大型注塑模具設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)研究

胡昌芳

【摘 要】 隨著塑料工業(yè)與汽車、航天航空及家用電器行業(yè)的不斷發(fā)展，使得大型塑件也受到越來(lái)越廣泛的重視和應(yīng)用，相應(yīng)地對(duì)大型注塑模具的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。本文以大型塑件某工程機(jī)械儀表板為對(duì)象，主要應(yīng)用了熱流道技術(shù)、注塑模CAE技術(shù)、注塑成型工藝優(yōu)化技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)其模具關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及注塑成型工藝兩個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】 大型注塑模具 設(shè)計(jì)應(yīng)用

1 大型注塑模具應(yīng)用技術(shù)

1.1 注塑成型技術(shù)

熱流道技術(shù)及氣輔成型技術(shù)是大型注塑模具中最常用的注塑成型方法。熱流道技術(shù)是指在注塑模澆注系統(tǒng)的附近或中心設(shè)有加熱棒和加熱圈，通過(guò)加熱系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)精確控制塑料的溫度，使從注塑機(jī)噴嘴送往澆口的這一段熱流道中的塑料始終保持熔融狀態(tài)，開(kāi)模時(shí)不需要將熱流道中的凝料隨制品一同取出，而使其滯留在澆注系統(tǒng)中保持熔融，在下一次注塑成型時(shí)即可再次被注入型腔中。

1.2 注塑模CAE技術(shù)

注塑模CAE技術(shù)即注塑成型數(shù)值模擬技術(shù)，它根據(jù)塑料加工流變學(xué)和傳熱學(xué)等基本理論建立起塑料焰體在成型過(guò)程中的流動(dòng)、傳熱等的物理數(shù)學(xué)模型，并以此進(jìn)行求解，利用計(jì)算機(jī)的可視化技術(shù)，形象、直觀地模擬出實(shí)際成型中流體的流動(dòng)、冷卻等過(guò)程，并定量描述成型過(guò)程中的速度、壓力和溫度等狀態(tài)參數(shù)，以使設(shè)計(jì)人員在試模之前就可以對(duì)注塑成型過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)可能的缺陷以便及時(shí)作出調(diào)整。因此，注塑模CAE技術(shù)的運(yùn)用帶來(lái)的直接好處是省時(shí)省力，減少試模、修模次數(shù)和模具報(bào)廢率，縮短模具設(shè)計(jì)制造周期，降低成本，提高制品質(zhì)量。特別是對(duì)于設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)、成本高、成型過(guò)程問(wèn)題多的大型、精密、復(fù)雜中高檔模具來(lái)說(shuō)，注塑模CAE技術(shù)的優(yōu)越性更是不言而喻的（如圖1）。

2 大型注塑模具的設(shè)計(jì)

