摘要：注塑機(jī)作為塑料加工行業(yè)不可或缺的設(shè)備之一，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。尤其是注塑機(jī)鎖模系統(tǒng)中的動模板，是模具實現(xiàn)閉合、開啟、制品脫模的關(guān)鍵部件，其設(shè)計的合理性直接影響到整個注塑機(jī)的性能與穩(wěn)定性?；诖?，深入分析了注塑機(jī)鎖模動模板設(shè)計要點，以期為相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)計與應(yīng)用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：注塑機(jī);鎖模系統(tǒng);動模板;設(shè)計;分析

中圖分類號：TQ320.5+2" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）24-0041-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.010

0" " 引言

隨著市場對塑料產(chǎn)品需求的不斷增長，注塑機(jī)以其高效率、高穩(wěn)定性和高精度的生產(chǎn)能力成為塑料產(chǎn)品生產(chǎn)的核心設(shè)備。鎖模動模板作為注塑機(jī)的關(guān)鍵部件之一，在模具注射過程中起到保持模具穩(wěn)定，防止塑料熔體泄漏的作用，因此對注塑機(jī)鎖模動模板的設(shè)計要求越來越高。在此背景下，設(shè)計師在設(shè)計過程中如何設(shè)計出既高效、穩(wěn)定，又能滿足現(xiàn)代制造業(yè)需求的注塑機(jī)成為本文研究的重點。

1" " 注塑機(jī)鎖模動模板的重要性

鎖模動模板是注塑機(jī)中用于固定模具的一個關(guān)鍵部件，是連接模具與注塑機(jī)的橋梁，更是保證注塑機(jī)高效穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。動模板對于保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、延長設(shè)備使用壽命發(fā)揮了不可替代的作用，在注塑過程中，動模板與定模板配合，使模具的兩個部分能夠緊密閉合，防止塑料熔融體在高壓下泄漏。因此，做好注塑機(jī)鎖模動模板的設(shè)計成為推動塑料行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2" " 鎖模動模板的設(shè)計要點

為了實現(xiàn)模具在高壓注塑過程中的精準(zhǔn)定位和穩(wěn)固性，在進(jìn)行設(shè)計時，設(shè)計師需從以下幾個方面入手。

2.1" " 確定設(shè)計目標(biāo)與參數(shù)

在設(shè)計之前，設(shè)計師首先要明確注塑機(jī)鎖模動模板的主要功能，然后確定動模板需滿足的基本要求，包括模板鎖模力、模板尺寸、行程長度、開合速度以及模具厚度等參數(shù)。除此之外，還需要考慮頂出裝置的頂出力和頂出行程，這兩個參數(shù)對于塑件的脫模過程至關(guān)重要。但由于動模板的行程、速度和加速度關(guān)系到機(jī)器的工作效率和動態(tài)性能，為確保動模板設(shè)計參數(shù)與模具相符合，設(shè)計師在動模板的設(shè)計階段，需根據(jù)塑料制品的大小和材料特性來確定鎖模動模板的設(shè)計參數(shù)。

2.2" " 材料的選擇

材料的選擇不僅關(guān)系到模板的強(qiáng)度和耐用性，還直接影響到注塑機(jī)的整體能耗。因此，設(shè)計師在進(jìn)行設(shè)計時，需根據(jù)注塑機(jī)的工作條件和生產(chǎn)需求，結(jié)合材料科學(xué)的最新研究成果，選擇具有高強(qiáng)度和良好韌性的材料，以確保模板在鎖模過程中承受高壓力時不易發(fā)生磨損、形變、腐蝕。目前，市場上常見的金屬材料有鑄鐵和鑄鋼兩種，這兩種材料在力學(xué)性能、耐磨性、耐腐蝕性、制造成本以及重量上均存在一定的差異。首先，鑄鐵是一種有較高碳含量的鐵碳合金，具有硬度高、強(qiáng)度高、耐磨性與抗腐蝕性好等特點，能滿足動模板的力學(xué)要求，能抵抗環(huán)境侵蝕。同時鑄鐵內(nèi)部石墨具有良好的抗振性和吸振性，能夠吸收機(jī)械運動中產(chǎn)生的振動，減少噪聲，提高設(shè)備的穩(wěn)定性。且鑄鐵整體重量通常比鑄鋼輕，從成本的角度來看，鑄鐵的制造成本和運輸成本均低于鑄鋼，這也使得鑄鐵成為制造鎖模動模板的優(yōu)選材料之一。鑄鋼則是一種含碳量較低的鐵碳合金，具有更優(yōu)的物理性能，其抗拉強(qiáng)度和韌性都優(yōu)于鑄鐵，能夠更好地承受高負(fù)荷和沖擊。同時，鑄鋼的熱膨脹系數(shù)相對較低，具有良好的耐熱性，能夠在更高溫度下保持穩(wěn)定的性能，這對于保持模具的精確對位非常重要。但是鑄鋼的成本通常高于鑄鐵，且其加工難度較大，這也增加了制造成本和時間。因此，設(shè)計師在選擇動模板材料時，需要綜合考慮各方面因素，選擇合適的材料，以確保注塑機(jī)的高性能和長久穩(wěn)定運行。

