塑料注射模具设计及其热分析（有出处）676--中英文翻译

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塑料注射模具设计及其热分析

摘要

本文主要介绍一个生产翘曲测试样件的注射模具设计并进行热分析以助

于了解残余热应力对模具的影响。提出了设计塑料注射模具所需的技术、理论、

方法以及其它一些考虑因素。模具的设计部分可以利用装在一般的商业电脑上的

设计软件 Unigrafics，版本 13.0 来完成。对于由样本的不均匀冷却引起残余热

应力的模拟已经逐步发展起来，并可以用一个商业的有限元分析软件 LUSAS

Analyst, 版本 13.5 进行模拟。这个软件用轮廓绘图模拟温度分布情况以及绘制

时间响应曲线来表现在塑料注射模制模周期内的温度变动情况。结果显示，相对

与其它区域来说冷却通道旁边的区域比较容易产生收缩。这种在模具不同区域不

均匀冷却就表现为翘曲。

关键词塑料注射模具设计热分析

1.简介

塑料行业是世界上发展最快的行业之一，属于少数亿万美圆的行业。在日

常生活中几乎所有的用品都离不开塑料并且大部分都可以用用塑料注射模具的

方法生产[1]。注塑注射成型工艺也以利用低成本制作出各种各样的形状及复杂

的几何图案著称[2]。

注塑注射成型工艺是一个循环过程。可分为填料、注射、冷却、脱模四个重要

阶段。塑料注射成型过程开始于往料斗到注塑机的加热或注射系统中填入树脂和

适量的添加剂[3]。灌浆阶段就是在注射温度下用融解的热塑料注入模腔。模腔

被填满之后，适量的熔融塑料在一个较高的补偿压力下补充塑料凝固引起的收

缩。跟着是冷却阶段，将模具冷却至有足够的刚度脱出模具。最后是脱模阶段，

即打开模具然后顶出零件，再合上模具开始下一个循环[4]。

需要注塑成型的塑料产品的设计和制造与预期性能是要靠经验控制的一个

昂贵的过程，包括实际对封面压花的修改。在模具设计之中，设计模具具体补充

几何，通常在核心边，包括相当复杂的投射和凹槽[5]。

设计模具时必须考虑到许多重要设计系数。*这些因素是模具的大小，型腔

的个数及布局、流道系统，浇口系统、脱模系统和收缩率[6]。

对模具的热分析，主要宗旨将分析残余热应力的作用或产品直径方向的压

注。热感应强度的增强主要在模塑零件的冷却阶段，主要因为它的低导热性和在

溶融树脂和模具之间的温差。在冷却期间产品模腔附近也会存在温度不均匀的区

域 [7]。

在冷却期间，冷却通道附近的区域比冷却通道远处的区域冷却得更快。这个

温差会造成材料的不均匀收缩从而产生热应力。强热应力会引起翘曲问题。所以

它是模仿模塑零件在冷却期间残余热应力区域的重要阶段[8]。通过了解热应力

发生的特征，对其造成的变形可以预先模拟。

在本文中注塑模的设计是为了产生翘曲的测试样本和能对呈现在模具上残

余热应力的作用执行热分析。

2.操作方法

2.1. 翘曲测试标本的设计

这个部分说明用于注塑模的翘曲测试的标本设计。它表明翘曲是存在于薄壁

产品的主要问题。所以，产品开发的主要目的在于控制能影响薄壁注塑零件翘曲

问题的有效的因素。

翘曲测试样本是薄壁注塑零件。样本的总体尺寸是长120mm、宽50mm、厚1mm。为

导致翘曲，测试标本所用的材料是丙烯腈丁邻二烯 (ABS)，射入温度、时间和压

力分别为 210℃， 3 s 和 60MPa。图 1 显示翘曲测试样本。

2.2. 为翘曲测试样本设计注塑模具

这个部分描述在设计模具和介入设计的其他考虑因素方面导致翘曲的测试

样本。用于生产翘曲测试样本注塑模具的材料是 AISI 1050 碳钢。在设计模具时

可以考虑以下四种类型：

********** i.三板模（类型 1）一个型腔两条分型线。费用较高，不适

用。

******* * ii.二板模（类型 2）一个型腔一条分型线，没有浇注系统。

每次生产数量少，不适用。

******* iii.二板模（类型 3）两个型腔一条分型线，带有浇注和脱模

系统。如果零件太薄有可能会被顶杆推破，不适用。

****** iv.*二板模（类型4）两个型腔一条分型线，利用直浇口脱模

以避免损坏零件。

在为翘曲测试样本设计模具时宜选用第四种类型。设计时还有许多因素需

要考虑。

首先，模具的设计基于选用的注塑机的压板尺寸。压板的最大区域取决于两

系杆之间的距离，这对于注塑机来说是一个限制。这里用的注塑机的两系杆距离

为 254mm。所以模具板材的最大宽度不能超过这个距离。此外，还有4mm 的空间

留在系杆和模具之间以便模具的拆装。这使模具的最大尺寸为 250mm，可采用标

准模具基体。并在模具基体的右上角和左下角用卡钉固定在压板上。其他相关模

板的尺寸见表 1。

表1 各模板尺寸

零件尺寸（mm）—长宽高

顶部压紧板

母模板

公模板

侧板/底版

推杆固定板

推板

动模座板

250×250×25

200×250×40

37×250×70

120×250×15

120×250×20

250×250×25

模具必须与夹压力一同设计让夹紧力比模腔内作用力力更高 (反应力) 从

而避免塑料喷溅的发生。

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翻译文章塑料注射模具设计及其热分析摘要本文主要介绍一个生产翘曲测试样件的注射模具设计并进行热分析以助于了解残余热应力对模具的影响。提出了设计塑料注射模具所需的技术、理论、方法以及其它一些考虑因素。模具的设计部分可以利用装在一般的商业电脑上的设计软件Unigrafics，版本13.0来完成。对于由样本的不均匀冷却引起残余热应力的模拟已经逐步发展起来，并可以用一个商业的有限元分析软件LUSASAnalyst,版本13.5进行模拟。这个软件用轮廓绘图模拟温度分布情况以及绘制时间响应曲线来表现在塑料注射模制模周期内的温度变动情况。结果显示，相对与其它区域来说冷却通道旁边的区域比较容易产生收缩。这种在模...

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