注塑模具的標(biāo)準(zhǔn)化與其自動化設(shè)計研究

胡向榮

[摘 ? ?要]隨著我國制造業(yè)的不斷發(fā)展，以及信息化水平的提升，新的模具標(biāo)準(zhǔn)化以及自動化生產(chǎn)技術(shù)得到應(yīng)用，這其中也包括注塑模具標(biāo)準(zhǔn)化，該技術(shù)能夠為塑膠產(chǎn)品生產(chǎn)提供幫助。基于自動化設(shè)計技術(shù)，企業(yè)可以根據(jù)現(xiàn)階段標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)流程執(zhí)行模具設(shè)計任務(wù)，確保各個步驟都能彼此適應(yīng)。文章以實際工作為出發(fā)點，對注塑模具的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計進行總結(jié)，論述了注塑模具自動化設(shè)計方式。

[關(guān)鍵詞]注塑模具;標(biāo)準(zhǔn)化;自動化

[中圖分類號]TQ320.52 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–0–04

Research on Standardization of Injection Mold and Its Automatic Design

Hu Xiang-rong

[Abstract]With the continuous development of my country's manufacturing industry and the improvement of the level of informatization， new mold standardization and automated production technologies have been applied， including injection mold standardization， which can provide help for the production of plastic products. In addition， under the basis of automated design technology， enterprises can perform mold design tasks according to the current standardized technical process to ensure that each step can be adapted to each other. Starting from the actual work， this paper summarizes the standardized design of injection molds， and discusses the automatic design methods of injection molds.

[Keywords]injection mold; standardization; automation

改革開放以來，我國制造技術(shù)得到了發(fā)展，促使其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)過程出現(xiàn)了巨大改變，這一點在模具行業(yè)中同樣有所體現(xiàn)。從以往發(fā)展中能夠看出，限制注塑模具發(fā)展的因素有質(zhì)量、成本和工期，而質(zhì)量和成本與工期存在直接聯(lián)系，如果能夠確保工期縮短，成本也能得到全面控制，但產(chǎn)品整體質(zhì)量可能受到影響。據(jù)此可知，工期對于注塑模具影響較大，相關(guān)企業(yè)和管理者需對其提高重視程度。

1 注塑模具標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的意義

所謂注塑模具標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，主要集中在模具設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、模具生產(chǎn)以及管理標(biāo)準(zhǔn)化等方面，上述內(nèi)容在注塑模具產(chǎn)品生產(chǎn)之中能夠發(fā)揮出重要作用。注塑模具標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的發(fā)展意義主要集中在以下方面。

（1）控制好產(chǎn)品在生產(chǎn)時所應(yīng)用的夾具、工裝零件數(shù)量。相關(guān)工作人員在執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)時，可以根據(jù)注塑模具標(biāo)準(zhǔn)化要求，確定最佳的模具生產(chǎn)流程，應(yīng)用合理的模具零件，只有這樣，才能保證塑料制品以及塑膠制品的科學(xué)生產(chǎn)，讓所有生產(chǎn)工序保持穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）讓工作人員清楚自己的職責(zé)和任務(wù)。在注塑模具設(shè)計和管理時，涉及到的工作任務(wù)類型很多，不同工作人員承擔(dān)的職責(zé)不同，很多時候，管理者需要對整個生產(chǎn)工序進行協(xié)調(diào)管理，讓人員配置、生產(chǎn)內(nèi)容等處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）維護生產(chǎn)技術(shù)的改革和再利用。注塑模具標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，主要是以不同生產(chǎn)項目為出發(fā)點，設(shè)置不同的工作流程，這些標(biāo)準(zhǔn)化加工技術(shù)不僅能夠?qū)Ξa(chǎn)品生產(chǎn)提供指導(dǎo)，還能為其他產(chǎn)品的生產(chǎn)指明方向，為加工技術(shù)的再利用創(chuàng)造有利條件。

