现代注塑模具设计的一些先进技术概述

随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为推动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备—模具的要求越来越苛刻。一方面企业为追求规模效益，使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求模具向着制造周期短、成本低的快速经济的方向发展。计算机技术、软件技术、新材料、新技术的发展，使得快速经济制模技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断增多，创造的经济效益和社会效益越来越显著。

1计算机辅助机技术

传统的塑料注射成型开发方法主要是尝试法，依据设计者有限的经验和比较简单的计算公式进行产品和工艺开发。但是在注射成型生产实际中，塑料熔体的流动性能千差万别，制品和模具的结构千变万化，工艺条件各不相同，仅凭有限的经验和简单的公式难以对这些因素作全面的考虑和处理，应用CAD／CAE／CAM技术从根本上改变了传统的产品开发和模具生产方式，大大提高了产品质量，缩短了产品开发周期，降低了生产成本，强有力地推动了模具行业的发展[1～2]。

1.1CAD技术

运用CAD技术能帮助广大模具设计人员由注塑制品的零件图迅速设计出该制品的全套模具图，使模具设计师从繁琐、冗长的手工绘图和人工计算中解放出来，将精力集中于方案构思、结构优化等创造性工作。利用CAD软件，用户可以选择软件提供的标准模架或灵活方便地建立适合自己的标准模架库，多种形式的动、定模结构中，采用参数化的方式设计浇口套、拉料杆、斜滑块等通用件，然后设计推出机构和冷却系统，完成模具的总装图。近年来模具CAD软件以美国UGS公司针对注射模推出了注射模设计向导（Mold Wizard）和Pro/E 为代表，该系统为用户提供注塑模设计环境、工具和相关知识，以及丰富的标准化的模架库、零件库和嵌件库等。用户利用UG软件可实现塑料注塑模从设计到数控加工成型的全过程，实现模具设计的全3D化，减少模具设计制造周期，带来显著的经济效益。1.2CAE技术

其借助于有限元法、有限差分法和边界元法等数值计算方法，分析型腔中塑料的流动、保压和冷却过程，计算制品和模具的应力分布，预测制品的翘曲变形，并由此分析工艺条件、材料参数及模具结构对制品质量的影响，达到优化制品和模具结构、优选成型工艺参数的目的。模具工业中CAE软件以MoldFlow软件为最具代表性，其可以对塑料的浇口位置、压力分布、冷却过程以及注射工艺条件等进行模拟分析。找出可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率，降低生产成本，缩短生产周期。

将CAD技术和CAE技术交互着使用，可以减轻设计者对经验的依赖程度，提高一次试模的提高一次试模的成功率，大大缩减模具设计的时间，降低成本，提高生产效率。其设计流程图如图1所示。

2逆向技术

传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，我们称之为正向工程（或顺向工程），而相对于传统的设计而言，“逆向工程”（Reverse Engineering，RE），也称反求工程、反向工程等，它起源于精密测量和质量检验，是设计下游向设计上游反馈信息的回路，主要是通过3D数字化测量仪或光学设备对物理原型进行扫描，获得点云数据，再通过相应的处理软件转变成曲面的过程。逆向工程的思想最初是来自从油泥模型到产品实物的设计过程。

由于反求工程的实施能在很短的时间内准确、可靠地复制实物样件，因此，反求工程成为当前企业先进制造技术的热门话题之一。利用一些非专业的逆向设计软件（如：UG、Pro/ENGINEER、CATIA等）和一些专业的逆向设计软件（如：

现代注塑模具设计的一些先进技术概述

曹将栋

（南通航运职业技术学院，江苏南通２２６０１０）

摘要：一些新的技术的发展为注塑模具技术的发展提供重要的条件。目前先进的模具技术主要有模具CAD/CAE技术，逆向技术，热流道技术，微成型技术等，这些技术的出现提高了模具设计效率，解决了传统工艺无法实现的一些难题，使塑料模具生产向微型化和多腔化发展，对模具工业的发展起到了重要的作用。

关键词：注塑模；计算机辅助技术；逆向技术；热流道；微注射

学术交流◆Xueshu

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机电信息2009年第30期总第240期Surfacer 、CopyCAD 、Trace 等）进行逆向造型是现阶段反求工程在企业应用的典型例子。

逆向工程的一般工作流程是从一个存在的零件或原型入手，首先对其进行数字化处理，然后进行数据处理、曲面重建、构造CAD 模型等，最后制造出产品的过程。逆向工程具体的工作流程是针对现有工件（样品或模型），利用3D 数字化测量仪，准确、快速地量取样品表面点数据或轮廓线条，加以点数据处理、

