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淺談注塑模具的計算
引導(dǎo)語：下面是小編為大家精心準(zhǔn)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(shè)計的目的，就是通過對產(chǎn)品的合理規(guī)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(chǔ)上，工業(yè)設(shè)計還通過合理的造型手段，使產(chǎn)品能夠具備富有時代精神，符合產(chǎn)品性能、與環(huán)境協(xié)調(diào)的產(chǎn)品形態(tài)，使人們得到美的享受。工業(yè)設(shè)計強(qiáng)調(diào)技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合，所以它是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)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)問題，而且研究產(chǎn)品的實用性能和產(chǎn)品所引起的環(huán)境效應(yīng)，使它們得到協(xié)調(diào)和統(tǒng)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(qiáng)食的規(guī)律法則。激烈的市場競爭讓塑料制品在利用工業(yè)設(shè)計的同時，不得不引入?yún)擦址▌t，正是工業(yè)設(shè)計和叢林法則促使塑料制品的外觀造型越來越復(fù)雜，而電腦技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機(jī)輔助設(shè)計和制造使這一切復(fù)雜的設(shè)計造型都有了實現(xiàn)的可能性。
塑料制品的成型，絕大多數(shù)都離不開模具。近年來，計算機(jī)輔助設(shè)計和制造的發(fā)展，對塑料制品的設(shè)計和模具制造帶來了翻天覆地的變化。模具制造的技術(shù)已經(jīng)由過去的以鉗工手工為主發(fā)展到以數(shù)控機(jī)床加工為主，塑料產(chǎn)品的設(shè)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(xiàn)手法也由過去2D圖紙轉(zhuǎn)向3D數(shù)據(jù)為主，產(chǎn)品的造型也從過去的方形、三角形和圓形等規(guī)則形狀變化為復(fù)雜的空間曲面造型，這些變化都使得產(chǎn)品的外觀形狀越來越復(fù)雜，也給模具設(shè)計和制造帶來了極大的挑戰(zhàn)。因此要求我們的模具設(shè)計必須適應(yīng)這種挑戰(zhàn)，與時俱進(jìn)。
對于注塑模具的計算，模具專業(yè)教科書、技術(shù)資料、論文和設(shè)計手冊已經(jīng)有很多公式和資料，在過去幾十年的歲月里，這些公式在模具行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在利用計算機(jī)輔助設(shè)計與制造的情況下，這些公式的局限性也凸顯出來，因而有些傳統(tǒng)的模具設(shè)計計算公式在實際中已經(jīng)失去使用價值，繼續(xù)使用某些公式可能會給模具設(shè)計專業(yè)的新生帶來困擾，本文旨在探討在模具設(shè)計的實踐中哪些內(nèi)容需要計算，哪些內(nèi)容不需要計算，如何選擇計算公式等問題。
2、注塑模具型腔尺寸的計算
2.1型腔尺寸計算的誤區(qū)
塑料被溶化后注入型腔，冷卻后脫模其尺寸會縮小，因此在模具設(shè)計時會考慮到收縮因素，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。事實上，上述的公式在實際的模具設(shè)計中根本無法使用，這些公式只能應(yīng)用在圖1所示的形狀單純的簡單制品。因為現(xiàn)實的很多塑料制品是由多個復(fù)雜曲面組成的不規(guī)則的3D模型，在這些不規(guī)則制品中，很難找到尺寸并套用公式。另一方面，經(jīng)過多年的發(fā)展，模具加工機(jī)床的精度、刀具材料等都發(fā)生了很大的變化，數(shù)控技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)代的CNC機(jī)床、慢走絲線切割和精密電火花加工機(jī)床的加工精度已經(jīng)達(dá)到微米級，在歐洲的模具設(shè)計資料中，取消類似的計算公式已經(jīng)有20多年了，因此我們也要與時俱進(jìn)。對于模具型腔的磨損，在現(xiàn)代模具設(shè)計中，不作為考慮的因素了。
如果型腔過度磨損，產(chǎn)品尺寸超出公差要求，則更換模仁或者重新設(shè)計制造模具。過去使用這些公式的背景是機(jī)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修配，這時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(tǒng)的計算方法，已經(jīng)很難適應(yīng)模具設(shè)計工作了。在歐洲、美國和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，我國香港和臺灣地區(qū)都是采用以下的簡化計算方法，經(jīng)過多年的實踐表明，采用以下計算方法可以滿足實際需要。
塑件沒有尺寸公差要求(自由公差)時：
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
加纖維塑件的各個方向收縮并不一致，而且數(shù)值相差較大，通常在塑膠流動方向收縮率較小，垂直于塑膠流動方向收縮率較大，這時采用表1和表2的公式更是無從下手，目前流行的3D設(shè)計軟件PRO/E和UG等軟件里，可以在X,Y,Z三個方向設(shè)置不同的收縮率，較好地解決了這個問題。
