时间：2022-11-28 06:55:26
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论文摘要:随着塑料工业的飞速发展及塑料制品在各个领域的推广应用，产品对模具的要求也越来越高。同时也对专业设计人员的经验提出了更高的要求，在塑料制品模具设计时制品材料的选择是决定产品性能的重要因素。还有制品壁厚等问题是辅助设计软件所不能解决的，要需要专业设计人员长时间经验的积累才能做好的。因此本文就塑料制品模具设计中若干重要问题做以简要的讨论。
在我国塑料工业发展中，计算机的应用起到了重要作用。计算机技术在模具设计领域的应用，大大缩短了模具设计时间，尤其计算机辅助工程（CAE）技术的大规模推广，解决了塑料产品开发、模具设计及产品加工中的薄弱环节。更在提高生产率、保证产品质量、降低成本等方面体现出现代科技的优越性。但是现代技术并不能替代专业设计人员的经验，在塑料模具设计时制品材料的选择是决定模具设计时模具材料选用的重要因素。怎样选用合适的材料，是模具设计中一个重要的问题。
一、塑料制品材料的选用对模具设计的影响
一般来说，并没有不好的材料，只有在特定的领域使用了错误的材料。因此，设计者必须要彻底了解各种可供选择的材料的性能，并仔细测试这些材料，研究其与各种因素对成型加工制品性能的影响。本文只就传统的热塑性材料进行分析以说明问题。在注射成型中最常用的是热塑性塑料。它又可分为无定型塑料和半结晶性塑料。这两类材料在分子结构和受结晶化影响的性能上有明显不同。一般来说，半结晶性热塑性塑料主要用于机械强度高的部件，而无定型热塑性塑料由于不易弯曲，则常被应用于外壳。这是材料选用的大框，其次，还要根据填料和增强材料继续选择。
（一）根据填料和增强材料进行选择的分析
热塑性塑料可分为未增强、玻璃纤维增强、矿物及玻璃体填充等种类产品。玻璃纤维主要用于增加强度、坚固度和提高应用温度；矿物和玻纤则具较低的增强效果，主要用于减少翘曲。玻璃纤维会影响到成型加工，尤其会对部件产生收缩和翘曲性。所以，玻璃纤维增强材料不能被未增强热塑性塑料或低含量增强材料来替代，而不会有尺寸改变。玻璃纤维的取向由流动方向决定，这将引起部件机械强度的变化。试验（从注射成型片的横向和纵向截取了10个测试条，并在同一个拉力测试仪上对它们的机械性能进行了比较）表明，对添加了30％玻璃纤维增强的热塑性聚酯树脂，其横向的拉伸强度比纵向（流动方向）低了32％，挠曲模量和冲击强度分别减少了43％和53％。
在综合考虑安全因素的强度计算中，应注意到这些损失。
在一些热塑性塑料中加入了一系列增强材料、填料和改性剂来改变它们的性质。由这些添加剂产生的性能变化必须认真地从手册或数据库中查阅，更好的是听取原材料制造厂家的专家的技术建议。以选用最为合适的材料。
（二）考虑湿度对材料性能影响
一些热塑性材料，特别是PA6和PA66，吸湿性很强。这可能会对它们的机械性能和尺寸稳定性产生较大的影响。在进行设计时，应特别注意这种性能，考虑其对产品性能的影响。
模具材料的选用取决于制品材料，细致分析制品材料后，才能在模具设计时选用最为合适的模具材料。
（三）塑料制品模具材料选用
细致分析塑料制品使用的材料后，选取最为合适的模具材料。目前我国市场常见的、适合热缩性材料的模具材料有：非合金型塑料模具钢（即碳素钢）、渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、耐腐蚀型塑料模具钢几种。在模具材料选取时，根据制品材料是否改性和增加填充剂，添加何种添加剂来选取适合的模具材料。例如：制作形状复杂的大、中型精密塑料制品时，其模具材料可选用预硬型塑料模具钢；制造复杂、精密且生产时间较长，需要高寿命模具时刻采用时效硬化型塑料模具钢。具体选用时主要还是要针对塑料制品的材料和模具预计使用情况选取。适宜的材料加上合理的设计将极大的提高模具使用周期，同时也可以提高产品质量。
二、壁厚及相关注意事项对产品性能的影响
在工程塑料零件的设计中，还有一些设计要点要经常考虑，其中对于壁厚的设计尤为重要，壁厚设计的合理与否对产品影响极大，改变一个零件的壁厚，对以下主要性能将有显著影响：零件重量、在模塑中可得到的流动长度、零件的生产周期、模塑零件的刚性、公差、零件质量，如表面光洁度、翘曲和空隙等。
（一）塑料模具设计工艺中的基础要求
在设计的最初阶段，有必要考虑一下所用材料是否可以得到所要求。流程与壁厚比率对注塑工艺中模腔填充有很大影响。如果在注塑工艺中，要得到流程长、而薄，则聚合物应具有相当的低熔融粘度（易于流动熔解）是非常必要的。为了深入了解聚合物熔化时的流动性能，可以使用一种特殊的模具来测定流程。