曲面创建，修改后，传至CAD ／CAM 系统，再由CAD 系统传至CNC 加工机床或快速成型机来制作工件或模具，如图2所示。

3热流道技术

近年来，热流道系统在中国的逐渐推广与使用。在欧美国家，注塑生产已经相当的依赖于热流道系统。目前在国内基本上没有使用热流道技术的模具现在已经很难出口，这也造成了很多模具厂家对于热流道系统的意识上的转变。但是由于很多外国进口的热流道系统价格比较贵，国内很大一部分厂家接受不了，所以就出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。这对于热流道系统在中国的推广有很大的好处。国内一般采用内热式或外热式热流道装置，少数生产企业采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，但总体上热流道的采用率达％不到1％0，与国外的50％～80％相比，还是远远不够的。所以，进行热流道注射模具经济性和技术性综合开发与应用，具有广泛发展前景[4-6]。

热流道技术以无可比拟的优越性解决了冷流道中无法解决的问题，主要体现在生产成本，产品质量，生产工艺等方面。

（1）冷流道中有冷凝料，会造成材料的浪费。而热流道中不需要冷凝口，可以节约预料30％～50％，降低成本30％。并且不需要后期加工，可全自动化生产，提高了生产效率20％～30％。

（2）行腔内物料温度及压力均匀，塑件应力小，密度一致，提高产品的表面质量和力学性能，有效地改变大而薄的塑件的变形。

（3）热流道系统的温度与喷嘴的温度相等，避免塑料在流道内表面冷凝现象，压力损耗小，对于深腔大制品型腔充模起到了很好的作用。且可实现多区温度控制，精确控制注塑工艺。

如图3所示，针阀式多腔热流道系统。该系统是通过采用阀针在阀针控制装置的作用下，在预定的时刻以机械运动的方式来打开或关闭浇口。这种类型的热流道系统拥有很多热尖式和浇套式流道系统所不具备的优点。如可人为控制浇口开关时间、浇口光滑平整、可扩大热流道技术应用技术领域等。阀式热流道应用较多，近年来国际上各主要汽车公司均采用阀式热流道，结合模具内多色共注工艺来生产整体车灯灯罩。因为灯罩是透明产品，浇口必需光滑平整以满足美观要

求。

这只有使用阀式浇口热流道才能实现。另外一些汽车零件在成型后需要喷涂着色。如果在这些零件上有注塑成型溶合线，那么着色后零件的色泽就会不一样且无法满足质量要求。为避免此类问题的产生，许多汽车零仲供应商采用一种基于阀式热流道的顺序开关浇口的生产工艺，来彻底消除零件上溶合线问题。在医疗领域里，人们对医疗用塑料零件浇口质量要求极为严格，不可仅有尖利凸起等。在这种情况下，也只有依靠阀式浇口流道系统来提高产品浇口质量。

4微注射成型技术

随着科学技术的进步，特别是微机电系统（MEMS ：Mi －cro －Elec －tro －Mechani －cal －Sy s －tem ）的发展，微型注塑制件在光电通讯，影像传输，生化医疗，

信息存储，精密机械，插头式光纤连接器，医学用微量泵，内窥镜零件，旋转传感器中的衍射光栅以及微齿轮等领域得到了广泛的应用，并且每年以20%的速度在增长。德国的Battenfeld 公司、Boy 公司、日本的Sodick 公司和美国的Murray 公司等为代表的注塑机生产商们，从20世纪90中期以来，先后研制开发出了各种不同类型的微型注塑机，其螺杆直径最小可达Ф5mm ，注射容积只有几立方厘米至零点几立方厘米。成型的塑件重量也从零点几克小至零点几毫克。如前面所说的Battenfeld 公司专门为成型精密微型塑件设计制造的一种全电子驱动的微型注塑机Microsystem50，其注射重量从0.25mg 到1g 变化，可用来成型单件质量在以0.1g 以下的微型塑件。此后，针对不相容聚合物制造的微型结构和微型装配，德国的IKV 又开发了复合微系统的微装配注塑成形技术（microassembly injection molding ，

LAIM ）。基本原理来源于双色注塑思想，可以将不同种的塑料组合在一起产生特定的功能结构。

我国目前有清华大学微纳米中心，上海交通大学微纳米研究院，中科院力学所和中南大学模具技术研究所对微流体流动行为，微流体实验技术及微注射成型机理进行了一些卓有成效的研究探讨，但都尚未开展实质性的工程应用。同传统注射成型技术相比成品重量以毫克为计量单位，成品尺寸以微米为度量单位的微注射成型技术在物料

