多腔共注塑成型的挑战

图。这种共注射成型部件中的芯和表皮材料的分布受注射流速和这些特定材料的特性的影响。

图。2 - 这些腔和流道几何形状被用于模拟实验。三个空腔（标记为“1”，“2”和“3”）中的每一个直径为20mm，厚度为3.5mm。5mm宽的主滑道长59mm，三个副滑道的长度为18.2mm。

图。3 - 这里，当注射流速为10立方厘米/秒时，标记为“1”的分支中的芯材料首先到达空腔。然而，当注射速率增加到每秒16立方厘米或更高时，标记为“2”的分支中的芯材料首先到达空腔。

图。4 - 在81％的填充（左），腔1已经被表皮材料填充，因此没有用于芯材料的空间。它必须流入洞穴2和3。

图。5 - 验证结果表明，使用高或低流速操纵芯渗透行为不起作用。

图。6 - 空腔设计影响多腔共注塑产品的表皮/芯分布。这里，模型2表明，如果模型1中的45度浇道的角度被修改为更对称的设计，则可以实现更均匀的表层/岩心分布。如果不能修改具有45度角的流道结构，则可以在每个腔之间添加连接器，以确保更好的蒙皮/芯分布，如模型3所示。

多腔共注射成型在零件开发方面提供了大量的灵活性。例如，组合不同材料或颜色的能力使其成为制造汽车部件和结构增强产品的有吸引力的选择。工艺优势还包括减少材料浪费，降低成本和提高零件质量。

然而，设计这些类型的模具存在独特的挑战。用于开发单腔共注塑模具的相同的一般准则不能完全应用于多腔共注塑模具的设计。

共注塑包括通过单个浇口同时注入两种树脂以形成由“表皮”和芯材料组成的多层模制部件。首先将表皮材料注入模具腔中，然后立即注入芯材料。当表皮材料流入空腔时，覆盖空腔壁的材料冻结，其余材料沿中心通道流下。当芯材料进入空腔时，其移动通道中心的表皮材料，推动前面的皮肤，其中它继续在壁上冻结。

成功的多腔共注射成型的关键是芯和表皮材料在整个模制部件中的均匀分布。然而，这是难以实现的，并且受材料性质和工艺条件的强烈影响。例如，图1所示的共注射成型部件中的芯部和表皮材料的分布受注射流速和这些特定材料的特性的影响。芯材料的流动模式应该一直返回，在这种情况下是“叉”流道结构。

实验模具几何形状

为了找到设计有效的多腔共注塑模具的挑战的解决方案，我们使用计算机辅助工程（CAE）工具来模拟和分析潜在成型场景，从而实验注入流速和腔体设计。图2示出了用于该模拟实验的腔和流道几何形状，其取自2003年由WM Yang和H.Yokoi对相似部件中芯材料的流动行为进行的研究。三个空腔（标记为“1”，“2”和“3”）中的每一个直径为20mm，厚度为3.5mm。5mm宽的主滑道为59mm长，通向每个空腔的三个副滑道的长度为18.2mm。在本研究中用于皮肤和核心的材料是通用聚苯乙烯。

在共注射成型中，将表皮材料注射以填充一定百分比的模具，然后注射芯材料以在表皮材料与芯材料的确定比例下完成填充部件。这项研究使用72至28的皮肤与核心比率来验证核心穿透行为的变化。

图3示出了在各种注射流速下芯材料的流动前锋渗透。这里，当注射流速为10立方厘米/秒时，标记为“1”的分支中的芯材料首先到达空腔。然而，当注射速率增加到每秒16立方厘米或更高时，标记为“2”的分支中的芯材料首先到达空腔。使用低粘度聚苯乙烯材料和16立方厘米/秒的注射流速（当皮/芯比为72至28时）显示出当前导芯材料渗透从分支1变为分支时的关键转变流动速率这种转变可归因于分支2和3中的高剪切应力，这导致更多的芯材料进入第二和第三空腔。

然而，在流道填充阶段中前导芯材料的渗透不能保证在最终模制产品中适当的表皮/芯分布。图4显示非常差的皮肤/芯分布。在81％的填充体积下，腔1已经被表皮材料填充，因此在用于芯材料的腔中没有剩余空间。它必须流入凹腔2和3.注意，使用高或低流速来操纵岩心穿透行为不起作用。图5验证了这种现象，显示了实际的模制结果。

为了更好地管理最终模制产品中的皮/芯分布，需要考虑腔设计的影响。在图6中，例如，如果模型1中的45度跑步者的角度可以被修改为更对称的设计，则可以实现更均匀的皮肤/核心分布，如模型2所示。然而，如果跑步者不能修改具有45度角的结构，可以在每个腔之间添加连接器以确保更好的皮肤/芯分布，如模型3所示。该部分的实验清楚地证明腔设计确实影响皮肤/芯分布多腔共注塑产品。

在多腔共注射成型中芯材料渗透的动态行为是一个复杂的问题。芯材料渗透对注射流速，材料性质和工艺条件敏感。在该实验中，在多腔共注射成型期间在叉形流道结构中观察到流动模式和芯渗透。它表明，用低粘度材料的引导芯渗透受注入流速的影响。找到前导芯穿透从一个分支切换到另一个分支的转变点对于理解核心穿透行为是至关重要的。