注塑成型模具設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

陳思　宋春明　陳曉順　雍奎剛　賈冰茹

摘 要：注塑成型模具設(shè)計(jì)要以科學(xué)理論知識(shí)為首要條件，結(jié)合專業(yè)技術(shù)人員的職業(yè)能力、案例設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，利用現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)條件和機(jī)械設(shè)計(jì)理念，運(yùn)用機(jī)械工程相關(guān)知識(shí)，不斷優(yōu)化注塑成型模具設(shè)計(jì)方案。有關(guān)單位及其設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在注塑成型模具設(shè)計(jì)過程中，突破原有澆注系統(tǒng)對(duì)模具設(shè)計(jì)的不良限制束縛，創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)注塑成型模具設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：注塑成型；模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；澆注系統(tǒng)；塑料冷卻分級(jí)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.025

0 引言

注塑成型模具設(shè)計(jì)是塑料產(chǎn)品成型研制工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，有關(guān)科研單位、生產(chǎn)企業(yè)及其設(shè)計(jì)工作者應(yīng)當(dāng)對(duì)如何提高注塑成型模具設(shè)計(jì)水平進(jìn)行思考，對(duì)如何優(yōu)化注塑成型模具使用性能進(jìn)行科研創(chuàng)新，持續(xù)提高注塑成型模具設(shè)計(jì)有關(guān)科學(xué)理論的學(xué)習(xí)、國內(nèi)外成功案例分析與借鑒總結(jié)，加強(qiáng)注塑成型模具設(shè)計(jì)工藝中的科技含量，以科技創(chuàng)新增強(qiáng)塑料產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為注塑生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)收益。

1 注塑成型模具的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

注塑成型模具設(shè)計(jì)是直接影響到塑料制品工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)收益的核心技術(shù)，是塑料生產(chǎn)與制造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的集中體現(xiàn)。塑料制品的工藝水平高低與產(chǎn)品外形、模具結(jié)構(gòu)、模具生產(chǎn)和加工等工業(yè)環(huán)節(jié)息息相關(guān)，是集中體現(xiàn)機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)能力和職業(yè)技能的設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程。該設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，包含著塑料制品的初步概念設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、模具部件的生產(chǎn)加工實(shí)施等必須流程，需要設(shè)計(jì)工作者從企業(yè)的現(xiàn)實(shí)情況、生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)、客戶需求等角度出發(fā)，積極應(yīng)對(duì)現(xiàn)代市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的變化與挑戰(zhàn)，合理利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，借助互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)工具，組建注塑成型模具設(shè)計(jì)模型，查找并獲取模型設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)則，收集、統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并輸入相關(guān)參數(shù)數(shù)值，在設(shè)計(jì)軟件的幫助下完成注塑成型模具的設(shè)計(jì)方案，結(jié)合推理驗(yàn)證手段策略，得到最后的目標(biāo)模具設(shè)計(jì)方案。從我國現(xiàn)階段的注塑成型模具設(shè)計(jì)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)我國在塑料制品的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)工業(yè)技術(shù)運(yùn)用過程中，具有機(jī)械工藝水平逐步提高，模具構(gòu)造設(shè)計(jì)的精密度、專業(yè)化、智能化性能得到增強(qiáng)，注塑成型模具生產(chǎn)呈現(xiàn)大型化規(guī)模、自動(dòng)化流程等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員在注塑模具設(shè)計(jì)中的重要任務(wù)是繼續(xù)研發(fā)、持續(xù)推廣氣體注射、熱流道等新技術(shù)應(yīng)用，并有效提高生產(chǎn)效率。

