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摘要：机械制造业的发展，对模具成型设计提出更高要求。本文着重从设计任务、设计图纸、原材料筛选、参数标准、成型结构和软件设计等方面，探析机械制造模具成型设计相关问题。
关键词：注塑；成型；模具设计
引言
近年来，我国注塑模具行业发展十分迅速。根据相关资料，我国塑料模具在总模具行业所占比例高达 35%，在进出口中也十分可观。随着中国航空航天、电子信息、家用电器、机械、船舶和汽车等相关产业的快速发展，所占行业比例还在逐步上升。模具生产的工艺水平及科技含量的高低，已成为权衡一个国家科技与产品制造水平的重要指标，它在很大水平上决议着产物的质量、效益、新产物的研发，决定着一个国家制造业在国际的竞争优势，而注塑模具更是生产各种工业产品的重要工艺装备。
1注塑成型工艺
注塑成型是一个循环过程，完成注塑成型需要经过预塑、注塑、冷却定型3个阶段。
（1）预塑阶段。螺杆开始旋转，然后将从料斗输送过来的塑料向螺杆前端输送，塑料在高温和剪切力的作用下塑化均匀并逐步聚集在料筒的前端，随着熔融塑料的聚集，压力越来越大，最后克服螺杆背压将螺杆逐步往后推，当料筒前部的塑料达到所需的注塑量时，螺杆停止后退和转动，预塑阶段结束。
（2）注塑阶段。螺杆在注塑油缸的作用下向前移动，将储存在料筒前部的塑料以多级速度和压力向前推压，经过流道和浇口注入已闭合的模具型腔中。
（3）冷却定型阶段。塑料在模具型腔中经过保压，防止塑料倒流直到塑料固化，型腔中压力消失。一个生产周期中冷却定型时间占的比例最大。
注塑过程是一个周期性循环过程，每个循环内要完成模具关闭、填充、保压、冷却、开模、顶出制品等操作。其中，注塑（熔体填充）、保压和冷却是关系到能否顺利成型的3个关键环节。然而熔体的流动行为和填充特性又和填充的压力、速度以及熔体的温度密切相关，了解熔体的流动行为等相关特性，对于设计整个注塑工艺意义重大。
2注塑模具的结构
2.1单分型面注塑模具
单分型面注塑模具也称两板式注塑模具，常见于大水口注塑成型模具中。这类模具结构简单，对塑件成型的实用性强，因此应用非常广泛。这种模具的缺点是浇口大，因此往往还要增加一道去除浇口的工序，而且在制品表面会留下浇口痕迹。因此，适用于对制品表面要求不高的模具。
2.2多分型面注塑模具
多分型面注塑模具有两个或两个以上的分型面，其中以双分型面最为常见。双分型面注塑模具常称为三板式模具，由于这种模具常用于点浇口进胶的产品，因此，亦称细水口模具。双分型面注塑模具应用极广，主要用于设点浇口的单型腔或多型腔模具，侧向分型机构设在定模一侧的模具以及塑件结构特殊需要按顺序分型的模具。第一次分型的目的是拉出浇道的凝料，第二次分型拉断进料口使浇道的凝料与塑件分离，从而顶出的塑件不需要再进行去除料道凝料的处理。
2.3斜导柱侧向抽芯注塑模具
当塑件侧壁有通孔、凹穴、凸台等特征时，其成型零件就必须做成可侧向移动的，带动型芯侧向移动的整个机构称为侧向抽芯机构或横向抽芯机构。侧向抽芯机构种类很多，有斜导柱侧向抽芯、液压抽芯以及气动抽芯等，其中最常见的是斜导柱侧向抽芯机构。开模时，斜导柱先带动滑块往外移，当侧型芯完全脱出产品时，顶出机构才开始动作，顶出制品。
2.4斜销内抽芯注塑模具
当产品的内部有倒扣时，需要使用斜销来成型这些倒扣位，把这类带有斜销的模具统称为斜销内抽芯注塑模具。这类模具结构相对复杂，需要在模具上增加斜销机构。开模时，先打开前、后模，然后注塑机的顶出机构推动模具的顶板往脱模方向运动，此时，斜销慢慢脱出产品的倒扣位，完全脱出后，通过模具上的脱料机构顶出制品。
2.5热流道注塑模具
由于快速自动化注射成型工艺的发展，热流道注塑模具正被逐渐推广使用。它与一般注塑模具的区别是注射成型过程中浇注系统内的塑料是不会凝固的，也不会随塑件脱模，所以这种模具又称无流道模具。这种模具的主要优点如下：基本上实现了无废料加工，既节约了原材料，又省去了切除冷料工序。减少进料系统压力损失，充分利用注射压力，有利于保证塑件质量。因此，热流道注塑模具结构复杂，成本高，对模温的控制要求严格，适合于大批量生产。
3注塑成型模具设计的要点
3.1收集、分析、消化原始资料
收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用。
（1）消化塑料制件图，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。
（2）消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。成型材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。根据塑料制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、膠接性或者焊接性等要求。
3.2选择成型设备
