時間：2022-11-28 06:55:26
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論文摘要:隨著塑料工業的飛速發展及塑料制品在各個領域的推廣應用，產品對模具的要求也越來越高。同時也對專業設計人員的經驗提出了更高的要求，在塑料制品模具設計時制品材料的選擇是決定產品性能的重要因素。還有制品壁厚等問題是輔助設計軟件所不能解決的，要需要專業設計人員長時間經驗的積累才能做好的。因此本文就塑料制品模具設計中若干重要問題做以簡要的討論。
在我國塑料工業發展中，計算機的應用起到了重要作用。計算機技術在模具設計領域的應用，大大縮短了模具設計時間，尤其計算機輔助工程（CAE）技術的大規模推廣，解決了塑料產品開發、模具設計及產品加工中的薄弱環節。更在提高生產率、保證產品質量、降低成本等方面體現出現代科技的優越性。但是現代技術并不能替代專業設計人員的經驗，在塑料模具設計時制品材料的選擇是決定模具設計時模具材料選用的重要因素。怎樣選用合適的材料，是模具設計中一個重要的問題。
一、塑料制品材料的選用對模具設計的影響
一般來說，并沒有不好的材料，只有在特定的領域使用了錯誤的材料。因此，設計者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性能，并仔細測試這些材料，研究其與各種因素對成型加工制品性能的影響。本文只就傳統的熱塑性材料進行分析以說明問題。在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無定型塑料和半結晶性塑料。這兩類材料在分子結構和受結晶化影響的性能上有明顯不同。一般來說，半結晶性熱塑性塑料主要用于機械強度高的部件，而無定型熱塑性塑料由于不易彎曲，則常被應用于外殼。這是材料選用的大框，其次，還要根據填料和增強材料繼續選擇。
（一）根據填料和增強材料進行選擇的分析
熱塑性塑料可分為未增強、玻璃纖維增強、礦物及玻璃體填充等種類產品。玻璃纖維主要用于增加強度、堅固度和提高應用溫度；礦物和玻纖則具較低的增強效果，主要用于減少翹曲。玻璃纖維會影響到成型加工，尤其會對部件產生收縮和翹曲性。所以，玻璃纖維增強材料不能被未增強熱塑性塑料或低含量增強材料來替代，而不會有尺寸改變。玻璃纖維的取向由流動方向決定，這將引起部件機械強度的變化。試驗（從注射成型片的橫向和縱向截取了10個測試條，并在同一個拉力測試儀上對它們的機械性能進行了比較）表明，對添加了30％玻璃纖維增強的熱塑性聚酯樹脂，其橫向的拉伸強度比縱向（流動方向）低了32％，撓曲模量和沖擊強度分別減少了43％和53％。
在綜合考慮安全因素的強度計算中，應注意到這些損失。
在一些熱塑性塑料中加入了一系列增強材料、填料和改性劑來改變它們的性質。由這些添加劑產生的性能變化必須認真地從手冊或數據庫中查閱，更好的是聽取原材料制造廠家的專家的技術建議。以選用最為合適的材料。
（二）考慮濕度對材料性能影響
一些熱塑性材料，特別是PA6和PA66，吸濕性很強。這可能會對它們的機械性能和尺寸穩定性產生較大的影響。在進行設計時，應特別注意這種性能，考慮其對產品性能的影響。
模具材料的選用取決于制品材料，細致分析制品材料后，才能在模具設計時選用最為合適的模具材料。
（三）塑料制品模具材料選用
細致分析塑料制品使用的材料后，選取最為合適的模具材料。目前我國市場常見的、適合熱縮性材料的模具材料有：非合金型塑料模具鋼（即碳素鋼）、滲碳型塑料模具鋼、預硬型塑料模具鋼、時效硬化型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼幾種。在模具材料選取時，根據制品材料是否改性和增加填充劑，添加何種添加劑來選取適合的模具材料。例如：制作形狀復雜的大、中型精密塑料制品時，其模具材料可選用預硬型塑料模具鋼；制造復雜、精密且生產時間較長，需要高壽命模具時刻采用時效硬化型塑料模具鋼。具體選用時主要還是要針對塑料制品的材料和模具預計使用情況選取。適宜的材料加上合理的設計將極大的提高模具使用周期，同時也可以提高產品質量。
二、壁厚及相關注意事項對產品性能的影響
在工程塑料零件的設計中，還有一些設計要點要經常考慮，其中對于壁厚的設計尤為重要，壁厚設計的合理與否對產品影響極大，改變一個零件的壁厚，對以下主要性能將有顯著影響：零件重量、在模塑中可得到的流動長度、零件的生產周期、模塑零件的剛性、公差、零件質量，如表面光潔度、翹曲和空隙等。
（一）塑料模具設計工藝中的基礎要求
在設計的最初階段，有必要考慮一下所用材料是否可以得到所要求。流程與壁厚比率對注塑工藝中模腔填充有很大影響。如果在注塑工藝中，要得到流程長、而薄，則聚合物應具有相當的低熔融粘度（易于流動熔解）是非常必要的。為了深入了解聚合物熔化時的流動性能，可以使用一種特殊的模具來測定流程。