2 注塑模具的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

2.1 制品工藝分析與設(shè)計

實際產(chǎn)品設(shè)計過程中，應(yīng)確保成型技術(shù)處于完善狀態(tài)，只有這樣，才能幫助企業(yè)控制材料消耗，減少一部分工序，延長模具壽命，使自身結(jié)構(gòu)始終處于良好狀態(tài)，維護產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，操作起來也十分便捷。具體設(shè)計時，工作人員往往會提前準(zhǔn)備一些成型的工藝方案，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)要求進行選擇，提前確定好設(shè)備占用率，明確工藝成本、安全要求等，最終確定最適合的成型工藝。管理者應(yīng)根據(jù)具體的注塑模具形狀特征、生產(chǎn)批次等，明確產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)類型，也可以通過計算來選擇模具類型，避免出現(xiàn)不合格生產(chǎn)等問題。

2.2 模具成型零件設(shè)計

從模具成型過程角度來說，相關(guān)工作人員需保證零部件與模具產(chǎn)品形狀處于匹配狀態(tài)，常見模具類型有模具凹模、凸模以及模具嵌件。一般情況下，模具零件設(shè)計大多集中在凸模和凹模中的模腔設(shè)計，其次是模芯設(shè)計。對于型芯與型腔形狀和結(jié)構(gòu)等設(shè)計，應(yīng)該與合格產(chǎn)品要求相符，提升模具成型零件設(shè)計成功率。

2.3 模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）做好模具精度設(shè)計工作。一般來說，公差標(biāo)注之間往往會存在一定差異，這也導(dǎo)致塑料模具的制作過程受到極大影響。因此，在具體模具設(shè)計時，相關(guān)工作人員應(yīng)結(jié)合具體情況，制定合理的分析步驟。例如，對于一些精密度不高的模具設(shè)計，可選擇較低的公差標(biāo)注，通過該設(shè)計過程，塑料模具設(shè)計不僅能夠降低誤差，還能實現(xiàn)整個設(shè)計工藝的優(yōu)化，提升消費者認(rèn)可度。如果模具精密度要求較高，公差標(biāo)準(zhǔn)要求也應(yīng)相應(yīng)提升。盡管在提升公差標(biāo)準(zhǔn)之后，制備工藝會變得復(fù)雜，但卻能夠確保塑料模具尺寸處于精準(zhǔn)化狀態(tài)，保證模具的實用性。

（2）模具導(dǎo)向裝置設(shè)計。由于塑件結(jié)構(gòu)本身復(fù)雜程度較高，型腔、型芯也是以組合形式出現(xiàn)，為設(shè)計工作帶來了很多新的困難。除此之外，塑件中往往還存在一些孔以及凹模等結(jié)構(gòu)，甚至還需要從側(cè)面將中心斜抽芯等結(jié)構(gòu)穩(wěn)定拔出，操作難度較大。

（3）脫模、卸料等抽芯設(shè)計。如果塑件要保留在定模之中，頂出結(jié)構(gòu)的加裝必不可少。其中，最為常見的頂出機構(gòu)為一次頂出，該機構(gòu)只需要進行一次動作便能完成塑件脫模任務(wù)。

（4）設(shè)計冷卻系統(tǒng)。模具溫度控制系統(tǒng)能夠根據(jù)人們需求，對模具進行加熱或者冷卻，工作人員只有將模具溫度控制在合理范圍內(nèi)，才能更好地完成生產(chǎn)、設(shè)計任務(wù)。由于塑膠材料不同，面對的模具溫度要求也不一致，如果模具流動性較強，當(dāng)模具溫度降低之后，開裂問題能夠得到控制。如果流動性很差，人們可以通過提升模具溫度，來控制塑件內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力?？偟膩碚f，在模具設(shè)計上，模具溫度控制系統(tǒng)具備重要意義，部分模具企業(yè)為了縮短模具生產(chǎn)時間，將溫度控制系統(tǒng)加工步驟省略，前期并未對模具實施加熱或者冷卻操作，很容易導(dǎo)致模具在使用時出現(xiàn)問題。企業(yè)應(yīng)盡可能確保模具內(nèi)部的熱平衡效果，讓模具溫度分配均勻化。例如，在冷卻水孔位置設(shè)計上，先要確保冷卻水與塑件各部位之間的距離同步，具體范圍在10～15 mm。然后水孔與熔膠最后熔接的地點盡可能遠(yuǎn)。