2 注塑成型模具的澆注設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為了有效控制充填形式，模具在設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)澆口位置與數(shù)量進(jìn)行選擇，確保能夠達(dá)到控制的效果，CAE分析能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者在澆口位置的選擇上提供多種方案，并且能夠根據(jù)其影響作出相應(yīng)的評(píng)價(jià)，有利于設(shè)計(jì)的判斷與選擇。注塑模具澆口位置優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是確定合適的澆口位置和工藝參數(shù)使制品的質(zhì)量最好。以注塑成型澆注系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)研發(fā)人員應(yīng)當(dāng)將澆筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)劃分為幾個(gè)環(huán)節(jié)，逐步完成并優(yōu)化整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)：澆注系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)是設(shè)計(jì)方案的首次確定，設(shè)計(jì)師借助軟件設(shè)計(jì)工具將參考數(shù)值、基本信息和計(jì)算規(guī)律等要素進(jìn)行綜合判斷與計(jì)算，確定澆注系統(tǒng)的液壓流體通路規(guī)劃布局，確定能夠提升進(jìn)料加速的澆口種類性能，澆口安放的地點(diǎn)和具體數(shù)目；在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案修改優(yōu)化環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)制造需求和工藝設(shè)計(jì)目標(biāo)，調(diào)整流體通過的線路，縮減通道面積提高進(jìn)料速度，根據(jù)注塑澆口數(shù)量?jī)?yōu)化部件精密度，根據(jù)澆口種類性能設(shè)計(jì)注塑模具的外觀，在直接澆口、矩形澆口、點(diǎn)澆口、隧道澆口和翼狀澆口中進(jìn)行判斷選擇。在澆注系統(tǒng)的第二個(gè)修改設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，以上信息要收集并歸納錄入設(shè)計(jì)模型中，由澆注系統(tǒng)檢測(cè)、核對(duì)澆口設(shè)計(jì)是否存在錯(cuò)誤或者需要改進(jìn)。若澆口位置設(shè)計(jì)能保證一個(gè)平衡的充填模式，就能使壓力、溫度以及體積收縮率分布比較均勻，塑件的品質(zhì)較好。所以澆口位置的選擇實(shí)際上在很大程度上以是否達(dá)到流動(dòng)平衡為準(zhǔn)。通過調(diào)整設(shè)計(jì)變量即澆口位置，令熔體到達(dá)各邊界點(diǎn)的等效流長(zhǎng)與參考流長(zhǎng)的差異的算術(shù)平均值最小，我們就可以得到一個(gè)相對(duì)平衡的熔體流動(dòng)充填模式。參考流長(zhǎng)在這里取為熔體入口點(diǎn)到任意邊界點(diǎn)的等效流長(zhǎng)的平均值。由于進(jìn)行流動(dòng)分析時(shí)要求有限元網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)必須和澆口位置重合，但在優(yōu)化過程中確定的澆口位置并不一定滿足這一要求，這就要求要么重新劃分網(wǎng)格，要么對(duì)澆口位置進(jìn)行近似處理。

3 注塑成型模具的冷卻分級(jí)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

隨著高溫的熔流連續(xù)注入，在模具澆口處開始發(fā)生熱傳遞，同時(shí)模具材料本身也會(huì)產(chǎn)生熱脈沖。這種熱脈沖在使模具溫度升高的同時(shí)，向冷卻通道傳播，最終通過冷卻介質(zhì)向外傳遞。如果冷卻管道與分型面的距離較大，熱脈沖就會(huì)不斷的向模具本身傳遞熱量，直到熱脈沖被冷卻介質(zhì)轉(zhuǎn)移熱量平衡掉。如果冷卻通道接近模具表面，在模具分型面和冷卻管道之間的熱量會(huì)減少，而且達(dá)到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)的時(shí)間會(huì)更短?；趥鹘y(tǒng)加工條件的冷卻管道設(shè)計(jì)主要遵循以下主要原則：為了獲得均勻的冷卻效果，冷卻水道與模具型腔表面的距離應(yīng)盡量保持一致，水道的布局也應(yīng)該隨著模具型腔表面形狀的變化。在冷卻液體通路的規(guī)格設(shè)計(jì)中，通常將管道直徑數(shù)值范圍控制在八至十二毫米內(nèi)——如果通路直徑數(shù)值低于該標(biāo)準(zhǔn)，則為注塑加工造成困難；如果通路直徑數(shù)值高于該標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)影響到冷卻性能。通過控制液體通路直徑規(guī)格，加快冷卻液體流動(dòng)速率，形成小漩渦提高冷卻分級(jí)效果。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)避免冷卻效果不均衡，將注塑成型模板的剛度性能與冷卻效率提升結(jié)合考慮，通常情況下，冷卻系統(tǒng)通路中心線和注塑成型模具外表面二者的間隔數(shù)值設(shè)定為通路直徑數(shù)值的三倍左右。如果該間隔數(shù)值設(shè)定過大，將降低冷卻分層速度和成效；如果該間隔數(shù)值設(shè)定過小，將影響冷卻分層的均衡性。

綜上所述，注塑成型模具設(shè)計(jì)工作中的核心關(guān)鍵是澆筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)和冷卻分級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有關(guān)塑料科研機(jī)構(gòu)、塑料生產(chǎn)加工企業(yè)及其設(shè)計(jì)人員需要繼續(xù)學(xué)習(xí)先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，對(duì)注塑成型模具設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，提高塑料產(chǎn)品生產(chǎn)加工效率，為我國注塑成型模具設(shè)計(jì)與制造工藝的發(fā)展做出應(yīng)用貢獻(xiàn)。

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