增加壁厚不僅決定了機械性能，還將決定成品的質量。在塑料零件的設計中，很重要的一點是盡量使均勻。同一種零件壁厚不同可引起零件的不同收縮性，根據零件剛性不同，這將導致嚴重的翹曲和尺寸精度問題。為取得均勻的，模制品的厚壁部分應設置模心。此舉可防止形成空隙，并減少內部壓力，從而使扭曲變形減至最小。零件中形成的空隙和微孔，將使橫截面變窄，內應力升高，有時還存在切口效應，從而大大降低其機械性能。不同壁厚塑料制品的模具設計時，模腔的要求也不同，根據制品的要求，設計模具的模腔及脫模斜度，斜度要與塑膠制品在成型的分模或分模面相適應；是否會影響外觀和壁厚尺寸的精度。
（二）熱塑性塑料設計中的指標分析
熱塑性塑料一般具有高的延展性和彈性，不需要像具有高剛性、低延展性和低彈性的金屬一樣指定嚴格的范圍。設計者在決定熱塑性塑料模具制品的成本方面起了關鍵作用，合理且不影響產品性能的、縮小公差，較少成本是可以實現的。一般商業上可接受的產品與標準尺寸的偏差不高于0.25-0.3%，但這還需要與應用時的具體要求相結合來判斷。精確的模具可以有效的縮小制品公差，從而降低制品成本。因此，模具精密度對制品生產廠家具有重要意義。
三、塑料模具設計時對收縮值的考慮
為了不對塑料部件制定過分嚴格的范圍，必須要注意一些影響塑料制品尺寸準確性的因素。模具制造的標準必須嚴格遵守，同時要特別注意脫模斜度的重要性，因為它決定了脫模容易與否及防翹曲性能。
還有一個與產品設計相關的重要問題是，當成型品是由不同材料或不同壁厚制成時，其模后收縮值與方向和厚度相關如果復雜的成型對加工的要求非常嚴格，必須要獲得模具原型有關收縮值和翹曲行為的準確數據玻璃增強材料的這一性質最為明顯。玻璃纖維的取向性可在水平方向和垂直方向產生具有顯著性差異的收縮，從而導致尺寸不準確。塑料制品的幾何形狀對收縮也有影響，進而影響到產品的性能，這也是設計者值得關注的一點。因此在此類制品模具設計時要注意制品脫模收縮后的尺寸是否為產品要求尺寸，否則因制品模后收縮值的影響，極有可能導致產品尺寸不符合標準。
結論：
與產品模后性能相關問題還有許多，設計人員可以參考手冊進行設計。總之，在塑料制品模具設計時要充分考慮可能影響制品尺寸、性能、外觀等多方面因素，綜合利弊，選用適合的材料，合理的設計，才能保證產品的性能。
參考文獻
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首先，根據型材截面質心確定擠壓中心。根據金屬流動特性，選擇扇形分流孔、四孔布置，橋寬20mm，上模高100mm，下模80mm，經理論計算驗證分流橋強度合理。其次，根據擠壓筒規格選擇焊合室深度為20mm，底部圓角8mm，焊合角25°。第三，重點在模孔工作帶區段的劃分，因型材結構特殊性，保證擠壓中心與型材質心重合［2］;以金屬均勻流動為前提，根據工程經驗進行區段劃分和工作的長度計算［3］，型材模孔工作帶長度分布如圖2所示。
2擠壓過程模擬
2.1模擬模型建立
將上述設計的擠壓模具結構導入鋁型材專用擠壓模擬軟件hy-erxtrude中，對其擠壓過程進行模擬。根據擠壓過程中金屬變形程度及流經的區域建立模擬模型，按照不同區域劃分網格。工作帶部分網格最小0.4mm，擠壓坯料最大網格尺寸6mm，這樣避免了擠壓過程中金屬流動而造成的網格畸變和重劃［4］。擠壓工藝參數設計:擠壓筒直徑140mm，擠壓速度1mm/s，坯料預熱溫度480℃，模具預熱溫度460℃，擠壓比27.45，得出型材出口金屬流速結果如圖4所示。
2.2模擬結果分析
從型材出口金屬流速分布可知，T形懸臂部分的金屬流速慢僅15.58mm/s，而矩形空心的左上角流速過大達到37.76mm/s，速度相差過大，造成型材出口流速不均勻，使得型材扭曲變形，產品不合格。
3模具結構優化及結果驗證
3.1模具結構優化
(1)從工作帶的長度方面，根據型材出口的金屬流速分布情況，因T形懸臂部分的型材厚度為3.2mm，而其他部分為2.8mm，而且懸臂部分遠離擠壓中心，金屬流速必然不均勻。因此調整工作帶長度，微調懸臂橫梁部分的工作帶長度到10mm，懸臂豎直部分中間工作帶長度從8.7mm向兩側逐漸減小到6.8mm。優化后的模孔工作帶如圖5所示。(2)采用分流孔來調整金屬流速［5］，將兩個分流橋分別向左上方，左下方平移2mm，使得橋中心向左平移，與擠壓中心更接近，這樣有利于金屬的均勻流動，型材矩形部分的變形更均勻。同時，平移后右邊分流孔變大，懸臂T形部分不受分流橋的遮擋，金屬流動更趨于均勻。優化后的分流橋結構如圖6所示。
3.2模具結構優化模擬結果