（5）水管要避免與其他模具機構(gòu)接觸，如頂桿、側(cè)邊抽芯等。

（6）定模中的運水位置盡量與膠位接近，如果是小型模具生產(chǎn)動模內(nèi)的冷卻水，其最佳通道是外圈，如果是大型模具，水路設(shè)計應(yīng)保持多層設(shè)計特性，為后續(xù)工作的開展創(chuàng)造有利條件。

3 注塑模具自動化設(shè)計

通過模具自動化設(shè)計，能夠進一步提升工業(yè)生產(chǎn)效率，整體制作工期也會大幅縮短，幫助企業(yè)節(jié)省一部分投資成本。在1998—2000年，歐盟對無紙模具的設(shè)計和研究，在很多項目中成功應(yīng)用，所取得的效果極為顯著。截止到目前為止，注塑模具設(shè)計已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗，設(shè)計經(jīng)驗對于注塑模具制作影響力較大?，F(xiàn)階段，很多企業(yè)在自動化設(shè)計之中，所采用的技術(shù)有CAD技術(shù)、CAE技術(shù)等，該類技術(shù)應(yīng)用過程主要涉及到以下步驟。

3.1 評估與自動報價

報價時，如果出現(xiàn)報價太高情況，合同可能會被報價更精準(zhǔn)的企業(yè)拿走，如果報價過低，企業(yè)可能會在此次合作中虧損。為了維護企業(yè)利益不受影響，相關(guān)部門應(yīng)建立起與本公司相符的自動報價系統(tǒng)，從而解決報價慢、不精準(zhǔn)等問題。截止到目前為止，很多規(guī)模較大的模具企業(yè)均設(shè)置了屬于自己的報價系統(tǒng)，精準(zhǔn)性極高。

3.2 輸入產(chǎn)品模型

相關(guān)研究表明，模具制造廠家在制作模具時，所需要的原始模型參數(shù)有很多，單一軟件無法完成所有的參數(shù)收集。因此，廠家為了獲得完整數(shù)據(jù)，可能會選擇一些市面中不常見的軟件或者是專業(yè)軟件，保證原始數(shù)據(jù)收錄完整。如果單純依靠CAD等軟件系統(tǒng)，很容易讓產(chǎn)品設(shè)計出現(xiàn)問題。

部分企業(yè)為了節(jié)省成本，選擇在市場中購買一些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，該種方式雖然開銷不大，但轉(zhuǎn)換器所攜帶的系統(tǒng)，大多只能使用1次，從長遠(yuǎn)角度來說，依舊不利于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時所消耗的資金可能比專業(yè)軟件更高。為了規(guī)避該類問題，部分公司設(shè)置了在線轉(zhuǎn)換服務(wù)模式。該類服務(wù)屬于是付費服務(wù)范疇，而且是按次收費，該模式要比購買轉(zhuǎn)換軟件更合理。

3.3 完備產(chǎn)品模型

當(dāng)模具生命周期完成后，便會進入到完備產(chǎn)品模型階段。此時，模型中的一些部分并沒有完成設(shè)計，只是有了大致的款式和花樣，能夠給生產(chǎn)廠家提供參考，至于后續(xù)的模型細(xì)節(jié)設(shè)計，主要由模具制造廠家進行。

3.4 自動產(chǎn)生模具

在實際產(chǎn)品模型修整過程中，相關(guān)工作人員要保證其能夠流暢加工，這也是模具產(chǎn)生階段最為重要的環(huán)節(jié)。一般來說，模具生產(chǎn)主要步驟包括以下兩方面：①生產(chǎn)模具型芯部分;②模架以及其他部件的生產(chǎn)。截止到目前為止，常見的注塑模具設(shè)計軟件均可以依靠通用外掛軟件，或者是二次開發(fā)操作，實現(xiàn)模具大規(guī)模自動生產(chǎn)。

