天津滨海职业学院机电工程系300451
摘要：在塑料产品中，模具设计加工的运用非常广泛。本文有针对性的介绍了常见的方盒类塑料件的模具设计过程，重点讲解了注塑成形工艺分析、模具CAD/CAE，模具的安装调试等。
关键字：注塑模具；模具CAD/CAE；模具安装调试
进入21世纪以来，塑料零件在各个领域、各个行业中已拥有举足轻重的不可替代的地位。市场经济的不断发展，促使塑料产品向多品种、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强塑料产品在市场上的竞争力，于是对制造塑料产品的关键工艺装备----“模具”的要求越来越苛刻。
本文以设计盒类塑料产品为例，简要介绍了注塑模具设计过程，利用UG软件绘出该零件3D结构设计、装配图及主要零件的二维零件图设计，最后讲解了模具安装调试要点，利用华塑注塑模分析软件对模具进行仿真分析。
塑件的成型工艺性分析：该零件为显示屏上盖；产品材料：ABS塑料；产品收缩率：5‰—6‰。塑件参见下图，
1零件图
塑件要求：表面光滑，塑件允许的最大脱模角度为0.5°-1°之间，体积与质量:如图所示：
2塑件数据
ABS塑料的使用性能，无毒、无味，外观呈象牙色半透明，密度为1.05~1.18g/cm3，收缩率为0.4%~0.9%，吸湿性<1%，熔融温度217~237℃，热分解温度>250℃。ABS塑料有优良的力学性能，其冲击强度较好，耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和低转速下的轴承。ABS塑料的热变形温度为93~118℃，可在-40~100℃的温度范围内使用。ABS塑料的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。注射压力60-100MPa，成型时间注射时间20-90s，保压时间0-5s，冷却时间20-120s，适用注塑机为螺杆式。
模具的基本结构设计，确定成型方法，塑件采用注射生产方法，为保证表面质量精度，采用侧浇口浇注，故本次模架选择单分型面注射模；型腔布置，因型腔形状简单，重量较轻，分型面位置简单，可采用多型腔注塑成型，选用一模四腔注塑成型方法；确定分型面，塑件分型面的选择应满足塑件的质量要求：（1）尽量避免熔接痕的产生；（2）便于排气；（3）防止型腔变形和嵌件发生位移；（4）尽量保证用较短的流程充满型腔
如图所示，本次塑件产品的分型面：
3分型面
浇注系统设计，塑件较为简单，因此采用侧浇口浇注系统。推出机构，因塑件整体为嵌入式方盒形状，故此选用整体推出方式，该推出方式结构简单、用力均匀，推出时，变形较小，推出可靠。
注塑模架的选择，注塑模的结构由注塑机的类型和塑件的结构特点所决定，每副模具均由动模和定模所组成。动模安装在注塑机的移动板上，而定模则安装在注塑机的固定板上；注塑时，动模与定模闭合后构成浇注系统及型腔，当模具分开后，塑件留在动模一边，再由设置在动模内的脱模机构顶出塑件。
模具的导向结构，模具闭合后，保证动、定模或上、下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精度。导向机构在模具装配过程中也会起到定位作用，即便于模具的装配和调整。合模时，首先是导向零件接触，引导动、定模或上、下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件的损坏。塑料熔体在充模过程中可能产生单向侧向压力或受成型设备精度低的影响，导柱将承受一定的侧向压力，以保证模具的正常工作。若侧向压力很大或精度要求高时，则不能单靠导柱来承担，需增设锥面定位机构来承担侧向压力。
模具加热、和冷却系统的要求：一般生产ABS塑料的注射模具不需要提前加热注塑机，模具的冷却由两部分组成，一部分冷却水路在型腔内部，另一部分在型芯内部，型腔和型芯的冷却都由两条冷却水路完成。冷却水路如图所示
4冷却系统
模具总装图及模具的装配、试模：模具总装图，如图所示
5模具结构图
模具的安装试模：试模是模具安装的重要环节，对于模具设计要求上来说，试模是必不可少的一部分且对于模具的修改、补充和调整，起到了重要作用。试模前应当对设备进行检查，对模具的闭合高度，要求符合所选设备的技术要求，检查各滑动零件的位置是否正确，要求无松动，安全可靠，紧密牢固，对冷却水路机械部位调整检查，保证处于正常运转状态。模具的安装及调试，要注意以下方面：（1）模具的安装方位要满足设计图样的要求。（2）模具中有侧向滑动结构时，尽量使其运动方向为水平方向。（3）当模具长度与宽度尺寸相差较大时，应尽可能使较长的边与水平方向平行。（4）模具带有液压油路接头、气路接头、热流道元件接线板时，尽可能放置在非操作一侧，以免操作不方便。模具的调试，模具安装于注射机上之后，要进行空循环调整。其目的在于检验模具上各运动机构是否可靠、灵活，定位装置是否能够有效作用，要注意以下方面：（1）合模后分型面不得有间隙，要有足够的合模力。（2）活动型芯、推出及导向部位运动及滑动要平稳、无干涉现象，定位要正确、可靠。（3）开模时，推出要平稳，保证将塑件及浇注系统凝料推出模具。（4）冷却水要畅通，不漏水，阀门控制正常。试模，模具安装调整后，即可进行试模，（1）加入原料原料的品种，规格要符合产品图样的要求，成型性能符合相关标准的规定，原料一般要预选干燥。（2）调整设备按照工艺要求，对设备的各项参数进行调整。（3）试模采用手动操作，试模注塑出产品。检验，通过上面几个环节，可成型完整注塑工件，检查是否符合工艺要求，能否完成批量生产任务，对注塑过程中出现的问题，进行调整，修改。
CAE在设计过程中的应用：根据CAE分充填效果，翘曲变化等，优化浇注系统，冷却系统和顶出系统。1、根据CAE分析熔接纹和气体的集聚状态优化浇注系统。如图所示：
6华塑CAE分析
2、根据CAE分析翘曲的位置，优化冷却系统。如图所示
7华塑CAE分析
本文针对盒类零件的模具结构的设计等方面进行了较详细的阐述，在整个工艺过程的设计过程中，通过分析确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用模具结构，使得零件加工方便、定位精准，并且通过华塑注塑模分析软件的辅助分析，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高，为解决此类零件的模具设计提供了很好的帮助。
参考文献
1、邓昆《UG模具设计技法与典型实例精讲》，电子工业出版社，2008-5
2、屈华昌《塑料成型工艺与模具设计》（第二版）高等教育出版社，2018-09
3、江湘云、刘建华《设计材料与工艺》，机械工业出版社，2008-05