保持擠壓工藝參數不變，根據反復的擠壓過程模擬和結構參數優化，最后得到如圖7所示的型材金屬流速分布圖。從模擬結果可以看出型材流速得到很大的改善，很接近理論平均擠壓速度27.45mm/s，金屬流動均勻，保證了產品質量。
4結論
1.1進料箱的結構
進料箱、進料管及軟布套管共同組成了進料裝置。其中進料管被安裝在機架上，通過軟布套管聯接到進料。在進料管的內部，有1個偏心錐形圓筒，該錐形圓筒的作用就是改變物料落點位置，并且引導物料準確落入進料箱的中心。進料箱是被安裝在裝置中的篩體上，當篩體開始振動，進料箱隨之振動，這樣可在一定程度上保證喂料的均勻性。固定在進料箱內有一個分料板，其中部會垂直箱壁，分料板的兩側略朝下傾斜，分料板中間有勻料閘門，可調整伸縮，以保證物料均勻分布在篩面寬度。進料箱與機架之間的聯接為剛性聯接，這樣可以保證抽查篩格，同時進料箱也可以自由的拆卸與翻轉。
1.2出料箱的結構
螺栓與篩體聯接在一起是出料箱的特點之一，主要包括大雜出料口、糧食出料口、機箱、及小雜出料口，通過焊接，不同的出料口結構都可以與出料箱機箱聯接，不同的出料口和篩體之間都存在著密封裝置。出料箱結構通過篩面篩出的大雜項經過大雜出料口輸出到一旁的機箱，上篩面與下篩面之間的物料經過物料輸出口后直接輸出，而小雜項通過下篩面選出，并通過小雜出料口輸出。機器在使用之前，需要檢查其嚴密情況，保證設備不存在泄漏情況，以保證各個出料口之間不會發生混合的可能。
1.3機架
采用分離式設計是該振動篩的特點之一，同時橫梁和底座的支撐采用分開設計，支撐橫梁與底座之間使用可調式螺栓聯接，這樣的好處是橫梁可以上下移動，因此保證了篩體調節角度在0~12°。不同角度的調節可以滿足不同情況下的不同的篩選要求。該方案的優點是實用性強，并且制作簡單，運輸方便。物料輸入和進料機構聯接的設備是移動架。螺栓進行聯接是料筒盤和進料筒之間的主要聯接方式，物料也可以經過管道直接進入物料筒。料筒盤可以直接在支架的橫梁上進行焊接。上支架的組成部分包括了加強板、料筒盤、封板。移動架和支撐架之間是剛性聯接，這是由支撐板和螺栓完成的。在設備開始運轉之前，要保證移動架支撐架的聯接緊密，這樣才能保證物料準確進入進料箱。
1.4驅動電機的設計
驅動電機的驅動設置一般都選擇在篩體兩側，并且要保證篩體重心的位置重合。在4只螺栓的固定下，電機安裝在圓盤上，當圓盤的固定螺栓被松開時，電機和圓盤將同時繞著中心軸旋轉，以至于改變電機安裝角度，實現調節振動角，振動角在0~45°可調節。
2模具設計
在模具的設計過程中，以下現象需要考慮到，有模具頭部的成形，在球形頂端的飛邊、打偏等現象。與此同時還需要考慮到限位工件、出料自動等來自各個方面的多因素。各個部件的關系如下：上鍛模被安裝固定在了工作頭的主軸孔中，下鍛模被安裝固定在定位模具中，壓板緊緊壓住下鍛模，工作臺與壓板在工作臺的T形槽的作用下，由聯接螺栓被緊密聯接在一起。工作臺和定位模具為了提高定位與定心的精確度，選擇了比較小的間隙進行配合。模具中存在著頂芯，機床底座的下面存在著模具底座，在連桿和工作頭的作用下聯接為一個整體。設計的模具的工作原理如下：模具被固定在指定位置后，把加熱后的材料放在下鍛模里面，上鍛模在工作頭的帶動下，壓在了下鍛模上，模具底座在聯接桿的作用下隨之往下，頂芯因此落到了定位模具的下邊。頂端的部分剛好比下鍛模的底部高出部分，可以支住工件。等工件加工完畢，工作頭將會隨之升起，并帶動上鍛模和模具隨之升起，在頂芯的作用下，模具底座的柱銷也因此被頂出模具。
3設計時注意的問題
（1）下鍛模下鍛模在實際作業時受到的壓力非常大，因此若強度方面沒達到標準，很容易因此而斷裂。所以在實際選用特殊材料，并且加熱處理，滿足強度方面要求。下鍛模的臺階過渡時選擇了大圓弧過渡。（2）定位模具為了在實際作業中避免鍛壓工件偏倒現象，為此特別設計一個定位模具，作用主要體現在3個方面：①保證上鍛模與下鍛模的同心度；②對頂芯的支撐作用，對工件的定位作用；③若頂芯上升的話，將起到一個導向的作用。（3）頂芯上鍛模通過工件對頂芯施加鍛壓壓力，同時，為了保證下鍛模和定位模具能夠在允許范圍內正常滑行，那么一定不能存在形變，所以也需要選擇特殊材料，并進行熱處理。
4結語
當前實踐教學面臨的問題模具設計是實踐性和工程性較強的專業課程，模具設計專業培養的是具有一定的模具設計能力和較強的模具制造能力以及能夠滿足現代模具企業生產一線需要的技術應用型專門人才。因此，模具設計專業的學生除了掌握相應層次的文化基礎知識與相應的專業技術理論以外，還需具有較強的技術應用能力、現場操作技能。而實踐教學是培養應用型模具設計人才“應用”能力最為基礎也是最為重要的一個環節。然而目前相當一部分高校在實踐教學環節中不同程度地存在以下的一些問題，制約著應用型模具設計人才的培養。
1實踐教學內容不能完全滿足社會需求
