注塑模具的关键技术

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一、发展概况和应用背景
　　塑料工业近20年来发展十分迅速，早在7年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。
　　随着塑料制品复杂程度和精度要求的提高以及生产周期的缩短，主要依靠经验的传统模具设计方法已不能适应市场的要求，在大型复杂和小型精密注射模具方面我国还需要从国外进口模具。
　　二、关键技术和实用功能
　　1．用三维实体模型取代中心层模型
　　传统的注塑成形仿真软件基于制品的中心层模型。用户首先要将薄壁塑料制品抽象成近似的平面和曲面，这些面被称为中心层。在这些中心层上生成二维平面三角网格，利用这些二维平面三角网格进行有限元计算，并将最终的分析结果在中面上显示。而注塑产品模型多采用三维实体模型，由于两者模型的不一致，二次建模不可避免。但由于注塑产品的形状复杂多样、千变万化，从三维实体中抽象出中心层面是一件十分困难的工作，提取过程非常繁琐费时，因此设计人员对仿真软件有畏难情绪，这已成为注塑成形仿真软件推广应用的瓶颈。
　　HSCAE 3D主要是接受三维实体/表面模型的STL文件格式。现在主流的CAD/CAM系统，如UG、Pro/ENGINEER、CATIA和SolidWorks等，均可输出质量较高的STL格式文件。这就是说，用户可借助任何商品化的CAD/CAE系统生成所需制品的三维几何模型的STL格式文件，HSCAE 3D可以自动将该STL文件转化为有限元网格模型，通过表面配对和引入新的边界条件保证对应表面的协调流动，实现基于三维实体模型的分析，并显示三维分析结果，免去了中心层模拟技术中先抽象出中心层，再生成网格这一复杂步骤，突破了仿真系统推广应用的瓶颈，大大减轻了用户建模的负担，降低了对用户的技术要求，对用户的培训时间也由过去的数周缩短为几小时。图1为基于中心层模型和基于三维实体/表面模型流动分析模拟情况对比图。
　　2．有限元、有限差分、控制体积方法的综合运用
　　注塑制品都是薄壁制品，制品厚度方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸，温度等物理量在厚度方向的变化又非常大，若采用单纯的有限元或有限差分方法势必造成分析时间过长，无法满足模具设计与制造的实际需要。我们在流动平面采用有限元法，厚度方向采用有限差分法，分别建立与流动平面和厚度方向尺寸相适应的网格并进行耦合求解，在保证计算精度的前提下使得计算速度满足工程的需要，并采用控制体积法解决了成形中的移动边界问题。对于内外对应表面存在差异的制品，可划分为两部分体积，并各自形成控制方程，通过在交接处进行插值对比保证这两部分的协调。
　　3．数值计算与人工智能技术的结合
　　优选注塑成形工艺参数一直是广大模具设计人员关注的问题，传统的CAE软件虽然可以在计算机上仿真出指定工艺条件下的注塑成形情况，但无法自动对工艺参数进行优化。CAE软件使用人员必须设置不同的工艺条件进行多次CAE分析，并结合实际经验在各方案之间进行比较，才能得出较满意的工艺方案。同时，在对零件进行CAE分析后，系统会产生有关该方案的大量信息(制品、工艺条件、分析结果等)，其中分析结果往往以各种数据场的形式出现，要求用户必须具备分析和理解CAE分析结果的能力，所以传统的CAE软件是一种被动式的计算工具，无法提供给用户直观、有效的工程化结论，对软件使用者的要求过高，影响了CAE系统在更大范围内的应用和普及。针对以上不足，HSCAE 3D软件在原有CAE系统准确的计算功能基础上，把知识工程技术引入系统的开发中，利用人工智能所具有的思维和推理能力，代替用户完成大量信息的分析和处理工作，直接提供具有指导意义的工艺结论和建议，有效解决了CAE系统的复杂性与用户使用要求的简单性之间的矛盾，缩短了CAE系统与用户之间的距离，将仿真软件由传统的“被动式”计算工具提升为“主动式”优化系统。HSCAE 3D系统主要将人工智能技术应用于初始工艺方案设计、CAE分析结果的解释和评价、分析方案的改进与优化3个方面。
　　三、在基于知识的仿真系统中主要采用的优化方法：
　　(1) 基于实例推理的优化。主要应用于具有离散取值空间的成形工艺初始设计。制品形状和浇注系统结构采用编码方式，而尺寸信息采用特征参数描述。在对以往成功工艺设计的收集和抽象的基础上，建立以框架形式描述的实例库索引和检索机制。
　　(2) 基于人工神经网络的优化。对工艺设计中如注射时间、注射温度这样具有连续取值空间的参数，采用基于人工神经网络的方法来优化。利用优化目标函数并在一定的优化策略下，得到优化系统确认的最优参数。
　　(3) 基于规则推理的优化。主要用于对分析结果的解释和评价。本系统所建立的专家系统规则库是以注塑模领域的专家知识为基础的，涵盖了有关短射、流动平衡、熔体降解、温差控制、保压时间、许可剪切应力、剪切速率、锁模力等方面的知识，在对计算结果进行分析和提炼的基础上，驱动专家系统进行推理，对成形方案进行分析评价，并给出具体的优化改进建议。
　　4．制品与流道系统的三维流动保压集成分析
　　流道系统一般采用圆柱体单元，而制品采用的是三角形单元，HSCAE 3D系统采用半解析法解决混合单元的集成求解问题，这样，HSCAE 3D系统不仅能分析一模一腔大型复杂的制品，而且能够分析一模多腔小型精密制品，大大拓宽了系统的使用范围。目前HSCAE 3D系统是世界上先进的能够分析一模多腔流动平衡问题的三维仿真软件。
　　5．塑料制品熔合纹预测的高效算法
　　熔合纹对制品的强度、外观等有重要影响，准确预测熔合纹位置是仿真软件的难题。HSCAE 3D系统通过节点特征模型方法大大提高了熔合纹预测的准确性和效率，其准确度达到国际同类产品的先进水平。并利用神经网络方法对熔合纹的影响程度作出定性评价，为用户对成形质量的评估提供了直接的判断依据。

