贝博ballapp·塑料模具设计
前言：塑料的成分主要有树脂、填充剂、增塑剂、着色剂和稳定剂等，在现实生活的应用非常普及，比如：电视机、洗衣机、塑料袋、计算机、西门子电机等。制造出这些塑料工艺品的主要设备就是塑料模具，模具的设计主要是模具的设计方案构思。关于模具的设计，目前有很多方法，塑料模具厂商最经常用的是经验试模定工艺方法，但是这种方法也已经陈旧。
Pro/e具有强大的造型功能，而反求工程是至今为止产品设计的一种新方法，在很多领域中具有不可估量的前景。
当前，绝大多数反求工程的研究和应用都集中在重建产品实物的CAD模型和产品制造上，这种行为就叫做实物反求工程。反求工程要最终形成CAD模型的工序很复杂，他要经过数据采集、点云模型预处理、曲线或曲面的重构等许多复杂的环节。Pro/e也要经过输入点集、创建包络、创建小平面和曲面四个环节才能形成处理逆向的一个完整流程。Pro/e完整的逆向解决方案有两个特征，一个是重新造型特征，另一个是野火版的小平面特征。
软件系统的模块是模具设计的主要手段，它几乎提供了模具设计所需要的所有功能。模具设计的流程是先利用软件系统的模块建立出塑料产品模具的三维模型，第二步是利用型腔模块设计模具的构建，第三步也是最后一步，是设计模具的模架。塑料模具设计好之后就可以按照模具设计进行模具装配和模具组建了。其中PTC公司推出Pro/e软件所具有的一系列功能是设计模具最方便的装备，它几乎囊过了模具设计所需要的所有功能包括模具的零件装配和模具开发。
计算机辅助模具设计主要探讨的是塑料注射成型的塑料产品中，影响产品质量的主要工艺参数，并用鲜明的例子说明了计算机辅助流动模拟技术在塑料模具设计中的引导作用。
模具设计出来后，在注射过程中影响塑料工艺品的因素有很多，C-MOLD[1]经过长时间的研究，终于研究出影响塑料工艺品注射成型品质的一些工艺参数，它们分别是注射温度、注射压力、设置螺杆行程转换的开关位置和设置的注射速度和排气等方面。在塑料工艺注型过程中，冷却介质的温度一般小于型腔表面的温度，通常比型腔表面的温度低10-20摄氏度。如果模具温度大于或等于40摄氏度了，需在模具固定板和模具两者之间增加一个隔热的装置。注射温度是模具注射的主要技术参数，而注射压力是主要的工艺参数，在塑料模具注射成型中受到普遍的关注。
塑料模具设计实例运用的是C-MOLD的软件系统对XX家电产品的模拟[2]。在模具设计构思阶段，采用流动模拟的方法寻找结构参数的设计是提高模具设计品质的有效手段，也是一次性试模成功的好方法。
西门子公司是大型的电机的著名制造厂，它在电机模具设计和制造方面有许多先进的技术。其中包括典型的结构图、绘图法、模具制造工艺等诸多方面，都有自己的独特特点。模具设计和制造的独特之处如下：
（1）典型的结构图。在设计图结构要素基础上对冲膜相应地方进行独特化设计的方法就是典型结构设计。以西门子磁极冲片来举例说明，西门子公司在设计磁极冲片时，先把磁极冲片所需的结构和各种零件先固定下来，然后画出新模具的平面图，这样的方法只需绘制一张模具设计图就可以了。绘制模具图采用平面绘图的方法主要有两个好处，一是作为绘制模具的图纸，二是用于模具各种板块和零件的确定，作为生产模具的一个样板。这样，就不再需要画模具的各种零件图了，省时又省力。
（2）电机模具的制造工艺。西门子公司在制造模具时，模块全部用线切割来加工的方法，粗切、精切都有适度的尺寸和公差。用淬火前铰孔、淬火后磨孔来固定模块。这种工艺法不仅能使电机模具的制造简单化还可以降低成本，一举两得为西门子公司的发展做出了巨大贡献。
（3）模具模块的毛坯和磁轭冲模。大多数模块的毛坯都是购买材料公司的，但是购买回来的模块毛坯粗糙，需要进行精加工才能用来制作模具。磁轭冲片的特点是材料厚、形状千奇百怪而且尺寸大。它的设计制造都很复杂而且成本高昂，西门子的狄纳莫厂抛弃常用的多极复合冲模，改为单极冲模，不但节省了工序还为公司降低了成本。