金工實習是高校模具設計類專業重要的實踐教學內容，它是培養學生實踐動手能力的必修技術基礎課程。通過金工實習，學生可以熟練掌握機械零件加工的主要工藝過程和方法，熟悉常用設備和工具的使用方法，為后續專業課程的學習打下基礎。但是大多高校金工實習內容主要集中在機械加工的車、銑、刨、磨、鉗等傳統訓練方面，忽視現代先進技術訓練如以數控加工技術、特種加工技術、計算機仿真技術等為核心的模具制造實踐和以模具制工藝設計為主線的現代工程實踐的培養，跟不上目前國內模具制造技術發展的水平。
2實踐教學方法不能體現應用型人才的培養需求
相當部分高校在進行實踐教學過程中，指導教師往往采用簡單的課堂教學來實現。指導老師講解實驗目的、內容和步驟，根據操作過程演示實驗內容，采取驗證式的實驗方法，實驗驟教條化。雖然有時學生分成小組進行試驗，往往也是驗證式的。這種教學方法還會受到實驗室空間和時間的限制，消減了學生自主學習的積極性、靈活性，難以達到培養應用型人才的要求。現場實習是模具設計專業重要的實踐教學環節，通過現場實習，學生可以更好地鞏固所學的專業知識，擴大專業知識面，培養一定的解決工程實際問題的基本能力和社會實踐能力。但部分教師以及大多數學生認為，現場實習僅僅是課堂教學的補充，沒有意識到現場實習的重要性。往往是一個或兩個指導老師帶著許多學生走馬觀花地參觀生產現場，未能給學生介紹與課堂所學的基礎理論知識相對的生產實際，也未能真正參與到企業生產實際中去，因而對生產實習的積極性不高，實習效果可想而知。
3缺乏綜合性實踐的平臺
生產企業對應用型模具設計人才的要求不僅只是具備模具設計與制造的基本技能，更重要的是具有綜合實踐能力與項目實施能力。但目前相當部分高校的模具設計實踐教學，大多采用校內教學（實驗）輔助生產現場參觀的方式進行，缺乏綜合性實踐的平臺，學生自主參與性較差，與生產企業以項目或工程管理的方式差別較大，難以培養更重要的是具有綜合實踐能力與項目實施能力。
二應用型人才培養的實踐教學改革
1實踐教學內容改革
（1）金工實習改革。金工實了掌握機加工中的車銑刨磨鉗等傳統訓練方面，增加模具企業中常用的現代加工設備如數控電火花成形、數控電火花線切割、數控銑削設備的實訓內容，給定特定的模具零件，安排學生操作數控機床、線切割、電火花機床等設備對零件進行加工，訓練學生對現代加工設備的實際操作能力和數控編程能力，促進學生對模具的特種加工方法的了解。
（2）增加數字化設計加工內容。隨著計算機技術的飛速發展，各種模具設計軟件不斷出現。在傳統模設計的基礎上，應用數字化設計工具，實現數字化制圖、模具數字化設計、模具數字化分析仿真、模具生產管理以及模具的數控加工，從而提高模具設計質量，縮短模具設計周期，已經形成趨勢。這就要求畢業生必須具有很強的計算機應用能力以適應就業的要求。因此，在課程設計和畢業設計上增加模具數字化設計的內容，采用先進的三維設計軟件如Pro/E、UG等進行模具三維數字化設計，利用模具分析軟件如MoldFlow、DYNAFORM等對零件進行有限元分析，根據分析結果來檢查模具設計結構的合理性，在設計階段消除易出現的錯誤，利用CAM技術模擬模具的加工過程。在實踐環節中增加這些內容，目的是加強學生模具數字化設計分析和加工的能力，實現應用型人才的培養。
2實踐教學方法
改革課程實驗是實踐教學環節中的重要一環，往往由于實驗室的時間和空間限制，實驗大多采取驗證式或演示實驗，這種教學方式很難達到培養應用型人才的目的。對于模具設計的課程實驗，采用案例法（企業案例）教學，比如模具拆裝實驗，選擇企業生產報廢的但能反映模具新技術的典型模具，如自動脫螺紋模具或二次分型模具等，通過模具拆裝過程的訓練，學生掌握模具拆裝的具體操作步驟和注意事項，提高動手拆裝模具的能力，加深對模具設計參數的理解，而且學生也能從另一側面了解生產企業模具的拆裝過程。對于注射生產實習，學生親手去安裝和調試課堂所講的企業案例模具，選擇合理的工藝參數進行塑件的生產。通過對塑件的生產，以及對注射成型參數的調試，幫助學生進一步了解工藝參數，并且根據各種成型情況來調整參數，這種教學方法極大地激發學生的興趣和創新意識。
3增設綜合性和創新性實踐