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在模具制造领域常见的一些问题。

    （1）选择模具钢时什么是最重要的和最具有决定性意义的因素？

    成形方法－可从两种基本材料类型中选择。

    A)热加工工具钢，它能承受模铸、锻造和挤压时的相对高的温度。

    B)冷加工工具钢，它用于下料和剪切、冷成形、冷挤压、冷锻和粉末加压成形。

    塑料-一些塑料会产生腐蚀性副产品，例如PVC塑料。长时间的停工引起的冷凝、腐蚀性气体、酸、冷却/加热、水或储存条件等因素也会产生腐蚀。在这些情况下，推荐使用不锈钢材料的模具钢。

    模具尺寸－大尺寸模具常常使用预硬钢。整体淬硬钢常常用于小尺寸模具。

    模具使用次数－长期使用(>1000000次)的模具应使用高硬度钢，其硬度为48－65HRC。中等长时间使用(100000到1000000次)今日焦点：

    的模具应使用预硬钢，其硬度为30－45HRC。短时间使用(<100000次)的模具应使用软钢，其硬度为160－250HB。

    表面粗糙度－许多塑料模具制造商对好的表面粗糙度感兴趣。当添加硫改善金属切削性能时，表面质量会因此下降。硫含量高的钢也变得更脆。

    （2）影响材料可切削性的首要因素是什么？

钢的化学成分很重要。钢的合金成分越高，就越难加工。当碳含量增加时，金属切削性能就下降。

    钢的结构对金属切削性能也非常重要。不同的结构包括：锻造的、铸造的、挤压的、轧制的和已切削加工过的。锻件和铸件有非常难于加工的表面。

    硬度是影响金属切削性能的一个重要因素。一般规律是钢越硬，就越难加工。高速钢(HSS)可用于加工硬度最高为330-400HB的材料；高速钢+钛化氮(TiN)涂层，可加工硬度最高为45HRC的材料；而对于硬度为65-70HRC的材料，则必须使用硬质合金、陶瓷、金属陶瓷和立方氮化硼(CBN)。