根据成型设备的种类来进行模具，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。例如对于注射机来说，在规格方面应当了解以下内容：注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见相关参数。要初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。 3.3具体结构方案
确定模具类型，如压制模（敞开式、半闭合式、闭合式）、铸压模、注射模等。确定模具类型的主要结构，选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备，理想的型腔数，在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。对塑料制件的工艺技术要求是要保证塑料制件的几何形状，表面光洁度和尺寸精度。生产经济要求是要使塑料制件的成本低，生产效率高，模具能连续地工作，使用寿命长，节省劳动力。
3.4绘制成型结构图纸
绘制模具成型总装图、零件工作图，要依照国家标准、行业规范，严格遵循设计目标绘制。比如，需要明确成型形状、浇口位置，在总装图标注俯视图，保留相应动模位置，明确模具外形尺寸、装配尺寸、极限尺寸及技术条件等明细参数信息。
4选择模具成型设计软件
模具成型设计中常用的软件有CAD/CAM辅助设计软件，该软件可以实现与数字、数控等技术的有效关联，且在设计实践中，能够对所需的参数进行定量表达、存储和控制，确保模具成型设计的系统性优化与运算。同时，利用数字建模、仿真软件与CAD/CAM软件进行动态设计，可以降低设计成本，提升模具成型设计效率。比如，利用Power Solution CAD/CAM软件，可以实现几何建模、工业设计、制图、数字仿真、数控编程、测量分析等集成化功能设计，各功能模块相对独立，以数据接口进行联用运行，提升了软件应用的兼容性、开放性水平。在三维模具成型设计软件中，以立体化设计来实现3D型腔、型芯结构、模架配置和结构优化。比如，Pro/E和CATIA软件，Mold？ow Advisers三维真实感流动模拟软件，以及3D Quickfill、Z-mold等三维设计软件。
结束语
针对模具成型设计，随着机械加工精度、技术指标要求的提升，也需要引入先进制造技术来满足成型设计任务。结合实际情况将UG与 Auto CAD 软件联合设计过程，分析得出，利用CAD燕秀工具箱作模具后期设计不仅可以缩短工作时间，亦可减少操作次数。
参考文献：
[1]塑料模设计手册编写组.塑料模设计手册[M].北京：机械工业出版社，2001.
[2]黃虹.塑料成型加工与模具[M].北京：化学工业出版社，2003.
[3]唐志玉.大型注塑模具设计技术原理与应用[M].北京：化学工业出版社，2004.
关键词：注塑；成型；模具设计
引言
近年来，我国注塑模具行业发展十分迅速。根据相关资料，我国塑料模具在总模具行业所占比例高达 35%，在进出口中也十分可观。随着中国航空航天、电子信息、家用电器、机械、船舶和汽车等相关产业的快速发展，所占行业比例还在逐步上升。模具生产的工艺水平及科技含量的高低，已成为权衡一个国家科技与产品制造水平的重要指标，它在很大水平上决议着产物的质量、效益、新产物的研发，决定着一个国家制造业在国际的竞争优势，而注塑模具更是生产各种工业产品的重要工艺装备。
1注塑成型工艺
注塑成型是一个循环过程，完成注塑成型需要经过预塑、注塑、冷却定型3个阶段。
（1）预塑阶段。螺杆开始旋转，然后将从料斗输送过来的塑料向螺杆前端输送，塑料在高温和剪切力的作用下塑化均匀并逐步聚集在料筒的前端，随着熔融塑料的聚集，压力越来越大，最后克服螺杆背压将螺杆逐步往后推，当料筒前部的塑料达到所需的注塑量时，螺杆停止后退和转动，预塑阶段结束。
（2）注塑阶段。螺杆在注塑油缸的作用下向前移动，将储存在料筒前部的塑料以多级速度和压力向前推压，经过流道和浇口注入已闭合的模具型腔中。
（3）冷却定型阶段。塑料在模具型腔中经过保压，防止塑料倒流直到塑料固化，型腔中压力消失。一个生产周期中冷却定型时间占的比例最大。
注塑过程是一个周期性循环过程，每个循环内要完成模具关闭、填充、保压、冷却、开模、顶出制品等操作。其中，注塑（熔体填充）、保压和冷却是关系到能否顺利成型的3个关键环节。然而熔体的流动行为和填充特性又和填充的压力、速度以及熔体的温度密切相关，了解熔体的流动行为等相关特性，对于设计整个注塑工艺意义重大。
2注塑模具的结构
2.1单分型面注塑模具
单分型面注塑模具也称两板式注塑模具，常见于大水口注塑成型模具中。这类模具结构简单，对塑件成型的实用性强，因此应用非常广泛。这种模具的缺点是浇口大，因此往往还要增加一道去除浇口的工序，而且在制品表面会留下浇口痕迹。因此，适用于对制品表面要求不高的模具。
2.2多分型面注塑模具
多分型面注塑模具有两个或两个以上的分型面，其中以双分型面最为常见。双分型面注塑模具常称为三板式模具，由于这种模具常用于点浇口进胶的产品，因此，亦称细水口模具。双分型面注塑模具应用极广，主要用于设点浇口的单型腔或多型腔模具，侧向分型机构设在定模一侧的模具以及塑件结构特殊需要按顺序分型的模具。第一次分型的目的是拉出浇道的凝料，第二次分型拉断进料口使浇道的凝料与塑件分离，从而顶出的塑件不需要再进行去除料道凝料的处理。
