塑料模具設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題研究

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及人們審美意識(shí)的提高，塑料制品的市場(chǎng)越來(lái)越大，而且其塑料制品的外觀以及形狀也有很大的進(jìn)展。為了迎合市場(chǎng)的變化，塑料模具的設(shè)計(jì)也日益復(fù)雜化，這對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)既是機(jī)會(huì)也是挑戰(zhàn)。為了設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的塑料模具，設(shè)計(jì)者就要不斷的在模具的使用性能和使用壽命方面做出努力。因此，在制作模具的整個(gè)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師都要嚴(yán)格的按照科學(xué)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)、研究，并且要高度關(guān)注設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，以便降低模具失效的機(jī)率，從而保證其質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：塑料模具；設(shè)計(jì)；問(wèn)題

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.230

0 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，在現(xiàn)在的生產(chǎn)生活中，各種塑料制品的形狀以及結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜。單純的依靠圖紙已經(jīng)不能準(zhǔn)確的展現(xiàn)產(chǎn)品的形狀與結(jié)構(gòu)，因此模具設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)模具時(shí)不僅要準(zhǔn)確的掌握產(chǎn)品的形狀、大小以及原料的特性等，還要使用計(jì)算機(jī)這個(gè)輔助設(shè)備。某些產(chǎn)品還需要提供實(shí)物或者模具。為了更好的滿足社會(huì)需要，設(shè)計(jì)出性價(jià)比高的塑料模具，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)模具時(shí)不僅要掌握其設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)及尺寸，還要關(guān)注設(shè)計(jì)成本。因此，設(shè)計(jì)者必須積極探索設(shè)計(jì)理念以及設(shè)計(jì)方法。鑒于此，本文主要從塑料模具的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、在設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題以及解決措施等方面展開(kāi)討論。

1 塑料模具設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀

為了更好的解決塑料模具設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題，筆者認(rèn)為有必要讓讀者了解一下當(dāng)前塑料模具設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀。

1.1 塑料模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容

塑料模具的設(shè)計(jì)總是在不斷變化和更新的。它主要從以下四方面更新變化。它們分別是：①工業(yè)產(chǎn)品的形狀與外觀；②產(chǎn)品尺寸的精確度；③設(shè)計(jì)模具的工藝程序；④模具的質(zhì)量要求。在設(shè)計(jì)每個(gè)模具的過(guò)程中，設(shè)計(jì)者都要不斷的進(jìn)行創(chuàng)新。模具尺寸的大小、部件的組成部分、工藝設(shè)計(jì)以及力學(xué)的計(jì)算等都是模具設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。模具的設(shè)計(jì)主要經(jīng)歷四個(gè)階段，它們分別是：①在設(shè)計(jì)前要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析；②對(duì)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)；③設(shè)計(jì)總體方案；④進(jìn)行結(jié)構(gòu)和施工圖的設(shè)計(jì)。

1.2 現(xiàn)代塑料模具的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)者將客戶的計(jì)算機(jī)資料輸入電腦，在計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)以及CAD/CAE技術(shù)的幫助下，可進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。在此過(guò)程中，系統(tǒng)能進(jìn)行圖形處理。特別是對(duì)于那些包含三維曲面的圖紙，系統(tǒng)能夠進(jìn)一步修正和編輯。例如，曲面的結(jié)合、截面圓角以及曲面的融合等。設(shè)計(jì)好的零部件在電腦系統(tǒng)的幫助下，可將其實(shí)體顯示出來(lái)。這樣，設(shè)計(jì)者就能很直觀的觀察其設(shè)計(jì)的正確性。設(shè)計(jì)者還可以借助系統(tǒng)功能對(duì)強(qiáng)度、塑料流動(dòng)狀態(tài)以及模溫等進(jìn)行模擬測(cè)試。一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在誤差就能及時(shí)修改，這在很大程度上降低了塑料模具的設(shè)計(jì)成本。