增加壁厚不仅决定了机械性能，还将决定成品的质量。在塑料零件的设计中，很重要的一点是尽量使均匀。同一种零件壁厚不同可引起零件的不同收缩性，根据零件刚性不同，这将导致严重的翘曲和尺寸精度问题。为取得均匀的，模制品的厚壁部分应设置模心。此举可防止形成空隙，并减少内部压力，从而使扭曲变形减至最小。零件中形成的空隙和微孔，将使横截面变窄，内应力升高，有时还存在切口效应，从而大大降低其机械性能。不同壁厚塑料制品的模具设计时，模腔的要求也不同，根据制品的要求，设计模具的模腔及脱模斜度，斜度要与塑胶制品在成型的分模或分模面相适应；是否会影响外观和壁厚尺寸的精度。
（二）热塑性塑料设计中的指标分析
热塑性塑料一般具有高的延展性和弹性，不需要像具有高刚性、低延展性和低弹性的金属一样指定严格的范围。设计者在决定热塑性塑料模具制品的成本方面起了关键作用，合理且不影响产品性能的、缩小公差，较少成本是可以实现的。一般商业上可接受的产品与标准尺寸的偏差不高于0.25-0.3%，但这还需要与应用时的具体要求相结合来判断。精确的模具可以有效的缩小制品公差，从而降低制品成本。因此，模具精密度对制品生产厂家具有重要意义。
三、塑料模具设计时对收缩值的考虑
为了不对塑料部件制定过分严格的范围，必须要注意一些影响塑料制品尺寸准确性的因素。模具制造的标准必须严格遵守，同时要特别注意脱模斜度的重要性，因为它决定了脱模容易与否及防翘曲性能。
还有一个与产品设计相关的重要问题是，当成型品是由不同材料或不同壁厚制成时，其模后收缩值与方向和厚度相关如果复杂的成型对加工的要求非常严格，必须要获得模具原型有关收缩值和翘曲行为的准确数据玻璃增强材料的这一性质最为明显。玻璃纤维的取向性可在水平方向和垂直方向产生具有显著性差异的收缩，从而导致尺寸不准确。塑料制品的几何形状对收缩也有影响，进而影响到产品的性能，这也是设计者值得关注的一点。因此在此类制品模具设计时要注意制品脱模收缩后的尺寸是否为产品要求尺寸，否则因制品模后收缩值的影响，极有可能导致产品尺寸不符合标准。
结论：
与产品模后性能相关问题还有许多，设计人员可以参考手册进行设计。总之，在塑料制品模具设计时要充分考虑可能影响制品尺寸、性能、外观等多方面因素，综合利弊，选用适合的材料，合理的设计，才能保证产品的性能。
参考文献
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首先，根据型材截面质心确定挤压中心。根据金属流动特性，选择扇形分流孔、四孔布置，桥宽20mm，上模高100mm，下模80mm，经理论计算验证分流桥强度合理。其次，根据挤压筒规格选择焊合室深度为20mm，底部圆角8mm，焊合角25°。第三，重点在模孔工作带区段的划分，因型材结构特殊性，保证挤压中心与型材质心重合［2］;以金属均匀流动为前提，根据工程经验进行区段划分和工作的长度计算［3］，型材模孔工作带长度分布如图2所示。
2挤压过程模拟
2.1模拟模型建立
将上述设计的挤压模具结构导入铝型材专用挤压模拟软件hy-erxtrude中，对其挤压过程进行模拟。根据挤压过程中金属变形程度及流经的区域建立模拟模型，按照不同区域划分网格。工作带部分网格最小0.4mm，挤压坯料最大网格尺寸6mm，这样避免了挤压过程中金属流动而造成的网格畸变和重划［4］。挤压工艺参数设计:挤压筒直径140mm，挤压速度1mm/s，坯料预热温度480℃，模具预热温度460℃，挤压比27.45，得出型材出口金属流速结果如图4所示。
2.2模拟结果分析
从型材出口金属流速分布可知，T形悬臂部分的金属流速慢仅15.58mm/s，而矩形空心的左上角流速过大达到37.76mm/s，速度相差过大，造成型材出口流速不均匀，使得型材扭曲变形，产品不合格。
3模具结构优化及结果验证
3.1模具结构优化
(1)从工作带的长度方面，根据型材出口的金属流速分布情况，因T形悬臂部分的型材厚度为3.2mm，而其他部分为2.8mm，而且悬臂部分远离挤压中心，金属流速必然不均匀。因此调整工作带长度，微调悬臂横梁部分的工作带长度到10mm，悬臂竖直部分中间工作带长度从8.7mm向两侧逐渐减小到6.8mm。优化后的模孔工作带如图5所示。(2)采用分流孔来调整金属流速［5］，将两个分流桥分别向左上方，左下方平移2mm，使得桥中心向左平移，与挤压中心更接近，这样有利于金属的均匀流动，型材矩形部分的变形更均匀。同时，平移后右边分流孔变大，悬臂T形部分不受分流桥的遮挡，金属流动更趋于均匀。优化后的分流桥结构如图6所示。
3.2模具结构优化模拟结果
保持挤压工艺参数不变，根据反复的挤压过程模拟和结构参数优化，最后得到如图7所示的型材金属流速分布图。从模拟结果可以看出型材流速得到很大的改善，很接近理论平均挤压速度27.45mm/s，金属流动均匀，保证了产品质量。