目前實踐中的金工實習、現場實習、實訓、各門專業課程的實驗、課程設計等環節大多以單獨考核的方式進行，缺乏將所有實踐結合在一起的綜合性實踐，學生的自主參與性較差。為了培養學生的具有綜合實踐能力與項目實施能力，在所有的理論知識和單項的實踐內容完成后，增設綜合性和創新性實踐，采取類似生產企業的項目或工程管理的方式進行。學生根據自己的學習情況與能力，選擇與自己能力相符的企業生產實際的實例題目（真題真做），一人一題，避免了小組中的敷衍了事，蒙混過關，甚至有自覺性差的同學偷懶抄襲的情況出現。讓學生有足夠的時間去查閱收集設計參考資料，自主思考，獨立設計，優化方案。將模具設計（三維和二維的數字化設計能力）、模擬分析（CAE分析能力）、模具各個零件（主要是成型零件）的加工（機加工、數控加工熱處理等動手實訓能力）、模具各零件的組裝（模具裝配能力），最后將組裝好的模具在壓力機或注塑機上試模（初步的試模和調整能力）等一系列過程融為一體，并且學生對各個環節的實際管理能力也得到提高。通過綜合性實踐的訓練能夠較好地激發學生的學習興趣與潛能，促進學生獨立思考、自主設計，培養了學生的設計和分析能力、工藝技能和工程管理能力。由于題目主要來源于企業實際產品，學生通過綜合性的實踐訓練能更好地適應企業的需求。
三結束語
從幾類膠塞的結構及用途可以看出，膠塞生產具有批量大、尺寸要求嚴格及有潔凈和生物安全性要求的特點，針對這幾個特點，在膠塞模具設計時必須考慮以下幾點：（1）膠塞屬于大批量生產的模型制品，因為多腔模具生產效率高且能滿足生產需求，所以，模具設計時必須是多腔模具，設計模具時盡量占滿整個熱板。模具型腔之間的間距一般與產品尺寸保持+3.5～4mm，型腔呈交錯排列。（2）膠塞尺寸要求嚴格，模具型腔及模具大板必須采用精密的加工技術才能滿足尺寸精度要求。模具型腔芯（簡稱模芯）與模具大板分別加工，然后鑲嵌在一起。（3）膠塞有潔凈和生物安全要求，硫化完成后的膠片，不宜采用撕邊和冷凍除邊工藝，否則剩余膠絲和膠粉末會因清洗困難而影響生物安全性。目前，通常采用連片硫化生產（分模邊厚度0.6～1.2mm）進而采用冷沖切工藝，一次性切除分模邊，不留膠絲毛刺。（4）膠塞為含膠率高的純膠制品，所用膠料鹵化丁基膠及其他膠種必須采用抽真空平板硫化機或注射抽真空硫化機來生產，對硫化設備要求高，且必須為抽真空設備。（5）由于膠塞尺寸的嚴格性，化膠塞的面壓大于普通的橡膠制品，一般在100kg/cm2以上（普通橡膠制品為50kg/cm2左右）。（6）硫化模具除采用多腔設計外，由于沖切工藝的限制，多腔排布需要再分割沖切分區。（7）硫化前的半成品采用薄膠片進行整模具覆蓋，對半成品尺寸及重量要求嚴格（長寬尺寸誤差±1mm，厚度誤差±0.1mm，重量誤差±5g）。（8）由于采用連片生產，半成品膠片精度高，一般只在模具大板周邊設計溢膠槽。（9）膠料的收縮率通常根據膠種不同、含膠率不同、配方不同、硫化條件不同，將根據實驗實際測定后確定，經驗值一般在1.8%～2.8%之間。（10）模具定位通常采用4個定位銷定位，模具固定在硫化機熱板上，硫化機采用大開檔結構，便于放入和取出膠片。（11）為了提高效率，硫化機熱板盡量采用大臺面、大噸位的平板硫化機。硫化模具尺寸變大，模具加工困難也相應增大。目前我公司的膠塞模具尺寸達到1300mm×600mm×100mm的模腔數量多達2352腔/模。
2膠塞模具的結構組成及加工方法
根據以上膠塞模具的特點進而可以設計出膠塞模具的結構，通常膠塞模具均采用二開模、多腔鑲芯技術。模具由上模具大板、上模芯、下模具大板、下模芯、定位銷及定位套組成。
2.1上模具大板與下模具大板上模具大板的典型結構如圖8所示，下模具大板的典型結構如圖9所示。上模具大板與下模具大板的主要功用是固定和連接上模芯與下模芯，它們與上下模芯之間通常采用H6/k5配合。上模具大板通常設分區線，目的是便于硫化后分片和沖切。下模具大板內腔設預留分模邊，分模邊的厚薄將根據膠料硫化時的流動特性來確定，通常為0.5～1mm。下模具大板周邊設溢膠槽，滿足半成品重量誤差需求，生產合格產品。上模具大板與下模具大板將根據不同直徑形狀及厚度的產品，選用不同排布形式與厚度，排布形式有直排型和交錯排列型，在同樣模板面積上，交錯排列型的生產效率比直排型提高7.5%，因此只要結構允許，應盡量采用交錯排列形式。上下模具大板的加工通常采用坐標鏜床或加工中心一次完成上下模具大板坐標孔的加工。
2.2上模芯與下模芯上模芯典型結構如圖10所示，下模芯結構如圖11所示。上下模芯是膠塞硫化成型最關鍵的部件，它的加工質量直接影響到產品質量。膠塞模具是多腔模具，模芯數量巨大，目前我公司腔數最多的可達2352腔/模，因此模芯的一致性要求很高，對于簡單型腔的產品，一般采用數控車床生產，而對于復雜型腔的產品除采用數控車床加工外，還必須輔以電火花等加工方法來完成其加工，還有個別型腔復雜的產品采用鑲嵌法生產，但質量和一致性很難保證。
2.3定位銷與定位套定位銷與定位套的結構如圖12所示，由于多腔模具的特殊性，通常1套模具一般只有4對定位銷與定位套對上下模具進行定位，上下大板的定位套與定位銷孔通常在坐標鏜床或加工中心與模芯孔一次加工完成，定位銷、定位套與大板采用H7/n6配合，銷與套之間采用H7/g6配合。
3膠塞模具裝配與使用過程的常見問題與處理方法
膠塞模具零件加工完成后，就可進行模具裝配工作，膠塞模具的裝配有其特殊性，主要應注意以下幾個方面的問題。