1.3 在塑料模具設(shè)計(jì)中CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前在塑料模具的設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用的技術(shù)就是CAD/CAE技術(shù)。CAD/CAE技術(shù)主要包括概念設(shè)計(jì)、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真、繪圖以及輔助設(shè)計(jì)過(guò)程管理等。產(chǎn)品的大體結(jié)構(gòu)是通過(guò)CAD技術(shù)設(shè)計(jì)出來(lái)的。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)出大體結(jié)構(gòu)后再利用CAE技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和評(píng)估。在模具 C A D / C A E 集成技術(shù)的幫助下，制件不需要原型試驗(yàn)。通過(guò)幾何造型技術(shù)，制件就能準(zhǔn)確而生動(dòng)的展示在計(jì)算機(jī)上。當(dāng)需要進(jìn)行力學(xué)檢測(cè)時(shí)，可采用有限元分析技術(shù)。此外，計(jì)算機(jī)還能幫助設(shè)計(jì)者進(jìn)行快速分析、自動(dòng)繪圖和自動(dòng)檢索，這不但能減輕設(shè)計(jì)者的工作壓力，還能讓他們把更多的精力放在模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)、重點(diǎn)上。在正式使用模具之前，CAD軟件能夠?qū)δ＞叩膮?shù)進(jìn)行正確性預(yù)測(cè)。例如，在考察熔體在模腔中的流動(dòng)狀況時(shí)，可采用流動(dòng)模擬軟件來(lái)進(jìn)行，以便改進(jìn)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而更大的提高模具的成功率。當(dāng)需要考察熔體的凝固和模溫的變化時(shí)可采用保壓和冷卻分析軟件，通過(guò)軟件的分析結(jié)果來(lái)改進(jìn)冷卻系統(tǒng)。此外，為了事前了解塑料模具出模后的翹曲以及變形情況，可應(yīng)用應(yīng)力分析軟件。隨著技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)前的概念設(shè)計(jì)已經(jīng)不僅僅是外觀和結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，它已經(jīng)擴(kuò)展到模具結(jié)構(gòu)分析的領(lǐng)域。當(dāng)用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)出塑料模具后，可采用CAE軟件對(duì)其進(jìn)行剛度、強(qiáng)度、跌落試驗(yàn)?zāi)M以及散熱能力等分析。通過(guò)這些分析，可以對(duì)前面的概念性結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理性檢驗(yàn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)不合理時(shí)，可采用CAD軟件進(jìn)行修改。通過(guò)以上的介紹可以看出CAD/CAE技術(shù)在塑料模具設(shè)計(jì)中發(fā)揮著巨大的作用。

1.4 塑料模具設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題

從當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，大多數(shù)工藝制品對(duì)其尺寸和形狀的要求都很高。因此，這也要求模具設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)模具時(shí)要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)和分析，以便達(dá)到工業(yè)制品的要求。盡管模具設(shè)計(jì)者在工作中非常嚴(yán)謹(jǐn)，但是也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。例如，①在塑料模具設(shè)計(jì)中存在收縮率方面的問(wèn)題。在制備塑料模具時(shí)，往往需要高溫和高壓的環(huán)境。塑料在高溫的條件下溶解為液體，然后在將其注入模腔中。由于塑料本身的特性使其對(duì)液體塑料的定型產(chǎn)生了影響。和固定的模腔相比，塑料模具變小了。在此種情況下就發(fā)生了收縮。這要求設(shè)計(jì)者在制備塑料模具前必須考慮到此方面的問(wèn)題，以便盡量減少誤差。但在真正的設(shè)計(jì)中，雖然設(shè)計(jì)者考慮了此問(wèn)題，但是卻忽略了不同類型的塑料其收縮率也不同這一點(diǎn)。因此也會(huì)影響模具尺寸的大??；②在塑料模具設(shè)計(jì)中存在公差標(biāo)注不一的問(wèn)題。眾所周知，根據(jù)制品的不同，其塑料模具的比例也是不一樣的。因此，對(duì)于模具設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)模具時(shí)要著重考慮公差標(biāo)注問(wèn)題。一旦發(fā)生公差標(biāo)注低的情況就會(huì)降低塑料模具的精確度，反之就會(huì)造成精度較高，模具復(fù)雜。此外，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，設(shè)計(jì)者因忽略了公差標(biāo)注問(wèn)題而采用自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行盲目選擇時(shí)，會(huì)導(dǎo)致模具在尺寸和形狀上出現(xiàn)問(wèn)題。從而降低了塑料模具的質(zhì)量和價(jià)值；③在塑料模具設(shè)計(jì)中存在熱膨脹系數(shù)問(wèn)題。熱膨脹系數(shù)是另一個(gè)影響塑料模具形狀和尺寸的問(wèn)題。熱膨脹系數(shù)隨著塑料模具材料的不同而不同。正是這種熱膨脹系數(shù)對(duì)塑料模具冷卻后的形狀和大小產(chǎn)生作用。由此可見(jiàn)，熱膨脹系數(shù)在設(shè)計(jì)塑料模具中占據(jù)重要作用。但是，在實(shí)際工作中，總有一些設(shè)計(jì)者不嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)流程，缺少對(duì)它的利用，從而導(dǎo)致塑料模具設(shè)計(jì)的成功率降低。

