注塑成型模具設計的要點分析

陳思　宋春明　陳曉順　雍奎剛　賈冰茹

摘 要：注塑成型模具設計要以科學理論知識為首要條件，結合專業技術人員的職業能力、案例設計經驗，利用現代化工業技術條件和機械設計理念，運用機械工程相關知識，不斷優化注塑成型模具設計方案。有關單位及其設計人員應當在注塑成型模具設計過程中，突破原有澆注系統對模具設計的不良限制束縛，創新優化設計方案，增強注塑成型模具設計的合理性與科學性。

關鍵詞：注塑成型；模具結構設計；澆注系統；塑料冷卻分級

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

0 引言

注塑成型模具設計是塑料產品成型研制工業生產的重要環節，有關科研單位、生產企業及其設計工作者應當對如何提高注塑成型模具設計水平進行思考，對如何優化注塑成型模具使用性能進行科研創新，持續提高注塑成型模具設計有關科學理論的學習、國內外成功案例分析與借鑒總結，加強注塑成型模具設計工藝中的科技含量，以科技創新增強塑料產品的市場競爭力，為注塑生產企業創造更多的經濟收益。

1 注塑成型模具的系統設計要點

注塑成型模具設計是直接影響到塑料制品工業生產經濟收益的核心技術，是塑料生產與制造企業核心競爭力的集中體現。塑料制品的工藝水平高低與產品外形、模具結構、模具生產和加工等工業環節息息相關，是集中體現機械工業設計人員的專業能力和職業技能的設計生產過程。該設計生產過程中，包含著塑料制品的初步概念設計、模具結構設計方案、模具部件的生產加工實施等必須流程，需要設計工作者從企業的現實情況、生產經營目標、客戶需求等角度出發，積極應對現代市場競爭機制的變化與挑戰，合理利用網絡信息技術和計算機軟件設計技術，借助互聯網信息系統和軟件設計工具，組建注塑成型模具設計模型，查找并獲取模型設計計算規則，收集、統計相關數據信息，并輸入相關參數數值，在設計軟件的幫助下完成注塑成型模具的設計方案，結合推理驗證手段策略，得到最后的目標模具設計方案。從我國現階段的注塑成型模具設計情況進行統計，可以發現我國在塑料制品的生產與設計工業技術運用過程中，具有機械工藝水平逐步提高，模具構造設計的精密度、專業化、智能化性能得到增強，注塑成型模具生產呈現大型化規模、自動化流程等特點。設計人員在注塑模具設計中的重要任務是繼續研發、持續推廣氣體注射、熱流道等新技術應用，并有效提高生產效率。

2 注塑成型模具的澆注設計要點

為了有效控制充填形式，模具在設計過程中需要對澆口位置與數量進行選擇，確保能夠達到控制的效果，CAE分析能夠為設計者在澆口位置的選擇上提供多種方案，并且能夠根據其影響作出相應的評價，有利于設計的判斷與選擇。注塑模具澆口位置優化設計實質上是確定合適的澆口位置和工藝參數使制品的質量最好。以注塑成型澆注系統為例，設計研發人員應當將澆筑系統設計劃分為幾個環節，逐步完成并優化整體系統設計：澆注系統的第一個環節是設計方案的首次確定，設計師借助軟件設計工具將參考數值、基本信息和計算規律等要素進行綜合判斷與計算，確定澆注系統的液壓流體通路規劃布局，確定能夠提升進料加速的澆口種類性能，澆口安放的地點和具體數目；在澆注系統設計方案修改優化環節，設計人員要根據制造需求和工藝設計目標，調整流體通過的線路，縮減通道面積提高進料速度，根據注塑澆口數量優化部件精密度，根據澆口種類性能設計注塑模具的外觀，在直接澆口、矩形澆口、點澆口、隧道澆口和翼狀澆口中進行判斷選擇。在澆注系統的第二個修改設計環節中，以上信息要收集并歸納錄入設計模型中，由澆注系統檢測、核對澆口設計是否存在錯誤或者需要改進。若澆口位置設計能保證一個平衡的充填模式，就能使壓力、溫度以及體積收縮率分布比較均勻，塑件的品質較好。所以澆口位置的選擇實際上在很大程度上以是否達到流動平衡為準。通過調整設計變量即澆口位置，令熔體到達各邊界點的等效流長與參考流長的差異的算術平均值最小，我們就可以得到一個相對平衡的熔體流動充填模式。參考流長在這里取為熔體入口點到任意邊界點的等效流長的平均值。由于進行流動分析時要求有限元網格節點必須和澆口位置重合，但在優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格，要么對澆口位置進行近似處理。

3 注塑成型模具的冷卻分級設計要點

隨著高溫的熔流連續注入，在模具澆口處開始發生熱傳遞，同時模具材料本身也會產生熱脈沖。這種熱脈沖在使模具溫度升高的同時，向冷卻通道傳播，最終通過冷卻介質向外傳遞。如果冷卻管道與分型面的距離較大，熱脈沖就會不斷的向模具本身傳遞熱量，直到熱脈沖被冷卻介質轉移熱量平衡掉。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減少，而且達到穩態狀態的時間會更短。基于傳統加工條件的冷卻管道設計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盡量保持一致，水道的布局也應該隨著模具型腔表面形狀的變化。在冷卻液體通路的規格設計中，通常將管道直徑數值范圍控制在八至十二毫米內——如果通路直徑數值低于該標準，則為注塑加工造成困難；如果通路直徑數值高于該標準，則會影響到冷卻性能。通過控制液體通路直徑規格，加快冷卻液體流動速率，形成小漩渦提高冷卻分級效果。設計人員應當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合考慮，通常情況下，冷卻系統通路中心線和注塑成型模具外表面二者的間隔數值設定為通路直徑數值的三倍左右。如果該間隔數值設定過大，將降低冷卻分層速度和成效；如果該間隔數值設定過小，將影響冷卻分層的均衡性。

綜上所述，注塑成型模具設計工作中的核心關鍵是澆筑系統設計和冷卻分級系統設計，有關塑料科研機構、塑料生產加工企業及其設計人員需要繼續學習先進的機械設計專業知識，對注塑成型模具設計進行優化創新，提高塑料產品生產加工效率，為我國注塑成型模具設計與制造工藝的發展做出應用貢獻。

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