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淺談注塑模具的計算
引導語(yǔ)：下面是小編為大家精心準備的關(guān)于淺談注塑模具的計算的相關(guān)資料，希望可以幫助到大家哦!
1.引言
工業(yè)設計的目的，就是通過(guò)對產(chǎn)品的合理規劃，而使人們能更方便地使用它們，使其更好地發(fā)揮效力。在研究產(chǎn)品性能的基礎上，工業(yè)設計還通過(guò)合理的造型手段，使產(chǎn)品能夠具備富有時(shí)代精神，符合產(chǎn)品性能、與環(huán)境協(xié)調的產(chǎn)品形態(tài)，使人們得到美的享受。工業(yè)設計強調技術(shù)與藝術(shù)相結合，所以它是現代科學(xué)技術(shù)與現代文化藝術(shù)融合的產(chǎn)物。它不僅研究產(chǎn)品的形態(tài)美學(xué)問(wèn)題，而且研究產(chǎn)品的實(shí)用性能和產(chǎn)品所引起的環(huán)境效應，使它們得到協(xié)調和統一，更好地發(fā)揮其效用。叢林法則(the law of the jungle)是自然界里生物學(xué)方面的物競天擇、適者生存、優(yōu)勝劣汰、弱肉強食的規律法則。激烈的市場(chǎng)競爭讓塑料制品在利用工業(yè)設計的同時(shí)，不得不引入叢林法則，正是工業(yè)設計和叢林法則促使塑料制品的外觀(guān)造型越來(lái)越復雜，而電腦技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機輔助設計和制造使這一切復雜的設計造型都有了實(shí)現的可能性。
塑料制品的成型，絕大多數都離不開(kāi)模具。近年來(lái)，計算機輔助設計和制造的發(fā)展，對塑料制品的設計和模具制造帶來(lái)了翻天覆地的變化。模具制造的技術(shù)已經(jīng)由過(guò)去的以鉗工手工為主發(fā)展到以數控機床加工為主，塑料產(chǎn)品的設計也從手工制圖發(fā)展到完全利用電腦繪圖，產(chǎn)品制圖的表現手法也由過(guò)去2D圖紙轉向3D數據為主，產(chǎn)品的造型也從過(guò)去的方形、三角形和圓形等規則形狀變化為復雜的空間曲面造型，這些變化都使得產(chǎn)品的外觀(guān)形狀越來(lái)越復雜，也給模具設計和制造帶來(lái)了極大的挑戰。因此要求我們的模具設計必須適應這種挑戰，與時(shí)俱進(jìn)。
對于注塑模具的計算，模具專(zhuān)業(yè)教科書(shū)、技術(shù)資料、論文和設計手冊已經(jīng)有很多公式和資料，在過(guò)去幾十年的歲月里，這些公式在模具行業(yè)得到廣泛的應用，現在利用計算機輔助設計與制造的情況下，這些公式的局限性也凸顯出來(lái)，因而有些傳統的模具設計計算公式在實(shí)際中已經(jīng)失去使用價(jià)值，繼續使用某些公式可能會(huì )給模具設計專(zhuān)業(yè)的新生帶來(lái)困擾，本文旨在探討在模具設計的實(shí)踐中哪些內容需要計算，哪些內容不需要計算，如何選擇計算公式等問(wèn)題。
2、注塑模具型腔尺寸的計算
2.1型腔尺寸計算的誤區
塑料被溶化后注入型腔，冷卻后脫模其尺寸會(huì )縮小，因此在模具設計時(shí)會(huì )考慮到收縮因素，加大型腔尺寸從而使塑料制品冷卻后能獲得我們所需要的尺寸。公式，把計算方式歸納為平均尺寸法和極限尺寸法兩類(lèi)。事實(shí)上，上述的公式在實(shí)際的模具設計中根本無(wú)法使用，這些公式只能應用在圖1所示的形狀單純的簡(jiǎn)單制品。因為現實(shí)的很多塑料制品是由多個(gè)復雜曲面組成的不規則的3D模型，在這些不規則制品中，很難找到尺寸并套用公式。另一方面，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，模具加工機床的精度、刀具材料等都發(fā)生了很大的變化，數控技術(shù)得到廣泛的應用，現代的CNC機床、慢走絲線(xiàn)切割和精密電火花加工機床的加工精度已經(jīng)達到微米級，在歐洲的模具設計資料中，取消類(lèi)似的計算公式已經(jīng)有20多年了，因此我們也要與時(shí)俱進(jìn)。對于模具型腔的磨損，在現代模具設計中，不作為考慮的因素了。
