塑料模具设计研究

塑料模具设计研究

李慧伦

一、塑料模具设计的重要地位

注塑模具是工业生产中的重要工艺装备，它被用来生产具有一定形状、尺寸和结构的工艺制品，在材料加工工业的各种工艺设备中，95%以上的塑料制品是通过模具来成型的，因此注塑模具的设计与工艺分析在塑件生产中显得尤为重要。注塑模具的设计应既满足塑件的使用功能，又要降低模具结构的设计难度以及塑件在成型过程中的成型条件，以达到最大化降低成本的生产要求。而注塑模具的设计优劣很大程度上取决于浇注系统的设计，浇注系统利用其引导作用将熔融态塑料从注射机喷嘴引导注入模具型腔，它具有传质、传压和传热的功能，浇注系统的几何形状及内部结构设计的合理与否直接影响了聚合物熔体在模具通道中的流变特性及填充效果，进而直接影响到最终成型后塑件的质量及成型周期[1]。注塑模具浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。普通浇注系统主要由主流道、分流道、浇口和冷料井四部分组成[2]，相比之下，由于热流道浇注系统具有改善产品质量、节省原料和生产效率高等优点，热流道模具被广泛采用于塑料模具行业中。在设计浇注系统时，为满足浇注系统功能及结构要求，首先需要确保浇注系统适应塑料品种及其特性要求，如塑料材料的温度特性、流动性能、黏度特性及可塑性等等；其次浇注系统流程应尽量短，断面尺寸尽可能大，转弯尽量少，以确保聚合物熔体的热量及压力损失不会过大；除此之外，还应在满足要求的前提下，使浇注系统的容积尽量小，以减少塑料材料的消耗及缩短成型周期；为保证多型腔模具在注射充模时能同时充满型腔，还应采用平衡方式布置浇注系统；考虑到细小型芯在熔料充模时的冲击作用下会发生变形及偏移，应尽量避免熔料的直接冲击，可采用切向式引流流道；在浇注系统中诸多结构设计中，排气结构设计的良好与否也直接影响着塑件制品的优劣。在现阶段进行塑料模具设计过程之中，往往会出现成本过高或者及时采取了相应的制作方法却产出不合格的产品，这些问题很大程度上抑制了现代塑料模具设计发展，所以在新的时期更应该进行相关问题解决，帮助设计相关技术得到有效的发展。在现代之中，塑料模具设计已经得到了长足的发展，随着时代的进步也带来了全新的设计理念，希望在新的时期，更多设计人员可以对相关设计有着更为充分的认识，成功帮助相关设计发展的更为良好。

二、塑料模具设计操作中的影响因素

塑料模具成型是一个具有非线性的多参数相互作用的复杂过程，其工艺参数往往需要多次测试与校核，尤其是注射压力，其在很大程度上影响着注塑件的最终质量[4]。所谓注射压力，是指柱塞或螺杆头部轴向移动时头部对塑料熔体所施加的压力，以用来克服塑料熔体从料筒向模腔运动时的流动阻力，给与熔体一定的填充速率以及对熔体进行施压。注射压力大小的设定与塑料品种、注射机类型、模具浇注系统结构尺寸以及塑件壁厚等因素有关。

成型时间又称作成型周期，即完成一次注射模塑过程所需的时间。成型周期包括注射时间、闭模冷却时间和其他时间。其中，注射时间又包括充模时间和保压时间，两者约占整个成型周期的5%、闭模冷却时间是塑料熔体冷却成型的关键时期，约占整个成型周期的80%。其他时间，包括开模、合模、脱模和安放嵌件等操作，约占整个成型周期的15%，成型周期的长短直接影响着生产效率和注塑机的使用率，因此，应在保证质量的前提下尽可能缩短塑件成型时间。

塑件的成型受多重因素的影响，影响塑件成型的主要原因包括成型机的结构及工况、注塑材料的流动性以及注塑模具结构设计的合理与否，其中直接造成塑件成型不良的原因包括模具进料口位置不妥当，模具通气方法不恰当，或是由于流道太狭小，导致冷料堵塞流道或进料口。当然，模具的温度过高或者成型塑件壁太薄也会造成塑件成型的不良。因此，为了保证塑件制品的质量，应合理化、最优化设计模具相关结构。

