示，零件的流动前沿开设在套管上，浇口位置1。仔细观察该图，很显然，端口外壳填充后，聚合物在针筒套中突然加速（参见图2（a）宽的粉红色波段）。如果可能的话，应避免，因为这种类型的不均匀填充而沿着针套产生很高的流动应力，如图2（b）所示。
如图2（b）所示，由淡到深的粉色区域，表示高流动性的压力，在小范围内是可以接受的，但可能往往会引起大面积的翘曲。以黑色表示的区域有流动应力降解聚丙烯（250000帕）以上的，一般都是不可接受的，但在狭窄的区域，如浇口位置。针套区域产生的流动应力是非常高的，相比端口外壳，可能导致这个修长区域弯曲。
图3（b）示出了零件浇口位置2的流动应力。正如图中所示针套区域的流动应力远低于其他所有研究的浇口位置。如图3（a）所示，这种浇口设置方案也导致了非常均匀的填充模式。然而，根据先前设计针盖的经验，模具浇口在针套的尖端在启动时易发生短射，导致损坏芯销[13]。
浇口位置3提供了一个均匀的预先填充的熔融聚合物，如在图4（a）中所示。图4（b）表明针套区域的流动应力比浇口位置1的流动应力稍低，但略高于浇口位置2的流动应力。虽然在该图中未示出的内部肋中的应力，它们是在可接受的限度内。这种门控方案导致非常均匀的填充模式，并允许在端口外壳区域有相对严格的尺寸公差。
在图5（b）所示的流动应力表明浇口位置4产生的流动应力是沿端口外壳和套管的底部的。流动应力是在或接近的降解区的聚丙烯（250,000 Pa）的，并且在针套区的流动应力基本上与浇口位置3的流动应力相同。图5（a）中所示的流动模式不是很均匀。由于高应力和非均匀流动模式，这浇口位置方案是最好的方案。