注塑模具設計及應用技術探析

李高北 徐宗德

摘 要：隨著現今社會塑料工業的不斷發展，塑件逐漸得到廣泛的應用，尤其是相對大型的塑件，對其設計也提出了更高的要求。因此，本文針對大型注塑模具，以儀表板為例進行分析探討，希望對今后的注塑模具設計及其應用起到借鑒作用。

關鍵詞：注塑模具；設計；應用；儀表板

隨著以塑代木、以塑代鋼等技術成為一種發展趨勢，在醫療、汽車等行業逐漸增加對大型塑料零部件的使用量的情況下，人們對于塑制品中重要的工藝裝備生產越來越重視，即大型注塑模具，其設計與應用水平的高低，直接影響到注塑制品的質量。

1.塑件結構工藝性分析

本文以某機械儀表板作為研究對象，因為在設計中已經確定了原材料的使用以及制品的基本結構，所以，主要是探討模具的設計與工藝兩個方面，希望能夠盡可能減少這兩個方面面臨的問題。

塑料的制作需要按照使用要求進行設計。想要讓塑件制作符合要求，需將塑料的性能特點完全發揮出來，再考慮其結構工藝性，在使用要求基本滿足的前提下，盡可能將模具結構簡化，在滿足成型工藝的要求下，提高生產效率，降低生產成本[1]。

塑件結構的工藝性指的是對塑件結構形狀以及外觀質量進行分析的基礎上，觀察其是否能滿足成型工藝的要求，其主要包含幾何形狀、表面粗糙度、尺寸精度、壁厚、成型孔分布、均勻性等方面。合格的制品離不開良好的結構工藝性這一基礎，同時其也是順利開展注塑工藝的前提條件。在模具設計之前，應分析塑件結構，確保成型工藝，之后再對相關的設計難度進行深入探討。

2.模具結構設計方案

在注塑成型過程中，主要包含充填、保壓、冷卻和開模，其中，冷卻與充填的進行是基于模具的澆注系統和冷卻系統，它們直接影響了塑件的成型質量、使用設備要求以及成型周期。所以，在模具設計中，澆注系統和冷卻系統的設計尤為關鍵，同時，也是兩個直接衡量模具設計是否能夠成功的關鍵。對于生產周期較長、價格昂貴、試模需要花費大量成本的大型注塑模具而言，合理設計澆注系統和冷卻系統所具備的現實意義更為巨大，所需要考慮到的問題也較多[2]。

2.1澆注系統設計

在注塑模中，澆注系統承擔傳熱與傳質兩種作用。是否能合理設計澆注系統，直接影響到充模時的流動狀態、充模的難易程度以及是否能夠順利的完成開模等。

因為儀表板本身的外形尺寸偏大，其結構較為復雜，需要花費較長的熔體充填流程，因此，在注塑過程中很容易出現難充填，或者是充填不均勻的情況，直接對塑件的成型質量產生影響。考慮到熱流道技術可以對熔體的充填情況加以改善，為了確保模具以此設計、試模成功，滿足塑件的質量要求，則采用多點進澆、冷熱流道相互結合的方式，再配合上注塑模CAE軟件Moldflow作為輔助進行設計，以滿足各個部分尺寸參數的需求。

2.2冷卻系統設計

在注塑成型過程中，除剛開始需要進行預熱處理之外，大部分模具溫度都是依靠冷卻系統來控制的，在型腔中，塑料制品的冷卻時間占據整個周期的70%-80%，塑件質量的高低直接受到模具型腔溫度高低以及溫度均勻性的影響。所以，是否能合理地設計冷卻系統，直接對塑件的質量與生產效率產生了直接的影響。

為了提高生產效率，滿足制品的質量，根據大型注塑模具冷卻系統對冷卻的實際需求，采用模具的型芯利用隔板式的冷卻方式，型腔選擇直通式的冷卻方式，再借助Moldflow進行輔助設計，以滿足各個部分尺寸參數的需求。基于Moldflow的大型注塑模具冷卻系統的設計：

第一，冷卻系統的設計概述：模具冷卻方式一般是在型腔、型芯等部位合理地設置冷卻管道，并通過調節水流量及流速來控制模溫。模具冷卻系統設計主要包括冷卻管道結構、管道直徑及位置尺寸以及管道布局的確定等。

第二，基于MPI/Cool模塊的冷卻回路分析：針對設計原則，對冷卻系統的傳熱學設計進行計算，就可以初步得出其尺寸，然后選擇冷卻回路的最佳方案。下面應用Moldflow的MPI/Cool模塊來檢驗冷卻系統的冷卻效果，判定設計的冷卻系統是否合理。冷卻水選擇25℃的自來水，其雷諾指數為10000，選擇TPP20AC17BK材料推薦所項出的溫度為93℃，對于儀表板模具冷卻系統分析具體如下：

其一，冷卻時間，當制件凝固了80%，流道達到60%的凝固，制件就能夠頂出，完成冷卻。如果成型時間為45s，制件的凍結層因子是1，就表示凝固完全，其流道凝固層的比例達到60%，能夠滿足冷卻的需求。其二，冷卻介質溫度，一般來說，冷卻回路進出口介質溫差不得超出2.3℃，而本文的介質溫差為0.39℃（如下圖1）即能滿足要求。其三，圖2表示的是在結束冷卻后產品的最高溫度，即83.2℃，低于材料頂出溫度93℃，也能滿足要求。

3.結語

總體而言，想要提高模具的設計和實際的應用技術水平，還需要機械業內相關的工作者在實際的工作環節中不斷地總結與探索，才能將模具注塑過程中面臨的各個類型的缺陷消除，為今后更優質的模具塑制品奠定質量基礎，滿足機械行業發展需要。

參考文獻：

[1]黃雁彬.基于知識的注塑模具設計若干技術研究[J].科技創新與應用，2014，27：91.

[2]沈健民.精密注塑模具的設計加工及發展前景探析[J].科技創新導報，2012，30：38.

[3]張維合.大型注塑模具設計經驗與技巧[J].工程塑料應用，2012，11：52-56.