注塑模具設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)探析

李高北 徐宗德

摘 要：隨著現(xiàn)今社會(huì)塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，塑件逐漸得到廣泛的應(yīng)用，尤其是相對(duì)大型的塑件，對(duì)其設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。因此，本文針對(duì)大型注塑模具，以儀表板為例進(jìn)行分析探討，希望對(duì)今后的注塑模具設(shè)計(jì)及其應(yīng)用起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：注塑模具；設(shè)計(jì)；應(yīng)用；儀表板

隨著以塑代木、以塑代鋼等技術(shù)成為一種發(fā)展趨勢(shì)，在醫(yī)療、汽車等行業(yè)逐漸增加對(duì)大型塑料零部件的使用量的情況下，人們對(duì)于塑制品中重要的工藝裝備生產(chǎn)越來越重視，即大型注塑模具，其設(shè)計(jì)與應(yīng)用水平的高低，直接影響到注塑制品的質(zhì)量。

1.塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析

本文以某機(jī)械儀表板作為研究對(duì)象，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中已經(jīng)確定了原材料的使用以及制品的基本結(jié)構(gòu)，所以，主要是探討模具的設(shè)計(jì)與工藝兩個(gè)方面，希望能夠盡可能減少這兩個(gè)方面面臨的問題。

塑料的制作需要按照使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。想要讓塑件制作符合要求，需將塑料的性能特點(diǎn)完全發(fā)揮出來，再考慮其結(jié)構(gòu)工藝性，在使用要求基本滿足的前提下，盡可能將模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，在滿足成型工藝的要求下，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本[1]。

塑件結(jié)構(gòu)的工藝性指的是對(duì)塑件結(jié)構(gòu)形狀以及外觀質(zhì)量進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，觀察其是否能滿足成型工藝的要求，其主要包含幾何形狀、表面粗糙度、尺寸精度、壁厚、成型孔分布、均勻性等方面。合格的制品離不開良好的結(jié)構(gòu)工藝性這一基礎(chǔ)，同時(shí)其也是順利開展注塑工藝的前提條件。在模具設(shè)計(jì)之前，應(yīng)分析塑件結(jié)構(gòu)，確保成型工藝，之后再對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)難度進(jìn)行深入探討。

2.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

在注塑成型過程中，主要包含充填、保壓、冷卻和開模，其中，冷卻與充填的進(jìn)行是基于模具的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，它們直接影響了塑件的成型質(zhì)量、使用設(shè)備要求以及成型周期。所以，在模具設(shè)計(jì)中，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，同時(shí)，也是兩個(gè)直接衡量模具設(shè)計(jì)是否能夠成功的關(guān)鍵。對(duì)于生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、價(jià)格昂貴、試模需要花費(fèi)大量成本的大型注塑模具而言，合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)所具備的現(xiàn)實(shí)意義更為巨大，所需要考慮到的問題也較多[2]。

2.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在注塑模中，澆注系統(tǒng)承擔(dān)傳熱與傳質(zhì)兩種作用。是否能合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，直接影響到充模時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)、充模的難易程度以及是否能夠順利的完成開模等。

因?yàn)閮x表板本身的外形尺寸偏大，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要花費(fèi)較長(zhǎng)的熔體充填流程，因此，在注塑過程中很容易出現(xiàn)難充填，或者是充填不均勻的情況，直接對(duì)塑件的成型質(zhì)量產(chǎn)生影響?？紤]到熱流道技術(shù)可以對(duì)熔體的充填情況加以改善，為了確保模具以此設(shè)計(jì)、試模成功，滿足塑件的質(zhì)量要求，則采用多點(diǎn)進(jìn)澆、冷熱流道相互結(jié)合的方式，再配合上注塑模CAE軟件Moldflow作為輔助進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足各個(gè)部分尺寸參數(shù)的需求。

2.2冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在注塑成型過程中，除剛開始需要進(jìn)行預(yù)熱處理之外，大部分模具溫度都是依靠冷卻系統(tǒng)來控制的，在型腔中，塑料制品的冷卻時(shí)間占據(jù)整個(gè)周期的70%-80%，塑件質(zhì)量的高低直接受到模具型腔溫度高低以及溫度均勻性的影響。所以，是否能合理地設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)，直接對(duì)塑件的質(zhì)量與生產(chǎn)效率產(chǎn)生了直接的影響。

為了提高生產(chǎn)效率，滿足制品的質(zhì)量，根據(jù)大型注塑模具冷卻系統(tǒng)對(duì)冷卻的實(shí)際需求，采用模具的型芯利用隔板式的冷卻方式，型腔選擇直通式的冷卻方式，再借助Moldflow進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，以滿足各個(gè)部分尺寸參數(shù)的需求?；贛oldflow的大型注塑模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：

第一，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述：模具冷卻方式一般是在型腔、型芯等部位合理地設(shè)置冷卻管道，并通過調(diào)節(jié)水流量及流速來控制模溫。模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括冷卻管道結(jié)構(gòu)、管道直徑及位置尺寸以及管道布局的確定等。

第二，基于MPI/Cool模塊的冷卻回路分析：針對(duì)設(shè)計(jì)原則，對(duì)冷卻系統(tǒng)的傳熱學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，就可以初步得出其尺寸，然后選擇冷卻回路的最佳方案。下面應(yīng)用Moldflow的MPI/Cool模塊來檢驗(yàn)冷卻系統(tǒng)的冷卻效果，判定設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)是否合理。冷卻水選擇25℃的自來水，其雷諾指數(shù)為10000，選擇TPP20AC17BK材料推薦所項(xiàng)出的溫度為93℃，對(duì)于儀表板模具冷卻系統(tǒng)分析具體如下：

其一，冷卻時(shí)間，當(dāng)制件凝固了80%，流道達(dá)到60%的凝固，制件就能夠頂出，完成冷卻。如果成型時(shí)間為45s，制件的凍結(jié)層因子是1，就表示凝固完全，其流道凝固層的比例達(dá)到60%，能夠滿足冷卻的需求。其二，冷卻介質(zhì)溫度，一般來說，冷卻回路進(jìn)出口介質(zhì)溫差不得超出2.3℃，而本文的介質(zhì)溫差為0.39℃（如下圖1）即能滿足要求。其三，圖2表示的是在結(jié)束冷卻后產(chǎn)品的最高溫度，即83.2℃，低于材料頂出溫度93℃，也能滿足要求。

3.結(jié)語(yǔ)

總體而言，想要提高模具的設(shè)計(jì)和實(shí)際的應(yīng)用技術(shù)水平，還需要機(jī)械業(yè)內(nèi)相關(guān)的工作者在實(shí)際的工作環(huán)節(jié)中不斷地總結(jié)與探索，才能將模具注塑過程中面臨的各個(gè)類型的缺陷消除，為今后更優(yōu)質(zhì)的模具塑制品奠定質(zhì)量基礎(chǔ)，滿足機(jī)械行業(yè)發(fā)展需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃雁彬.基于知識(shí)的注塑模具設(shè)計(jì)若干技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，27：91.

[2]沈健民.精密注塑模具的設(shè)計(jì)加工及發(fā)展前景探析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，30：38.

[3]張維合.大型注塑模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與技巧[J].工程塑料應(yīng)用，2012，11：52-56.