注塑模具可分為動(dòng)模和定模兩大部分，動(dòng)模安裝在注塑機(jī)的移動(dòng)模板上，定模安裝在注塑機(jī)的固定板上，通過(guò)注塑機(jī)的開(kāi)模閉模完成注塑過(guò)程。按功能劃分，注塑模具通常由成型部分、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、支撐零部件等結(jié)構(gòu)組成，現(xiàn)分別介紹如下：（1）成型部分。它由凸模（型芯）、四模（型腔）以及嵌件和鑲塊等成型部分是指與塑件直接接觸、成型塑件內(nèi)表面和外表面的模具部分，它由凸模（型芯）、四模（型腔）以及嵌件和鑲塊等組成組成。圖示模具中，模腔由動(dòng)模板1、定模板2等組成。大型注塑模具常采用組合式的型腔和型芯結(jié)構(gòu)，某些結(jié)構(gòu)還可以做成局部鑲嵌式，以便加工。（2）澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)通常包括主分流道、澆口及冷料穴等。澆注系統(tǒng)對(duì)塑料熔體充模情況、排氣溢流、模具的壓力傳遞等起到重要作用。大型注塑模因其塑件外形尺寸大、塑料熔體充填流程長(zhǎng)等特點(diǎn)，大多采用1模1腔、多點(diǎn)進(jìn)澆方式。（3）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。注塑模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要作用是確保動(dòng)、定模之間的正確導(dǎo)向和定位。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與內(nèi)外錐面定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)兩種形式。圖示導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由導(dǎo)柱8和導(dǎo)套9組成。大中型模具由于在注塑過(guò)程中成型壓力大，常在動(dòng)、定模板外側(cè)開(kāi)設(shè)錐面定位結(jié)構(gòu)，而且推出機(jī)構(gòu)也設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。（4）抽芯機(jī)構(gòu)。側(cè)向具有四凸形狀孔或凸臺(tái)的塑件在脫模之前，必須先抽出側(cè)向型芯或側(cè)向成型塊，然后才能被完全推出，脫離模具。帶動(dòng)側(cè)向型芯或側(cè)向成型塊移動(dòng)的機(jī)構(gòu)即為抽芯機(jī)構(gòu)，常用的有斜導(dǎo)柱、斜滑塊、彎銷等抽芯機(jī)構(gòu)，大型注塑模具由于塑件需要的抽拔力較大常采用液壓抽芯機(jī)構(gòu)。（5）推出機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)是將成型后的塑件從模具中推出的裝置，主要由推桿、復(fù)位桿、推桿固定板、推板、墊塊、主流道拉料桿等構(gòu)成。圖中的推出機(jī)構(gòu)由推板13，推桿固定板14、拉料桿15、推板導(dǎo)柱16、推板導(dǎo)套17、推桿18和復(fù)位桿19等零件組成。在設(shè)計(jì)大型注塑模的推出機(jī)構(gòu)時(shí)，除滿足中小型模具的一般準(zhǔn)則外，還必須保證推出機(jī)構(gòu)中設(shè)有使推出板運(yùn)動(dòng)靈活、剛度足夠的導(dǎo)向柱。（6）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。注塑模具通常只需用冷卻系統(tǒng)維持模具溫度為某一適當(dāng)值，但對(duì)大型注塑模具來(lái)說(shuō)，為提高塑件的質(zhì)量，注塑前需對(duì)模具預(yù)熱。因此，大型注塑模具一般既要有冷卻系統(tǒng)（例圖中的冷卻水路3），又要有加熱裝置對(duì)模具預(yù)熱。（7）排氣系統(tǒng)。通常可以在分型面上開(kāi)設(shè)排氣溝槽或利用模具推奸、活動(dòng)型芯與模板之間的配合間隙進(jìn)行排氣。小型塑件的排氣量不大，可直接通過(guò)上述方式排氣。而大型注塑模具澆注系統(tǒng)和型腔體積很大，積存的氣體也多，危害性更大，所以大型注塑模具的排氣要求較高，除了利用常規(guī)方法排氣外，還要設(shè)置專用的排氣槽。（8）支撐零部件。圖中的支撐零部件有定模座板4、動(dòng)模座板10、支撐塊11和墊塊20等。大型注塑模具要承受較大壓力，易產(chǎn)生彈 性變形，因此支撐零部件不僅要進(jìn)行強(qiáng)度校核，還得滿足剛度要求。

總之，大型注塑模具往往帶有多個(gè)抽芯機(jī)構(gòu)、鑲塊等結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)、制造要求高，難度大。

3 注塑模具設(shè)計(jì)在儀表板中的應(yīng)用

本文的研究對(duì)象是某工程機(jī)械儀表板，由于儀表板原料及制品結(jié)構(gòu)已經(jīng)設(shè)定，所以本文重點(diǎn)從模具設(shè)計(jì)及注塑工藝兩個(gè)方面展開(kāi)對(duì)大型注塑模具的設(shè)計(jì)研究，設(shè)計(jì)的儀表板模具應(yīng)盡量避免或減少上述問(wèn)題的產(chǎn)生。

3.1 模具主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

整個(gè)注塑成型過(guò)程包括充填、保壓、冷卻和幵模四個(gè)階段，其中，充填和冷卻這兩個(gè)環(huán)節(jié)主要是以模具中的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)為載體來(lái)進(jìn)行的，它們對(duì)塑件的成型質(zhì)量、成型周期以及使用設(shè)備的要求等都有最重要的影響。因此，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)，也是衡量模具設(shè)計(jì)成功與否的兩個(gè)關(guān)鍵因素。對(duì)于價(jià)格昂貴、試模成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、注塑過(guò)程問(wèn)題多的大型注塑模具來(lái)說(shuō)，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)更具有現(xiàn)實(shí)意義，需要考慮的問(wèn)題也更多。