    非金属参杂一般对刀具寿命有不良影响。例如Al2O3(氧化铝)，它是纯陶瓷，有很强的磨蚀性。

    最后一个是残余应力，它能引起金属切削性能问题。常常推荐在粗加工后进行应力释放工序。

    （3）模具制造的生产成本由哪些部分组成？

    粗略地说，成本的分布情况如下：

    切削65%

    工件材料20%

    热处理5%

    装配/调整10%

    这也非常清楚地表明了良好的金属切削性能和优良的总体切削解决方案对模具的经济生产的重要性。

    （4）铸铁的切削特性是什么？

    一般来说，它是：

    铸铁的硬度和强度越高，金属切削性能越低，从刀片和刀具可预期的寿命越低。用于金属切削生产的铸铁其大部分类型的金属切削性能一般都很好。金属切削性能与结构有关，较硬的珠光体铸铁其加工难度也较大。片状石墨铸铁和可锻铸铁有优良的切削属性，而球墨铸铁相当不好。

    加工铸铁时遇到的主要磨损类型为：磨蚀、粘结和扩散磨损。磨蚀主要由碳化物、沙粒参杂物和硬的铸造表皮产生。有积屑瘤的粘结磨损在低的切削温度和切削速度条件下发生。铸铁的铁素体部分最容易焊接到刀片上，但这可用提高切削速度和温度来克服。

    在另一方面，扩散磨损与温度有关，在高切削速度时产生，特别是使用高强度铸铁牌号时。这些牌号有很高的抗变型能力，导致了高温。这种磨损与铸铁和刀具之间的作用有关，这就使得一些铸铁需用陶瓷或立方氮化硼(CBN)刀具在高速下加工，以获得良好的刀具寿命和表面质量。

    一般对加工铸铁所要求的典型刀具属性为：高热硬度和化学稳定性，但也与工序、工件和切削条件有关；要求切削刃有韧性、耐热疲劳磨损和刃口强度。切削铸铁的满意程度取决于切削刃的磨损如何发展：快速变钝意味着产生热裂纹和缺口而使切削刃过早断裂、工件破损、表面质量差、过大的波纹度等。正常的后刀面磨损、保持平衡和锋利的切削刃正是一般需要努力做到的。

    （5）什么是模具制造中主要的、共同的加工工序？

    切削过程至少应分为3个工序类型：

    粗加工、半精加工和精加工，有时甚至还有超精加工(大部分是高速切削应用)。残余量铣削当然是在半精加工工序后为精加工而准备的。在每一个工序中都应努力做到为下一个工序留下均匀分布的余量，这一点非常重要。如果刀具路径的方向和工作负载很少有快速的变化，刀具的寿命就可能延长，并更加可预测。如果可能，就应在专用机床上进行精加工工序。这会在更短的调试和装配时间内提高模具的几何精度和质量。

    （6）在这些不同的工序中应主要使用何种刀具？

    粗加工工序：圆刀片铣刀、球头立铣刀及大刀尖圆弧半径的立铣刀。

    半精加工工序：圆刀片铣刀(直径范围为10－25mm的圆刀片铣刀)，球头立铣刀。

    精加工工序：圆刀片铣刀、球头立铣刀。

    残余量铣削工序：圆刀片铣刀、球头立铣刀、直立铣刀。

    通过选择专门的刀具尺寸、槽形和牌号组合，以及切削参数和合适的铣削策略，来优化切削工艺，这非常重要。

    关于可使用的高生产率刀具，见模具制造用样本C-1102:1

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手动操作是供调机及维修时用；

半自动操作是供注塑成型脆弱且容易刮损及长身的制品时用；

全自动操作是供高速生产，注塑精密制品用，并可减少操作员工作量。

锁模部份：

1、安装[wiki]模具[/wiki]

