注塑成型模具設計的要點分析

林國梁

摘要：機械制造業的發展，對模具成型設計提出更高要求。本文著重從設計任務、設計圖紙、原材料篩選、參數標準、成型結構和軟件設計等方面，探析機械制造模具成型設計相關問題。

關鍵詞：注塑；成型；模具設計

引言

近年來，我國注塑模具行業發展十分迅速。根據相關資料，我國塑料模具在總模具行業所占比例高達 35%，在進出口中也十分可觀。隨著中國航空航天、電子信息、家用電器、機械、船舶和汽車等相關產業的快速發展，所占行業比例還在逐步上升。模具生產的工藝水平及科技含量的高低，已成為權衡一個國家科技與產品制造水平的重要指標，它在很大水平上決議著產物的質量、效益、新產物的研發，決定著一個國家制造業在國際的競爭優勢，而注塑模具更是生產各種工業產品的重要工藝裝備。

1注塑成型工藝

注塑成型是一個循環過程，完成注塑成型需要經過預塑、注塑、冷卻定型3個階段。

（1）預塑階段。螺桿開始旋轉，然后將從料斗輸送過來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，壓力越來越大，最后克服螺桿背壓將螺桿逐步往后推，當料筒前部的塑料達到所需的注塑量時，螺桿停止后退和轉動，預塑階段結束。

（2）注塑階段。螺桿在注塑油缸的作用下向前移動，將儲存在料筒前部的塑料以多級速度和壓力向前推壓，經過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過保壓，防止塑料倒流直到塑料固化，型腔中壓力消失。一個生產周期中冷卻定型時間占的比例最大。

注塑過程是一個周期性循環過程，每個循環內要完成模具關閉、填充、保壓、冷卻、開模、頂出制品等操作。其中，注塑（熔體填充）、保壓和冷卻是關系到能否順利成型的3個關鍵環節。然而熔體的流動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，了解熔體的流動行為等相關特性，對于設計整個注塑工藝意義重大。

2注塑模具的結構

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，常見于大水口注塑成型模具中。這類模具結構簡單，對塑件成型的實用性強，因此應用非常廣泛。這種模具的缺點是澆口大，因此往往還要增加一道去除澆口的工序，而且在制品表面會留下澆口痕跡。因此，適用于對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或兩個以上的分型面，其中以雙分型面最為常見。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澆口進膠的產品，因此，亦稱細水口模具。雙分型面注塑模具應用極廣，主要用于設點澆口的單型腔或多型腔模具，側向分型機構設在定模一側的模具以及塑件結構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，第二次分型拉斷進料口使澆道的凝料與塑件分離，從而頂出的塑件不需要再進行去除料道凝料的處理。

2.3斜導柱側向抽芯注塑模具

當塑件側壁有通孔、凹穴、凸臺等特征時，其成型零件就必須做成可側向移動的，帶動型芯側向移動的整個機構稱為側向抽芯機構或橫向抽芯機構。側向抽芯機構種類很多，有斜導柱側向抽芯、液壓抽芯以及氣動抽芯等，其中最常見的是斜導柱側向抽芯機構。開模時，斜導柱先帶動滑塊往外移，當側型芯完全脫出產品時，頂出機構才開始動作，頂出制品。

2.4斜銷內抽芯注塑模具

當產品的內部有倒扣時，需要使用斜銷來成型這些倒扣位，把這類帶有斜銷的模具統稱為斜銷內抽芯注塑模具。這類模具結構相對復雜，需要在模具上增加斜銷機構。開模時，先打開前、后模，然后注塑機的頂出機構推動模具的頂板往脫模方向運動，此時，斜銷慢慢脫出產品的倒扣位，完全脫出后，通過模具上的脫料機構頂出制品。

2.5熱流道注塑模具

由于快速自動化注射成型工藝的發展，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別是注射成型過程中澆注系統內的塑料是不會凝固的，也不會隨塑件脫模，所以這種模具又稱無流道模具。這種模具的主要優點如下：基本上實現了無廢料加工，既節約了原材料，又省去了切除冷料工序。減少進料系統壓力損失，充分利用注射壓力，有利于保證塑件質量。因此，熱流道注塑模具結構復雜，成本高，對模溫的控制要求嚴格，適合于大批量生產。

