模具设计理念的重大转变与实际应用emxs.docx

模具设计计理念的的重大转转变与实实际应用用The impporttantt chhangge aand acttuall usse oof mmoldd-deesiggninng ccomcceptt黄建兵/huaang.jiaanbiing 比亚迪汽汽车有限限公司摘要：本本文主要要阐述模模具排气气、冷却却以及“模具成成本是设设计出来来的”的设计计理念，以以及该理理念在实实际工作作中的应应用。关键词词风水水、排气气、冷却却、模具具设计、模模具强度度、避空空Absttracct:TThiss paaperr maainlly eexpaatiaatedd thhe eexhaausttingg annd ccoollingg off moold,andd thheree iss a connceppt tthatt thhe ccosttingg off moold is dessignned by thee deesiggnerr,annd wwhicch uusedd inn thhe aactuuallly wworkk.Keyyworrds:geeomaantiicommen、exhhausst、cooolinng、mollddeesiggn、molld ccostt、molld sstreengtth、cleaarannce.1 引言随着公司司对整车车品质的的要求越越来越高高，塑胶胶模具的的品质也也需不断的的提升。为了保保证模具具品质，模模具设计计理念也也要随着着转变，尤尤其在模模具的冷冷却、排排气、成成本等方方面。2 模具风水水某模具厂厂的模具具有“风水”这说，风风指排气气，水指指冷却。模模具冷却却与排气气的好坏坏直接影影响到产产品的品品质。冷冷却不均均匀，会会使产品品翘曲变变形、产产生内应应力、开开裂、溢溢料等，同同时也影影响到塑塑件的成成型周期期；排气气不畅，制制品表面面灼伤、注注射量不不足、表表面流痕痕和熔结结线等，因因而冷却却和排气气系统在在设计的的整个塑塑胶模具具设计中中有着较较为重要要的作用用。21排排气211模具具内气体体的来源源注塑成型型时模具具内气体体的来源源主要有有以下几几个：>型腔和和浇注系系统中存存在的空空气；>塑料原原料含有有的水分分在高温温下蒸气气而产生生水蒸气气；>高温下下塑料分分解产生生的气体体；>塑料中中某些添添加剂挥挥发或发发生化学学反应所所产生的的气体，如如热固性性塑料成成型时，常常常由于于化学反反应而产产生气体体。212分型型面排气气前期的模模具在设计时时没有认认识到模具排排气的重重要性，也也没有标标准。如如图1所所示，只只是设计计工程师师根据自自己的经经验在图图档上做做了部分分排气,或者钳钳工根据据经验FFIT好好模具后后，把模模仁拿到到磨床自自己加工工排气，位位置、排排气槽深深度等全全靠经验验数据选选取，准准确度差差。如果果排气槽槽开得过过小，不不能及时时把气体体排出，或或排气不不畅会等等都会致致使型腔腔中的气气体在注注塑过程程中受到到压缩，产产生很大大的反压压力，正正是这种种反压力力阻止了了熔融塑塑料的正正常快速速充模，使使得注塑塑成型变变得困难难。一旦旦遇到这这种情况况，注塑塑人员常常采用提提高注塑塑压力、增增加保压压时间等等方法，这这样导致致了成型型周期延延滞，生生产效率率降低，注注塑机耗耗能增加加等后果果。如果果排气槽槽开得过过大，对对一些流流动性好好的塑料料容易造造成溢料料。