3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

澆注系統(tǒng)在注塑模中起著傳質(zhì)與傳熱雙重作用。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理與否直接影響著熔體充模的難易程度、充模時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)、塑件的成型質(zhì)量以及能否順利開(kāi)模等。儀表板外形尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熔體充填流程長(zhǎng)，注塑過(guò)程中容易出現(xiàn)充填困難，充填不均的現(xiàn)象，直接影響了塑件的成型質(zhì)量。考慮到熱流道技術(shù)可以很好地改善熔體的充填情況，因此，為了保證塑件質(zhì)量，模具一次設(shè)計(jì)、試模成功，本文的大型注塑模具澆注系統(tǒng)擬采用多點(diǎn)進(jìn)澆、冷熱流道結(jié)合的方式，并借助業(yè)內(nèi)廣為采用的注塑模CAE軟件Moldflow進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，確定各部分尺寸參數(shù)。

3.3 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

整個(gè)注塑成型過(guò)程中，除了注塑開(kāi)始時(shí)可能的預(yù)熱需要，模具溫度主要是由冷卻系統(tǒng)控制的，塑料制品在型腔中的冷卻時(shí)間要占整個(gè)成型周期的70%—80%，模具型腔溫度的高低及溫度的均勻性也對(duì)塑件質(zhì)量有重要影響。因此，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理與否直接影響著塑件質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。為了保證制品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，本文根據(jù)大型注塑模具冷卻系統(tǒng)的冷卻需要，模具型芯采用隔板式冷卻方式，型腔采用直通式冷卻方式，借助Moldflow進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，確定各部分尺寸參數(shù)。

3.4 注塑成型工藝的設(shè)計(jì)方案

由前所述，注塑成型工藝也對(duì)成型過(guò)程有重要影響，因此，通過(guò)調(diào)整注塑工藝來(lái)改善塑件質(zhì)量的方法對(duì)價(jià)格昂貴的大型注塑模具非常經(jīng)濟(jì)方便。可是注塑成型的非線性、多變量等特性使得其成型工藝的設(shè)置非常困難，靠試湊法調(diào)整工藝參數(shù)的傳統(tǒng)優(yōu)化方法的優(yōu)化效率、優(yōu)化程度都不高，因此非常有必要采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法對(duì)注塑工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本文將優(yōu)化技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合對(duì)注塑成型工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，擬采用Taguchi實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了初步優(yōu)化，然后以Taguchi正交試驗(yàn)矩陣為樣本數(shù)據(jù)，應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立工藝參數(shù)和質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)系模型，并用遺傳算法對(duì)該關(guān)系模型進(jìn)行優(yōu)化，以得到工藝參數(shù)的全局最優(yōu)解。

參考文獻(xiàn)：

[1]花杏華.大型塑件注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)要點(diǎn)[J].模具制造，2004（4）：37-38.

[2]錢宇強(qiáng)，肖小亭等.大型注塑模具的設(shè)計(jì)[J].塑料工業(yè)，2007（11）：43-45.

[3]張惠敏，陳連帥.大型薄壁塑件翹曲變形分析及工藝參數(shù)優(yōu)化[J].機(jī)械，2011（2）：73-76.

[4]嚴(yán)志云，謝鵬程.注射成型典型缺陷形成的原因及解決措施[J].模具制造，010（3）：60-69.endprint

【摘 要】 隨著塑料工業(yè)與汽車、航天航空及家用電器行業(yè)的不斷發(fā)展，使得大型塑件也受到越來(lái)越廣泛的重視和應(yīng)用，相應(yīng)地對(duì)大型注塑模具的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。本文以大型塑件某工程機(jī)械儀表板為對(duì)象，主要應(yīng)用了熱流道技術(shù)、注塑模CAE技術(shù)、注塑成型工藝優(yōu)化技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)其模具關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及注塑成型工藝兩個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】 大型注塑模具 設(shè)計(jì)應(yīng)用

1 大型注塑模具應(yīng)用技術(shù)

1.1 注塑成型技術(shù)

熱流道技術(shù)及氣輔成型技術(shù)是大型注塑模具中最常用的注塑成型方法。熱流道技術(shù)是指在注塑模澆注系統(tǒng)的附近或中心設(shè)有加熱棒和加熱圈，通過(guò)加熱系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)精確控制塑料的溫度，使從注塑機(jī)噴嘴送往澆口的這一段熱流道中的塑料始終保持熔融狀態(tài)，開(kāi)模時(shí)不需要將熱流道中的凝料隨制品一同取出，而使其滯留在澆注系統(tǒng)中保持熔融，在下一次注塑成型時(shí)即可再次被注入型腔中。