如果型腔過(guò)度磨損，產(chǎn)品尺寸超出公差要求，則更換模仁或者重新設計制造模具。過(guò)去使用這些公式的背景是機床精度不高或者加工不到位，一部分加工需要依靠手藝精良的鉗工來(lái)修配，這時(shí)采用保守的計算公式是十分必要的。
2.2 塑件收縮率計算的方法
前文已經(jīng)述及，利用傳統的計算方法，已經(jīng)很難適應模具設計工作了。在歐洲、美國和日本等工業(yè)發(fā)達國家，我國香港和臺灣地區都是采用以下的簡(jiǎn)化計算方法，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐表明，采用以下計算方法可以滿(mǎn)足實(shí)際需要。
塑件沒(méi)有尺寸公差要求(自由公差)時(shí)：
成型尺寸公差仍取塑件尺寸公差的1/2~1/3.
2.3 加纖維塑件的型腔尺寸計算
加纖維塑件的各個(gè)方向收縮并不一致，而且數值相差較大，通常在塑膠流動(dòng)方向收縮率較小，垂直于塑膠流動(dòng)方向收縮率較大，這時(shí)采用表1和表2的公式更是無(wú)從下手，目前流行的3D設計軟件PRO/E和UG等軟件里，可以在X,Y,Z三個(gè)方向設置不同的收縮率，較好地解決了這個(gè)問(wèn)題。
2.4.高精度尺寸的調整
高精度的尺寸，先將尺寸公差轉化成上下偏差值相等的公差，再按照上述計算方法，對高精度的部位按照后期可以減鋼的方法預留0.05的鋼料，方便試模后的修整。
3、熱膨脹的計算
熔化樹(shù)脂流入澆口、流道、定模型腔，模具受到180～300℃左右高溫樹(shù)脂所傳來(lái)的熱量, 通常溫度上升時(shí)金屬發(fā)生熱膨脹, 因此，注塑成型模具的零部件也發(fā)生熱膨脹。對于熱膨脹對注塑模具性能的影響，很多模具教科書(shū)和設計手冊，沒(méi)有提供典型的案例。熱流道系統模具、大型模具、存在大型滑塊和多斜頂的模具以及高溫成型的模具，熱膨脹對于上述四類(lèi)模具來(lái)說(shuō)，影響較大，高溫的情形下，正常的模具運動(dòng)間隙會(huì )縮小，因此熱膨脹會(huì )導致：影響導柱導套的配合、擦穿位的配合、側抽芯滑塊滑動(dòng)不順暢、斜頂和滑塊容易卡滯、型芯尺寸脹大。
對于三維的具有各向異性的物質(zhì)，有線(xiàn)膨脹系數和體膨脹系數之分。對于可近似看做一維的物體，長(cháng)度就是衡量其體積的決定因素，這時(shí)的熱膨脹系數可簡(jiǎn)化定義為：?jiǎn)挝粶囟雀淖兿麻L(cháng)度的增加量與的原長(cháng)度的比值，這就是線(xiàn)膨脹系數。在模具設計中，通常采用線(xiàn)膨脹系數來(lái)計算熱膨脹的影響。
4、流長(cháng)比的計算
塑料的流長(cháng)比是指塑料熔體流動(dòng)的長(cháng)度與壁厚的比值。塑料的流長(cháng)比直接影響到塑料制品的進(jìn)澆點(diǎn)數量和分布情況，同時(shí)也會(huì )影響到塑料的壁厚。
對于所采用塑料的流長(cháng)比，我們是要牢記的，有利于我們塑料模具報價(jià)和模具設計。LDPE的流長(cháng)比是270;HDPE的流長(cháng)比是230;PP的流長(cháng)比是250;PS的流長(cháng)比是210;ABS的流長(cháng)比是190;PC的流長(cháng)比是90;PA的流長(cháng)比是170;POM的流長(cháng)比是150;PMMA的流長(cháng)比是150.
