注塑模具的标准化及自动化设计

注塑模具的标准化及自动化设计

陈轩,王晓东,潘利兵,张强,罗小平

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  摘要：我国是世界上最大的包装制造和消费国，塑料包装在包装工业总产值中的比重已超过30%，在食品、饮料、日化、医疗等各个领域发挥着不可替代的作用。生产塑料包装产品的方式多种多样，但大部分都是通过注塑模具生产。在模具行业，质量、成本和时间已经成为产品开发和工程设计的核心因素，现代企业大多以高质量、低价格、短周期的原则参与市场竞争。今天的模具行业，在高端精密注塑模具方面必须进行标准化、模块化和自动化设计，以提高对动态变化的市场的适应性和竞争力。

  关键词：注塑模具;标准化;自动化;设计

  前言

注塑模具应具有优良的成型特性，按照自动化成型的目的全面优化现有的模具设计流程，这一举措从根本上符合当前模具标准化设计的目标。当涉及到特定类型产品的设计时，首先要对成型工艺实施全面优化。这主要是因为，通过优化选择成型工艺的举措应能保证产品质量的稳定，延长模具可运行的寿命并简化现有模具的整体结构。同时，作为模具设计者还需要充分关注模具的生产批次、模具精度要求、加工条件和产品形状等，在此前提下大幅改善现有模具结构。

  1注塑模具标准化概念与意义

  1.1注塑模具标准化概念

  所谓注塑模具的标准化，就是在注塑模具的生产过程中，根据实际情况，制定完善的规章制度和技能文件。标准化在注塑模具生产过程中非常重要，在一定程度上归结为模具生产管理和模具规划的标准化。注塑模具规范的使用将大大缩短注塑模具的计划周期，提高模具计划的准确性和成功率，并降低成本。

  1.2注塑模具标准化发展的意义

注塑模具的标准化是指模具规划的标准化和模具生产加工的标准化，它对注塑产品的生产过程具有重要意义。注塑模具的标准化规划有以下含义：（1）减少产品生产中各种夹具和零件的使用。在企业的生产过程中，企业的生产人员可以根据注塑模具的标准化标准选择合适的模具生产工艺和模具零件，对塑料制品和塑料产品的生产进行科学的安排，从而减少夹具和零件的使用。确保各个生产环节的有序进行。(2)确认不同操作人员的生产任务。通过对注塑模具的计划、生产和处理的标准化，将相应的任务分配给不同的员工，对整个生产过程进行适当的协调和处理，完成对生产内容和人员的科学安排。

  2.注塑模具的标准化设计

  2.1制品工艺分析与设计

在实际的产品设计过程中，要保证成型工艺处于完美状态，只有这样才能帮助企业控制材料消耗，减少部分工序，延长模具的使用寿命，使其自身结构始终处于良好状态，保持产品设计的质量，操作起来也很方便。在具体设计时，工作人员往往事先准备一些成型工艺方案，根据产品质量和生产要求进行选择，事先确定设备占用情况，明确工艺成本、安全要求等，最后确定最适合的成型工艺。管理人员应根据具体的注塑模具形状特点、生产批次等，明确产品结构类型。也可以通过计算来选择模具类型，避免出现不合格的生产等问题。

  2.2模具成型零件设计

  从模具成型工艺的角度来看，相关工作人员需要保证零件与模具产品形状处于匹配状态，常见的模具类型有模具凹模、凸模和模具镶件。一般来说，模具零件的设计大多集中在凸模和凹模的型腔设计上，其次是型芯的设计。对于型芯和型腔的形状和结构的设计，应与合格的产品要求相匹配，以提高模制件设计的成功率。

  2.3模具整体结构设计

  2.3.1做好模具精度设计工作

一般来说，公差标识之间往往存在一定的差异，这也导致塑料模具的生产过程受到很大影响。因此，在具体的模具设计中，相关工作人员应结合具体情况，制定合理的分析步骤。例如，对于一些精度不高的模具设计，可以选择较低的公差标注。通过这样的设计过程，塑料模具设计不仅可以减少误差，还可以实现整个设计过程的优化，提升消费者的认可度。如果模具精度要求高，那么公差标准要求也应相应提高。虽然提高公差标准后，准备过程会变得复杂，但可以保证塑料模具的尺寸处于精确状态，保证模具的实用性。

  2.3.2模具导向装置设计

由于塑件结构本身的高度复杂性，型腔和型芯也是以组合的形式出现的，这给设计工作带来了许多新的困难。另外，塑件中往往存在一些孔洞和凹模结构，甚至需要从侧面拉出中间的斜芯等结构，操作起来比较麻烦。