4结论
1.1进料箱的结构
进料箱、进料管及软布套管共同组成了进料装置。其中进料管被安装在机架上，通过软布套管联接到进料。在进料管的内部，有1个偏心锥形圆筒，该锥形圆筒的作用就是改变物料落点位置，并且引导物料准确落入进料箱的中心。进料箱是被安装在装置中的筛体上，当筛体开始振动，进料箱随之振动，这样可在一定程度上保证喂料的均匀性。固定在进料箱内有一个分料板，其中部会垂直箱壁，分料板的两侧略朝下倾斜，分料板中间有匀料闸门，可调整伸缩，以保证物料均匀分布在筛面宽度。进料箱与机架之间的联接为刚性联接，这样可以保证抽查筛格，同时进料箱也可以自由的拆卸与翻转。
1.2出料箱的结构
螺栓与筛体联接在一起是出料箱的特点之一，主要包括大杂出料口、粮食出料口、机箱、及小杂出料口，通过焊接，不同的出料口结构都可以与出料箱机箱联接，不同的出料口和筛体之间都存在着密封装置。出料箱结构通过筛面筛出的大杂项经过大杂出料口输出到一旁的机箱，上筛面与下筛面之间的物料经过物料输出口后直接输出，而小杂项通过下筛面选出，并通过小杂出料口输出。机器在使用之前，需要检查其严密情况，保证设备不存在泄漏情况，以保证各个出料口之间不会发生混合的可能。
1.3机架
采用分离式设计是该振动筛的特点之一，同时横梁和底座的支撑采用分开设计，支撑横梁与底座之间使用可调式螺栓联接，这样的好处是横梁可以上下移动，因此保证了筛体调节角度在0~12°。不同角度的调节可以满足不同情况下的不同的筛选要求。该方案的优点是实用性强，并且制作简单，运输方便。物料输入和进料机构联接的设备是移动架。螺栓进行联接是料筒盘和进料筒之间的主要联接方式，物料也可以经过管道直接进入物料筒。料筒盘可以直接在支架的横梁上进行焊接。上支架的组成部分包括了加强板、料筒盘、封板。移动架和支撑架之间是刚性联接，这是由支撑板和螺栓完成的。在设备开始运转之前，要保证移动架支撑架的联接紧密，这样才能保证物料准确进入进料箱。
1.4驱动电机的设计
驱动电机的驱动设置一般都选择在筛体两侧，并且要保证筛体重心的位置重合。在4只螺栓的固定下，电机安装在圆盘上，当圆盘的固定螺栓被松开时，电机和圆盘将同时绕着中心轴旋转，以至于改变电机安装角度，实现调节振动角，振动角在0~45°可调节。
2模具设计
在模具的设计过程中，以下现象需要考虑到，有模具头部的成形，在球形顶端的飞边、打偏等现象。与此同时还需要考虑到限位工件、出料自动等来自各个方面的多因素。各个部件的关系如下：上锻模被安装固定在了工作头的主轴孔中，下锻模被安装固定在定位模具中，压板紧紧压住下锻模，工作台与压板在工作台的T形槽的作用下，由联接螺栓被紧密联接在一起。工作台和定位模具为了提高定位与定心的精确度，选择了比较小的间隙进行配合。模具中存在着顶芯，机床底座的下面存在着模具底座，在连杆和工作头的作用下联接为一个整体。设计的模具的工作原理如下：模具被固定在指定位置后，把加热后的材料放在下锻模里面，上锻模在工作头的带动下，压在了下锻模上，模具底座在联接杆的作用下随之往下，顶芯因此落到了定位模具的下边。顶端的部分刚好比下锻模的底部高出部分，可以支住工件。等工件加工完毕，工作头将会随之升起，并带动上锻模和模具随之升起，在顶芯的作用下，模具底座的柱销也因此被顶出模具。
3设计时注意的问题
（1）下锻模下锻模在实际作业时受到的压力非常大，因此若强度方面没达到标准，很容易因此而断裂。所以在实际选用特殊材料，并且加热处理，满足强度方面要求。下锻模的台阶过渡时选择了大圆弧过渡。（2）定位模具为了在实际作业中避免锻压工件偏倒现象，为此特别设计一个定位模具，作用主要体现在3个方面：①保证上锻模与下锻模的同心度；②对顶芯的支撑作用，对工件的定位作用；③若顶芯上升的话，将起到一个导向的作用。（3）顶芯上锻模通过工件对顶芯施加锻压压力，同时，为了保证下锻模和定位模具能够在允许范围内正常滑行，那么一定不能存在形变，所以也需要选择特殊材料，并进行热处理。
4结语
当前实践教学面临的问题模具设计是实践性和工程性较强的专业课程，模具设计专业培养的是具有一定的模具设计能力和较强的模具制造能力以及能够满足现代模具企业生产一线需要的技术应用型专门人才。因此，模具设计专业的学生除了掌握相应层次的文化基础知识与相应的专业技术理论以外，还需具有较强的技术应用能力、现场操作技能。而实践教学是培养应用型模具设计人才“应用”能力最为基础也是最为重要的一个环节。然而目前相当一部分高校在实践教学环节中不同程度地存在以下的一些问题，制约着应用型模具设计人才的培养。
1实践教学内容不能完全满足社会需求