2.3斜导柱侧向抽芯注塑模具
当塑件侧壁有通孔、凹穴、凸台等特征时，其成型零件就必须做成可侧向移动的，带动型芯侧向移动的整个机构称为侧向抽芯机构或横向抽芯机构。侧向抽芯机构种类很多，有斜导柱侧向抽芯、液压抽芯以及气动抽芯等，其中最常见的是斜导柱侧向抽芯机构。开模时，斜导柱先带动滑块往外移，当侧型芯完全脱出产品时，顶出机构才开始动作，顶出制品。
2.4斜销内抽芯注塑模具
当产品的内部有倒扣时，需要使用斜销来成型这些倒扣位，把这类带有斜销的模具统称为斜销内抽芯注塑模具。这类模具结构相对复杂，需要在模具上增加斜销机构。开模时，先打开前、后模，然后注塑机的顶出机构推动模具的顶板往脱模方向运动，此时，斜销慢慢脱出产品的倒扣位，完全脱出后，通过模具上的脱料机构顶出制品。
2.5热流道注塑模具
由于快速自动化注射成型工艺的发展，热流道注塑模具正被逐渐推广使用。它与一般注塑模具的区别是注射成型过程中浇注系统内的塑料是不会凝固的，也不会随塑件脱模，所以这种模具又称无流道模具。这种模具的主要优点如下：基本上实现了无废料加工，既节约了原材料，又省去了切除冷料工序。减少进料系统压力损失，充分利用注射压力，有利于保证塑件质量。因此，热流道注塑模具结构复杂，成本高，对模温的控制要求严格，适合于大批量生产。
3注塑成型模具设计的要点
3.1收集、分析、消化原始资料
收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用。
（1）消化塑料制件图，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。
（2）消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。成型材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。根据塑料制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、膠接性或者焊接性等要求。
3.2选择成型设备
根据成型设备的种类来进行模具，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。例如对于注射机来说，在规格方面应当了解以下内容：注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见相关参数。要初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。 3.3具体结构方案
确定模具类型，如压制模（敞开式、半闭合式、闭合式）、铸压模、注射模等。确定模具类型的主要结构，选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备，理想的型腔数，在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。对塑料制件的工艺技术要求是要保证塑料制件的几何形状，表面光洁度和尺寸精度。生产经济要求是要使塑料制件的成本低，生产效率高，模具能连续地工作，使用寿命长，节省劳动力。
3.4绘制成型结构图纸
绘制模具成型总装图、零件工作图，要依照国家标准、行业规范，严格遵循设计目标绘制。比如，需要明确成型形状、浇口位置，在总装图标注俯视图，保留相应动模位置，明确模具外形尺寸、装配尺寸、极限尺寸及技术条件等明细参数信息。
4选择模具成型设计软件
模具成型设计中常用的软件有CAD/CAM辅助设计软件，该软件可以实现与数字、数控等技术的有效关联，且在设计实践中，能够对所需的参数进行定量表达、存储和控制，确保模具成型设计的系统性优化与运算。同时，利用数字建模、仿真软件与CAD/CAM软件进行动态设计，可以降低设计成本，提升模具成型设计效率。比如，利用Power Solution CAD/CAM软件，可以实现几何建模、工业设计、制图、数字仿真、数控编程、测量分析等集成化功能设计，各功能模块相对独立，以数据接口进行联用运行，提升了软件应用的兼容性、开放性水平。在三维模具成型设计软件中，以立体化设计来实现3D型腔、型芯结构、模架配置和结构优化。比如，Pro/E和CATIA软件，Mold？ow Advisers三维真实感流动模拟软件，以及3D Quickfill、Z-mold等三维设计软件。
结束语
针对模具成型设计，随着机械加工精度、技术指标要求的提升，也需要引入先进制造技术来满足成型设计任务。结合实际情况将UG与 Auto CAD 软件联合设计过程，分析得出，利用CAD燕秀工具箱作模具后期设计不仅可以缩短工作时间，亦可减少操作次数。
参考文献：
[1]塑料模设计手册编写组.塑料模设计手册[M].北京：机械工业出版社，2001.
[2]黃虹.塑料成型加工与模具[M].北京：化学工业出版社，2003.
[3]唐志玉.大型注塑模具设计技术原理与应用[M].北京：化学工业出版社，2004.