塑料模具設計中常見的問題研究

摘 要：隨著經濟的不斷發展以及人們審美意識的提高，塑料制品的市場越來越大，而且其塑料制品的外觀以及形狀也有很大的進展。為了迎合市場的變化，塑料模具的設計也日益復雜化，這對設計者來說既是機會也是挑戰。為了設計出高質量的塑料模具，設計者就要不斷的在模具的使用性能和使用壽命方面做出努力。因此，在制作模具的整個過程中，設計師都要嚴格的按照科學方式進行設計、研究，并且要高度關注設計中的重點和難點問題，以便降低模具失效的機率，從而保證其質量。

關鍵詞：塑料模具；設計；問題

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.230

0 引言

隨著社會的進步，在現在的生產生活中，各種塑料制品的形狀以及結構都比較復雜。單純的依靠圖紙已經不能準確的展現產品的形狀與結構，因此模具設計者在設計模具時不僅要準確的掌握產品的形狀、大小以及原料的特性等，還要使用計算機這個輔助設備。某些產品還需要提供實物或者模具。為了更好的滿足社會需要，設計出性價比高的塑料模具，設計人員設計模具時不僅要掌握其設計的標準及尺寸，還要關注設計成本。因此，設計者必須積極探索設計理念以及設計方法。鑒于此，本文主要從塑料模具的設計現狀、在設計中存在的問題以及解決措施等方面展開討論。

1 塑料模具設計的發展現狀

為了更好的解決塑料模具設計中常見的問題，筆者認為有必要讓讀者了解一下當前塑料模具設計的發展現狀。

1.1 塑料模具設計的內容

塑料模具的設計總是在不斷變化和更新的。它主要從以下四方面更新變化。它們分別是：①工業產品的形狀與外觀；②產品尺寸的精確度；③設計模具的工藝程序；④模具的質量要求。在設計每個模具的過程中，設計者都要不斷的進行創新。模具尺寸的大小、部件的組成部分、工藝設計以及力學的計算等都是模具設計的主要內容。模具的設計主要經歷四個階段，它們分別是：①在設計前要對產品進行分析；②對部件進行設計；③設計總體方案；④進行結構和施工圖的設計。

1.2 現代塑料模具的設計

設計者將客戶的計算機資料輸入電腦，在計算機輔助系統以及CAD/CAE技術的幫助下，可進行仿真實驗。在此過程中，系統能進行圖形處理。特別是對于那些包含三維曲面的圖紙，系統能夠進一步修正和編輯。例如，曲面的結合、截面圓角以及曲面的融合等。設計好的零部件在電腦系統的幫助下，可將其實體顯示出來。這樣，設計者就能很直觀的觀察其設計的正確性。設計者還可以借助系統功能對強度、塑料流動狀態以及模溫等進行模擬測試。一旦發現設計中存在誤差就能及時修改，這在很大程度上降低了塑料模具的設計成本。

1.3 在塑料模具設計中CAD/CAE技術的應用

當前在塑料模具的設計中，主要應用的技術就是CAD/CAE技術。CAD/CAE技術主要包括概念設計、有限元分析、優化設計、計算機仿真、繪圖以及輔助設計過程管理等。產品的大體結構是通過CAD技術設計出來的。設計者在設計出大體結構后再利用CAE技術進行結構分析和評估。在模具 C A D / C A E 集成技術的幫助下，制件不需要原型試驗。通過幾何造型技術，制件就能準確而生動的展示在計算機上。當需要進行力學檢測時，可采用有限元分析技術。此外，計算機還能幫助設計者進行快速分析、自動繪圖和自動檢索，這不但能減輕設計者的工作壓力，還能讓他們把更多的精力放在模具設計的難點、重點上。在正式使用模具之前，CAD軟件能夠對模具的參數進行正確性預測。例如，在考察熔體在模腔中的流動狀況時，可采用流動模擬軟件來進行，以便改進澆注系統的設計，從而更大的提高模具的成功率。當需要考察熔體的凝固和模溫的變化時可采用保壓和冷卻分析軟件，通過軟件的分析結果來改進冷卻系統。此外，為了事前了解塑料模具出模后的翹曲以及變形情況，可應用應力分析軟件。隨著技術的進步，當前的概念設計已經不僅僅是外觀和結構上的設計，它已經擴展到模具結構分析的領域。當用CAD技術設計出塑料模具后，可采用CAE軟件對其進行剛度、強度、跌落試驗模擬以及散熱能力等分析。通過這些分析，可以對前面的概念性結構進行合理性檢驗。當發現不合理時，可采用CAD軟件進行修改。通過以上的介紹可以看出CAD/CAE技術在塑料模具設計中發揮著巨大的作用。