通过不断断的学习习和理念念的转变变，逐步步认识到到模具排排气的重重要性，根根据各种种塑料的的溢边值，制制定标准准，如图图2所示示，后期期在模具设设计时严格参参照标准准进行排排气槽的的设计，如如图3所所示，这这样的全全面排气气结构，模模具加工工时虽然然要多花花费一些些时间，但但排气迅迅速，可可以将型型腔内的的大部分分气体排排出，易易获得良良好外观观的制品品。213镶件件排气当模具排排气极困困难时应应采用镶镶拼结构构。比如如有些模模具的死死角不易易开排气气槽，在在不影响响产品外外观及精精度的情情况下适适当把模模具改为为镶拼结结构，或或者产品品上一些些深筋位位也需要要适当的的进行镶镶拼，这这样不仅仅有利于于排气，还还可以降降低原有有的加工工难度，同同时便于维维修。但但现在机机床的加加工精度度不断的的提高，即即使采用用镶拼结结构，如如图4所所示，镶镶件与模模仁之间间配合较较好时气气体同样样难以排排出。通过设计计理念的的转变，把把排气设设计应用用到镶件件上，根根据图22标准，对对镶件进进行排气气槽设计计，如图图5所示示，这样样更有利利于型腔腔内部气气体的排排出。214其它排排气 可以以利用顶顶针与顶顶针孔的的配合间间隙进行行排气，如如BMCC模具需需要顶针针与顶针针孔单边边有0.03mmm的间间隙；对对产品一一些极易易困气的的地方可可能采用用透气钢钢来排气气；目前前最先进进的模具具内部排排气是利利用金属属粉末激激光造型型复合加加工技术术来实现现的。215排气气槽的计计算根据型腔腔内气体体的质量量、温度度、压力力等参数数，可以以对模具具表面排排气槽的的宽度进进行计算算：a. 被压缩气气体的最最终温度度：T=T0（PP/P）0.113式中：TT0模具内内气体的的初始温温度 TT0=220+2273=2933KP模具具内排气气压力，MMpa/P0模具内内气体的的初始压压力/PP0=00.1MMpab型腔腔内气体体的质量量：G=ðOVOO式中:ððO按常压压常温的的氮气密密度为11.166kg/m3V0模模内型腔腔体保积积，M33c.排气气隙的截截面积SS=255GT00.5/OOP0式中：SS排气槽槽截面积积，M GG模具内内气体的的质量，kkg. PP0模具内内气体的的初始压压力,00.1MMpa TT模具内内被压缩缩气体的的最终温温度,KK OO充填时时间,SSd. 排排气隙的的宽度：W=SS/h式中：hh塑料的的溢边值值22冷冷却221模具具温度对对塑件的的影响影响注塑塑模冷却却的因素素很多，如如塑件的的形状和和分型面面的设计计，冷却却介质的的种类、温温度、流流速，冷冷却管道道的几何何参数及及空间布布置，模模具的材材料，熔熔体的温温度，塑塑件要求求的顶出出温度和和模具温温度，塑塑件和模模具间的的热循环环交互作作用等。模模具温度度对塑件件的影响响主要有有：>低的模模具温度度可降低低塑件的的成型收收缩率。>模具温温度均匀匀、冷却却时间短短、注射射速度快快可以减减小塑件件的翘曲曲变形。>对于结结晶性聚聚合物，提提高模具具温度可可使塑件件尺寸稳稳定，避避免后结结晶现象象，但是是将导致致成型周周期延长长和塑件件发脆等等缺陷。>随着结结晶性聚聚合物结结晶度提提高, 塑料的的耐应力力开裂性性降低，因因此降低低模具温温度是有有利的。但但对于高高粘度的的无定型型聚合物物，由于于其耐力力开裂性性与塑件件的内应应力直接接相关，因因此提高高模具温温度和充充填速度度，减少少补料时时间是有有利的。>提高模模具温度度可以改改善塑件件的表面面质量。222射模模冷却系系统的设设计和分分析2221注射射模冷却却系统设设计的原原则设计冷却却系统需需要考虑虑模具的的结构、塑塑件的尺尺寸和壁壁厚、镶镶件的位位置、熔熔接痕的的产生位位置等，前前期模具具在设计计冷却系系统时理理念粗放放（如图图6），认认为模具具上有运运水就行行，设计计得太多多，后续续模具维维修困难难。