金工实习是高校模具设计类专业重要的实践教学内容，它是培养学生实践动手能力的必修技术基础课程。通过金工实习，学生可以熟练掌握机械零件加工的主要工艺过程和方法，熟悉常用设备和工具的使用方法，为后续专业课程的学习打下基础。但是大多高校金工实习内容主要集中在机械加工的车、铣、刨、磨、钳等传统训练方面，忽视现代先进技术训练如以数控加工技术、特种加工技术、计算机仿真技术等为核心的模具制造实践和以模具制工艺设计为主线的现代工程实践的培养，跟不上目前国内模具制造技术发展的水平。
2实践教学方法不能体现应用型人才的培养需求
相当部分高校在进行实践教学过程中，指导教师往往采用简单的课堂教学来实现。指导老师讲解实验目的、内容和步骤，根据操作过程演示实验内容，采取验证式的实验方法，实验骤教条化。虽然有时学生分成小组进行试验，往往也是验证式的。这种教学方法还会受到实验室空间和时间的限制，消减了学生自主学习的积极性、灵活性，难以达到培养应用型人才的要求。现场实习是模具设计专业重要的实践教学环节，通过现场实习，学生可以更好地巩固所学的专业知识，扩大专业知识面，培养一定的解决工程实际问题的基本能力和社会实践能力。但部分教师以及大多数学生认为，现场实习仅仅是课堂教学的补充，没有意识到现场实习的重要性。往往是一个或两个指导老师带着许多学生走马观花地参观生产现场，未能给学生介绍与课堂所学的基础理论知识相对的生产实际，也未能真正参与到企业生产实际中去，因而对生产实习的积极性不高，实习效果可想而知。
3缺乏综合性实践的平台
生产企业对应用型模具设计人才的要求不仅只是具备模具设计与制造的基本技能，更重要的是具有综合实践能力与项目实施能力。但目前相当部分高校的模具设计实践教学，大多采用校内教学（实验）辅助生产现场参观的方式进行，缺乏综合性实践的平台，学生自主参与性较差，与生产企业以项目或工程管理的方式差别较大，难以培养更重要的是具有综合实践能力与项目实施能力。
二应用型人才培养的实践教学改革
1实践教学内容改革
（1）金工实习改革。金工实了掌握机加工中的车铣刨磨钳等传统训练方面，增加模具企业中常用的现代加工设备如数控电火花成形、数控电火花线切割、数控铣削设备的实训内容，给定特定的模具零件，安排学生操作数控机床、线切割、电火花机床等设备对零件进行加工，训练学生对现代加工设备的实际操作能力和数控编程能力，促进学生对模具的特种加工方法的了解。
（2）增加数字化设计加工内容。随着计算机技术的飞速发展，各种模具设计软件不断出现。在传统模设计的基础上，应用数字化设计工具，实现数字化制图、模具数字化设计、模具数字化分析仿真、模具生产管理以及模具的数控加工，从而提高模具设计质量，缩短模具设计周期，已经形成趋势。这就要求毕业生必须具有很强的计算机应用能力以适应就业的要求。因此，在课程设计和毕业设计上增加模具数字化设计的内容，采用先进的三维设计软件如Pro/E、UG等进行模具三维数字化设计，利用模具分析软件如MoldFlow、DYNAFORM等对零件进行有限元分析，根据分析结果来检查模具设计结构的合理性，在设计阶段消除易出现的错误，利用CAM技术模拟模具的加工过程。在实践环节中增加这些内容，目的是加强学生模具数字化设计分析和加工的能力，实现应用型人才的培养。
2实践教学方法
改革课程实验是实践教学环节中的重要一环，往往由于实验室的时间和空间限制，实验大多采取验证式或演示实验，这种教学方式很难达到培养应用型人才的目的。对于模具设计的课程实验，采用案例法（企业案例）教学，比如模具拆装实验，选择企业生产报废的但能反映模具新技术的典型模具，如自动脱螺纹模具或二次分型模具等，通过模具拆装过程的训练，学生掌握模具拆装的具体操作步骤和注意事项，提高动手拆装模具的能力，加深对模具设计参数的理解，而且学生也能从另一侧面了解生产企业模具的拆装过程。对于注射生产实习，学生亲手去安装和调试课堂所讲的企业案例模具，选择合理的工艺参数进行塑件的生产。通过对塑件的生产，以及对注射成型参数的调试，帮助学生进一步了解工艺参数，并且根据各种成型情况来调整参数，这种教学方法极大地激发学生的兴趣和创新意识。
3增设综合性和创新性实践
目前实践中的金工实习、现场实习、实训、各门专业课程的实验、课程设计等环节大多以单独考核的方式进行，缺乏将所有实践结合在一起的综合性实践，学生的自主参与性较差。为了培养学生的具有综合实践能力与项目实施能力，在所有的理论知识和单项的实践内容完成后，增设综合性和创新性实践，采取类似生产企业的项目或工程管理的方式进行。学生根据自己的学习情况与能力，选择与自己能力相符的企业生产实际的实例题目（真题真做），一人一题，避免了小组中的敷衍了事，蒙混过关，甚至有自觉性差的同学偷懒抄袭的情况出现。让学生有足够的时间去查阅收集设计参考资料，自主思考，独立设计，优化方案。将模具设计（三维和二维的数字化设计能力）、模拟分析（CAE分析能力）、模具各个零件（主要是成型零件）的加工（机加工、数控加工热处理等动手实训能力）、模具各零件的组装（模具装配能力），最后将组装好的模具在压力机或注塑机上试模（初步的试模和调整能力）等一系列过程融为一体，并且学生对各个环节的实际管理能力也得到提高。通过综合性实践的训练能够较好地激发学生的学习兴趣与潜能，促进学生独立思考、自主设计，培养了学生的设计和分析能力、工艺技能和工程管理能力。由于题目主要来源于企业实际产品，学生通过综合性的实践训练能更好地适应企业的需求。
