淺談注塑模具中一些先進技術

內江職業技術學院 李 聰 李 輝

市場經濟的不斷發展，促使工業產品越來越向多品種、小批量、高質量、低成本的方向發展，于是對成型各種產品的關鍵工藝裝備——模具的要求就更高。一方面企業為追求規模效益，使得模具向著高速、精密、長壽命方向發展；另一方面企業為了滿足多品種、小批量、產品更新換代快、迅速贏得市場的需要，要求模具向著制造周期短、成本低的快速經濟方向發展。工業生產中先進技術的出現，使得在塑料模具快速經濟制模如虎添翼，應用范圍不斷拓寬，類型不斷增多，創造的經濟效益越來越顯著。

1.計算機輔助技術

1.1 CAD技術

近年來模具CAD軟件以美國UGS公司針對注射模推出了注射模設計向導（Mold Wizard）和Pro/E為代表。注射模設計向導為用戶提供注射模設計環境、工具和相關知識，以及豐富的標準化的模架庫、零件庫和嵌件庫等，用戶可以選擇軟件提供的標準模架或靈活方便地建立適合自己的標準模架庫，多種形式的動、定模結構中，采用參數化的方式設計澆口套、拉料桿、斜滑塊等通用件，然后設計脫模機構和冷卻系統，完成模具的總裝，而實現從塑件到模具的快速設計過程。用戶利用UG軟件可實現塑料注塑模從設計到數控加工成型的全過程，實習那模具設計的3D化，減少模具設計制造周期時間，大大提高效率。

1.2 CAE技術

塑料模具工業中CAE軟件以MoldFlow軟件最為代表，其注塑成型模擬分析模塊（簡稱MPI）在計算機上對整個注塑過程進行模擬分析，包括填充、保壓、冷卻、翹曲、纖維取向、結構應力和收縮，以及氣體輔助成型分析等，使設計者在設計階段就找出未來產品可能出現的缺陷，提高一次試模的成功率。設計者在設計完產品后，運用產品優化顧問模塊（簡稱MPA）模擬分析，在很短的時間內，就可以得到優化的產品設計方案，并確認產品表面質量。其注塑成型過程控制專家模塊（簡稱MPX），集軟硬件為一體的注塑成型品質控制專家，可以直接與注塑機控制器相連，可進行工藝優化和質量監控，自動優化注塑周期、降低廢品率及監控整個生產過程。

在注塑成形中將CAD和CAE技術交互使用，可以減少設計者對經驗的依賴程度，提高一次試模的成功率，大大縮短模具設計時間，并簡化模具制造切削加工工藝，對注塑機的注射過程進行優化和質量控制，降低成本，提高效率。

2.逆向工程

傳統的產品實現通常是從概念設計到圖樣，再制造出產品，我們稱之為正向工程，而相對而言，逆向工程（Reverse Engineering，RE）起源于精密測量和質量檢測，是設計下游想設計上游反饋信息的回路，主要是通過3D數字化測量儀或光學設備（三坐標測量機或激光掃描儀）對物理原物進行掃描，獲得點云數據，再通過相應的處理軟件轉變為曲面的過程。

逆向工程的具體技術流程是：利用測量儀準確、快速的量取樣品表面點數據或輪廓線數，對采集的點云進行多視圖點云拼合、過濾、精簡等點數據處理過程，由已存在的點創造曲線，檢查、修改曲線的曲線處理過程，由點、線成面的曲面處理過程，考慮被測物對機構引起的綜合軌跡誤差、曲線擬合誤差等因素的誤差分析修改過程[1]（可由逆向設計軟件如imagewave完成）。再傳至CAD/CAM系統，再由CAD系統傳至CNC加工機床或快速成型機來制造工件或模具，如圖1所示。

圖1 逆向工程流程圖

3.熱流道技術

近年來，熱流道系統在中國注塑模具制造業逐漸推廣和使用，國內一般采用內熱式或外熱式熱流道裝置，少數企業采用高難度閥式熱流道裝置，但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50%～80%相比遠遠不夠。所以，進行熱流道注射模具經濟性和技術性綜合開發和應用，具有廣泛發展前景[2]。

熱流道技術以無可比擬的優越性解決了冷流道中無法解決的問題，主要體現在改善制品的質量、節約原材料（對熱固性塑料注射成型尤為重要）、避免采用三板式模具結構、降低注射壓力和注射量等方面[3]。