2 關(guān)于塑料模具設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題的解決措施

在設(shè)計(jì)模具時(shí)，設(shè)計(jì)者為了提高塑料模具的設(shè)計(jì)效率，就需要不斷的進(jìn)行理論及實(shí)踐上的創(chuàng)新，謹(jǐn)慎分析各種問(wèn)題，尋找出影響塑料模具成功率的關(guān)鍵因素，并思考這些因素可能導(dǎo)致的問(wèn)題，從而采取有效的防范措施。這不僅對(duì)提高模具的效率以及質(zhì)量具有重要意義，也對(duì)能生產(chǎn)出更加滿意的產(chǎn)品具有重要意義。下面筆者針對(duì)上面所提到的問(wèn)題，提出幾點(diǎn)解決措施。

2.1 設(shè)計(jì)者要注意設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作

在進(jìn)入設(shè)計(jì)模具之前，設(shè)計(jì)者一定要事先做好材料收集工作。此外，相關(guān)工作人員也要掌握模具的相關(guān)數(shù)據(jù)以及有用的信息。由此可見(jiàn)，塑料模具設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作非常重要。例如，模具的精確尺寸、注塑機(jī)的操作方法以及操作技巧、影響設(shè)計(jì)模具的因素等都需要考慮到。因?yàn)檫@些因素對(duì)塑料模具的最終成型都能產(chǎn)生很大的影響，因此設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)模具的過(guò)程中要謹(jǐn)慎、認(rèn)真的分析這些問(wèn)題，盡量避免出現(xiàn)差錯(cuò)，以便更大程度的提高塑料模具的設(shè)計(jì)效率。

2.2 在設(shè)計(jì)塑料模具中，設(shè)計(jì)者要全面考慮塑料模具失效形式的保護(hù)問(wèn)題

在設(shè)計(jì)塑料模具中，設(shè)計(jì)者還要對(duì)塑料模具失效問(wèn)題進(jìn)行考慮。例如，塑料模具的變形、腐蝕以及磨損等都屬于塑料模具的失效問(wèn)題。因此，為了很好的解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)者可制定出有效的解決方案。而且，設(shè)計(jì)者要根據(jù)實(shí)際情況選擇抗磨損性、抗腐蝕性以及抗壓性都好的材料。這不僅有利于設(shè)計(jì)效率的提高，也有利于提高塑料模具的使用壽命。

2.3 模具設(shè)計(jì)者要根據(jù)實(shí)際情況選擇公差標(biāo)注

眾所周知，不同的公差標(biāo)注會(huì)對(duì)塑料模具產(chǎn)生不同的影響。因此在設(shè)計(jì)塑料模具時(shí)要根據(jù)具體情況具體分析。例如，對(duì)于高精度的模具，就要選擇高標(biāo)準(zhǔn)的公差標(biāo)注。雖然這樣使制備工藝變得復(fù)雜化，但是卻能夠有效保證塑料模具尺寸的精確度，從而達(dá)到了顧客的要求。反之，對(duì)于那些對(duì)精密度要求不高的塑料模具，可采用相對(duì)較低的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行公差標(biāo)注。這樣，設(shè)計(jì)出的塑料模具不僅在誤差準(zhǔn)許范圍之內(nèi)，還能簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工藝，并且也達(dá)到了顧客的要求，可謂益處很多。

2.4 模具設(shè)計(jì)者要有效利用相關(guān)程序和設(shè)備

隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)者完成很多塑料模具中的設(shè)計(jì)工作。因此，為了有效的提高塑料模具的設(shè)計(jì)效率，設(shè)計(jì)者可合理的選擇相關(guān)程序和設(shè)備。例如，設(shè)計(jì)者可利用CAD軟件對(duì)模腔體積進(jìn)行計(jì)算。在一定程度上它減少了計(jì)算的時(shí)間，從而對(duì)設(shè)計(jì)效率也有所提高。并且，一些專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件還還能幫助設(shè)計(jì)者修改圖紙中不合理的數(shù)據(jù)等。此外，這些專業(yè)的軟件還能根據(jù)所提供的收縮率以及熱膨脹系數(shù)等給出相應(yīng)計(jì)算。

3 總結(jié)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及社會(huì)的進(jìn)步，消費(fèi)者對(duì)塑料模具的要求越來(lái)越高。這不僅要求設(shè)計(jì)人員要不斷的提出科學(xué)、合理、創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案，還要求他們把理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行完美的結(jié)合，從而提高塑料模具的設(shè)計(jì)效率。本文首先講述了塑料模具設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀，其次針對(duì)塑料模具設(shè)計(jì)中所存在的問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決策略，希望對(duì)塑料模具設(shè)計(jì)的發(fā)展盡微薄之力。而且，筆者相信隨著模具設(shè)計(jì)人員的不斷努力，塑料模具的設(shè)計(jì)工作會(huì)越做越好。

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