三结束语
从几类胶塞的结构及用途可以看出，胶塞生产具有批量大、尺寸要求严格及有洁净和生物安全性要求的特点，针对这几个特点，在胶塞模具设计时必须考虑以下几点：（1）胶塞属于大批量生产的模型制品，因为多腔模具生产效率高且能满足生产需求，所以，模具设计时必须是多腔模具，设计模具时尽量占满整个热板。模具型腔之间的间距一般与产品尺寸保持+3.5～4mm，型腔呈交错排列。（2）胶塞尺寸要求严格，模具型腔及模具大板必须采用精密的加工技术才能满足尺寸精度要求。模具型腔芯（简称模芯）与模具大板分别加工，然后镶嵌在一起。（3）胶塞有洁净和生物安全要求，硫化完成后的胶片，不宜采用撕边和冷冻除边工艺，否则剩余胶丝和胶粉末会因清洗困难而影响生物安全性。目前，通常采用连片硫化生产（分模边厚度0.6～1.2mm）进而采用冷冲切工艺，一次性切除分模边，不留胶丝毛刺。（4）胶塞为含胶率高的纯胶制品，所用胶料卤化丁基胶及其他胶种必须采用抽真空平板硫化机或注射抽真空硫化机来生产，对硫化设备要求高，且必须为抽真空设备。（5）由于胶塞尺寸的严格性，化胶塞的面压大于普通的橡胶制品，一般在100kg/cm2以上（普通橡胶制品为50kg/cm2左右）。（6）硫化模具除采用多腔设计外，由于冲切工艺的限制，多腔排布需要再分割冲切分区。（7）硫化前的半成品采用薄胶片进行整模具覆盖，对半成品尺寸及重量要求严格（长宽尺寸误差±1mm，厚度误差±0.1mm，重量误差±5g）。（8）由于采用连片生产，半成品胶片精度高，一般只在模具大板周边设计溢胶槽。（9）胶料的收缩率通常根据胶种不同、含胶率不同、配方不同、硫化条件不同，将根据实验实际测定后确定，经验值一般在1.8%～2.8%之间。（10）模具定位通常采用4个定位销定位，模具固定在硫化机热板上，硫化机采用大开档结构，便于放入和取出胶片。（11）为了提高效率，硫化机热板尽量采用大台面、大吨位的平板硫化机。硫化模具尺寸变大，模具加工困难也相应增大。目前我公司的胶塞模具尺寸达到1300mm×600mm×100mm的模腔数量多达2352腔/模。
2胶塞模具的结构组成及加工方法
根据以上胶塞模具的特点进而可以设计出胶塞模具的结构，通常胶塞模具均采用二开模、多腔镶芯技术。模具由上模具大板、上模芯、下模具大板、下模芯、定位销及定位套组成。
2.1上模具大板与下模具大板上模具大板的典型结构如图8所示，下模具大板的典型结构如图9所示。上模具大板与下模具大板的主要功用是固定和连接上模芯与下模芯，它们与上下模芯之间通常采用H6/k5配合。上模具大板通常设分区线，目的是便于硫化后分片和冲切。下模具大板内腔设预留分模边，分模边的厚薄将根据胶料硫化时的流动特性来确定，通常为0.5～1mm。下模具大板周边设溢胶槽，满足半成品重量误差需求，生产合格产品。上模具大板与下模具大板将根据不同直径形状及厚度的产品，选用不同排布形式与厚度，排布形式有直排型和交错排列型，在同样模板面积上，交错排列型的生产效率比直排型提高7.5%，因此只要结构允许，应尽量采用交错排列形式。上下模具大板的加工通常采用坐标镗床或加工中心一次完成上下模具大板坐标孔的加工。
2.2上模芯与下模芯上模芯典型结构如图10所示，下模芯结构如图11所示。上下模芯是胶塞硫化成型最关键的部件，它的加工质量直接影响到产品质量。胶塞模具是多腔模具，模芯数量巨大，目前我公司腔数最多的可达2352腔/模，因此模芯的一致性要求很高，对于简单型腔的产品，一般采用数控车床生产，而对于复杂型腔的产品除采用数控车床加工外，还必须辅以电火花等加工方法来完成其加工，还有个别型腔复杂的产品采用镶嵌法生产，但质量和一致性很难保证。
2.3定位销与定位套定位销与定位套的结构如图12所示，由于多腔模具的特殊性，通常1套模具一般只有4对定位销与定位套对上下模具进行定位，上下大板的定位套与定位销孔通常在坐标镗床或加工中心与模芯孔一次加工完成，定位销、定位套与大板采用H7/n6配合，销与套之间采用H7/g6配合。
3胶塞模具装配与使用过程的常见问题与处理方法
胶塞模具零件加工完成后，就可进行模具装配工作，胶塞模具的装配有其特殊性，主要应注意以下几个方面的问题。