1.2 注塑模CAE技術(shù)

注塑模CAE技術(shù)即注塑成型數(shù)值模擬技術(shù)，它根據(jù)塑料加工流變學(xué)和傳熱學(xué)等基本理論建立起塑料焰體在成型過(guò)程中的流動(dòng)、傳熱等的物理數(shù)學(xué)模型，并以此進(jìn)行求解，利用計(jì)算機(jī)的可視化技術(shù)，形象、直觀地模擬出實(shí)際成型中流體的流動(dòng)、冷卻等過(guò)程，并定量描述成型過(guò)程中的速度、壓力和溫度等狀態(tài)參數(shù)，以使設(shè)計(jì)人員在試模之前就可以對(duì)注塑成型過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)可能的缺陷以便及時(shí)作出調(diào)整。因此，注塑模CAE技術(shù)的運(yùn)用帶來(lái)的直接好處是省時(shí)省力，減少試模、修模次數(shù)和模具報(bào)廢率，縮短模具設(shè)計(jì)制造周期，降低成本，提高制品質(zhì)量。特別是對(duì)于設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)、成本高、成型過(guò)程問(wèn)題多的大型、精密、復(fù)雜中高檔模具來(lái)說(shuō)，注塑模CAE技術(shù)的優(yōu)越性更是不言而喻的（如圖1）。

2 大型注塑模具的設(shè)計(jì)

注塑模具可分為動(dòng)模和定模兩大部分，動(dòng)模安裝在注塑機(jī)的移動(dòng)模板上，定模安裝在注塑機(jī)的固定板上，通過(guò)注塑機(jī)的開(kāi)模閉模完成注塑過(guò)程。按功能劃分，注塑模具通常由成型部分、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、支撐零部件等結(jié)構(gòu)組成，現(xiàn)分別介紹如下：（1）成型部分。它由凸模（型芯）、四模（型腔）以及嵌件和鑲塊等成型部分是指與塑件直接接觸、成型塑件內(nèi)表面和外表面的模具部分，它由凸模（型芯）、四模（型腔）以及嵌件和鑲塊等組成組成。圖示模具中，模腔由動(dòng)模板1、定模板2等組成。大型注塑模具常采用組合式的型腔和型芯結(jié)構(gòu)，某些結(jié)構(gòu)還可以做成局部鑲嵌式，以便加工。（2）澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)通常包括主分流道、澆口及冷料穴等。澆注系統(tǒng)對(duì)塑料熔體充模情況、排氣溢流、模具的壓力傳遞等起到重要作用。大型注塑模因其塑件外形尺寸大、塑料熔體充填流程長(zhǎng)等特點(diǎn)，大多采用1模1腔、多點(diǎn)進(jìn)澆方式。（3）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。注塑模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要作用是確保動(dòng)、定模之間的正確導(dǎo)向和定位。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與內(nèi)外錐面定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)兩種形式。圖示導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由導(dǎo)柱8和導(dǎo)套9組成。大中型模具由于在注塑過(guò)程中成型壓力大，常在動(dòng)、定模板外側(cè)開(kāi)設(shè)錐面定位結(jié)構(gòu)，而且推出機(jī)構(gòu)也設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。（4）抽芯機(jī)構(gòu)。側(cè)向具有四凸形狀孔或凸臺(tái)的塑件在脫模之前，必須先抽出側(cè)向型芯或側(cè)向成型塊，然后才能被完全推出，脫離模具。帶動(dòng)側(cè)向型芯或側(cè)向成型塊移動(dòng)的機(jī)構(gòu)即為抽芯機(jī)構(gòu)，常用的有斜導(dǎo)柱、斜滑塊、彎銷等抽芯機(jī)構(gòu)，大型注塑模具由于塑件需要的抽拔力較大常采用液壓抽芯機(jī)構(gòu)。（5）推出機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)是將成型后的塑件從模具中推出的裝置，主要由推桿、復(fù)位桿、推桿固定板、推板、墊塊、主流道拉料桿等構(gòu)成。圖中的推出機(jī)構(gòu)由推板13，推桿固定板14、拉料桿15、推板導(dǎo)柱16、推板導(dǎo)套17、推桿18和復(fù)位桿19等零件組成。在設(shè)計(jì)大型注塑模的推出機(jī)構(gòu)時(shí)，除滿足中小型模具的一般準(zhǔn)則外，還必須保證推出機(jī)構(gòu)中設(shè)有使推出板運(yùn)動(dòng)靈活、剛度足夠的導(dǎo)向柱。（6）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。注塑模具通常只需用冷卻系統(tǒng)維持模具溫度為某一適當(dāng)值，但對(duì)大型注塑模具來(lái)說(shuō)，為提高塑件的質(zhì)量，注塑前需對(duì)模具預(yù)熱。因此，大型注塑模具一般既要有冷卻系統(tǒng)（例圖中的冷卻水路3），又要有加熱裝置對(duì)模具預(yù)熱。（7）排氣系統(tǒng)。通常可以在分型面上開(kāi)設(shè)排氣溝槽或利用模具推奸、活動(dòng)型芯與模板之間的配合間隙進(jìn)行排氣。小型塑件的排氣量不大，可直接通過(guò)上述方式排氣。而大型注塑模具澆注系統(tǒng)和型腔體積很大，積存的氣體也多，危害性更大，所以大型注塑模具的排氣要求較高，除了利用常規(guī)方法排氣外，還要設(shè)置專用的排氣槽。（8）支撐零部件。圖中的支撐零部件有定模座板4、動(dòng)模座板10、支撐塊11和墊塊20等。大型注塑模具要承受較大壓力，易產(chǎn)生彈 性變形，因此支撐零部件不僅要進(jìn)行強(qiáng)度校核，還得滿足剛度要求。