1.4 塑料模具設計中的常見問題

從當前的社會發展狀況來看，大多數工藝制品對其尺寸和形狀的要求都很高。因此，這也要求模具設計者在設計模具時要對其進行嚴格設計和分析，以便達到工業制品的要求。盡管模具設計者在工作中非常嚴謹，但是也經常會出現一些問題。例如，①在塑料模具設計中存在收縮率方面的問題。在制備塑料模具時，往往需要高溫和高壓的環境。塑料在高溫的條件下溶解為液體，然后在將其注入模腔中。由于塑料本身的特性使其對液體塑料的定型產生了影響。和固定的模腔相比，塑料模具變小了。在此種情況下就發生了收縮。這要求設計者在制備塑料模具前必須考慮到此方面的問題，以便盡量減少誤差。但在真正的設計中，雖然設計者考慮了此問題，但是卻忽略了不同類型的塑料其收縮率也不同這一點。因此也會影響模具尺寸的大??；②在塑料模具設計中存在公差標注不一的問題。眾所周知，根據制品的不同，其塑料模具的比例也是不一樣的。因此，對于模具設計者來說，在設計模具時要著重考慮公差標注問題。一旦發生公差標注低的情況就會降低塑料模具的精確度，反之就會造成精度較高，模具復雜。此外，在設計模具時，設計者因忽略了公差標注問題而采用自己的經驗進行盲目選擇時，會導致模具在尺寸和形狀上出現問題。從而降低了塑料模具的質量和價值；③在塑料模具設計中存在熱膨脹系數問題。熱膨脹系數是另一個影響塑料模具形狀和尺寸的問題。熱膨脹系數隨著塑料模具材料的不同而不同。正是這種熱膨脹系數對塑料模具冷卻后的形狀和大小產生作用。由此可見，熱膨脹系數在設計塑料模具中占據重要作用。但是，在實際工作中，總有一些設計者不嚴格遵守設計流程，缺少對它的利用，從而導致塑料模具設計的成功率降低。

2 關于塑料模具設計中常見問題的解決措施

在設計模具時，設計者為了提高塑料模具的設計效率，就需要不斷的進行理論及實踐上的創新，謹慎分析各種問題，尋找出影響塑料模具成功率的關鍵因素，并思考這些因素可能導致的問題，從而采取有效的防范措施。這不僅對提高模具的效率以及質量具有重要意義，也對能生產出更加滿意的產品具有重要意義。下面筆者針對上面所提到的問題，提出幾點解決措施。

2.1 設計者要注意設計前的準備工作

在進入設計模具之前，設計者一定要事先做好材料收集工作。此外，相關工作人員也要掌握模具的相關數據以及有用的信息。由此可見，塑料模具設計的前期準備工作非常重要。例如，模具的精確尺寸、注塑機的操作方法以及操作技巧、影響設計模具的因素等都需要考慮到。因為這些因素對塑料模具的最終成型都能產生很大的影響，因此設計者在設計模具的過程中要謹慎、認真的分析這些問題，盡量避免出現差錯，以便更大程度的提高塑料模具的設計效率。

2.2 在設計塑料模具中，設計者要全面考慮塑料模具失效形式的保護問題

在設計塑料模具中，設計者還要對塑料模具失效問題進行考慮。例如，塑料模具的變形、腐蝕以及磨損等都屬于塑料模具的失效問題。因此，為了很好的解決這個問題，設計者可制定出有效的解決方案。而且，設計者要根據實際情況選擇抗磨損性、抗腐蝕性以及抗壓性都好的材料。這不僅有利于設計效率的提高，也有利于提高塑料模具的使用壽命。

2.3 模具設計者要根據實際情況選擇公差標注

眾所周知，不同的公差標注會對塑料模具產生不同的影響。因此在設計塑料模具時要根據具體情況具體分析。例如，對于高精度的模具，就要選擇高標準的公差標注。雖然這樣使制備工藝變得復雜化，但是卻能夠有效保證塑料模具尺寸的精確度，從而達到了顧客的要求。反之，對于那些對精密度要求不高的塑料模具，可采用相對較低的標準進行公差標注。這樣，設計出的塑料模具不僅在誤差準許范圍之內，還能簡化了設計工藝，并且也達到了顧客的要求，可謂益處很多。

2.4 模具設計者要有效利用相關程序和設備

隨著信息技術的不斷進步，計算機可以幫助設計者完成很多塑料模具中的設計工作。因此，為了有效的提高塑料模具的設計效率，設計者可合理的選擇相關程序和設備。例如，設計者可利用CAD軟件對模腔體積進行計算。在一定程度上它減少了計算的時間，從而對設計效率也有所提高。并且，一些專業的設計軟件還還能幫助設計者修改圖紙中不合理的數據等。此外，這些專業的軟件還能根據所提供的收縮率以及熱膨脹系數等給出相應計算。

3 總結

隨著經濟的發展以及社會的進步，消費者對塑料模具的要求越來越高。這不僅要求設計人員要不斷的提出科學、合理、創新的設計方案，還要求他們把理論知識與實踐經驗進行完美的結合，從而提高塑料模具的設計效率。本文首先講述了塑料模具設計的發展現狀，其次針對塑料模具設計中所存在的問題提出了相應的解決策略，希望對塑料模具設計的發展盡微薄之力。而且，筆者相信隨著模具設計人員的不斷努力，塑料模具的設計工作會越做越好。

參考文獻：

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