3.1模具大板与模芯的装配精度问题由于胶塞模具是多腔镶芯模具，模芯与大板装配配合精度要一致，尽管图纸标注尺寸是一致的，但实际加工过程会出现一些偏差，这些偏差就会造成模板与模芯配合尺寸不一致。配合过紧会使得模板变形，进而影响硫化产品的精度；配合过松会导致模芯与模板之间积胶，进而使硫化产品产生毛边。为了解决模板变形问题，一般采用加厚模具大板的办法来解决，但过厚的模板会给更换模具和抽真空带来困难。
3.2模芯加工的一致性问题模芯内腔加工的不一致会造成胶塞产品不一致，而不一致的胶塞会造成药品自动分装生产线运转不畅，导致胶塞大批退货。因此，胶塞模芯内腔尺寸的一致性是胶塞模具最关键的一环。通常通过模芯加工后的尺寸检查和硫化胶塞产品尺寸检查环节来控制产品尺寸。
3.3预留分模边与最终硫化产品分模边的关系由于多腔胶塞模具设计属于半开放模具，尽管半成品尺寸及重量控制严格，但最终硫化的胶片还会出现多余胶料溢出现象，正是这些胶料的溢出造成了预留分模边与最终硫化产品分模边存在差异，这些因素在模具设计时必须考虑，按经验值一般在0.15～0.20mm之间。
3.4预留分模边内槽尺寸与模芯最小距离的问题在多腔模具的边缘经常会出现硫化后的胶塞变形或尺寸不合格的问题，造成这种问题的主要原因是分模边内槽边缘与模芯距离过近造成，适当加大该尺寸就能解决这个问题，因此胶塞模具设计时应特别注意这个问题。
3.5硫化机面压与热板精度的影响由于胶塞尺寸的严格性，硫化机面压必须足够大，才能硫化出合格产品，面压一般在100kg/cm2以上比较合适，低于此数据会造成合格率降低、胶塞厚度不均等问题。热板精度低的硫化机，不仅不能生产出合格的胶塞产品，还会对模具造成永久伤害，严重者会造成模具报废。因此，胶塞生产尽量采用高精度、高压力的硫化机。
3.6形状复杂的非回转体产品上下模芯定位及对正问题由于多腔胶塞模具的模芯外形一般为回转圆柱体，当胶塞本身结构为回转体时，上下模芯可以随意安装，而对于形状复杂的非回转体胶塞来说，上下模芯必须按一定的方向排列固定，才能生产出合格的胶塞产品，这种情况下，一般要对加工模芯做好定位，否则会给后期装配和生产带来很多困难。
3.7溢胶槽、定位销、定位套、模具与热板固定螺孔尺寸的位置干涉问题胶塞多腔模具的设计原则是尽量让模具占满整个热板，但必须留足溢胶槽、定位销、定位套、模具与热板固定螺孔的位置，这些功能部件必须独立，不得互相干涉，否则会导致产品质量不稳定，甚至会造成模具报废。
3.8胶塞偏心问题多腔模具最容易出现和最难解决的问题就是产品偏心，一般加工精度和装配方法都会影响产品的同心度，这两点尤其要注意。
4结语
首先根据经验，在砂芯上布好射嘴及排气塞，然后进行射砂及固化的模拟，图1是首次射砂模拟的结果，从结果可见，部分位置存在紊流，中间隔板位置，砂流明显分开，砂芯射不满。由于模拟结果不理想，于是对射砂嘴和排气塞进行优化，增加部分排气塞，射砂嘴的直径调整，经过多次调整及模拟后得到了合格的结果，优化后的模拟结果如图2所示，图中长圆柱为射砂嘴位置，短圆柱为排气塞位置，模拟结果显示，中间隔板位置砂流交叉融合，填充完整，其它位置砂芯完整。
2芯盒模具设计及制造
芯盒模具的结构与射芯机有关[4]，不同的企业都会根据其不同的射芯机建立相应的标准虚拟三维模架。本设计首先根据射砂模拟结果，布好射砂嘴、排气塞及顶芯杆等；然后设计分形面；最后调出标准三维模架[4]，将砂芯根据要求装配入模架中，通过布尔运算得出三维的模具型腔，并详细设计出定位销、导向销、导向套、压板、回位导杆等各种零件。设计好的模具如图3所示。模具设计好后，根据图纸制订加工工艺，根据三维模型编NC程序，然后开始模具制造，制造完成的模具如图4所示。
3制芯效果
模具设计前没有经过MAGMA软件的射砂模拟，所试制出的砂芯经常出现不饱满，砂芯断裂等缺陷（图5所示）。通过MAGMA软件的射砂模拟，根据射砂模拟结果，布置好射砂嘴、排气塞及顶芯杆等。然后制造模具，开始制芯，把芯盒模具装到相应的射芯机上，调试好模具，开始射砂，第一轮试制就能射出合格的砂芯，图6是首轮试制出的砂芯，砂芯饱满紧实，质量很好，符合要求。
4结论
MAGMA软件射砂模块的模拟结果与实际相符，利用MAGMA软件射砂模块的模拟结果来辅助模具设计，可以明显提高模具设计的效率，且设计的模具结构更合理，减少模具调试时间，避免因为设计不合理而造成模具的多次整改，降低成本的同时也缩短了模具开发周期。
作者:谢武斌 罗超庆 黄耀光 汤宏群 单位:1.广西玉柴机器股份有限公司 2.广西大学材料学院 3.百色学院 4.广西生态型铝产业协同创新中心
参考文献：
[1]崔怡，吴浚郊，李文珍.芯盒结构对射砂过程的影响[J].特种铸造及有色合金，2000（3）：4-6.