2.3" " 動模板結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計作為鎖模動模板設(shè)計的核心環(huán)節(jié)，是保證模板在承受巨大鎖模力時不發(fā)生變形的關(guān)鍵。為此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計師需要考慮應(yīng)力的分布，避免應(yīng)力集中，以確保鎖模動模板具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，能承受重復(fù)的鎖模壓力。具體設(shè)計步驟如下：

2.3.1" " 確定動模板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

1）尺寸：鎖模動模板的尺寸精度直接影響到模具的定位精度。設(shè)計師在進(jìn)行設(shè)計時，需根據(jù)注塑機(jī)的型號，模具的長度、寬度和高度，確定動模板的尺寸，以確保動模板的尺寸在滿足模具安裝和定位要求的前提下，具有足夠的支撐強(qiáng)度和剛性。此外，考慮到鎖模動模板需要與定模板、拉桿、移動模板等部件配合工作，設(shè)計時還需精確計算接口尺寸和公差，確保各部件之間的順暢配合和運動精度。

2）鎖模力：鎖模力是鎖模動模板設(shè)計中的核心參數(shù)之一，不同型號的模具需要不同的鎖模力和開模行程，會對動模板的設(shè)計產(chǎn)生一定的影響。為此，在進(jìn)行設(shè)計時，設(shè)計師需要根據(jù)產(chǎn)品材料的流動性、模具的復(fù)雜程度以及預(yù)期的生產(chǎn)量來計算所需的鎖模力，且鎖模力必須足夠大，才能確保熔融塑料注射過程中模具不會打開。

3）開模行程：開模行程是指模具打開的最大距離，它決定了產(chǎn)品的取出方式和自動化程度。設(shè)計師需根據(jù)產(chǎn)品的大小和形狀來確定合適的開模行程，以確保產(chǎn)品可以順利脫模。

4）頂出力：頂出裝置的作用是在注塑結(jié)束時將塑件從模具中推出。這一過程需要足夠的力量和適當(dāng)?shù)男谐虂硗瓿?，否則極易造成塑件損傷或變形，甚至損壞模具。因此，在動模板的設(shè)計階段，設(shè)計師需要根據(jù)塑件的材料、形狀、大小以及模具的溫度確定頂出裝置的頂出力，一般材料的黏性越大，所需頂出力也越大。同時，塑件的形狀越復(fù)雜，則需要越大的頂出力將塑件頂出[1]。為此，設(shè)計師需要仔細(xì)計算所需的頂出力，并在動模板設(shè)計中預(yù)留足夠的空間來安裝頂出裝置。

5）頂出行程：頂出行程是指從打開模具到產(chǎn)品完全脫離模具過程中頂針移動的距離。該距離對塑件脫模效果具有一定的影響。如果頂出行程不足，塑件便無法完全脫離模具;若頂出行程過長，則可能導(dǎo)致頂出裝置與模具發(fā)生干涉，損壞模具或頂出裝置，導(dǎo)致產(chǎn)品變形。因此，在進(jìn)行設(shè)計時，設(shè)計師需要根據(jù)塑件的深度和模具的結(jié)構(gòu)來確定頂出行程，并在動模板上設(shè)置相應(yīng)的限位裝置來控制頂出距離，以確保產(chǎn)品能夠順利脫模，避免對產(chǎn)品造成損傷。

6）結(jié)構(gòu)形式：注塑機(jī)鎖模動模板的主要作用是在注塑過程中固定模具，以確保塑料能準(zhǔn)確無誤地注入模具內(nèi)。為此，在設(shè)計時，需要確保模板能夠均勻地傳遞鎖模力，減少動模板在高壓注塑過程中發(fā)生變形。最常見的結(jié)構(gòu)模式是階梯狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的動模板能夠通過不同層次的臺階，增加動模板的整體厚度，從而提升模板的剛性。同時，該種結(jié)構(gòu)能更合理地分配鎖模時產(chǎn)生的應(yīng)力（圖1），使鎖模力更均勻地傳遞給模具，避免應(yīng)力集中現(xiàn)象，降低因應(yīng)力過大導(dǎo)致的模板損傷風(fēng)險。此外，階梯狀結(jié)構(gòu)還能有效增加模板與模具的接觸面積，使其在合模過程中提供更加穩(wěn)定的支撐，從而減少模具的晃動和位移，這對于提高成型制品的尺寸精度和表面質(zhì)量十分重要。因此，在選擇動模板結(jié)構(gòu)形式時，可根據(jù)注塑機(jī)類型、制品要求以及生產(chǎn)需求等因素選擇適合的結(jié)構(gòu)形式，以實現(xiàn)最佳的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3.2" " 確定主板結(jié)構(gòu)