A、量度模具厚度，估计模具顶针板最大行程；

B、量度模具表面与顶针板的距离；

C、用手动操作把机铰伸直，即锁模；

D、开启调模装置扭掣，调校头板与活动模板之间的距离，直至距离比模具略厚，关上调模装置扭掣；

E、用手动操作开模直至开尽为止；

F、用手动操作退针直至油压顶针完全后退为止；

G、停机，把模具安装于头板上；

H、把所有锁模及开模速度与压力调节到30-50%之间（不可太高）；

I、开机锁模，当机铰完全伸直为止；停机，把模具的一边装在活动模板上；

G、开机，用手动操作方式把活动模板后退少许，使模具分开；

K、停机，再收紧模具的固定螺丝，开机试锁模，调节开模、锁模速度与压力；

L、再调节有关的行程开关与电感块，使开模及锁模的动作顺滑进行。

M、停机，调节触动顶针前终止位置，使顶针位置不可长于模具顶针的最大可行行程。一般来说，顶针行程可以酌量缩短，加快生产速度。此外，顶针速度不可调得太高；

2、锁模力的调节

A、用手动操作开模直到开尽为止。启动调模装置，调减模厚，以产生锁模力，关上调模装置锁模。模厚的减少度与产生的锁模力成正比。但如果模厚减少得太多，则不能锁模。建议以渐进的方式减少模厚。

B、复第一步骤，直至机铰与模板接柱（格林柱）产生足够的锁模力为止。锁模油缸的工作压力可以从油压系统的压力表看到，锁模油缸所产生的推力与油缸内的工作压力成正比，但由于通过机铰的放大。最后的锁模力和锁模油缸的工作压力并不成正比。但一般来说压力越高，则锁模力越大。

C、一般调节锁模力以达到足够防止射胶时产生披锋即可，不应把锁模力调得太高，以免模具变形和加重机铰的负荷。

模具的安装及调校步聚：

安装及调校步聚内容

1.上落模技工接通知单后进行工作。

2.确定树脂的加工要求和供应；提前清洁料斗，磁力架，加料器、倒进树脂,如有需要，启动干燥器预先局料(通知上料工提前进行)。

3.确认机器要适当(适合上模的模厚度)，顶棍长度要相等。＜机器顶棍和模具顶棍或顶板间距3~5毫米＞。

4.用油石及矿油溶剂处理模板及压板，用布碎抹干净注塑机固定模板及活动模板确保平面精度。

5.选取可以把模具水平地吊挂起的适当吊装环。

6 . 量度好模具厚度，将注塑机模厚调较设定数值。



7.切勿站于吊高的模具下面，当模具吊进注塑机时，应避免碰到拉杆。

8.对准定位圈，用低压手动操作，慢慢把模闭合。

9.确定检查模具是水平放置之后，紧锁在定压板上(前模),＜锣丝公.英制要分清楚,最少要旋入模板孔内螺丝直径2倍,压板垫锣丝要调较平行＞, 把动压板移开, 安上顶棍。若顶棍要和顶针板连接＜在合模前＞往后拉，顶棍就要栓紧，一截要伸进顶针板内使其连接起来。

10.放松吊机吊链重复闭合动压板再锁紧后模码模夹＜锣丝最少要旋入模板孔内螺丝直径2倍,压板垫锣丝要调较平行＞,(使前模和后模平行.吻合畅顺.没有偏位)。

11.解除吊模装置后,拆除保险块。再用低压手动重复多次开合模， (目示开合模畅顺)。

12.确认或装接好顶针保护开关，调校适当的顶针行程(低压手动重复顶针多次,目示顶针畅顺)。

13.把模具打开至适当间距。将怠速调校妥当(避免模板因互相碰撞而损毁)，调较锁模力,模具保护压(用10*10.A4纸测试低压试灵敏度),避免模具因压模而损坏。重复精密调校。

14.接驳油路，电气及气动等动力装置。

15.确保所有动力系统操作正常。测外试发热器适当而止，末通上冷却水之前应避免模具受热过久烧坏模具及电热。

16.接驳冷却水路，水管不应互相缠绕，跨接线要减至最少及避免从模具的单一边进水，尽量避免水管短接使散热均匀。

17.再检查接头是否牢固，开启水路开关＜发热必需关闭电源＞，检查接头＜驳口＞有否漏水。

18.做好机位6s工作。

19.填写好转模记录，通知当班主管工程师

dahai0706

有灌水嫌疑，都是从书上抄下来的，一点经验值都没有；建议大家还是根据自己的经验讨论事实。