[2]迈格码（苏州）软件科技有限公司.2012年度用户大会光盘[EB/OL]，2012.
该合页片属铰链式弯曲件，经分析：L/d=90/2.2=40.9＞30,属细长制件，由于制件细长、材料薄、刚度差，如果采用传统的铰链加工方法分预弯和卷圆两道工序弯曲，则在卷圆弯曲过程中当板料受到挤压和弯曲作用时，极易因弯曲和振动而失稳，致使制件不易达到理想的形状精度和表面质量；还会因弯曲、圆度和直线度误差，以及表面划伤等瑕疵而报废；或者由于失稳，致成形失败。其次铰链卷圆件的回跳在所难免，要满足卷圆内径公差要求较为困难。所以，该制件的工艺性不好，加工难度大，在成形方法和工装设计中必须着重考虑。
2传统的铰链加工方法存在的问题
资料介绍，对于r=（0.6~3.5）t的铰链件，常用推卷的方法弯曲成形。弯曲成形一般分为两道工序，首先将毛坯头部预压弯，然后再卷圆。立式结构较简单，便于制模和弯曲成形，但此工艺方法和模具只适用于材料较厚且长度较短的铰链件。对本合页片由于材料较薄，长径比大于30，显然不适合。卧式模具结构是利用斜楔对凹模作用，使其产生水平运动而完成卷圆过程，有压料装置，弯曲件质量较好。但由于卷圆内径有公差要求，弯曲件的质量还是不够理想，还需增加一副整形模才能达到要求。而且图2c模具结构较复杂，模具制造成本高，周期长，对于小批量的合页片生产，经济性不好。从上述模具结构可以看出，该类模具比较适合加工小型铰链件。制件则相当困难，甚至不可能进行。因此，必须考虑其他工艺方法，设计新结构的模具来解决这些问题。经过多次摸索，终于找到了解决问题的方法：即在预弯成形后，卷圆弯曲之前增加一道U形弯曲工序，从而使推卷成形变得容易，同时也使模具的结构设计得到简化。优化后的冲压工艺流程为：下料→落料→去毛刺→制标→头部预弯→头部U形弯曲→卷圆成形。
3模具结构及工作过程
模具工作过程：卷圆模置于液压机（Y41-10T）工作台上，将模柄4固定在液压机上滑块上。工作时，液压机上滑块上升，模具开启，压块3与上模6脱离接触，将经U形弯曲后的坯件由端面从上模与下模右侧面的缝隙中插入下模7的型槽内，放入芯棒1，开动液压机上滑块下行，使轴向压块3向下传力给上模6，从而使坯件受限并卷圆弯曲成形。成形后，液压机上滑块回升，弹簧2将上模6顶起，用手将制件从芯棒1上取出，完成一个冲压过程。一个批次加工完后，将芯棒1插入下模7存放芯棒的孔内，以备下次使用。
4结束语
随着手机行业发展的变迁，中国早已成为世界手机塑料制件的生产基地。尽管我国的注塑模设计在近几年得到了快速的发展，但是我国注塑模具在设计制造水平等方面要比德、美、日、法等工业发达国家还是要落后许多，主要表现在以下的几个方面。
（1）供给和需求不平衡
当今国内自配率不足，可以看到低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60%。尽管中国模具工业发展迅速，但与需求相比，供不应求的问题还是比较突出的，其主要缺口集中于精密、长寿命、大型、复杂模具领域。因为在模具寿命、精度、制造周期及生产能力等各个方面，我国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。
（2）人才与科技发展不相适应
模具行业不同于其他的一般行业，是一种技术密集，资金密集的产业之一。尽管我国在模具设计中已经使用CAE模拟分析，但是我国人才的发展速度跟不上行业的发展速度，现在缺乏各种能把握运用新技术或者高级模具钳工等高技术人才。同时，由于基础差、投入少，缺乏一种长期可持续发展的观念导致我国模具产品及其生产工艺，工具（硬件和软件），装备的设计，研发（包括软件二次开发）和自主创新能力的薄弱。跟发达国家比起来，我国模具CAD/CAE/CAM的技术水平还很低，主要表现在软件开发的进度和水平低，CAE/CAM发展跟不上CAD，整体应用水平低，缺乏CAD/CAE/CAM知识的集成。
（3）标准化的程度低
长期以来，我国的注塑模设计受到了“大而全”、“小而全”的影响，模具行业的观念落后，难以完成较大规模的模具成套订单，与国际水平相差很远。虽然有的企业引起了国外的先进加工设备，但是总的装备水平与国外企业相比，依然是望尘莫及，设备控制率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外的企业低很多，CAE、CAPP的普及率就更加低了。另外，模具标准化水平低，没有针对同一领域的产品建立针对的数据库，标准件的品种规格少且应用水平低，高品质的都依赖进口，设计现状如下表所示。这些都影响和制约着我国模具发展和质量的提高。
（4）材料等相关技术落后