2.4.高精度尺寸的調(diào)整
高精度的尺寸，先將尺寸公差轉(zhuǎn)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(yù)留0.05的鋼料，方便試模后的修整。
3、熱膨脹的計算
熔化樹脂流入澆口、流道、定模型腔，模具受到180～300℃左右高溫樹脂所傳來的熱量, 通常溫度上升時金屬發(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，很多模具教科書和設(shè)計手冊，沒有提供典型的案例。熱流道系統(tǒng)模具、大型模具、存在大型滑塊和多斜頂?shù)哪＞咭约案邷爻尚偷哪＞�，熱膨脹對于上述四類模具來說，影響較大，高溫的情形下，正常的模具運動間隙會縮小，因此熱膨脹會導(dǎo)致：影響導(dǎo)柱導(dǎo)套的配合、擦穿位的配合、側(cè)抽芯滑塊滑動不順暢、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)，有線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)之分。對于可近似看做一維的物體，長度就是衡量其體積的決定因素，這時的熱膨脹系數(shù)可簡化定義為：單位溫度改變下長度的增加量與的原長度的比值，這就是線膨脹系數(shù)。在模具設(shè)計中，通常采用線膨脹系數(shù)來計算熱膨脹的影響。
4、流長比的計算
塑料的流長比是指塑料熔體流動的長度與壁厚的比值。塑料的流長比直接影響到塑料制品的進(jìn)澆點數(shù)量和分布情況，同時也會影響到塑料的壁厚。
對于所采用塑料的流長比，我們是要牢記的，有利于我們塑料模具報價和模具設(shè)計。LDPE的流長比是270;HDPE的流長比是230;PP的流長比是250;PS的流長比是210;ABS的流長比是190;PC的流長比是90;PA的流長比是170;POM的流長比是150;PMMA的流長比是150.
不同的塑料的流長比都會不同，往往流長比越少的塑料，其流動性也就會越差。設(shè)計中小型模具時，一般不需要計算流長比，但是對于大型模具則不可忽視流長比的計算。
5、型腔的強(qiáng)度計算
型腔在成型過程中受到塑料熔體的高壓作用，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，實踐表明，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(yīng)以滿足剛度條件為準(zhǔn)。對于中小型模具，特別是小深度的型腔，強(qiáng)度不足是主要矛盾，但是小尺寸型腔的強(qiáng)度計算環(huán)節(jié)一般省略，模具設(shè)計者往往利用現(xiàn)有的經(jīng)驗來進(jìn)行設(shè)計，在實際中并不會出現(xiàn)任何問題。強(qiáng)度不足時，會使模具型腔破裂，因此，強(qiáng)度計算的條件是滿足受力狀態(tài)下的許用應(yīng)力。而剛度不足，會導(dǎo)致型腔在受力狀態(tài)下尺寸擴(kuò)大，其結(jié)果會使制品出現(xiàn)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(shè)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(yīng)根據(jù)型腔內(nèi)的壓強(qiáng)乘以水平投影面積計算出鎖模力，計算出的鎖模力應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于注塑機(jī)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?shù)男谐蹋瑢τ诤唵文＞�，一般是通過正切三角函數(shù)就可以計算出來的，對于復(fù)雜模具，斜頂?shù)男谐汤萌呛瘮?shù)計算后，需要在3D軟件中模擬驗證。行位行程的計算，很多教科書都列出了公式，并舉了例題。在實際中，簡單模具的行位行程，可能不需要通過計算，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，即形狀比較簡單的HALF抽芯。現(xiàn)實中很多的復(fù)雜行位的抽芯距離是很難列出公式計算的，而通過3D軟件移動模擬就可以很簡單的確定抽芯距。因此過多的使用計算公式可能會誤導(dǎo)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，計算傳動比、螺紋型芯轉(zhuǎn)動圈數(shù)等等都是必要的，參見相關(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(dāng)復(fù)雜，現(xiàn)有的公式也很難準(zhǔn)確的計算，只能通過經(jīng)驗的積累，估計脫模力，并采取相應(yīng)的對策。
10、冷卻系統(tǒng)的計算
對于冷卻系統(tǒng)的計算�，F(xiàn)在已經(jīng)有很多的計算公式，但是在現(xiàn)實中，應(yīng)用計算比較少，一般的簡單模具，制造周期都很短，模具設(shè)計的時間更短了，所以冷卻系統(tǒng)的計算大都是省略了，通過經(jīng)驗類比解決。雖然不需要計算，但是雷諾數(shù)的計算、層流紊流等理論會給模具設(shè)計者提供思考的思路。
11、總結(jié)
注塑模具的計算，對于大型模具和中小型模具來說，二者有著本質(zhì)的區(qū)別。中小型模具通過經(jīng)驗很容易解決，而大型模具，一旦設(shè)計失誤就會造成巨大損失，但是模具設(shè)計的計算，都必須建立在實踐的基礎(chǔ)上，模具是一門實踐遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論的技術(shù)，模具技術(shù)來源于實踐。
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