總之，大型注塑模具往往帶有多個(gè)抽芯機(jī)構(gòu)、鑲塊等結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)、制造要求高，難度大。

3 注塑模具設(shè)計(jì)在儀表板中的應(yīng)用

本文的研究對(duì)象是某工程機(jī)械儀表板，由于儀表板原料及制品結(jié)構(gòu)已經(jīng)設(shè)定，所以本文重點(diǎn)從模具設(shè)計(jì)及注塑工藝兩個(gè)方面展開(kāi)對(duì)大型注塑模具的設(shè)計(jì)研究，設(shè)計(jì)的儀表板模具應(yīng)盡量避免或減少上述問(wèn)題的產(chǎn)生。

3.1 模具主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

整個(gè)注塑成型過(guò)程包括充填、保壓、冷卻和幵模四個(gè)階段，其中，充填和冷卻這兩個(gè)環(huán)節(jié)主要是以模具中的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)為載體來(lái)進(jìn)行的，它們對(duì)塑件的成型質(zhì)量、成型周期以及使用設(shè)備的要求等都有最重要的影響。因此，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)，也是衡量模具設(shè)計(jì)成功與否的兩個(gè)關(guān)鍵因素。對(duì)于價(jià)格昂貴、試模成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、注塑過(guò)程問(wèn)題多的大型注塑模具來(lái)說(shuō)，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)更具有現(xiàn)實(shí)意義，需要考慮的問(wèn)題也更多。

3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

澆注系統(tǒng)在注塑模中起著傳質(zhì)與傳熱雙重作用。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理與否直接影響著熔體充模的難易程度、充模時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)、塑件的成型質(zhì)量以及能否順利開(kāi)模等。儀表板外形尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熔體充填流程長(zhǎng)，注塑過(guò)程中容易出現(xiàn)充填困難，充填不均的現(xiàn)象，直接影響了塑件的成型質(zhì)量。考慮到熱流道技術(shù)可以很好地改善熔體的充填情況，因此，為了保證塑件質(zhì)量，模具一次設(shè)計(jì)、試模成功，本文的大型注塑模具澆注系統(tǒng)擬采用多點(diǎn)進(jìn)澆、冷熱流道結(jié)合的方式，并借助業(yè)內(nèi)廣為采用的注塑模CAE軟件Moldflow進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，確定各部分尺寸參數(shù)。

3.3 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

整個(gè)注塑成型過(guò)程中，除了注塑開(kāi)始時(shí)可能的預(yù)熱需要，模具溫度主要是由冷卻系統(tǒng)控制的，塑料制品在型腔中的冷卻時(shí)間要占整個(gè)成型周期的70%—80%，模具型腔溫度的高低及溫度的均勻性也對(duì)塑件質(zhì)量有重要影響。因此，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理與否直接影響著塑件質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。為了保證制品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，本文根據(jù)大型注塑模具冷卻系統(tǒng)的冷卻需要，模具型芯采用隔板式冷卻方式，型腔采用直通式冷卻方式，借助Moldflow進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，確定各部分尺寸參數(shù)。