3.1模具大板與模芯的裝配精度問題由于膠塞模具是多腔鑲芯模具，模芯與大板裝配配合精度要一致，盡管圖紙標注尺寸是一致的，但實際加工過程會出現一些偏差，這些偏差就會造成模板與模芯配合尺寸不一致。配合過緊會使得模板變形，進而影響硫化產品的精度；配合過松會導致模芯與模板之間積膠，進而使硫化產品產生毛邊。為了解決模板變形問題，一般采用加厚模具大板的辦法來解決，但過厚的模板會給更換模具和抽真空帶來困難。
3.2模芯加工的一致性問題模芯內腔加工的不一致會造成膠塞產品不一致，而不一致的膠塞會造成藥品自動分裝生產線運轉不暢，導致膠塞大批退貨。因此，膠塞模芯內腔尺寸的一致性是膠塞模具最關鍵的一環。通常通過模芯加工后的尺寸檢查和硫化膠塞產品尺寸檢查環節來控制產品尺寸。
3.3預留分模邊與最終硫化產品分模邊的關系由于多腔膠塞模具設計屬于半開放模具，盡管半成品尺寸及重量控制嚴格，但最終硫化的膠片還會出現多余膠料溢出現象，正是這些膠料的溢出造成了預留分模邊與最終硫化產品分模邊存在差異，這些因素在模具設計時必須考慮，按經驗值一般在0.15～0.20mm之間。
3.4預留分模邊內槽尺寸與模芯最小距離的問題在多腔模具的邊緣經常會出現硫化后的膠塞變形或尺寸不合格的問題，造成這種問題的主要原因是分模邊內槽邊緣與模芯距離過近造成，適當加大該尺寸就能解決這個問題，因此膠塞模具設計時應特別注意這個問題。
3.5硫化機面壓與熱板精度的影響由于膠塞尺寸的嚴格性，硫化機面壓必須足夠大，才能硫化出合格產品，面壓一般在100kg/cm2以上比較合適，低于此數據會造成合格率降低、膠塞厚度不均等問題。熱板精度低的硫化機，不僅不能生產出合格的膠塞產品，還會對模具造成永久傷害，嚴重者會造成模具報廢。因此，膠塞生產盡量采用高精度、高壓力的硫化機。
3.6形狀復雜的非回轉體產品上下模芯定位及對正問題由于多腔膠塞模具的模芯外形一般為回轉圓柱體，當膠塞本身結構為回轉體時，上下模芯可以隨意安裝，而對于形狀復雜的非回轉體膠塞來說，上下模芯必須按一定的方向排列固定，才能生產出合格的膠塞產品，這種情況下，一般要對加工模芯做好定位，否則會給后期裝配和生產帶來很多困難。
3.7溢膠槽、定位銷、定位套、模具與熱板固定螺孔尺寸的位置干涉問題膠塞多腔模具的設計原則是盡量讓模具占滿整個熱板，但必須留足溢膠槽、定位銷、定位套、模具與熱板固定螺孔的位置，這些功能部件必須獨立，不得互相干涉，否則會導致產品質量不穩定，甚至會造成模具報廢。
3.8膠塞偏心問題多腔模具最容易出現和最難解決的問題就是產品偏心，一般加工精度和裝配方法都會影響產品的同心度，這兩點尤其要注意。
4結語
首先根據經驗，在砂芯上布好射嘴及排氣塞，然后進行射砂及固化的模擬，圖1是首次射砂模擬的結果，從結果可見，部分位置存在紊流，中間隔板位置，砂流明顯分開，砂芯射不滿。由于模擬結果不理想，于是對射砂嘴和排氣塞進行優化，增加部分排氣塞，射砂嘴的直徑調整，經過多次調整及模擬后得到了合格的結果，優化后的模擬結果如圖2所示，圖中長圓柱為射砂嘴位置，短圓柱為排氣塞位置，模擬結果顯示，中間隔板位置砂流交叉融合，填充完整，其它位置砂芯完整。
2芯盒模具設計及制造
芯盒模具的結構與射芯機有關[4]，不同的企業都會根據其不同的射芯機建立相應的標準虛擬三維模架。本設計首先根據射砂模擬結果，布好射砂嘴、排氣塞及頂芯桿等；然后設計分形面；最后調出標準三維模架[4]，將砂芯根據要求裝配入模架中，通過布爾運算得出三維的模具型腔，并詳細設計出定位銷、導向銷、導向套、壓板、回位導桿等各種零件。設計好的模具如圖3所示。模具設計好后，根據圖紙制訂加工工藝，根據三維模型編NC程序，然后開始模具制造，制造完成的模具如圖4所示。
3制芯效果
模具設計前沒有經過MAGMA軟件的射砂模擬，所試制出的砂芯經常出現不飽滿，砂芯斷裂等缺陷（圖5所示）。通過MAGMA軟件的射砂模擬，根據射砂模擬結果，布置好射砂嘴、排氣塞及頂芯桿等。然后制造模具，開始制芯，把芯盒模具裝到相應的射芯機上，調試好模具，開始射砂，第一輪試制就能射出合格的砂芯，圖6是首輪試制出的砂芯，砂芯飽滿緊實，質量很好，符合要求。
4結論
MAGMA軟件射砂模塊的模擬結果與實際相符，利用MAGMA軟件射砂模塊的模擬結果來輔助模具設計，可以明顯提高模具設計的效率，且設計的模具結構更合理，減少模具調試時間，避免因為設計不合理而造成模具的多次整改，降低成本的同時也縮短了模具開發周期。
作者:謝武斌 羅超慶 黃耀光 湯宏群 單位:1.廣西玉柴機器股份有限公司 2.廣西大學材料學院 3.百色學院 4.廣西生態型鋁產業協同創新中心
參考文獻：
[1]崔怡，吳浚郊，李文珍.芯盒結構對射砂過程的影響[J].特種鑄造及有色合金，2000（3）：4-6.