随着塑料在世界各国的普及，塑料行业的发展越来越迅速。依附于塑料的模具设计行业也因塑料行业的发展而快速发展，文章先阐述了Pro/e与反求工程在塑料模具中的应用，然后探讨了提高模具注射成型塑料工艺品的质量的主要注射温度、注射压力等参数，最后阐述了西门子电机模具的设计，从三个方面着手探讨了塑料模具的设计。
[2]项辉宇.计算机辅助塑料模具设计和工艺改进[J].山东工业大学机械学院，CAD中心200072-73
现阶段，塑料制备技术不断升级，表现出快速发展态势，有效提升了通用工程塑料的强度及其加工精度。在此大环境下,其得到了广泛的推广与普及,并在汽车、家电、建筑等各个行业获得了广泛应用。目前，塑料工业突飞猛进，主要得益于模具制造业的发展。塑料成型主要需依靠模具，这是大家都认可的事情，而制品的质量与产量主要由塑料成型过程中所使用的模具品质决定。其中，模具的流道结构、尺寸、熔体浇注方式、排气设置、分型面等都会在一定程度上对塑料制品的尺寸控制精度、外观、力学性能及其内部应力分布造成显著影响。在现代机械当中，齿轮的运用范围最广。相较于其他传动机构，齿轮具有紧凑结构，同时其运行过程具有良好可靠性、效率高，使用时间长，可有效确保恒定的传动比，适用速度范畴广阔。相较于直齿轮,斜齿轮中的齿轮和它的轴线存在一定偏差,两个轮的转向是相反的，传动平稳的冲击力不大，对高速传动更为适用。然而，轴向力较强。目前，塑料斜齿轮被大量用于钟表、设备仪器、玩具等多个应用领域。然而，因斜齿轮的形状比较独特，无法通过开模方式从模具中推出斜齿轮，所以应该进一步考虑采用旋转脱模结构。
聚酰胺6(PA6)具有对疲劳、磨损、热度、油的耐受力好、坚韧、抗冲击强度高、良好的吸水性、抗霉菌等优势，为晶体结构材料，因此其熔点高，熔融温度范畴偏小，在处于熔融状态时其热稳定性小，当料温大于300℃时，滞留时间一旦达到了半小时，就特别容易发生分解作用；PA6比较容易吸湿，需要对其进行预热使其干燥后再进行后续成型过程，确保含水量不大于0.3%。PA6具有良好的流动性，溢边值0.02mm，为了有效避免出现流涎问题，应通过自锁型喷嘴注射螺杆式注射剂，同时为螺杆配置相应的止回环；PA6在成型阶段具有较高的成型收缩率，具有明显的取向性，容易出现凹痕、缩孔、变形等诸多问题，所以成型条件确保处于稳定状态。PA6融料冷却速度会给结晶、塑料性能及其结构产生十分显著的影响，因此在具体操作过程中务必要对模温实施合理管控，通常应将其控制在60~90℃的范围内，针对透明度好、伸长率高、柔软性能良好的薄壁塑件应当设置低模温，而针对耐磨性能优越、硬度高、且使用过程中不会出现明显变形的后壁塑件，应设置高模温；成型条件会严重影响到缩孔、塑料成型收缩、凹痕，在设置料筒温度的过程中务必要结合塑件形状、聚酰胺类型、注射机种别等进行设定，柱塞式注射机应当区高温，通常而言，料温应控制在300℃范围内，温度愈高表示收缩愈大，飞边的可能性也越大，非常适用于制备化工、耐磨零件、仪表、传动结构等。
能否选出合适的分型面，会在一定程度上影响到模具制造、塑件质量及其使用性能,会对模具的结构种别产生决定性影响，同时这也是设计模具过程中的最关键一环。因此，在进行模具设计的过程中，务必要全面统筹制品的尺寸精度、推出方式、制造技术、结构方式等因素，基于此选出合适的分型面。图1为分型面位置及其结构的示意图,在这当中A-A表示的是分型面。如此，既能最大限度的将分型面给外观产生的影响降至最低，其所形成的溢料边易进行修整。同时，要把A-A面当成分型面，依靠齿轮内孔型芯带动，可以使塑件开模时保留动模，便于设计旋转型的脱模结构。此塑件是斜齿轮类型，所以脱模的流程值得相关人员重视。把A-A面当成分型面，在动模内留置大多数齿轮齿面，从而便于此问题得到一定处理。