3.4 注塑成型工藝的設(shè)計(jì)方案

由前所述，注塑成型工藝也對(duì)成型過(guò)程有重要影響，因此，通過(guò)調(diào)整注塑工藝來(lái)改善塑件質(zhì)量的方法對(duì)價(jià)格昂貴的大型注塑模具非常經(jīng)濟(jì)方便。可是注塑成型的非線性、多變量等特性使得其成型工藝的設(shè)置非常困難，靠試湊法調(diào)整工藝參數(shù)的傳統(tǒng)優(yōu)化方法的優(yōu)化效率、優(yōu)化程度都不高，因此非常有必要采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法對(duì)注塑工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本文將優(yōu)化技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合對(duì)注塑成型工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，擬采用Taguchi實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了初步優(yōu)化，然后以Taguchi正交試驗(yàn)矩陣為樣本數(shù)據(jù)，應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立工藝參數(shù)和質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)系模型，并用遺傳算法對(duì)該關(guān)系模型進(jìn)行優(yōu)化，以得到工藝參數(shù)的全局最優(yōu)解。

參考文獻(xiàn)：

[1]花杏華.大型塑件注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)要點(diǎn)[J].模具制造，2004（4）：37-38.

[2]錢宇強(qiáng)，肖小亭等.大型注塑模具的設(shè)計(jì)[J].塑料工業(yè)，2007（11）：43-45.

[3]張惠敏，陳連帥.大型薄壁塑件翹曲變形分析及工藝參數(shù)優(yōu)化[J].機(jī)械，2011（2）：73-76.

[4]嚴(yán)志云，謝鵬程.注射成型典型缺陷形成的原因及解決措施[J].模具制造，010（3）：60-69.endprint

【摘 要】 隨著塑料工業(yè)與汽車、航天航空及家用電器行業(yè)的不斷發(fā)展，使得大型塑件也受到越來(lái)越廣泛的重視和應(yīng)用，相應(yīng)地對(duì)大型注塑模具的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。本文以大型塑件某工程機(jī)械儀表板為對(duì)象，主要應(yīng)用了熱流道技術(shù)、注塑模CAE技術(shù)、注塑成型工藝優(yōu)化技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)其模具關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及注塑成型工藝兩個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】 大型注塑模具 設(shè)計(jì)應(yīng)用

1 大型注塑模具應(yīng)用技術(shù)

1.1 注塑成型技術(shù)

熱流道技術(shù)及氣輔成型技術(shù)是大型注塑模具中最常用的注塑成型方法。熱流道技術(shù)是指在注塑模澆注系統(tǒng)的附近或中心設(shè)有加熱棒和加熱圈，通過(guò)加熱系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)精確控制塑料的溫度，使從注塑機(jī)噴嘴送往澆口的這一段熱流道中的塑料始終保持熔融狀態(tài)，開(kāi)模時(shí)不需要將熱流道中的凝料隨制品一同取出，而使其滯留在澆注系統(tǒng)中保持熔融，在下一次注塑成型時(shí)即可再次被注入型腔中。

1.2 注塑模CAE技術(shù)

注塑模CAE技術(shù)即注塑成型數(shù)值模擬技術(shù)，它根據(jù)塑料加工流變學(xué)和傳熱學(xué)等基本理論建立起塑料焰體在成型過(guò)程中的流動(dòng)、傳熱等的物理數(shù)學(xué)模型，并以此進(jìn)行求解，利用計(jì)算機(jī)的可視化技術(shù)，形象、直觀地模擬出實(shí)際成型中流體的流動(dòng)、冷卻等過(guò)程，并定量描述成型過(guò)程中的速度、壓力和溫度等狀態(tài)參數(shù)，以使設(shè)計(jì)人員在試模之前就可以對(duì)注塑成型過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)可能的缺陷以便及時(shí)作出調(diào)整。因此，注塑模CAE技術(shù)的運(yùn)用帶來(lái)的直接好處是省時(shí)省力，減少試模、修模次數(shù)和模具報(bào)廢率，縮短模具設(shè)計(jì)制造周期，降低成本，提高制品質(zhì)量。特別是對(duì)于設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)、成本高、成型過(guò)程問(wèn)題多的大型、精密、復(fù)雜中高檔模具來(lái)說(shuō)，注塑模CAE技術(shù)的優(yōu)越性更是不言而喻的（如圖1）。