随着对产产品品质质要求的的提高和和生产效效率的认认识，我我们逐步认识识到冷却却系统的的设计对对模具的的重要性性，现在在在模具具设计时时会通过过以下原原则进行行冷却系系统的设设计： >零件件重量1000g，胶胶位厚度度t3，透明明件或软软胶料，就就用¢10以以上的水水道； >进出出水设计计要以近近胶位处处为1NN，远离离胶处为为OUTT为原则则； >冷却却通道至至型腔表表面的距距离相等等，亦即即冷却通通道的排排列与型型腔的形形状相吻吻合，一一般冷却却通道与与型腔表表面的距距离大于于10mmm，运运水离胶胶位距离离要适中中（1.2d-22d,尽尽量取11.5dd）如图图7所示示；>在模具具结构允允许的前前提下，冷冷却通道道的孔径径尽量大大，冷却却回路的的数量尽尽量多且且排布均均匀；>浇口处处应加强强冷却，由由于浇口口附近温温度最高高，通常常可使冷冷却水先先流经浇浇口附近近，再流流向浇口口远端； >>每条水水路的水水流距离离应尽可可能相仿仿，不能能相差太太大； >>冷却通通道要避避免接近近塑件熔熔接痕的的生产位位置，以以免降低低塑件的的强度； >>对收缩缩大的产产品，如PPP、PPE、PPVC等等，尽量量沿制品品收缩大大的方向向排布运运水； >>注意危危险：运运水的位位置不允允许正对对接近应应力集中中点，例例如运水水不要接接近或正正对定位位转角点点； >>两相邻邻水道中中心距以以5d为为原则（dd为运水水直径）； >>连接注注塑机进进出水路路应该在在模具反反操作侧侧或地侧侧，避免免在操作作侧或天天侧。 一模多多腔产品品较大时时，产品品的冷却却系统应应该独立立，便于于在生产产中对单单个产品品进行调调控； >>对冷却却水道布布置有困困难的部部位应采采取其它它冷却方方式，如如铍铜、铜铜管、冷冷却棒等等；2222注射射模冷却却系统的的计算Q=M11Cpp(T11-T22)+LL或中：QQ单次成成型周期期从模具具除去的的总热量量（卡） MM单次成成型周期期注入型型腔的塑塑料重量量（kgg）T1塑塑料的注注射温度度(C) TT2模具的的表面温温度(CC) LL塑料的的熔解潜潜热（卡卡/ kkg）令Cp(T1-T2)+L=a aa塑料料的总融融量（KKJ/kgg）Q=M.k(TT3-TT4)式中: M通过模模具的冷冷却水的的质量(kg) T33出水温温度 T44进水温温度 KK热传导导系统，根根据材料料不同而而不同冷却水流流量q=M/TT TT成型周周期时间间以q确定定水管直直径（保保证水道道中的水水Ra=100000以以上。）22233注射模模的冷却却分析由于实际际塑件的的形状往往往十分分复杂，因因此借助助于一些些简化公公式或经经验公式式来分析析冷却系系统的可可行性存存在着很很大的局局限性。通通过应用用Molldfllow软软件可以以在模具具设计阶阶段有效效且准确确分析模模温、水水路配置置效能以以及冷却却时间，从从而优化化冷却系系统的布布局，以以达到使使塑件快快速、均均衡冷却却的目的的，从而而缩短注注射成型型的冷却却时间，提提高生产产效率。3模具具成本是是设计出出来的 模具设设计工程程师对模模具最终终的成本本起决定定性作用用，模具具的结构构预先决决定了模模具的制制作成本本、生产产成本，还还有后期期的维修修成本。31强强度模具成本本是设计计出来的的，不是是指模具具设计时时将模仁仁、模胚胚的尺寸寸做小等等靠省材材料来降降低成本本，反而而把模仁仁、模胚胚设计大大些，保保证模具具足够的的强度，表表面看起起来浪费费，但实实际是最最省成本本的方法法。