通常情况下，多型腔模的排列方式包括H形、直线、圆形、复合排列类型等多种形式，在设计过程中要尽可能的采取平衡式排列的方式，从而有助于建立起平衡式浇注系统,为塑件质量的稳定、统一作保障。同时，要尽可能的提高型腔排列的紧凑性，将模具尺寸控制在最小范围内。本设计结构为圆形的一模四腔结构，下图2为其排列方式。
旋转脱模机构为此次设计的关键所在，此脱模方式指的是塑件与型腔间分离时，塑件与型腔之间存在相对旋转运动。目前我们生活中应用的许多产品都是通过旋转脱模方式得到的，比方说螺钉的螺纹等。在设计旋转脱模装置的过程中,可通过以下两类策略实现，第一种是型腔保持静止状态而塑件进行旋转；第二种是塑件保持静止状态而型腔发生旋转。本设计采用的是第二类方案，实际脱模结构如图3所示。先打开分型面，因为受到包紧力作用，此时动模的小型芯将被塑件紧密包裹，此时塑件与动模一起脱模，动模的主型芯、小型芯以及塑件都不会旋转，值进行方向朝下的开模运动。在开模阶段，型腔会受到来自于斜齿轮塑件的圆周方向分力作用，使型腔出现旋转。为了能够使型腔发生旋转，需设置深沟球轴承结构，从而便于其发生转动。一旦模具开模，塑件将逐步由型腔内脱离，此时即可以推杆把塑件由动模小型芯上推出。相较于齿轮旋转脱模机构，此类轴承旋转脱模优势主要有:（1）防止出现相互干扰，让推出机构更为简洁;（2）模具结构更为简化，在确保功能不发生变更的基础上把齿轮机构改用一个轴承代替,不仅大大简化了模具结构，还节约了成本。然而此方案也有不足，因为动模小型芯一般只有很小的表面积，不能有效提供脱模所需的包紧力，此时塑件是否能够正常脱模将由动模小型芯包紧力所决定。为此，可考虑使用脱模剂，对型腔表层实施抛光处理，让其粗糙度达到Ral.4。
浇注系统是指注塑模具中从主流道起始位置到型腔部位为止的塑料熔体进料通道，通常而言，可将其分为常规流道浇注系统以及无流道浇注系统两类。要想生产出品质优良的塑料制品，就必须设计出合理的、完善的浇注系统，从而让那些源于注射喷嘴的塑料溶体能够成功而又平稳的压实、冲模、保压。采取点浇口的浇口形式，如此能有利于确定浇注位置，浇口周围的变形问题不显著,多型腔易使浇注系统处于平衡状态。此外，选定浇口位置也是相当重要的一环，这将对塑件成型质量产生巨大的影响。在此过程中往往会采取Moldow软件选定模具的浇口位置，实施浇口位置剖析，待网格划分完毕后实施全盘研究，如下图4所示。图4浇口位置模拟分析为充分符合自动化生产的需求，浇注系统应在塑件完成脱模后能够自动脱落并凝料。本设计中，应依托点浇口将塑件与浇注系统连接起来，使塑件在脱模阶段能够自动脱离模具[2]。如图5所示，是自动凝料脱出的机构示意图。在开模阶段，应该首先将A-A分型面打开，塑件开始脱离，由拉料杆拉住浇注系统的凝料，防止其脱离浇口套。之后将B-B分型面打开，使主流道中的凝料从浇口套中发生脱离，最终浇注系统的凝料彻底脱离模具并从A-A分型面敞开部位分离出去[3]，从而实现浇注系统凝料脱离过程的自动化控制目标。
塑料斜齿轮是一种重要的机械传动零件，其有着无噪音、传动平稳、耐磨损等诸多优势，因此被广泛的运用到现代工业产品上。然而，在设计注塑模具结构的过程中，必须克服塑料斜齿轮成型之后的脱模这一难题。本文针对PA6塑料斜齿轮塑件实施一模四腔的注塑模具结构设计和研究，确保斜齿轮塑件能够成功的脱模。
[1]杨扬，董斌斌，刘春太.纤维增强PA66注塑熔接痕性能的工艺优化[J].工程塑料应用，2004,32(3):32~34.
[2]杨风霞,姜小莹,汤波.工艺参数对注塑件熔接痕性能的影响[J].塑料工业，2006,34(9):33~35.
[3]曹宏深，赵仲治.塑料成型工艺与模具设计[M].北京:机械工业出版。