模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。
（5）企业管理落后与技术的进步
我国模具企业的管理落后主要体现在生产组织方式及信息化采用等方面。以模具为核心的产业链各个环节的协同发展不足，尤其是材料的发展明显滞后，国内模具材料在品种、质量和数量上都不能满足模具生产的需要，高档模具和出口模具的材料基本上都是靠进口的。模具上游的各种装备（机床、工夹量刃具、检测、热处理和处理设备等）和生产手段（软件、辅料、损耗件等）以及下游的成形材料（各种塑料、橡胶、板材、金属与非金属及复合材料等）和成形装备（橡塑成形设备、冲压设备、铸锻设备等），甚至包括影响模具发展的物流及金融等产业链的各个环节大都分属于各有关行业，大都联系不够密切，配合不够默契，协同程度较差，这就造成了对模具工业发展的制约。
2影响我国手机注塑模模具设计效率的因素
（1）模具设计工程师流动较大
在当前的模具行业中，模具设计人员的流动是非常大的，每个公司的设计思路又不尽相同，这就直接会影响到模具设计的效率。因为在模具设计人员流动的过程会使得模具设计人员的素质总体偏低，因此在控制模具设计效率的问题上会缺乏准确性。此外，人员的经常变动必将使得模具设计的完成水平处于良莠不齐的状态，这就必将影响到模具设计的效率。
（2）模具设计师的主动性不够。
因为模具设计的设计师对工作的热情不够，每天都只是按要求完成任务，所以也就很难创造性的设计出高质量的模具。同时，热情的不够也会使设计人员设计的结构过于固定而缺乏一定的变通和创新，必将严重影响到模具设计的效率以及质量。
（3）设计师的设计水平普遍不高
在当前的模具设计岗位上，很多的设计师是通过专科院校专门培训出来的，对软件的操作非常熟悉，但是对设计的思想理论没有自己的把握和见解。因为，由于他们对模具设计核心技术的不熟练也将导致模具设计的时间过长，而且设计的方案也可能会有各种各样的问题，这就有可能在主管检查过后还要进行不断的修改，从而严重影响到模具设计的总体效率。
（4）公司模具设计没有标准化
如今，由于快速发展的手机市场导致手机生产商对产品需求的多样性不断的增加，因此模具的更新换代也在不断的加快。各个手机制造商和模具设计公司承担着繁重的模具设计任务，对于手机这一类产品经常有很多相似的结构，但因公司没有把类似产品进行标准化分类建库，在设计过程中有很多重复的而且缓慢的人工设计部分耗时太多，耗时结构如表1所示。这也使得设计师在模具设计的过程中不得不做很多重复性的工作，降低了模具设计效率。
（5）设计软件的不足
现在公司进行模具设计的辅助软件大部分用的是SiemensPLMSoftware公司出品的UG，尽管该软件已经做到非常完善了，但是在公司具体的应用过程中依然有很多的不足，工程师在设计的过程中有很多设计要经过繁琐的操作而不是一蹴而就的快捷，这就导致模具设计的效率不得不有所降低。
3提高我国手机注塑模设计开发效率的探讨
随着科技的发展和技术的进步，模具早已经是制造业的重要工艺装备。在竞争激烈的手机市场中，谁能提高自己的生产设计效率，谁就能第一时间的占领市场，因此手机模具的设计速度是所有公司追逐的目标。我国模具技术已经得到了很大的发展，但总体来说与国际先进水平相比尚有10年以上的差距，设计的速度也比先进国家也慢了很多。由于模具技术的落后必将使得手机的生产和上市受到影响，所以我国手机注塑模具设计技术的发展是手机模具行业的当务之急。注塑模具种类繁多，不同种类的技术要求也是不一样的，经过调查总结，我国注塑模具模未来必将朝着下列方向不断发展进步。
（1）手机注塑模模具设计特点
随着电子行业的快速发展，手机已经成为一个快消品。因此其在当今市场更新换代的速度非常快，产品的快速更换对模具行业的发展也是一个很大的机遇和挑战。因此手机注塑模就进入了多品种小批量生产时代，人们要求模具的生产周期越短越好，由此可以看出快速经济模具将有广阔的发展前景。
（2）热流道、气辅模具技术的发展
今天的模具行业里面采用热流道技术无疑是提高塑料制件生产率和质量有效途径，而且相比于传统模具，热流道还能大幅度节约原材料。热流道技术在国外的塑料模具中占了50%，有的国家已经达到了80%以上，都得到了良好的效果。另外，气体辅助注射成型也具有很大的优点，如：注射压力低，制品翘曲变形小，表面的质量较好且易于注塑出壁厚跨度比较大的制件。所以它不但可以降低成本，最重要的是可以保证产品的质量。因此，手机外壳模具采用热流道或者气辅模具，将可以在低成本的情况下得到高质量的产品。
（3）提高手机注塑模模具设计的效率方法
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