注塑模具设计及应用技术探析

李高北 徐宗德

摘 要：随着现今社会塑料工业的不断发展，塑件逐渐得到广泛的应用，尤其是相对大型的塑件，对其设计也提出了更高的要求。因此，本文针对大型注塑模具，以仪表板为例进行分析探讨，希望对今后的注塑模具设计及其应用起到借鉴作用。

关键词：注塑模具；设计；应用；仪表板

随着以塑代木、以塑代钢等技术成为一种发展趋势，在医疗、汽车等行业逐渐增加对大型塑料零部件的使用量的情况下，人们对于塑制品中重要的工艺装备生产越来越重视，即大型注塑模具，其设计与应用水平的高低，直接影响到注塑制品的质量。

1.塑件结构工艺性分析

本文以某机械仪表板作为研究对象，因为在设计中已经确定了原材料的使用以及制品的基本结构，所以，主要是探讨模具的设计与工艺两个方面，希望能够尽可能减少这两个方面面临的问题。

塑料的制作需要按照使用要求进行设计。想要让塑件制作符合要求，需将塑料的性能特点完全发挥出来，再考虑其结构工艺性，在使用要求基本满足的前提下，尽可能将模具结构简化，在满足成型工艺的要求下，提高生产效率，降低生产成本[1]。

塑件结构的工艺性指的是对塑件结构形状以及外观质量进行分析的基础上，观察其是否能满足成型工艺的要求，其主要包含几何形状、表面粗糙度、尺寸精度、壁厚、成型孔分布、均匀性等方面。合格的制品离不开良好的结构工艺性这一基础，同时其也是顺利开展注塑工艺的前提条件。在模具设计之前，应分析塑件结构，确保成型工艺，之后再对相关的设计难度进行深入探讨。

2.模具结构设计方案

在注塑成型过程中，主要包含充填、保压、冷却和开模，其中，冷却与充填的进行是基于模具的浇注系统和冷却系统，它们直接影响了塑件的成型质量、使用设备要求以及成型周期。所以，在模具设计中，浇注系统和冷却系统的设计尤为关键，同时，也是两个直接衡量模具设计是否能够成功的关键。对于生产周期较长、价格昂贵、试模需要花费大量成本的大型注塑模具而言，合理设计浇注系统和冷却系统所具备的现实意义更为巨大，所需要考虑到的问题也较多[2]。

2.1浇注系统设计

在注塑模中，浇注系统承担传热与传质两种作用。是否能合理设计浇注系统，直接影响到充模时的流动状态、充模的难易程度以及是否能够顺利的完成开模等。

因为仪表板本身的外形尺寸偏大，其结构较为复杂，需要花费较长的熔体充填流程，因此，在注塑过程中很容易出现难充填，或者是充填不均匀的情况，直接对塑件的成型质量产生影响。考虑到热流道技术可以对熔体的充填情况加以改善，为了确保模具以此设计、试模成功，满足塑件的质量要求，则采用多点进浇、冷热流道相互结合的方式，再配合上注塑模CAE软件Moldflow作为辅助进行设计，以满足各个部分尺寸参数的需求。

2.2冷却系统设计

在注塑成型过程中，除刚开始需要进行预热处理之外，大部分模具温度都是依靠冷却系统来控制的，在型腔中，塑料制品的冷却时间占据整个周期的70%-80%，塑件质量的高低直接受到模具型腔温度高低以及温度均匀性的影响。所以，是否能合理地设计冷却系统，直接对塑件的质量与生产效率产生了直接的影响。

为了提高生产效率，满足制品的质量，根据大型注塑模具冷却系统对冷却的实际需求，采用模具的型芯利用隔板式的冷却方式，型腔选择直通式的冷却方式，再借助Moldflow进行辅助设计，以满足各个部分尺寸参数的需求。基于Moldflow的大型注塑模具冷却系统的设计：

第一，冷却系统的设计概述：模具冷却方式一般是在型腔、型芯等部位合理地设置冷却管道，并通过调节水流量及流速来控制模温。模具冷却系统设计主要包括冷却管道结构、管道直径及位置尺寸以及管道布局的确定等。

第二，基于MPI/Cool模块的冷却回路分析：针对设计原则，对冷却系统的传热学设计进行计算，就可以初步得出其尺寸，然后选择冷却回路的最佳方案。下面应用Moldflow的MPI/Cool模块来检验冷却系统的冷却效果，判定设计的冷却系统是否合理。冷却水选择25℃的自来水，其雷诺指数为10000，选择TPP20AC17BK材料推荐所项出的温度为93℃，对于仪表板模具冷却系统分析具体如下：

其一，冷却时间，当制件凝固了80%，流道达到60%的凝固，制件就能够顶出，完成冷却。如果成型时间为45s，制件的冻结层因子是1，就表示凝固完全，其流道凝固层的比例达到60%，能够满足冷却的需求。其二，冷却介质温度，一般来说，冷却回路进出口介质温差不得超出2.3℃，而本文的介质温差为0.39℃（如下图1）即能满足要求。其三，图2表示的是在结束冷却后产品的最高温度，即83.2℃，低于材料顶出温度93℃，也能满足要求。

3.结语

总体而言，想要提高模具的设计和实际的应用技术水平，还需要机械业内相关的工作者在实际的工作环节中不断地总结与探索，才能将模具注塑过程中面临的各个类型的缺陷消除，为今后更优质的模具塑制品奠定质量基础，满足机械行业发展需要。

参考文献：

[1]黄雁彬.基于知识的注塑模具设计若干技术研究[J].科技创新与应用，2014，27：91.

[2]沈健民.精密注塑模具的设计加工及发展前景探析[J].科技创新导报，2012，30：38.

[3]张维合.大型注塑模具设计经验与技巧[J].工程塑料应用，2012，11：52-56.