注塑成型模具設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

林國(guó)梁

摘 要：機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)模具成型設(shè)計(jì)提出更高要求。本文著重從設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)圖紙、原材料篩選、參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)、成型結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)等方面，探析機(jī)械制造模具成型設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：注塑；成型；模具設(shè)計(jì)

1 注塑成型工藝

注塑成型是一個(gè)循環(huán)過(guò)程，完成注塑成型需要經(jīng)過(guò)預(yù)塑、注塑、冷卻定型3個(gè)階段。

（1）預(yù)塑階段。螺桿開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，然后將從料斗輸送過(guò)來(lái)的塑料向螺桿前端輸送，塑料在高溫和剪切力的作用下塑化均勻并逐步聚集在料筒的前端，隨著熔融塑料的聚集，壓力越來(lái)越大，最后克服螺桿背壓將螺桿逐步往后推，當(dāng)料筒前部的塑料達(dá)到所需的注塑量時(shí)，螺桿停止后退和轉(zhuǎn)動(dòng)，預(yù)塑階段結(jié)束。

（2）注塑階段。螺桿在注塑油缸的作用下向前移動(dòng)，將儲(chǔ)存在料筒前部的塑料以多級(jí)速度和壓力向前推壓，經(jīng)過(guò)流道和澆口注入已閉合的模具型腔中。

（3）冷卻定型階段。塑料在模具型腔中經(jīng)過(guò)保壓，防止塑料倒流直到塑料固化，型腔中壓力消失。一個(gè)生產(chǎn)周期中冷卻定型時(shí)間占的比例最大。

注塑過(guò)程是一個(gè)周期性循環(huán)過(guò)程，每個(gè)循環(huán)內(nèi)要完成模具關(guān)閉、填充、保壓、冷卻、開(kāi)模、頂出制品等操作。其中，注塑（熔體填充）、保壓和冷卻是關(guān)系到能否順利成型的3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而熔體的流動(dòng)行為和填充特性又和填充的壓力、速度以及熔體的溫度密切相關(guān)，了解熔體的流動(dòng)行為等相關(guān)特性，對(duì)于設(shè)計(jì)整個(gè)注塑工藝意義重大。

2 注塑模具的結(jié)構(gòu)

2.1單分型面注塑模具

單分型面注塑模具也稱兩板式注塑模具，常見(jiàn)于大水口注塑成型模具中。這類模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)塑件成型的實(shí)用性強(qiáng)，因此應(yīng)用非常廣泛。這種模具的缺點(diǎn)是澆口大，因此往往還要增加一道去除澆口的工序，而且在制品表面會(huì)留下澆口痕跡。因此，適用于對(duì)制品表面要求不高的模具。

2.2多分型面注塑模具

多分型面注塑模具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的分型面，其中以雙分型面最為常見(jiàn)。雙分型面注塑模具常稱為三板式模具，由于這種模具常用于點(diǎn)澆口進(jìn)膠的產(chǎn)品，因此，亦稱細(xì)水口模具。雙分型面注塑模具應(yīng)用極廣，主要用于設(shè)點(diǎn)澆口的單型腔或多型腔模具，側(cè)向分型機(jī)構(gòu)設(shè)在定模一側(cè)的模具以及塑件結(jié)構(gòu)特殊需要按順序分型的模具。第一次分型的目的是拉出澆道的凝料，第二次分型拉斷進(jìn)料口使?jié)驳赖哪吓c塑件分離，從而頂出的塑件不需要再進(jìn)行去除料道凝料的處理。

2.3斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯注塑模具

當(dāng)塑件側(cè)壁有通孔、凹穴、凸臺(tái)等特征時(shí)，其成型零件就必須做成可側(cè)向移動(dòng)的，帶動(dòng)型芯側(cè)向移動(dòng)的整個(gè)機(jī)構(gòu)稱為側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)或橫向抽芯機(jī)構(gòu)。側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)種類很多，有斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯、液壓抽芯以及氣動(dòng)抽芯等，其中最常見(jiàn)的是斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。開(kāi)模時(shí)，斜導(dǎo)柱先帶動(dòng)滑塊往外移，當(dāng)側(cè)型芯完全脫出產(chǎn)品時(shí)，頂出機(jī)構(gòu)才開(kāi)始動(dòng)作，頂出制品。

2.4斜銷內(nèi)抽芯注塑模具

當(dāng)產(chǎn)品的內(nèi)部有倒扣時(shí)，需要使用斜銷來(lái)成型這些倒扣位，把這類帶有斜銷的模具統(tǒng)稱為斜銷內(nèi)抽芯注塑模具。這類模具結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要在模具上增加斜銷機(jī)構(gòu)。開(kāi)模時(shí)，先打開(kāi)前、后模，然后注塑機(jī)的頂出機(jī)構(gòu)推動(dòng)模具的頂板往脫模方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，斜銷慢慢脫出產(chǎn)品的倒扣位，完全脫出后，通過(guò)模具上的脫料機(jī)構(gòu)頂出制品。

