注塑机锁模动模板设计要点分析

摘要：注塑机作为塑料加工行业不可或缺的设备之一，其性能的优劣直接关系到生产效率和产品质量。尤其是注塑机锁模系统中的动模板，是模具实现闭合、开启、制品脱模的关键部件，其设计的合理性直接影响到整个注塑机的性能与稳定性。基于此，深入分析了注塑机锁模动模板设计要点，以期为相关领域的设计与应用提供参考依据。

关键词：注塑机;锁模系统;动模板;设计;分析

中图分类号：TQ320.5+2" " 文献标志码：A" " 文章编号：1671-0797（2024）24-0041-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.010

0" " 引言

随着市场对塑料产品需求的不断增长，注塑机以其高效率、高稳定性和高精度的生产能力成为塑料产品生产的核心设备。锁模动模板作为注塑机的关键部件之一，在模具注射过程中起到保持模具稳定，防止塑料熔体泄漏的作用，因此对注塑机锁模动模板的设计要求越来越高。在此背景下，设计师在设计过程中如何设计出既高效、稳定，又能满足现代制造业需求的注塑机成为本文研究的重点。

1" " 注塑机锁模动模板的重要性

锁模动模板是注塑机中用于固定模具的一个关键部件，是连接模具与注塑机的桥梁，更是保证注塑机高效稳定运行的基础。动模板对于保证产品质量、提高生产效率、延长设备使用寿命发挥了不可替代的作用，在注塑过程中，动模板与定模板配合，使模具的两个部分能够紧密闭合，防止塑料熔融体在高压下泄漏。因此，做好注塑机锁模动模板的设计成为推动塑料行业可持续发展的关键环节。

2" " 锁模动模板的设计要点

为了实现模具在高压注塑过程中的精准定位和稳固性，在进行设计时，设计师需从以下几个方面入手。

2.1" " 确定设计目标与参数

在设计之前，设计师首先要明确注塑机锁模动模板的主要功能，然后确定动模板需满足的基本要求，包括模板锁模力、模板尺寸、行程长度、开合速度以及模具厚度等参数。除此之外，还需要考虑顶出装置的顶出力和顶出行程，这两个参数对于塑件的脱模过程至关重要。但由于动模板的行程、速度和加速度关系到机器的工作效率和动态性能，为确保动模板设计参数与模具相符合，设计师在动模板的设计阶段，需根据塑料制品的大小和材料特性来确定锁模动模板的设计参数。

2.2" " 材料的选择

材料的选择不仅关系到模板的强度和耐用性，还直接影响到注塑机的整体能耗。因此，设计师在进行设计时，需根据注塑机的工作条件和生产需求，结合材料科学的最新研究成果，选择具有高强度和良好韧性的材料，以确保模板在锁模过程中承受高压力时不易发生磨损、形变、腐蚀。目前，市场上常见的金属材料有铸铁和铸钢两种，这两种材料在力学性能、耐磨性、耐腐蚀性、制造成本以及重量上均存在一定的差异。首先，铸铁是一种有较高碳含量的铁碳合金，具有硬度高、强度高、耐磨性与抗腐蚀性好等特点，能满足动模板的力学要求，能抵抗环境侵蚀。同时铸铁内部石墨具有良好的抗振性和吸振性，能够吸收机械运动中产生的振动，减少噪声，提高设备的稳定性。且铸铁整体重量通常比铸钢轻，从成本的角度来看，铸铁的制造成本和运输成本均低于铸钢，这也使得铸铁成为制造锁模动模板的优选材料之一。铸钢则是一种含碳量较低的铁碳合金，具有更优的物理性能，其抗拉强度和韧性都优于铸铁，能够更好地承受高负荷和冲击。同时，铸钢的热膨胀系数相对较低，具有良好的耐热性，能够在更高温度下保持稳定的性能，这对于保持模具的精确对位非常重要。但是铸钢的成本通常高于铸铁，且其加工难度较大，这也增加了制造成本和时间。因此，设计师在选择动模板材料时，需要综合考虑各方面因素，选择合适的材料，以确保注塑机的高性能和长久稳定运行。

2.3" " 动模板结构设计

结构设计作为锁模动模板设计的核心环节，是保证模板在承受巨大锁模力时不发生变形的关键。为此，在进行结构设计时，设计师需要考虑应力的分布，避免应力集中，以确保锁模动模板具有足够的刚度和稳定性，能承受重复的锁模压力。具体设计步骤如下：

2.3.1" " 确定动模板基础结构

1）尺寸：锁模动模板的尺寸精度直接影响到模具的定位精度。设计师在进行设计时，需根据注塑机的型号，模具的长度、宽度和高度，确定动模板的尺寸，以确保动模板的尺寸在满足模具安装和定位要求的前提下，具有足够的支撑强度和刚性。此外，考虑到锁模动模板需要与定模板、拉杆、移动模板等部件配合工作，设计时还需精确计算接口尺寸和公差，确保各部件之间的顺畅配合和运动精度。