在注塑機(jī)中，動模板的主板承載了模具的大部分重量，這就需要動模板主板具備足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證其在高速運動和高壓鎖模過程中不發(fā)生變形或損壞。因此，在設(shè)計動模板的主板時，設(shè)計師首先要嚴(yán)格控制動模板主板的尺寸精度，確保主板的尺寸達(dá)到設(shè)計要求，并且能夠與模具完美對接。其次，還需考慮到主板在注塑機(jī)中的安裝位置和使用環(huán)境。一般來說，動模板主板采用階梯狀結(jié)構(gòu)，四周設(shè)有導(dǎo)柱孔和定位銷，能與注塑機(jī)的其他部件連接。同時，還可在動模板主板上設(shè)置一定的加強(qiáng)筋和減重孔，以提高其整體強(qiáng)度，并減輕重量。最后，需要考慮主板在不同工作條件下的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況，以確保鎖模力的均勻傳遞，避免因力傳遞不均導(dǎo)致的制品缺陷。

2.3.3" " 導(dǎo)向與定位系統(tǒng)設(shè)計

為保證動模板在運動過程中的直線性和平穩(wěn)性，確保模具的準(zhǔn)確閉合，動模板還需擁有高精度的導(dǎo)向和定位系統(tǒng)。為此，設(shè)計師需要根據(jù)所需的定位精度和速度，在動模板上設(shè)計精密的導(dǎo)向與定位系統(tǒng)，以確保模具的快速定位和穩(wěn)定閉合。具體如下：

1）導(dǎo)向系統(tǒng)：導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是確保動模板沿預(yù)定路徑平穩(wěn)直線運動，防止模板間發(fā)生偏移，以減少磨損，提高動模板的運動精度，延長其壽命。為此，設(shè)計師在設(shè)計導(dǎo)向系統(tǒng)時，首先需選擇合適的導(dǎo)向組件，常見的導(dǎo)向組件包括線性導(dǎo)軌、導(dǎo)柱孔和導(dǎo)向筒等。導(dǎo)柱孔和導(dǎo)向筒結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但接觸面積大，易磨損;線性導(dǎo)軌則能提供更平穩(wěn)的導(dǎo)向性能，適用于高速和精密注塑機(jī)，但成本較高。因此，設(shè)計師需要根據(jù)機(jī)器的性能要求、空間布局以及成本預(yù)算來選擇適合的導(dǎo)向組件。其次，需合理設(shè)計導(dǎo)向布局，以承受運行中產(chǎn)生的負(fù)載，確保模板受力均勻，避免偏載導(dǎo)致的異常磨損或損壞。最后，計算導(dǎo)向組件的間距，合理的導(dǎo)向間矩可以保證潤滑和散熱，以避免過大的間距導(dǎo)致動模板擺動，從而確保模板的穩(wěn)定性和剛性。

2）定位系統(tǒng)：定位系統(tǒng)是確保動模板與定模板精確對齊，模具實現(xiàn)精準(zhǔn)閉合的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在設(shè)計時，設(shè)計師需要根據(jù)所需的定位精度和速度，選擇合適的定位方式。定位銷和定位孔相配合作為最常見的定位方式，主要將定位銷固定在動模板上，定位孔設(shè)置在機(jī)器的固定部分，當(dāng)動模板移動到預(yù)定位置時，定位銷準(zhǔn)確插入定位孔中，實現(xiàn)快速且準(zhǔn)確的定位。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，能夠保證動模板平穩(wěn)移動和精準(zhǔn)定位。為此，設(shè)計師可根據(jù)實際需求設(shè)計定位系統(tǒng)，以實現(xiàn)模具的精準(zhǔn)對位，避免因定位不準(zhǔn)確導(dǎo)致的制品缺陷。

2.3.4" " 動模板表面處理

為了提高耐磨性，減少維護(hù)需求，鎖模動模板的表面通常會進(jìn)行特殊處理。例如：采用電鍍或化學(xué)鍍的方式，在動模板表面形成一層硬鉻或鎳層等金屬保護(hù)層，以增加硬度和耐腐蝕性;或是采用熱噴涂或冷噴涂技術(shù)，在動模板表面形成耐磨的碳化鎢或陶瓷涂層，以應(yīng)對生產(chǎn)過程中可能遭遇的各種化學(xué)物質(zhì)。動模板表面處理后，對處理過的動模板表面進(jìn)行精磨，以達(dá)到高精度的平整度和光潔度。