[2]邁格碼（蘇州）軟件科技有限公司.2012年度用戶大會光盤[EB/OL]，2012.
該合頁片屬鉸鏈式彎曲件，經分析：L/d=90/2.2=40.9＞30,屬細長制件，由于制件細長、材料薄、剛度差，如果采用傳統的鉸鏈加工方法分預彎和卷圓兩道工序彎曲，則在卷圓彎曲過程中當板料受到擠壓和彎曲作用時，極易因彎曲和振動而失穩，致使制件不易達到理想的形狀精度和表面質量；還會因彎曲、圓度和直線度誤差，以及表面劃傷等瑕疵而報廢；或者由于失穩，致成形失敗。其次鉸鏈卷圓件的回跳在所難免，要滿足卷圓內徑公差要求較為困難。所以，該制件的工藝性不好，加工難度大，在成形方法和工裝設計中必須著重考慮。
2傳統的鉸鏈加工方法存在的問題
資料介紹，對于r=（0.6~3.5）t的鉸鏈件，常用推卷的方法彎曲成形。彎曲成形一般分為兩道工序，首先將毛坯頭部預壓彎，然后再卷圓。立式結構較簡單，便于制模和彎曲成形，但此工藝方法和模具只適用于材料較厚且長度較短的鉸鏈件。對本合頁片由于材料較薄，長徑比大于30，顯然不適合。臥式模具結構是利用斜楔對凹模作用，使其產生水平運動而完成卷圓過程，有壓料裝置，彎曲件質量較好。但由于卷圓內徑有公差要求，彎曲件的質量還是不夠理想，還需增加一副整形模才能達到要求。而且圖2c模具結構較復雜，模具制造成本高，周期長，對于小批量的合頁片生產，經濟性不好。從上述模具結構可以看出，該類模具比較適合加工小型鉸鏈件。制件則相當困難，甚至不可能進行。因此，必須考慮其他工藝方法，設計新結構的模具來解決這些問題。經過多次摸索，終于找到了解決問題的方法：即在預彎成形后，卷圓彎曲之前增加一道U形彎曲工序，從而使推卷成形變得容易，同時也使模具的結構設計得到簡化。優化后的沖壓工藝流程為：下料→落料→去毛刺→制標→頭部預彎→頭部U形彎曲→卷圓成形。
3模具結構及工作過程
模具工作過程：卷圓模置于液壓機（Y41-10T）工作臺上，將模柄4固定在液壓機上滑塊上。工作時，液壓機上滑塊上升，模具開啟，壓塊3與上模6脫離接觸，將經U形彎曲后的坯件由端面從上模與下模右側面的縫隙中插入下模7的型槽內，放入芯棒1，開動液壓機上滑塊下行，使軸向壓塊3向下傳力給上模6，從而使坯件受限并卷圓彎曲成形。成形后，液壓機上滑塊回升，彈簧2將上模6頂起，用手將制件從芯棒1上取出，完成一個沖壓過程。一個批次加工完后，將芯棒1插入下模7存放芯棒的孔內，以備下次使用。
4結束語
隨著手機行業發展的變遷，中國早已成為世界手機塑料制件的生產基地。盡管我國的注塑模設計在近幾年得到了快速的發展，但是我國注塑模具在設計制造水平等方面要比德、美、日、法等工業發達國家還是要落后許多，主要表現在以下的幾個方面。
（1）供給和需求不平衡
當今國內自配率不足，可以看到低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60%。盡管中國模具工業發展迅速，但與需求相比，供不應求的問題還是比較突出的，其主要缺口集中于精密、長壽命、大型、復雜模具領域。因為在模具壽命、精度、制造周期及生產能力等各個方面，我國與國際平均水平和發達國家仍有較大差距，因此，每年需要大量進口模具。
（2）人才與科技發展不相適應
模具行業不同于其他的一般行業，是一種技術密集，資金密集的產業之一。盡管我國在模具設計中已經使用CAE模擬分析，但是我國人才的發展速度跟不上行業的發展速度，現在缺乏各種能把握運用新技術或者高級模具鉗工等高技術人才。同時，由于基礎差、投入少，缺乏一種長期可持續發展的觀念導致我國模具產品及其生產工藝，工具（硬件和軟件），裝備的設計，研發（包括軟件二次開發）和自主創新能力的薄弱。跟發達國家比起來，我國模具CAD/CAE/CAM的技術水平還很低，主要表現在軟件開發的進度和水平低，CAE/CAM發展跟不上CAD，整體應用水平低，缺乏CAD/CAE/CAM知識的集成。
（3）標準化的程度低
長期以來，我國的注塑模設計受到了“大而全”、“小而全”的影響，模具行業的觀念落后，難以完成較大規模的模具成套訂單，與國際水平相差很遠。雖然有的企業引起了國外的先進加工設備，但是總的裝備水平與國外企業相比，依然是望塵莫及，設備控制率和CAD/CAM應用覆蓋率要比國外的企業低很多，CAE、CAPP的普及率就更加低了。另外，模具標準化水平低，沒有針對同一領域的產品建立針對的數據庫，標準件的品種規格少且應用水平低，高品質的都依賴進口，設計現狀如下表所示。這些都影響和制約著我國模具發展和質量的提高。
（4）材料等相關技術落后