如圖2所示，針閥式多腔熱流道。該系統是通過采用閥針控制裝置的作用下，在預定的時刻以機械運動的方式來打開或關閉澆口。這種類型的熱流道系統可人為控制澆口開關時間、澆口光滑平整、可擴大熱流道技術應用技術領域等。近年來國際上各主要汽車公司均采用閥式熱流道，結合模具內多色共注工藝來生產整體車燈燈罩。因燈罩是透明產品，澆口必須光滑平整以滿足美觀要求，只有使用閥式澆口熱流道才能實現。另外一些汽車零件在成型后需要噴涂著色，如果在這些零件上有注塑成型熔合線，那么著色后零件的色澤就會不一樣且無法滿足質量要求。為必要此類問題的產生，許多汽車零件供應商采用一種基于閥式熱流道的順序開關澆口的生產工藝，來徹底消除零件上的熔合線問題。在醫療領域，醫療用塑料零件澆口質量要求極為嚴格，不可有尖利凸起等，此種情況下，也只有依靠閥式澆口流道系統來提高澆口質量。

圖2 針閥式多腔熱流道系統

4.氣體輔助成形

氣體輔助注射成形在90年代作為了一項成功的技術進入了實用階段，在西方發達工業國家推廣應用，并在我國的家電行業獲得成功的應用。在21世紀，氣輔成形將成為塑料加工行業廣泛應用的新興工業技術[3]。

圖3所示為氣體輔助成型過程，可看出氣體注射系統是把惰性氣體（通常是N2）經由壓力或體積控制系統直接注入模腔的熔融塑料內，使塑料內部膨脹而造成中空，但仍然保持產品表面的外形完整無缺。有節省原料（約省50%）、降低注塑機的鎖模力（可降低60%）、對某些塑料產品的模具可采用鋁合金材料等顯著優點。如電視機前殼塑件的成型工藝，可通過采用氣體輔助注射成形工藝，解決和消除產品表面縮痕問題，提高模具的使用壽命和縮短產品生產成型周期，提高生產率[4]。

圖3 氣體輔助注射成形過程示意圖

5.微注射成形技術

隨著微機電系統（MEMS）的發展，微型注射制件在光電通訊，影像傳輸，生化醫療，信息存儲，精密機械，插頭式光纖連接器，醫學用微量泵，內窺鏡零件，旋轉傳感器中的衍射光柵以及微齒輪等領域得到了廣泛應用，并以每年20%的速度在增長。德國的Battenfeld公司、Boy公司、日本的Sodick公司和美國的Murray等公司為代表的注塑機生產商，先后研發了各種不同類型的微型注塑機，其螺桿直徑最小可達Φ5mm，注射容量只有幾立方厘米甚至零點幾立方厘米。

隨著微系統技術的發展及對微小塑件需求的日益增長，微注塑成型技術的發展呈現如下趨勢[5－6]：

（1）在微注塑選材時，不但要考慮制件的精度要求，還要考慮到材料的可模塑性和脫模性能。

（2）微注塑成形注射量小，需新的材料塑化方式，解決熔體質量，流動性等問題。

（3）微注塑成型型腔小，模溫難以控制，需要探索新的方式解決此難題。

（4）需開發適合微注塑成型技術的數值模擬軟件。

6.結語

傳統的、宏觀上的注塑成形技術理論及工藝已發展的比較成熟，隨著科學技術的進步，塑料制品從民用到工業、農業、國防和交通等行業發展。對制品質量的要求越來越高，對注塑設備及技術提出了更高的要求。注塑設備和技術開始向高速高效化、自動化、專業化、微小化、精密化方面發展。我國在塑料模具的一些先進技術的發展還很緩慢，所以，振興模具行業，發展先進的成型技術是十分必要的，對提高中國產品的質量有重要作用。

[1]蔚敬斌.逆向工程技術及應用[J].機械管理開發,2006,2.

[2]盧艷玲等.熱流道注射成型CAE技術的應用和發展[J].模具制造,2006,9.

[3]李德群,唐志玉主編.中國模具設計大典(第2卷)輕功模具設計[M].江西科學技術出版社.

[4]何文.電視機前殼氣體輔助注射模設計[J].模具工業,2010.

[5]Yung K L,Liu H,Xu Y.Target tracking in micro injection molding[J].Key Engineering Materials,2008,364-366,1292-1295.

[6]莊儉,張建國等.微注塑成形機的研究現狀與進展[J].塑料科技,2009,5.