注塑成型模具设计的要点分析

陈思　宋春明　陈晓顺　雍奎刚　贾冰茹

摘 要：注塑成型模具设计要以科学理论知识为首要条件，结合专业技术人员的职业能力、案例设计经验，利用现代化工业技术条件和机械设计理念，运用机械工程相关知识，不断优化注塑成型模具设计方案。有关单位及其设计人员应当在注塑成型模具设计过程中，突破原有浇注系统对模具设计的不良限制束缚，创新优化设计方案，增强注塑成型模具设计的合理性与科学性。

关键词：注塑成型；模具结构设计；浇注系统；塑料冷却分级

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

0 引言

注塑成型模具设计是塑料产品成型研制工业生产的重要环节，有关科研单位、生产企业及其设计工作者应当对如何提高注塑成型模具设计水平进行思考，对如何优化注塑成型模具使用性能进行科研创新，持续提高注塑成型模具设计有关科学理论的学习、国内外成功案例分析与借鉴总结，加强注塑成型模具设计工艺中的科技含量，以科技创新增强塑料产品的市场竞争力，为注塑生产企业创造更多的经济收益。

1 注塑成型模具的系统设计要点

注塑成型模具设计是直接影响到塑料制品工业生产经济收益的核心技术，是塑料生产与制造企业核心竞争力的集中体现。塑料制品的工艺水平高低与产品外形、模具结构、模具生产和加工等工业环节息息相关，是集中体现机械工业设计人员的专业能力和职业技能的设计生产过程。该设计生产过程中，包含着塑料制品的初步概念设计、模具结构设计方案、模具部件的生产加工实施等必须流程，需要设计工作者从企业的现实情况、生产经营目标、客户需求等角度出发，积极应对现代市场竞争机制的变化与挑战，合理利用网络信息技术和计算机软件设计技术，借助互联网信息系统和软件设计工具，组建注塑成型模具设计模型，查找并获取模型设计计算规则，收集、统计相关数据信息，并输入相关参数数值，在设计软件的帮助下完成注塑成型模具的设计方案，结合推理验证手段策略，得到最后的目标模具设计方案。从我国现阶段的注塑成型模具设计情况进行统计，可以发现我国在塑料制品的生产与设计工业技术运用过程中，具有机械工艺水平逐步提高，模具构造设计的精密度、专业化、智能化性能得到增强，注塑成型模具生产呈现大型化规模、自动化流程等特点。设计人员在注塑模具设计中的重要任务是继续研发、持续推广气体注射、热流道等新技术应用，并有效提高生产效率。

2 注塑成型模具的浇注设计要点

为了有效控制充填形式，模具在设计过程中需要对浇口位置与数量进行选择，确保能够达到控制的效果，CAE分析能够为设计者在浇口位置的选择上提供多种方案，并且能够根据其影响作出相应的评价，有利于设计的判断与选择。注塑模具浇口位置优化设计实质上是确定合适的浇口位置和工艺参数使制品的质量最好。以注塑成型浇注系统为例，设计研发人员应当将浇筑系统设计划分为几个环节，逐步完成并优化整体系统设计：浇注系统的第一个环节是设计方案的首次确定，设计师借助软件设计工具将参考数值、基本信息和计算规律等要素进行综合判断与计算，确定浇注系统的液压流体通路规划布局，确定能够提升进料加速的浇口种类性能，浇口安放的地点和具体数目；在浇注系统设计方案修改优化环节，设计人员要根据制造需求和工艺设计目标，调整流体通过的线路，缩减通道面积提高进料速度，根据注塑浇口数量优化部件精密度，根据浇口种类性能设计注塑模具的外观，在直接浇口、矩形浇口、点浇口、隧道浇口和翼状浇口中进行判断选择。在浇注系统的第二个修改设计环节中，以上信息要收集并归纳录入设计模型中，由浇注系统检测、核对浇口设计是否存在错误或者需要改进。若浇口位置设计能保证一个平衡的充填模式，就能使压力、温度以及体积收缩率分布比较均匀，塑件的品质较好。所以浇口位置的选择实际上在很大程度上以是否达到流动平衡为准。通过调整设计变量即浇口位置，令熔体到达各边界点的等效流长与参考流长的差异的算术平均值最小，我们就可以得到一个相对平衡的熔体流动充填模式。参考流长在这里取为熔体入口点到任意边界点的等效流长的平均值。由于进行流动分析时要求有限元网格节点必须和浇口位置重合，但在优化过程中确定的浇口位置并不一定满足这一要求，这就要求要么重新划分网格，要么对浇口位置进行近似处理。

3 注塑成型模具的冷却分级设计要点

随着高温的熔流连续注入，在模具浇口处开始发生热传递，同时模具材料本身也会产生热脉冲。这种热脉冲在使模具温度升高的同时，向冷却通道传播，最终通过冷却介质向外传递。如果冷却管道与分型面的距离较大，热脉冲就会不断的向模具本身传递热量，直到热脉冲被冷却介质转移热量平衡掉。如果冷却通道接近模具表面，在模具分型面和冷却管道之间的热量会减少，而且达到稳态状态的时间会更短。基于传统加工条件的冷却管道设计主要遵循以下主要原则：为了获得均匀的冷却效果，冷却水道与模具型腔表面的距离应尽量保持一致，水道的布局也应该随着模具型腔表面形状的变化。在冷却液体通路的规格设计中，通常将管道直径数值范围控制在八至十二毫米内——如果通路直径数值低于该标准，则为注塑加工造成困难；如果通路直径数值高于该标准，则会影响到冷却性能。通过控制液体通路直径规格，加快冷却液体流动速率，形成小漩涡提高冷却分级效果。设计人员应当避免冷却效果不均衡，将注塑成型模板的刚度性能与冷却效率提升结合考虑，通常情况下，冷却系统通路中心线和注塑成型模具外表面二者的间隔数值设定为通路直径数值的三倍左右。如果该间隔数值设定过大，将降低冷却分层速度和成效；如果该间隔数值设定过小，将影响冷却分层的均衡性。

综上所述，注塑成型模具设计工作中的核心关键是浇筑系统设计和冷却分级系统设计，有关塑料科研机构、塑料生产加工企业及其设计人员需要继续学习先进的机械设计专业知识，对注塑成型模具设计进行优化创新，提高塑料产品生产加工效率，为我国注塑成型模具设计与制造工艺的发展做出应用贡献。

参考文献：

[1]宋满仓，刘莹，祝铁丽，张传赞，刘军山，刘冲.微流控芯片注塑成型缺陷的成因与对策[J].机械工程学报，2011（06）.

[2]焦瑞萍，池成忠，黄能会.注塑模具结构中的镶件设计[J].塑料工业，2010（02）.

[3]谭宇，黄汉雄.微注塑制品微结构重复性影响因素的研究进展[J].轻工机械，2010（02）.

[4]雷芳.塑料套注塑成型模具的设计[J].塑料制造，2010（06）.

[5]冯刚，王华峰，张朝阁，江平.多组分注塑成型的最新技术进展及前景预测[J].塑料工业，2015（02）.