2 大型注塑模具的設(shè)計(jì)

注塑模具可分為動(dòng)模和定模兩大部分，動(dòng)模安裝在注塑機(jī)的移動(dòng)模板上，定模安裝在注塑機(jī)的固定板上，通過(guò)注塑機(jī)的開(kāi)模閉模完成注塑過(guò)程。按功能劃分，注塑模具通常由成型部分、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、支撐零部件等結(jié)構(gòu)組成，現(xiàn)分別介紹如下：（1）成型部分。它由凸模（型芯）、四模（型腔）以及嵌件和鑲塊等成型部分是指與塑件直接接觸、成型塑件內(nèi)表面和外表面的模具部分，它由凸模（型芯）、四模（型腔）以及嵌件和鑲塊等組成組成。圖示模具中，模腔由動(dòng)模板1、定模板2等組成。大型注塑模具常采用組合式的型腔和型芯結(jié)構(gòu)，某些結(jié)構(gòu)還可以做成局部鑲嵌式，以便加工。（2）澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)通常包括主分流道、澆口及冷料穴等。澆注系統(tǒng)對(duì)塑料熔體充模情況、排氣溢流、模具的壓力傳遞等起到重要作用。大型注塑模因其塑件外形尺寸大、塑料熔體充填流程長(zhǎng)等特點(diǎn)，大多采用1模1腔、多點(diǎn)進(jìn)澆方式。（3）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。注塑模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要作用是確保動(dòng)、定模之間的正確導(dǎo)向和定位。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與內(nèi)外錐面定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)兩種形式。圖示導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由導(dǎo)柱8和導(dǎo)套9組成。大中型模具由于在注塑過(guò)程中成型壓力大，常在動(dòng)、定模板外側(cè)開(kāi)設(shè)錐面定位結(jié)構(gòu)，而且推出機(jī)構(gòu)也設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。（4）抽芯機(jī)構(gòu)。側(cè)向具有四凸形狀孔或凸臺(tái)的塑件在脫模之前，必須先抽出側(cè)向型芯或側(cè)向成型塊，然后才能被完全推出，脫離模具。帶動(dòng)側(cè)向型芯或側(cè)向成型塊移動(dòng)的機(jī)構(gòu)即為抽芯機(jī)構(gòu)，常用的有斜導(dǎo)柱、斜滑塊、彎銷等抽芯機(jī)構(gòu)，大型注塑模具由于塑件需要的抽拔力較大常采用液壓抽芯機(jī)構(gòu)。（5）推出機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)是將成型后的塑件從模具中推出的裝置，主要由推桿、復(fù)位桿、推桿固定板、推板、墊塊、主流道拉料桿等構(gòu)成。圖中的推出機(jī)構(gòu)由推板13，推桿固定板14、拉料桿15、推板導(dǎo)柱16、推板導(dǎo)套17、推桿18和復(fù)位桿19等零件組成。在設(shè)計(jì)大型注塑模的推出機(jī)構(gòu)時(shí)，除滿足中小型模具的一般準(zhǔn)則外，還必須保證推出機(jī)構(gòu)中設(shè)有使推出板運(yùn)動(dòng)靈活、剛度足夠的導(dǎo)向柱。（6）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。注塑模具通常只需用冷卻系統(tǒng)維持模具溫度為某一適當(dāng)值，但對(duì)大型注塑模具來(lái)說(shuō)，為提高塑件的質(zhì)量，注塑前需對(duì)模具預(yù)熱。因此，大型注塑模具一般既要有冷卻系統(tǒng)（例圖中的冷卻水路3），又要有加熱裝置對(duì)模具預(yù)熱。（7）排氣系統(tǒng)。通常可以在分型面上開(kāi)設(shè)排氣溝槽或利用模具推奸、活動(dòng)型芯與模板之間的配合間隙進(jìn)行排氣。小型塑件的排氣量不大，可直接通過(guò)上述方式排氣。而大型注塑模具澆注系統(tǒng)和型腔體積很大，積存的氣體也多，危害性更大，所以大型注塑模具的排氣要求較高，除了利用常規(guī)方法排氣外，還要設(shè)置專用的排氣槽。（8）支撐零部件。圖中的支撐零部件有定模座板4、動(dòng)模座板10、支撐塊11和墊塊20等。大型注塑模具要承受較大壓力，易產(chǎn)生彈 性變形，因此支撐零部件不僅要進(jìn)行強(qiáng)度校核，還得滿足剛度要求。