模具材料性能、質量和品種往往會影響模具質量、壽命及成本，國產模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質量還是品種規格，都有較大差距。塑料、板材、設備等性能差，也直接影響模具水平的提高。
（5）企業管理落后與技術的進步
我國模具企業的管理落后主要體現在生產組織方式及信息化采用等方面。以模具為核心的產業鏈各個環節的協同發展不足，尤其是材料的發展明顯滯后，國內模具材料在品種、質量和數量上都不能滿足模具生產的需要，高檔模具和出口模具的材料基本上都是靠進口的。模具上游的各種裝備（機床、工夾量刃具、檢測、熱處理和處理設備等）和生產手段（軟件、輔料、損耗件等）以及下游的成形材料（各種塑料、橡膠、板材、金屬與非金屬及復合材料等）和成形裝備（橡塑成形設備、沖壓設備、鑄鍛設備等），甚至包括影響模具發展的物流及金融等產業鏈的各個環節大都分屬于各有關行業，大都聯系不夠密切，配合不夠默契，協同程度較差，這就造成了對模具工業發展的制約。
2影響我國手機注塑模模具設計效率的因素
（1）模具設計工程師流動較大
在當前的模具行業中，模具設計人員的流動是非常大的，每個公司的設計思路又不盡相同，這就直接會影響到模具設計的效率。因為在模具設計人員流動的過程會使得模具設計人員的素質總體偏低，因此在控制模具設計效率的問題上會缺乏準確性。此外，人員的經常變動必將使得模具設計的完成水平處于良莠不齊的狀態，這就必將影響到模具設計的效率。
（2）模具設計師的主動性不夠。
因為模具設計的設計師對工作的熱情不夠，每天都只是按要求完成任務，所以也就很難創造性的設計出高質量的模具。同時，熱情的不夠也會使設計人員設計的結構過于固定而缺乏一定的變通和創新，必將嚴重影響到模具設計的效率以及質量。
（3）設計師的設計水平普遍不高
在當前的模具設計崗位上，很多的設計師是通過專科院校專門培訓出來的，對軟件的操作非常熟悉，但是對設計的思想理論沒有自己的把握和見解。因為，由于他們對模具設計核心技術的不熟練也將導致模具設計的時間過長，而且設計的方案也可能會有各種各樣的問題，這就有可能在主管檢查過后還要進行不斷的修改，從而嚴重影響到模具設計的總體效率。
（4）公司模具設計沒有標準化
如今，由于快速發展的手機市場導致手機生產商對產品需求的多樣性不斷的增加，因此模具的更新換代也在不斷的加快。各個手機制造商和模具設計公司承擔著繁重的模具設計任務，對于手機這一類產品經常有很多相似的結構，但因公司沒有把類似產品進行標準化分類建庫，在設計過程中有很多重復的而且緩慢的人工設計部分耗時太多，耗時結構如表1所示。這也使得設計師在模具設計的過程中不得不做很多重復性的工作，降低了模具設計效率。
（5）設計軟件的不足
現在公司進行模具設計的輔助軟件大部分用的是SiemensPLMSoftware公司出品的UG，盡管該軟件已經做到非常完善了，但是在公司具體的應用過程中依然有很多的不足，工程師在設計的過程中有很多設計要經過繁瑣的操作而不是一蹴而就的快捷，這就導致模具設計的效率不得不有所降低。
3提高我國手機注塑模設計開發效率的探討
隨著科技的發展和技術的進步，模具早已經是制造業的重要工藝裝備。在競爭激烈的手機市場中，誰能提高自己的生產設計效率，誰就能第一時間的占領市場，因此手機模具的設計速度是所有公司追逐的目標。我國模具技術已經得到了很大的發展，但總體來說與國際先進水平相比尚有10年以上的差距，設計的速度也比先進國家也慢了很多。由于模具技術的落后必將使得手機的生產和上市受到影響，所以我國手機注塑模具設計技術的發展是手機模具行業的當務之急。注塑模具種類繁多，不同種類的技術要求也是不一樣的，經過調查總結，我國注塑模具模未來必將朝著下列方向不斷發展進步。
（1）手機注塑模模具設計特點
隨著電子行業的快速發展，手機已經成為一個快消品。因此其在當今市場更新換代的速度非常快，產品的快速更換對模具行業的發展也是一個很大的機遇和挑戰。因此手機注塑模就進入了多品種小批量生產時代，人們要求模具的生產周期越短越好，由此可以看出快速經濟模具將有廣闊的發展前景。
（2）熱流道、氣輔模具技術的發展
今天的模具行業里面采用熱流道技術無疑是提高塑料制件生產率和質量有效途徑，而且相比于傳統模具，熱流道還能大幅度節約原材料。熱流道技術在國外的塑料模具中占了50%，有的國家已經達到了80%以上，都得到了良好的效果。另外，氣體輔助注射成型也具有很大的優點，如：注射壓力低，制品翹曲變形小，表面的質量較好且易于注塑出壁厚跨度比較大的制件。所以它不但可以降低成本，最重要的是可以保證產品的質量。因此，手機外殼模具采用熱流道或者氣輔模具，將可以在低成本的情況下得到高質量的產品。
（3）提高手機注塑模模具設計的效率方法