2.5熱流道注塑模具

由于快速自動(dòng)化注射成型工藝的發(fā)展，熱流道注塑模具正被逐漸推廣使用。它與一般注塑模具的區(qū)別是注射成型過(guò)程中澆注系統(tǒng)內(nèi)的塑料是不會(huì)凝固的，也不會(huì)隨塑件脫模，所以這種模具又稱無(wú)流道模具。這種模具的主要優(yōu)點(diǎn)如下：基本上實(shí)現(xiàn)了無(wú)廢料加工，既節(jié)約了原材料，又省去了切除冷料工序。減少進(jìn)料系統(tǒng)壓力損失，充分利用注射壓力，有利于保證塑件質(zhì)量。因此，熱流道注塑模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，對(duì)模溫的控制要求嚴(yán)格，適合于大批量生產(chǎn)。

3 注塑成型模具設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1收集、分析、消化原始資料

收集整理有關(guān)制件設(shè)計(jì)、成型工藝、成型設(shè)備、機(jī)械加工及特殊加工資料，以備設(shè)計(jì)模具時(shí)使用。

3.2選擇成型設(shè)備

根據(jù)成型設(shè)備的種類來(lái)進(jìn)行模具，因此必須熟知各種成型設(shè)備的性能、規(guī)格、特點(diǎn)。例如對(duì)于注射機(jī)來(lái)說(shuō)，在規(guī)格方面應(yīng)當(dāng)了解以下內(nèi)容：注射容量、鎖模壓力、注射壓力、模具安裝尺寸、頂出裝置及尺寸、噴嘴孔直徑及噴嘴球面半徑、澆口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具體見(jiàn)相關(guān)參數(shù)。要初步估計(jì)模具外形尺寸，判斷模具能否在所選的注射機(jī)上安裝和使用。

3.3具體結(jié)構(gòu)方案

確定模具類型，如壓制模（敞開(kāi)式、半閉合式、閉合式）、鑄壓模、注射模等。確定模具類型的主要結(jié)構(gòu)，選擇理想的模具結(jié)構(gòu)在于確定必需的成型設(shè)備，理想的型腔數(shù)，在絕對(duì)可靠的條件下能使模具本身的工作滿足該塑料制件的工藝技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的要求。

3.4繪制成型結(jié)構(gòu)圖紙

繪制模具成型總裝圖、零件工作圖，要依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范，嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)目標(biāo)繪制。比如，需要明確成型形狀、澆口位置，在總裝圖標(biāo)注俯視圖，保留相應(yīng)動(dòng)模位置，明確模具外形尺寸、裝配尺寸、極限尺寸及技術(shù)條件等明細(xì)參數(shù)信息。

4 選擇模具成型設(shè)計(jì)軟件

模具成型設(shè)計(jì)中常用的軟件有CAD/CAM輔助設(shè)計(jì)軟件，該軟件可以實(shí)現(xiàn)與數(shù)字、數(shù)控等技術(shù)的有效關(guān)聯(lián)，且在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，能夠?qū)λ璧膮?shù)進(jìn)行定量表達(dá)、存儲(chǔ)和控制，確保模具成型設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性優(yōu)化與運(yùn)算。同時(shí)，利用數(shù)字建模、仿真軟件與CAD/CAM軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，可以降低設(shè)計(jì)成本，提升模具成型設(shè)計(jì)效率。比如，利用Power Solution CAD/CAM軟件，可以實(shí)現(xiàn)幾何建模、工業(yè)設(shè)計(jì)、制圖、數(shù)字仿真、數(shù)控編程、測(cè)量分析等集成化功能設(shè)計(jì)，各功能模塊相對(duì)獨(dú)立，以數(shù)據(jù)接口進(jìn)行聯(lián)用運(yùn)行，提升了軟件應(yīng)用的兼容性、開(kāi)放性水平。在三維模具成型設(shè)計(jì)軟件中，以立體化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)3D型腔、型芯結(jié)構(gòu)、模架配置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。比如，Pro/E和CATIA軟件，Moldflow Advisers三維真實(shí)感流動(dòng)模擬軟件，以及3D Quickfill、Z-mold等三維設(shè)計(jì)軟件。

結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)模具成型設(shè)計(jì)，隨著機(jī)械加工精度、技術(shù)指標(biāo)要求的提升，也需要引入先進(jìn)制造技術(shù)來(lái)滿足成型設(shè)計(jì)任務(wù)。結(jié)合實(shí)際情況將UG與 Auto CAD 軟件聯(lián)合設(shè)計(jì)過(guò)程，分析得出，利用CAD燕秀工具箱作模具后期設(shè)計(jì)不僅可以縮短工作時(shí)間，亦可減少操作次數(shù)。