總之，大型注塑模具往往帶有多個(gè)抽芯機(jī)構(gòu)、鑲塊等結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)、制造要求高，難度大。

3 注塑模具設(shè)計(jì)在儀表板中的應(yīng)用

本文的研究對(duì)象是某工程機(jī)械儀表板，由于儀表板原料及制品結(jié)構(gòu)已經(jīng)設(shè)定，所以本文重點(diǎn)從模具設(shè)計(jì)及注塑工藝兩個(gè)方面展開(kāi)對(duì)大型注塑模具的設(shè)計(jì)研究，設(shè)計(jì)的儀表板模具應(yīng)盡量避免或減少上述問(wèn)題的產(chǎn)生。

3.1 模具主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

整個(gè)注塑成型過(guò)程包括充填、保壓、冷卻和幵模四個(gè)階段，其中，充填和冷卻這兩個(gè)環(huán)節(jié)主要是以模具中的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)為載體來(lái)進(jìn)行的，它們對(duì)塑件的成型質(zhì)量、成型周期以及使用設(shè)備的要求等都有最重要的影響。因此，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)，也是衡量模具設(shè)計(jì)成功與否的兩個(gè)關(guān)鍵因素。對(duì)于價(jià)格昂貴、試模成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、注塑過(guò)程問(wèn)題多的大型注塑模具來(lái)說(shuō)，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)更具有現(xiàn)實(shí)意義，需要考慮的問(wèn)題也更多。

3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

澆注系統(tǒng)在注塑模中起著傳質(zhì)與傳熱雙重作用。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理與否直接影響著熔體充模的難易程度、充模時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)、塑件的成型質(zhì)量以及能否順利開(kāi)模等。儀表板外形尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熔體充填流程長(zhǎng)，注塑過(guò)程中容易出現(xiàn)充填困難，充填不均的現(xiàn)象，直接影響了塑件的成型質(zhì)量。考慮到熱流道技術(shù)可以很好地改善熔體的充填情況，因此，為了保證塑件質(zhì)量，模具一次設(shè)計(jì)、試模成功，本文的大型注塑模具澆注系統(tǒng)擬采用多點(diǎn)進(jìn)澆、冷熱流道結(jié)合的方式，并借助業(yè)內(nèi)廣為采用的注塑模CAE軟件Moldflow進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，確定各部分尺寸參數(shù)。

3.3 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

整個(gè)注塑成型過(guò)程中，除了注塑開(kāi)始時(shí)可能的預(yù)熱需要，模具溫度主要是由冷卻系統(tǒng)控制的，塑料制品在型腔中的冷卻時(shí)間要占整個(gè)成型周期的70%—80%，模具型腔溫度的高低及溫度的均勻性也對(duì)塑件質(zhì)量有重要影響。因此，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理與否直接影響著塑件質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。為了保證制品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，本文根據(jù)大型注塑模具冷卻系統(tǒng)的冷卻需要，模具型芯采用隔板式冷卻方式，型腔采用直通式冷卻方式，借助Moldflow進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，確定各部分尺寸參數(shù)。

3.4 注塑成型工藝的設(shè)計(jì)方案

由前所述，注塑成型工藝也對(duì)成型過(guò)程有重要影響，因此，通過(guò)調(diào)整注塑工藝來(lái)改善塑件質(zhì)量的方法對(duì)價(jià)格昂貴的大型注塑模具非常經(jīng)濟(jì)方便。可是注塑成型的非線性、多變量等特性使得其成型工藝的設(shè)置非常困難，靠試湊法調(diào)整工藝參數(shù)的傳統(tǒng)優(yōu)化方法的優(yōu)化效率、優(yōu)化程度都不高，因此非常有必要采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法對(duì)注塑工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本文將優(yōu)化技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合對(duì)注塑成型工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，擬采用Taguchi實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了初步優(yōu)化，然后以Taguchi正交試驗(yàn)矩陣為樣本數(shù)據(jù)，應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立工藝參數(shù)和質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)系模型，并用遺傳算法對(duì)該關(guān)系模型進(jìn)行優(yōu)化，以得到工藝參數(shù)的全局最優(yōu)解。

參考文獻(xiàn)：

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