3.5 加工準(zhǔn)備

在模具零件加工前，工作人員要做好準(zhǔn)備工作，將重點放在一些需要修整的部分，選擇合適的加工刀具，如果需要修整的部位不能通過刀具來實現(xiàn)，應(yīng)采用精密度較高的儀器設(shè)備或工藝實現(xiàn)。其中，最為常見的手段為放電加工，做好修整工作后，繼續(xù)正式加工操作。

3.6 CAPP系統(tǒng)的應(yīng)用

在之前注塑模具設(shè)計過程中，主要是借助于2D軟件進行，再加上設(shè)計人員的工作經(jīng)驗，維護設(shè)計工作順利開展?，F(xiàn)如今，由于2D圖紙無法將零件實際情況全方位展示出來，即使應(yīng)用NC加工與設(shè)計流程，同樣無法滿足當(dāng)前模具制作需求。CAE等一體化技術(shù)發(fā)展過程中，研究人員針對注塑模具設(shè)計完成了3D模型創(chuàng)建，并以該結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進行優(yōu)化，配合NC編程，做到以3D數(shù)據(jù)為核心的模型以及結(jié)構(gòu)設(shè)計。

注塑模具CAPP系統(tǒng)涉及到的內(nèi)容有零件編碼、總控制模塊、技術(shù)數(shù)據(jù)庫管理模塊等，開展自動化設(shè)計時，不同模塊能夠發(fā)揮出不同作用，而且缺一不可。系統(tǒng)模塊功能各異，為了確保模具精準(zhǔn)設(shè)計，企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身情況，制定正確的生產(chǎn)設(shè)計參數(shù)，保證系統(tǒng)中各個模塊之間能夠聯(lián)系到一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交流，只有這樣，才能確保系統(tǒng)運行效率不受影響，提升生產(chǎn)質(zhì)量。從CAPP系統(tǒng)特征角度來說，主要應(yīng)用于注塑模具自動化設(shè)計階段，且實用性較強。企業(yè)可以根據(jù)自身生產(chǎn)規(guī)模和特征，制定屬于自己的CAPP系統(tǒng)，降低注塑模具生產(chǎn)成本，維護生產(chǎn)質(zhì)量。

該系統(tǒng)在應(yīng)用時，能夠體現(xiàn)出較強的實用性特點，例如，在界面設(shè)計上，工作人員要根據(jù)注塑時出現(xiàn)的實際情況開展針對性設(shè)計工作，借助于CAPP系統(tǒng)編輯和發(fā)送指令，使得操作者能夠迅速掌握其操作方法。

隨著該系統(tǒng)的深入應(yīng)用，技術(shù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)庫能夠全面結(jié)合在一起，促使各項信息數(shù)據(jù)充分融合到一起，為后續(xù)的自動化設(shè)計工作提供充分條件。

4 模具設(shè)計技術(shù)未來發(fā)展趨勢

4.1 多集成趨勢

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，模具設(shè)計同樣需要與現(xiàn)代科技水準(zhǔn)保持同步，改變之前單一的生產(chǎn)和設(shè)計模式，將技術(shù)應(yīng)用和人力資源等結(jié)合在一起，實施全面管理，建立新的集成化設(shè)計理念。模具設(shè)計之中，涉及到的知識領(lǐng)域很廣，同時也需要應(yīng)用到很多學(xué)科，除了機械設(shè)計理論和模具設(shè)計理論外，還包括光學(xué)、熱力學(xué)等等，這也是模具設(shè)計集成化發(fā)展的根本所在。