  2.3.3脱模、卸料等抽芯设计

如果塑件要保留在定模之中，顶出结构的加装必不可少。其中，最为常见的顶出机构為一次顶出，该机构只需要进行一次动作便能完成塑件脱模任务。

  2.3.4设计冷却系统

模具温度控制系统可以根据人们的需求对模具进行加热或冷却，只有将模具温度控制在合理范围内，工作人员才能更好地完成生产和设计任务。由于塑料材料的不同，面临的模具温度要求也不一致。如果模具的流动性很强，当模具温度降低时，裂纹问题就可以得到控制。如果流动性很差，可以通过提高模具温度来控制塑料件内部的应力。总的来说，在模具设计中，模具温控系统具有重要意义，有些模具企业为了缩短模具生产时间，把温控系统的加工步骤省略了，前期没有对模具实施加热或冷却操作，这样很容易导致模具在使用中出现问题。企业应尽可能地保证模具内部的热平衡效果，使模具温度分布均匀。例如，在冷却水孔的位置设计上，首先要保证冷却水与塑件各部分的距离同步，具体范围在10～15mm。然后将水孔与熔胶最后融合的地方尽可能的缩小。水管要避免与其他模具机构接触，如顶杆、侧边抽芯等。定模中的运水位置尽量与胶位接近，如果是小型模具生产动模内的冷却水，其最佳通道是外圈，如果是大型模具，水路设计应保持多层设计特性，为后续工作的开展创造有利条件。

  3注塑模具自动化设计

  3.1评估与自动报价

  在报价时，如果报价过高，可能会被报价更准确的企业抢走合同，如果报价过低，企业可能会在这次合作中蒙受损失。为了维护企业的利益不受影响，有关部门应建立与本公司相匹配的自动报价系统，以解决报价慢、报价不准确的问题。到目前为止，许多较大的模具企业都建立了自己的报价系统，准确率极高。

  3.2输入产品模型

  相关研究表明，模具制造商在制作模具时需要很多原始模型参数，单一软件无法完成所有参数的采集。因此，制造商可以选择市场上一些不常用的软件或专门的软件来保证原始数据的采集，以获得完整的数据。如果单纯依靠CAD等软件系统，很容易使产品的设计出现问题。

  一些企业为了节约成本，选择在市场上购买一些数据转换器。虽然开销不大，但转换器所携带的系统在大多数情况下只能使用一次，从长远来看还是不利于公司的可持续发展，而且所消耗的资金可能比专业软件的要高。为了避免此类问题，一些公司建立了在线转换服务模式。这种服务属于有偿服务范畴，按使用次数收费，比购买转换软件更合理。

  3.3完备产品模型

  当模具生命周期完成后，便会进入到完备产品模型阶段。此时，模型中的一些部分并没有完成设计，只是有了大致的款式和花样，能够给生产厂家提供参考，至于后续的模型细节设计，主要由模具制造厂家进行。

  3.4自动产生模具

  在实际的产品模型修整过程中，相关工作人员要保证其能够顺利加工，这也是模具生成阶段最重要的环节。一般来说，模具制作的主要步骤包括以下两个方面：①制作模芯部分；②制作模架和其他部件。到目前为止，普通的注塑模具设计软件可以依靠一般的外部软件，或者二次开发操作，来实现模具的大规模自动生产。

  3.5加工准备

  在对模具零件进行加工之前，工作人员应做好准备工作，重点关注一些需要修整的零件，选择合适的加工工具，如果需要修整的零件无法通过工具实现，应使用精密度较高的仪器设备或工艺来实现。其中，最常用的手段是放电加工，做好修整工作后，继续进行正式的加工操作。

  4模具设计技术未来发展趋势

  4.1多集成趋势

  随着现代科技的不断发展，模具设计也需要跟上现代科技水平的步伐，改变以往单一的生产和设计模式，将技术应用和人力资源等结合起来，实行综合管理，树立全新的一体化设计理念。模具设计涉及的知识领域很广，也需要应用很多学科的知识，除了机械设计理论和模具设计理论外，还包括光学、热力学等，这也是综合模具设计发展的根本所在。

  4.2智能化趋势

  智能化技术的发展为模具设计和制造创造了更多的可能性，整个生产过程也具有智能化的特点，保证了模具各个设计环节的有效性和合理性。更重要的是，通过智能技术的引领，无论是模具设计阶段还是模具制造阶段，都可以实现人工与模具系统的全面结合，为后续的模具制造和开发创造有利条件。

  4.3网络化趋势

  未来的模具设计中，网络技术的应用会越来越深入，尤其是软硬件技术的结合是目前模具设计中不可缺少的重要环节。从这里我们也可以看出，网络化趋势在现阶段的模具生产中已经非常明显，而且也有很多跨国合作生产模具的先例，后续这种网络化生产的趋势还会继续，深度会越来越高。

  结束语

  注塑模具的标准化和自动化设计，可以实现以下目标： 第一，使复杂无序的生产和操作变得有序，减少工具和夹具的使用种类；第二，实现批量化生产，降低设计和加工成本，提高零件的互换性；第三，模具的三维设计可以立体、直观地再现尚未加工出来的模体，将设计信息直接存储在计算机中进行加工。真正实现了CAD/CAE/CAM的一体化，减少、避免了图纸加工； 第四传统工艺的模块特点得到了准确的保留和传承。

  参考文献 

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[2]孙玉祥.注塑模具的标准化及自动化设计研究[J]J无线互联科技，2014（8）：163.

[3]彭志荣.注塑模具的标准化及自动化设计[J].硅谷，2013（8）：119.

[4]张栋梁，刘飞。注塑模具设计中的参数化[J]桂林航天工业高等专科学校学报，2009，14（3）：300-303.