2）锁模力：锁模力是锁模动模板设计中的核心参数之一，不同型号的模具需要不同的锁模力和开模行程，会对动模板的设计产生一定的影响。为此，在进行设计时，设计师需要根据产品材料的流动性、模具的复杂程度以及预期的生产量来计算所需的锁模力，且锁模力必须足够大，才能确保熔融塑料注射过程中模具不会打开。

3）开模行程：开模行程是指模具打开的最大距离，它决定了产品的取出方式和自动化程度。设计师需根据产品的大小和形状来确定合适的开模行程，以确保产品可以顺利脱模。

4）顶出力：顶出装置的作用是在注塑结束时将塑件从模具中推出。这一过程需要足够的力量和适当的行程来完成，否则极易造成塑件损伤或变形，甚至损坏模具。因此，在动模板的设计阶段，设计师需要根据塑件的材料、形状、大小以及模具的温度确定顶出装置的顶出力，一般材料的黏性越大，所需顶出力也越大。同时，塑件的形状越复杂，则需要越大的顶出力将塑件顶出[1]。为此，设计师需要仔细计算所需的顶出力，并在动模板设计中预留足够的空间来安装顶出装置。

5）顶出行程：顶出行程是指从打开模具到产品完全脱离模具过程中顶针移动的距离。该距离对塑件脱模效果具有一定的影响。如果顶出行程不足，塑件便无法完全脱离模具;若顶出行程过长，则可能导致顶出装置与模具发生干涉，损坏模具或顶出装置，导致产品变形。因此，在进行设计时，设计师需要根据塑件的深度和模具的结构来确定顶出行程，并在动模板上设置相应的限位装置来控制顶出距离，以确保产品能够顺利脱模，避免对产品造成损伤。

6）结构形式：注塑机锁模动模板的主要作用是在注塑过程中固定模具，以确保塑料能准确无误地注入模具内。为此，在设计时，需要确保模板能够均匀地传递锁模力，减少动模板在高压注塑过程中发生变形。最常见的结构模式是阶梯状结构，这种结构的动模板能够通过不同层次的台阶，增加动模板的整体厚度，从而提升模板的刚性。同时，该种结构能更合理地分配锁模时产生的应力（图1），使锁模力更均匀地传递给模具，避免应力集中现象，降低因应力过大导致的模板损伤风险。此外，阶梯状结构还能有效增加模板与模具的接触面积，使其在合模过程中提供更加稳定的支撑，从而减少模具的晃动和位移，这对于提高成型制品的尺寸精度和表面质量十分重要。因此，在选择动模板结构形式时，可根据注塑机类型、制品要求以及生产需求等因素选择适合的结构形式，以实现最佳的生产效率和产品质量。

2.3.2" " 确定主板结构

在注塑机中，动模板的主板承载了模具的大部分重量，这就需要动模板主板具备足够的强度和刚度，以保证其在高速运动和高压锁模过程中不发生变形或损坏。因此，在设计动模板的主板时，设计师首先要严格控制动模板主板的尺寸精度，确保主板的尺寸达到设计要求，并且能够与模具完美对接。其次，还需考虑到主板在注塑机中的安装位置和使用环境。一般来说，动模板主板采用阶梯状结构，四周设有导柱孔和定位销，能与注塑机的其他部件连接。同时，还可在动模板主板上设置一定的加强筋和减重孔，以提高其整体强度，并减轻重量。最后，需要考虑主板在不同工作条件下的应力、应变分布情况，以确保锁模力的均匀传递，避免因力传递不均导致的制品缺陷。

2.3.3" " 导向与定位系统设计

为保证动模板在运动过程中的直线性和平稳性，确保模具的准确闭合，动模板还需拥有高精度的导向和定位系统。为此，设计师需要根据所需的定位精度和速度，在动模板上设计精密的导向与定位系统，以确保模具的快速定位和稳定闭合。具体如下：

1）导向系统：导向系统的主要功能是确保动模板沿预定路径平稳直线运动，防止模板间发生偏移，以减少磨损，提高动模板的运动精度，延长其寿命。为此，设计师在设计导向系统时，首先需选择合适的导向组件，常见的导向组件包括线性导轨、导柱孔和导向筒等。导柱孔和导向筒结构简单，成本较低，但接触面积大，易磨损;线性导轨则能提供更平稳的导向性能，适用于高速和精密注塑机，但成本较高。因此，设计师需要根据机器的性能要求、空间布局以及成本预算来选择适合的导向组件。其次，需合理设计导向布局，以承受运行中产生的负载，确保模板受力均匀，避免偏载导致的异常磨损或损坏。最后，计算导向组件的间距，合理的导向间矩可以保证润滑和散热，以避免过大的间距导致动模板摆动，从而确保模板的稳定性和刚性。