图8所示示的模仁仁单薄，生生产状况况极不稳稳定，塑塑胶件披披锋、段段差严重重，需要要人工打打磨，因因为模仁仁在1330kggf/ccm2注注射压力力下早已已变形，经经过多次次修模也也无法改改善。模模具省了了部分材材料的成成本，但但增加了了成倍的的生产成成本和模模具维修修成本。图8 旧旧模前模模仁与产产品段差差情况图9为与与图8同同类产品品的前模模仁，看看似材料料很浪费费，但生生产状况况稳定，产产品无批批锋、段段差，此此模具虽虽材料上上多花了了成本，但但后期的的生产稳稳定，大大大的降降低了生生产成本本和模具具维修成成本。图9新模模前模仁仁与产品品段差效效果32合合理的RR角设计计与避空空模具成本本是设计计出来的的，合理理的R角角设计可可直接降降低加工工成本，设设计要考考虑到能能CNCC加工的的就不放放电，放放电的也也要想办办法做到到CNCC能加工工，尽量量减少电电极加工工，缩短短加工周周期。而而且R角角设计要要尽可能能的大，这这样加工工的刀具具可选择择范围会会更广，效效率会更更高。根据模具具大小对对封胶面面（100-355mm）以以外的面面做避空空，因为为模具分分型面合合理的避避空可以以提高加加工效率率，如图图9分型型面除黄黄色面和和胶位面面之外都都可以避避空，在在加工时时可不考考虑避空空面的精精度，吃吃刀量可可以加大大，可以以选用旧旧的刀具具，这样样既可以以节约成成本，还还可以提提高工作作效率。33合合理的分分型面设设计模具设计计时，当当分型面面为曲面面时应该该只保留留封胶面面10mmm-335mmm，其它它位置的的面要尽尽可能的的设计成成平面，因因为平面面利于加加工，如如图100球刀正正在加工工的曲面面切宽约约为0.2mmm左右，但但如果把把此面设设计成平平面，用用平底刀刀（或飞飞刀）加加工，切切宽约为为5mmm-6mmm左右右。因进进给速度度不一样样，同样样的加工工面积，设设计成平平面加工工效率比比设计成成曲面高高4-55倍左右右，通过过合理的的分型面面设计，效效率可以以得到了了较大的的提升。以优化分分型面大大小：1150mmmX2200mmm，22mm的的加工余余量为例例：平面面加工时时间约为为：400分钟，曲曲面加工工时间为为：2440分钟钟左右，可可节约2200分分钟，按按2000元/小小时计算算，优化化分型面面后可节约约加工成成本：33.333小时XX2000元/小小时=6666元元。现已对分分型面的的设计制制定了封封胶位及及避空面面标准（如如表1），在在模具设设计时会会严格按按标准的的要求来来设计封封胶位的的尺寸，而而且封胶胶位以外外的面尽尽可能的的设计成成平面（如如图111），通通过改善善分型面面，提高高工作效效率，节节约成本本。分类及尺尺寸小型模具具中型模具具大型模具具模具尺寸寸范围模具尺寸寸5055050500模具尺尺寸8000模具尺寸寸8000封胶尺寸寸L1101152022530-35表1 分型面面封胶尺尺寸要求求4总结结模具是具具有生命命的，冷冷却如人人体里的的血管，排排气如皮皮肤上的的毛孔，这这些都是是缺一不不可的，冷冷却与排排气在模模具中有有着至关关重要的的作用。模具设计计时每一一点合理理的改善善都可以以减低模模具的制制作成本本，提高高生产效效率，减减低模具具后期的的维修成成本，因因为模具具设计的的好坏直直接体现现模具的的“品质、寿寿命、效效率、成成本”。参考文献献：史建国国. 模模具技术术20110NOO.4MM.机机械工业业出版社社，20010.作者姓名名：黄建建兵地址：深深圳市坪坪山新区区比亚迪迪路30009号号比亚迪迪汽车有有限公司司30#厂房22楼邮箱：hhjb33188873bbyd1633.coom电话：113633299925008