塑料模具設計及工藝分析

摘要：模具是塑料成型加工工藝的一種重要設備，而澆注系統又是注塑模具結構設計中的關鍵環節，是熔融態塑料進入模具型腔的必經通道。結合注塑模具在機械、電子、航空航天和日常生活等領域的廣泛應用，展望了其廣闊的發展前景，通過介紹注塑模具在設備生產中的重要性，以及注塑模具澆注系統的結構與設計，綜合分析了注塑模具的工藝性，包括溫度變化、成型壓力、成型時間以及塑件成型不良的原因。

關鍵詞：注塑模具； 澆注系統； 設計； 工藝分析

隨著國民經濟總量和工業產品技術的不斷發展，各行各業對注塑模具的需求量越來越大，技術要求也越來越高。盡管國內注塑模具種類繁多，但大型、精密、復雜及長壽命模具仍不能達到自給自足，標準化模具件的缺少使得整個行業模具標準化得不到推廣。因此，從長遠看來，只有加快發展與推廣標準化注塑模具，才能不斷提高我國注塑模具的標準化水平，從而才能提高模具質量，縮短模具生產周期，降低成本。如此說來，高精度、高效率、自動化、高壽命模具仍是模具行業發展的必然趨勢。

注塑模具是工業生產中的重要工藝裝備，它被用來生產具有一定形狀、尺寸和結構的工藝制品，在材料加工工業的各種工藝設備中，95%以上的塑料制品是通過模具來成型的，因此注塑模具的設計與工藝分析在塑件生產中顯得尤為重要。注塑模具的設計應既滿足塑件的使用功能，又要降低模具結構的設計難度以及塑件在成型過程中的成型條件，以達到最大化降低成本的生產要求。而注塑模具的設計優劣很大程度上取決于澆注系統的設計，澆注系統利用其引導作用將熔融態塑料從注射機噴嘴引導注入模具型腔，它具有傳質、傳壓和傳熱的功能，澆注系統的幾何形狀及內部結構設計的合理與否直接影響了聚合物熔體在模具通道中的流變特性及填充效果，進而直接影響到最終成型后塑件的質量及成型周期[1]。注塑模具澆注系統可分為普通澆注系統和熱流道澆注系統兩大類。普通澆注系統主要由主流道、分流道、澆口和冷料井四部分組成[2]，相比之下，由于熱流道澆注系統具有改善產品質量、節省原料和生產效率高等優點，熱流道模具被廣泛采用于塑料模具行業中。在設計澆注系統時，為滿足澆注系統功能及結構要求，首先需要確保澆注系統適應塑料品種及其特性要求，如塑料材料的溫度特性、流動性能、黏度特性及可塑性等等；其次澆注系統流程應盡量短，斷面尺寸盡可能大，轉彎盡量少，以確保聚合物熔體的熱量及壓力損失不會過大；除此之外，還應在滿足要求的前提下，使澆注系統的容積盡量小，以減少塑料材料的消耗及縮短成型周期；為保證多型腔模具在注射充模時能同時充滿型腔，還應采用平衡方式布置澆注系統；考慮到細小型芯在熔料充模時的沖擊作用下會發生變形及偏移，應盡量避免熔料的直接沖擊，可采用切向式引流流道；在澆注系統中諸多結構設計中，排氣結構設計的良好與否也直接影響著塑件制品的優劣。

結合澆注系統的結構設計，我們需要綜合考慮注塑模具的工藝性，其中影響成型工藝的主要因素包括溫度變化、成型壓力、成型時間等。

在注塑成型加工中，系統各個部分溫度的高低及其分布的均勻性是影響注塑生產效率和產品質量的重要因素之一。對于料筒來說，其溫度過低，會導致塑化不充分，溫度過高，會促使塑料發生分解；對于噴嘴而言，其溫度過低會出現早凝現象，進而堵塞噴嘴，因此應盡量使其溫度略低于料筒溫度，防止噴嘴出產生“流涎”；而模具的溫度直接影響塑料的流動、冷卻定型及塑件的內在性能和外觀質量[3]。

注塑成型是一個具有非線性的多參數相互作用的復雜過程，其工藝參數往往需要多次測試與校核，尤其是注射壓力，其在很大程度上影響著注塑件的最終質量[4]。所謂注射壓力，是指柱塞或螺桿頭部軸向移動時頭部對塑料熔體所施加的壓力，以用來克服塑料熔體從料筒向模腔運動時的流動阻力，給與熔體一定的填充速率以及對熔體進行施壓。注射壓力大小的設定與塑料品種、注射機類型、模具澆注系統結構尺寸以及塑件壁厚等因素有關。

成型時間又稱作成型周期，即完成一次注射模塑過程所需的時間。成型周期包括注射時間、閉模冷卻時間和其他時間。其中，注射時間又包括充模時間和保壓時間，兩者約占整個成型周期的5%、閉模冷卻時間是塑料熔體冷卻成型的關鍵時期，約占整個成型周期的80%。其他時間，包括開模、合模、脫模和安放嵌件等操作，約占整個成型周期的15%，成型周期的長短直接影響著生產效率和注塑機的使用率，因此，應在保證質量的前提下盡可能縮短塑件成型時間。

塑件的成型受多重因素的影響，影響塑件成型的主要原因包括成型機的結構及工況、注塑材料的流動性以及注塑模具結構設計的合理與否，其中直接造成塑件成型不良的原因包括模具進料口位置不妥當，模具通氣方法不恰當，或是由于流道太狹小，導致冷料堵塞流道或進料口。當然，模具的溫度過高或者成型塑件壁太薄也會造成塑件成型的不良。因此，為了保證塑件制品的質量，應合理化、最優化設計模具相關結構。

參考文獻：

[1] 王文廣，田寶善，田雁晨.塑料注射模具設計技巧與實例.北京：化學工業出版社，2004

[2]《塑料模具設計手冊》編寫組.塑料模具設計手冊.北京：機械工業出版社，2000.06

[3] 葉久新，王群主編.塑料制品成型及模具設計 [M].湖南科學技術出版社，2005

[4] 王善勤，劉萍，柳宗媛著.塑料注射成型工藝與設計 [M].機械工業出版社，1997