不同的塑料的流長(cháng)比都會(huì )不同，往往流長(cháng)比越少的塑料，其流動(dòng)性也就會(huì )越差。設計中小型模具時(shí)，一般不需要計算流長(cháng)比，但是對于大型模具則不可忽視流長(cháng)比的計算。
5、型腔的強度計算
型腔在成型過(guò)程中受到塑料熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和剛度，實(shí)踐表明，對于大型模具，特別是大深度型腔模具，剛度不足是主要矛盾，型腔尺寸應以滿(mǎn)足剛度條件為準。對于中小型模具，特別是小深度的型腔，強度不足是主要矛盾，但是小尺寸型腔的強度計算環(huán)節一般省略，模具設計者往往利用現有的經(jīng)驗來(lái)進(jìn)行設計，在實(shí)際中并不會(huì )出現任何問(wèn)題。強度不足時(shí)，會(huì )使模具型腔破裂，因此，強度計算的條件是滿(mǎn)足受力狀態(tài)下的許用應力。而剛度不足，會(huì )導致型腔在受力狀態(tài)下尺寸擴大，其結果會(huì )使制品出現毛邊，尺寸超差甚至難以脫模。關(guān)于大型腔注塑模具的型腔深度計算，請參考相關(guān)模具設計手冊。
6、鎖模力的計算
對于中小型模具，鎖模力一般憑經(jīng)驗估計為主。大型模具應根據型腔內的壓強乘以水平投影面積計算出鎖模力，計算出的鎖模力應遠遠小于注塑機的額定鎖模力。對于注射量的計算也是如此。
7、斜頂和行位行程的計算
斜頂的行程，對于簡(jiǎn)單模具，一般是通過(guò)正切三角函數就可以計算出來(lái)的，對于復雜模具，斜頂的行程利用三角函數計算后，需要在3D軟件中模擬驗證。行位行程的計算，很多教科書(shū)都列出了公式，并舉了例題。在實(shí)際中，簡(jiǎn)單模具的行位行程，可能不需要通過(guò)計算，一目了然，例如表3第一例。
一般列出了一種行位抽芯的特例，即形狀比較簡(jiǎn)單的HALF抽芯�，F實(shí)中很多的復雜行位的抽芯距離是很難列出公式計算的，而通過(guò)3D軟件移動(dòng)模擬就可以很簡(jiǎn)單的確定抽芯距。因此過(guò)多的使用計算公式可能會(huì )誤導初學(xué)者，到處查閱資料找計算公式。
8、脫螺紋模具的計算
對于脫螺紋模具的計算，計算傳動(dòng)比、螺紋型芯轉動(dòng)圈數等等都是必要的，參見(jiàn)相關(guān)手冊。
9、抽芯力、脫模力和頂出力的計算
抽芯力、脫模力和頂出力的計算相當復雜，現有的公式也很難準確的計算，只能通過(guò)經(jīng)驗的積累，估計脫模力，并采取相應的對策。
10、冷卻系統的計算
對于冷卻系統的計算�，F在已經(jīng)有很多的計算公式，但是在現實(shí)中，應用計算比較少，一般的簡(jiǎn)單模具，制造周期都很短，模具設計的時(shí)間更短了，所以冷卻系統的計算大都是省略了，通過(guò)經(jīng)驗類(lèi)比解決。雖然不需要計算，但是雷諾數的計算、層流紊流等理論會(huì )給模具設計者提供思考的思路。
11、總結
注塑模具的計算，對于大型模具和中小型模具來(lái)說(shuō)，二者有著(zhù)本質(zhì)的區別。中小型模具通過(guò)經(jīng)驗很容易解決，而大型模具，一旦設計失誤就會(huì )造成巨大損失，但是模具設計的計算，都必須建立在實(shí)踐的基礎上，模具是一門(mén)實(shí)踐遠遠大于理論的技術(shù)，模具技術(shù)來(lái)源于實(shí)踐。
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