3注塑成型模具設計的要點

3.1收集、分析、消化原始資料

收集整理有關制件設計、成型工藝、成型設備、機械加工及特殊加工資料，以備設計模具時使用。

（1）消化塑料制件圖，了解制件的用途，分析塑料制件的工藝性，尺寸精度等技術要求。例如塑料制件在外表形狀、顏色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的幾何結構、斜度、嵌件等情況是否合理，熔接痕、縮孔等成型缺陷的允許程度，有無涂裝、電鍍、膠接、鉆孔等后加工。選擇塑料制件尺寸精度最高的尺寸進行分析，看看估計成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件來。此外，還要了解塑料的塑化及成型工藝參數。

（2）消化工藝資料，分析工藝任務書所提出的成型方法、設備型號、材料規格、模具結構類型等要求是否恰當，能否落實。成型材料應當滿足塑料制件的強度要求，具有好的流動性、均勻性和各向同性、熱穩定性。根據塑料制件的用途，成型材料應滿足染色、鍍金屬的條件、裝飾性能、必要的彈性和塑性、透明性或者相反的反射性能、膠接性或者焊接性等要求。

3.2選擇成型設備

根據成型設備的種類來進行模具，因此必須熟知各種成型設備的性能、規格、特點。例如對于注射機來說，在規格方面應當了解以下內容：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，具體見相關參數。要初步估計模具外形尺寸，判斷模具能否在所選的注射機上安裝和使用。

3.3具體結構方案

確定模具類型，如壓制模（敞開式、半閉合式、閉合式）、鑄壓模、注射模等。確定模具類型的主要結構，選擇理想的模具結構在于確定必需的成型設備，理想的型腔數，在絕對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和生產經濟的要求。對塑料制件的工藝技術要求是要保證塑料制件的幾何形狀，表面光潔度和尺寸精度。生產經濟要求是要使塑料制件的成本低，生產效率高，模具能連續地工作，使用壽命長，節省勞動力。

3.4繪制成型結構圖紙

繪制模具成型總裝圖、零件工作圖，要依照國家標準、行業規范，嚴格遵循設計目標繪制。比如，需要明確成型形狀、澆口位置，在總裝圖標注俯視圖，保留相應動模位置，明確模具外形尺寸、裝配尺寸、極限尺寸及技術條件等明細參數信息。

4選擇模具成型設計軟件

模具成型設計中常用的軟件有CAD/CAM輔助設計軟件，該軟件可以實現與數字、數控等技術的有效關聯，且在設計實踐中，能夠對所需的參數進行定量表達、存儲和控制，確保模具成型設計的系統性優化與運算。同時，利用數字建模、仿真軟件與CAD/CAM軟件進行動態設計，可以降低設計成本，提升模具成型設計效率。比如，利用Power Solution CAD/CAM軟件，可以實現幾何建模、工業設計、制圖、數字仿真、數控編程、測量分析等集成化功能設計，各功能模塊相對獨立，以數據接口進行聯用運行，提升了軟件應用的兼容性、開放性水平。在三維模具成型設計軟件中，以立體化設計來實現3D型腔、型芯結構、模架配置和結構優化。比如，Pro/E和CATIA軟件，Mold？ow Advisers三維真實感流動模擬軟件，以及3D Quickfill、Z-mold等三維設計軟件。

結束語

針對模具成型設計，隨著機械加工精度、技術指標要求的提升，也需要引入先進制造技術來滿足成型設計任務。結合實際情況將UG與 Auto CAD 軟件聯合設計過程，分析得出，利用CAD燕秀工具箱作模具后期設計不僅可以縮短工作時間，亦可減少操作次數。

參考文獻：

[1]塑料模設計手冊編寫組.塑料模設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2001.

[2]黃虹.塑料成型加工與模具[M].北京：化學工業出版社，2003.

[3]唐志玉.大型注塑模具設計技術原理與應用[M].北京：化學工業出版社，2004.