2）定位系统：定位系统是确保动模板与定模板精确对齐，模具实现精准闭合的关键环节。在设计时，设计师需要根据所需的定位精度和速度，选择合适的定位方式。定位销和定位孔相配合作为最常见的定位方式，主要将定位销固定在动模板上，定位孔设置在机器的固定部分，当动模板移动到预定位置时，定位销准确插入定位孔中，实现快速且准确的定位。这种方式结构简单，成本较低，能够保证动模板平稳移动和精准定位。为此，设计师可根据实际需求设计定位系统，以实现模具的精准对位，避免因定位不准确导致的制品缺陷。

2.3.4" " 动模板表面处理

为了提高耐磨性，减少维护需求，锁模动模板的表面通常会进行特殊处理。例如：采用电镀或化学镀的方式，在动模板表面形成一层硬铬或镍层等金属保护层，以增加硬度和耐腐蚀性;或是采用热喷涂或冷喷涂技术，在动模板表面形成耐磨的碳化钨或陶瓷涂层，以应对生产过程中可能遭遇的各种化学物质。动模板表面处理后，对处理过的动模板表面进行精磨，以达到高精度的平整度和光洁度。

2.3.5" " 力学分析

为准确分析动模板的力学特性，首先，建立力学模型。该模型包括所有影响动模板受力的因素，如锁模力、模具反作用力、运动惯性力、导向系统的摩擦力以及温度变化带来的热应力等，并利用有限元分析（FEA）软件进行力学计算和模拟，得出在不同锁模力作用下的应力分布和变形情况。然后评估动模板在受到锁模力时的变形程度，以确保在最大锁模力作用下，动模板的刚度足以抵抗变形，动模板及其连接部件不会发生塑性变形或断裂，从而确保模具合模精度和制品质量。基于力学分析的结果，对动模板的结构进行优化设计[2]，包括合理布置加强筋、减轻不必要的重量、优化力的传递路径等，以提高动模板的承载能力和抗变形能力，降低因结构不合理导致的应力集中现象。

2.4" " 测试与优化

设计完成后，可通过仿真测试和实际运行测试来验证设计的有效性和可靠性，包括有限元分析、样品制作、功能测试和耐久性测试等。通过在注塑机上试运行，可以得到动模板在各种工况下的应力、应变分布情况，以便及时对动模板的结构进行优化设计。根据测试结果对设计进行迭代优化，以提升锁模动模板的性能和可靠性，直至动模板达到预期的性能标准。

3" " 实际应用案例

以某型号注塑机为例，该机型的锁模力为650 t，模具尺寸为900 mm×900 mm。根据这些参数，选用球墨铸铁QT500-7A作为锁模动模板的制作材料[3]，通过增加加强板来提高其刚性和承载能力，确保动模板在承受最大锁模力时不会发生塑性变形。而动模板的主体主板设计成阶梯状结构，中心部分厚、四周薄，依据局部加强的理念，在控制成本的同时确保动模板主体具备足够的刚性。此外，在主板四周设计四个带导柱孔的圆柱体凸台，上下铰耳通过放射状斜向铰耳筋与主板相连，上下铰耳间用连板相连接，导柱凸台末端悬空部分通过横向加强筋与斜向的铰耳筋连成一体，以增加整体强度，实现最佳的支撑效果，如图2所示。

同时，将上述铰耳筋斜向布局，铰耳筋根部向模板中心延伸，铰耳筋与主板之间形成多个空腔结构，在节省铸件用料使动模板轻量化的同时，斜向走势的铰耳筋将作用于铰耳上的力引导传递至模板中心，减少力的传递向非模具接触区域扩散，并与模板中来自模具变形的反作用力形成平衡。通过减少动模板受力方向上空间距离的限制，使主板上载荷分布更加均匀，以降低主板整体的变形量，提高注塑产品质量。最后，在动模板的表面涂覆一层耐高温的防腐材料，以提升其在高温环境下的耐久、防腐性。动模板设计完成后，实际运行测试表明，本次所设计的锁模动模板能够满足注塑机的生产需求，保证产品质量和生产效率。

4" " 结束语

注塑机锁模动模板的设计是一项复杂而精细的工程，不仅要求设计师具备扎实的机械工程知识，还需要具备材料科学、动力学、热力学等多个领域的知识及丰富的实践经验。为此，设计师在设计注塑机锁模动模板时，需要根据注塑机的具体参数，运用现代设计理念进行精心设计。只有这样，才能设计出既满足注塑机高效率、高精度和高稳定性要求，又能满足日益增长的工业生产需求的锁模动模板。这对于提升注塑机的工作效率、产品质量，推动注塑行业发展都具有重要的意义。

[参考文献]

[1] 李霞，张迪迪，王婷婷，等.超声微注塑机合模-锁模-顶出机构的设计与分析[J].中国塑料，2016，30（9）：88-92.

[2] 徐光菊，朱胜鹃，赵翼翔.基于ANSYS的注塑机结构分析及动模板优化设计[J].机电工程技术，2010，39（3）：48-50.

[3] 王佳赟，李国平，柳丽，等.二板式注塑机锁模状态下动模板应力与疲劳分析[J].机械制造，2021，59（3）：28-31.