4.2 智能化趨勢

智能化技術(shù)發(fā)展，為模具設(shè)計和制造創(chuàng)造了更多可能性，整體生產(chǎn)過程也具備了智能化特點，保證模具各個設(shè)計流程的有效性及合理性。更為重要的是，通過智能化技術(shù)的帶領(lǐng)，無論是模具設(shè)計階段，還是模具制造階段，均能實現(xiàn)人工與工具系統(tǒng)的全面結(jié)合，為后續(xù)模具制造和發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

4.3 網(wǎng)絡(luò)化趨勢

未來的模具設(shè)計，對于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用將會變得更加深入，尤其軟硬件技術(shù)結(jié)合是目前模具設(shè)計中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。從這里也能夠看出，網(wǎng)絡(luò)化趨勢在現(xiàn)階段的模具生產(chǎn)中已經(jīng)非常明顯，而且還存在很多跨國合作生產(chǎn)模具的先例，后續(xù)這種網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)趨勢依舊會延續(xù)下去，深入度會越來越高。

4.4 不斷更新趨勢

現(xiàn)階段，我國市場中的模具設(shè)計與制造面臨的競爭壓力極大，相關(guān)企業(yè)想要在該種市場環(huán)境下獲得更多發(fā)展機會，必須在生產(chǎn)和經(jīng)營方面有所創(chuàng)新，改善原有的模具設(shè)計理念，這對于企業(yè)未來經(jīng)營具備重要意義。目前，最具優(yōu)勢的模具設(shè)計技術(shù)為CAD/CAE/CAM技術(shù)，在未來這些技術(shù)也會成為模具設(shè)計領(lǐng)域中的典型性特征，為整個行業(yè)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

4.5 模具軟件功能集成化

想要確保模具軟件功能具備集成化特點，人們需要讓軟件中的各個功能模塊處于完善狀態(tài)，并在內(nèi)部設(shè)置數(shù)據(jù)庫或者是模型，只有這樣，才能為后續(xù)信息共享創(chuàng)造有利條件，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。值得注意的是，模具軟件功能集成化，同樣屬于是經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，隨著人們對模具需求量的增加，傳統(tǒng)模具軟件功能已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)，而模具軟件功能集成化發(fā)展，還能降低工作人員的工作壓力，減少企業(yè)在人力資源方面的投入，能夠幫助企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

4.6 模具設(shè)計、分析及制造三維化

從以往模具設(shè)計過程中能夠看出，結(jié)構(gòu)設(shè)計往往以二維設(shè)計為主，該種設(shè)計模式無法滿足現(xiàn)階段的生產(chǎn)技術(shù)和集成化技術(shù)需求，這也導(dǎo)致現(xiàn)代化模具設(shè)計必須突破二維設(shè)計限制，以三維化為基礎(chǔ)，做到無紙化、立體化生產(chǎn)。更為重要的是，三維數(shù)字化模型能夠讓產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加清晰地呈現(xiàn)出來，并借助于CAE分析、數(shù)控加工等操作，保證資源的集中管理，共享性極強。隨著技術(shù)的進步，注塑模具行業(yè)對于自身制造工藝、生產(chǎn)模式等進行了大范圍整改，以此來適應(yīng)市場以及社會的變化，模具設(shè)計、分析及制造三維化便是其中之一，可以幫助企業(yè)突破各個方面的限制，確保注塑模具標(biāo)準(zhǔn)化和自動化發(fā)展，指導(dǎo)注塑模具行業(yè)穩(wěn)步前行。

5 結(jié)束語

在經(jīng)濟全球化發(fā)展進程中，發(fā)達(dá)國家對于制造工業(yè)建設(shè)有了新的思路和方法，注塑模具標(biāo)準(zhǔn)化也迎來了大的變革，該過程能夠?qū)a(chǎn)品生產(chǎn)中的各項傳統(tǒng)問題解決，在提升生產(chǎn)效率的同時，降低生產(chǎn)成本。為此，企業(yè)要注重執(zhí)行新的注塑模具生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足企業(yè)的生產(chǎn)需求，為企業(yè)爭取更多經(jīng)濟效益。

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