、Xueshu Jiaoliu ◆学术交流

（

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成型工艺及成型设备等方面都提出了不同要求。

随着微系统技术的发展及对微小塑件需求的日益增长，微注塑成型技术的发展呈现以下趋势：

（1）在微注塑选材时，不但要考虑制品的精度要求，还要考虑到材料的可模塑性和脱模性能。因此需要开发黏度低、热稳定性好的材料。

（2）微注塑成型注射量小，需新的材料塑化方式，解决熔体质量，流动性等问题。

（3）微注塑成型型腔小，模温难以控制，需要探索新的方法解决此难题。

（4）开发适合微注塑成型技术的数值模拟软件是一个需要迫切解决的问题。

5结语

传统的、宏观上的注塑成型技术理论及工艺已经发展的比较成熟，随着科学技术的进步，塑料制品从民用向工业、农业、国防和交通等行业发展。对制品质量的要求越来越高，对注塑设备及技术提出了更高的要求。注塑设备和技术开始向高速高效化、自动化、专业化、微小化、精密化方面发展。我国在塑料模具的一些先进技术的发展还非常缓慢，远远落后于欧美发达国家，所以，振兴模具行业，发展先进的成型技术是十分必要的，这对提高中国产品的质量有着极其重要的作用。

［参考文献］

［１］丁国军．ＭｏｌｄＦｌｏｗ软件在注射模设计中的应用，模具制造，２００８（６）：１３～１５

［２］张敏，孙鹏文，叶奇．ＵＧ注射模设计向导的应用研究，机械设计与制造，２００８（９）：７７～７９

收稿日期：2009－08－31

作者简介：曹将栋（1979－），男，江苏通州，硕士，讲师，从事注塑模设计，南通航运职业技术学院。

5合理选择切削用量

数控车削中的切削用量是表示机床主体的主运动和进给运动大小的重要参数—切削三要素（切削深度、主轴转速、进给速度）。它们的选择与普车所要求的基本对应一致，但数控车床加工的零件往往较复杂，切削用量按一定的原则初定后，还应结合零件实际加工情况随时进行调整，一般在粗车时每刀的被吃刀量为2～3mm，精车时候为0.5mm，在用G73仿形加工的时候由于根切要减少被吃刀量，一般粗车的时候为每刀1mm左右，进给量的调整方法是利用数控车床的操作面板上各种倍率开关，随时进行调整，来实现切削用量的合理配置，这对操作者来说应该具有一定的实际生产加工经验。

6编程中细节问题处理

6.1粗精加工分开编程

为了提高零件的精度并保证生产效率，车削工件轮廓的最后一刀，通常由精车刀来连续加工完成，因此，粗精加工应分开编程。并且，刀具的进、退位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中切入切出或换刀及停顿，以免因切削力的突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接的轮廓上产生划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。

6.2公差与摩耗的使用

编程时常取零件的基本尺寸作为编程尺寸依据。如尺寸有上下偏差则都按上偏差为编程尺寸。在加工过程中两个尺寸一个为上偏差一个为下偏差，则在设加工余量的时候可以在程序中和摩耗中同时修改使工件符合要求。例如：在半精车后，两外圆实际尺寸一个为Φ50+0.02，一个为Φ40，而两圆公差都要求为－0.03，则可以在摩耗中－0.02，使Φ50及Φ40都符合尺寸要求。

6.3巧利用切断刀倒角

对切断面带一倒角的零件，在批量车削加工中比较普遍，为了便于切断并避免掉头倒角，可巧利用切断刀同时完成车倒角和切断两个工序，效果较好。同时切刀有两个刀尖，在编程中要注意使用哪个刀尖及刀宽问题，防止对刀加工时出错。

总之，数控车床的编程总原则是先粗后精、先内后外、程序段最少、走刀路线最短，这就要求我们在编程时，特别注意理论联系实际，并在大量的实践中，对所学的知识进行验证或修正，做到编制的程序最实用。

［参考文献］

［１］ＦＡＮＵＣ－０ｉ－ｍａｔｅ使用说明书

［２］数控车工实习与考级．高等教育出版社

［３］数控编程与加工．上海科学普及出版社

收稿日期：2009－10－09

作者简介：吕伟（1983－），江苏无锡，助教，教师。

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