三、计算机辅助模具设计

计算机辅助模具设计主要探讨的是塑料注射成型的塑料产品中，影响产品质量的主要工艺参数，并用鲜明的例子说明了计算机辅助流动模拟技术在塑料模具设计中的引导作用。模具设计出来后，在注射过程中影响塑料工艺品的因素有很多，C-MOLD[1]经过长时间的研究，终于研究出影响塑料工艺品注射成型品质的一些工艺参数，它们分别是注射温度、注射压力、设置螺杆行程转换的开关位置和设置的注射速度和排气等方面。在塑料工艺注型过程中，冷却介质的温度一般小于型腔表面的温度，通常比型腔表面的温度低10-20摄氏度。如果模具温度大于或等于40摄氏度了，需在模具固定板和模具两者之间增加一个隔热的装置。注射温度是模具注射的主要技术参数，而注射压力是主要的工艺参数，在塑料模具注射成型中受到普遍的关注。

四、Pro/e与反求工程在塑料模具设计中的应用

（一）Pro/e和反求工程中的逆向工具当前，绝大多数反求工程的研究和应用都集中在重建产品实物的CAD模型和产品制造上，这种行为就叫做实物反求工程。反求工程要最终形成CAD模型的工序很复杂，他要经过数据采集、点云模型预处理、曲线或曲面的重构等许多复杂的环节。Pro/e也要经过输入点集、创建包络、创建小平面和曲面四个环节才能形成处理逆向的一个完整流程。Pro/e完整的逆向解决方案有两个特征，一个是重新造型特征，另一个是野火版的小平面特征。

（二）应用Pro/e和反求工程在塑料模具设计中的流程软件系统的模块是模具设计的主要手段，它几乎提供了模具设计所需要的所有功能。模具设计的流程是先利用软件系统的模块建立出塑料产品模具的三维模型，第二步是利用型腔模块设计模具的构建，第三步也是最后一步，是设计模具的模架。塑料模具设计好之后就可以按照模具设计进行模具装配和模具组建了。其中PTC公司推出Pro/e软件所具有的一系列功能是设计模具最方便的装备，它几乎囊过了模具设计所需要的所有功能包括模具的零件装配和模具开发。

五、塑料模具设计流程

（一）明确设计目标。在进行塑料模具的设计过程之中，首先应该对于设计目标进行了解，也就是对于设计得出的技术质量要求和塑料结构进行充分了解，并且充分满足相关的技术要求。做好相关协商工作，对塑料模具设计进行实时跟进，保证塑件的质量和经济效益。

（二）对于设计资料进行有效收集。对于设计过程中各项数据进行有效统计，并且进行实时收录，确定成型方法，为后期再次进行新模具的设计做好准备工作。

（三）在生产过程中应该充分满足生产条件。在设计过程中，仍需要对于成型设备的操作技术规范进行熟练掌握，并且保证模具设计和成型设备进行合理匹配，确保其准确成型，并且保证设计成果在生产现场得到体现。

（四）结构设计方案模具设计的资料全面进行了掌握，开始

进行结构的设计，进行了相关的设计方案。根据对于模具的各项有着明确的认识，然后进行结构的相关设计，进行准确计算，最后及时对于初定方案进行修改。

（五）对于零件图和装配图进行修订。结构设计完成后，便

应该注意装配图的绘制，确定零件的组成关系，同时确定零件的使用顺序。对于一些零件图进行制定，检查相关零件是否符合相关的要求和目标，零件图和装配图进行有效修订，确定符合设计的要求和目标。

综上，加强对塑料模具设计的研究，避免设计失误，可以有效提升塑料生产行业的生产效率，促进自身发展。

参考文献：

[1]卢玮.塑料模具设计中常见的问题研究[J].山东工业技术,2016(17):260-261.

[2]李顺军.塑料模具设计中的常见问题及改进方法分析[J].科技风,2014(22):42.

[3]李宝铭.塑料模具设计课程建设研究与探索[J].化工高等教育,2013,30(02):49-51+62.