2.3.5" " 力學(xué)分析

為準(zhǔn)確分析動模板的力學(xué)特性，首先，建立力學(xué)模型。該模型包括所有影響動模板受力的因素，如鎖模力、模具反作用力、運動慣性力、導(dǎo)向系統(tǒng)的摩擦力以及溫度變化帶來的熱應(yīng)力等，并利用有限元分析（FEA）軟件進(jìn)行力學(xué)計算和模擬，得出在不同鎖模力作用下的應(yīng)力分布和變形情況。然后評估動模板在受到鎖模力時的變形程度，以確保在最大鎖模力作用下，動模板的剛度足以抵抗變形，動模板及其連接部件不會發(fā)生塑性變形或斷裂，從而確保模具合模精度和制品質(zhì)量。基于力學(xué)分析的結(jié)果，對動模板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計[2]，包括合理布置加強(qiáng)筋、減輕不必要的重量、優(yōu)化力的傳遞路徑等，以提高動模板的承載能力和抗變形能力，降低因結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

2.4" " 測試與優(yōu)化

設(shè)計完成后，可通過仿真測試和實際運行測試來驗證設(shè)計的有效性和可靠性，包括有限元分析、樣品制作、功能測試和耐久性測試等。通過在注塑機(jī)上試運行，可以得到動模板在各種工況下的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況，以便及時對動模板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)測試結(jié)果對設(shè)計進(jìn)行迭代優(yōu)化，以提升鎖模動模板的性能和可靠性，直至動模板達(dá)到預(yù)期的性能標(biāo)準(zhǔn)。

3" " 實際應(yīng)用案例

以某型號注塑機(jī)為例，該機(jī)型的鎖模力為650 t，模具尺寸為900 mm×900 mm。根據(jù)這些參數(shù)，選用球墨鑄鐵QT500-7A作為鎖模動模板的制作材料[3]，通過增加加強(qiáng)板來提高其剛性和承載能力，確保動模板在承受最大鎖模力時不會發(fā)生塑性變形。而動模板的主體主板設(shè)計成階梯狀結(jié)構(gòu)，中心部分厚、四周薄，依據(jù)局部加強(qiáng)的理念，在控制成本的同時確保動模板主體具備足夠的剛性。此外，在主板四周設(shè)計四個帶導(dǎo)柱孔的圓柱體凸臺，上下鉸耳通過放射狀斜向鉸耳筋與主板相連，上下鉸耳間用連板相連接，導(dǎo)柱凸臺末端懸空部分通過橫向加強(qiáng)筋與斜向的鉸耳筋連成一體，以增加整體強(qiáng)度，實現(xiàn)最佳的支撐效果，如圖2所示。

同時，將上述鉸耳筋斜向布局，鉸耳筋根部向模板中心延伸，鉸耳筋與主板之間形成多個空腔結(jié)構(gòu)，在節(jié)省鑄件用料使動模板輕量化的同時，斜向走勢的鉸耳筋將作用于鉸耳上的力引導(dǎo)傳遞至模板中心，減少力的傳遞向非模具接觸區(qū)域擴(kuò)散，并與模板中來自模具變形的反作用力形成平衡。通過減少動模板受力方向上空間距離的限制，使主板上載荷分布更加均勻，以降低主板整體的變形量，提高注塑產(chǎn)品質(zhì)量。最后，在動模板的表面涂覆一層耐高溫的防腐材料，以提升其在高溫環(huán)境下的耐久、防腐性。動模板設(shè)計完成后，實際運行測試表明，本次所設(shè)計的鎖模動模板能夠滿足注塑機(jī)的生產(chǎn)需求，保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

4" " 結(jié)束語

注塑機(jī)鎖模動模板的設(shè)計是一項復(fù)雜而精細(xì)的工程，不僅要求設(shè)計師具備扎實的機(jī)械工程知識，還需要具備材料科學(xué)、動力學(xué)、熱力學(xué)等多個領(lǐng)域的知識及豐富的實踐經(jīng)驗。為此，設(shè)計師在設(shè)計注塑機(jī)鎖模動模板時，需要根據(jù)注塑機(jī)的具體參數(shù)，運用現(xiàn)代設(shè)計理念進(jìn)行精心設(shè)計。只有這樣，才能設(shè)計出既滿足注塑機(jī)高效率、高精度和高穩(wěn)定性要求，又能滿足日益增長的工業(yè)生產(chǎn)需求的鎖模動模板。這對于提升注塑機(jī)的工作效率、產(chǎn)品質(zhì)量，推動注塑行業(yè)發(fā)展都具有重要的意義。

[參考文獻(xiàn)]

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