前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的注塑模具設計中計算機技術的應用，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要:介紹了在塑料注塑工藝中計算機技術的應用方面和遇到的問題，結合計算機在注塑模具中的應用領域，對未來計算機技術在注塑模具中的進一步發展提出了展望。
關鍵詞:塑料;注塑;計算機輔助;展望
在塑料的加工工藝中，注塑成型工藝已經成為普遍采用的成型方法之一。經過上百年的發展注塑工藝以其成本低、工藝成熟等特點成為了大部分塑料制品成型的主要方法。在注塑工藝中模具的設計和開發是至關重要的環節，早期的注塑模具的設計主要依靠經驗，隨著計算機技術的發展，計算機輔助模具設計技術被廣泛使用，使得模具設計更加精密可靠，效率也得到了大幅度的提高。
1注塑成型方法及模具的特點
在塑料的注塑成型工藝中，主要針對熱塑性樹脂的成型方法。在注塑過程中，通過高溫將樹脂熔融后，在螺桿壓力的作用下將熔融樹脂注入到模具中冷卻成型得到最終的制品。注塑成型工藝適用于大批量制品的生產，而且具有自動化水平高和效率高的特點，受到了廣泛的關注和應用。因此注塑成型具有巨大的應用潛力和市場前景，而模具作為注塑工藝中的重要組成部分，提高其設計水平和工藝精度是保證注塑工藝穩定的關鍵［1］。為了獲得更高質量的產品，就需要提高模具的設計精度，在模具設計中要從四個方面考慮［2］:精度、外形要求、尺寸、收縮量。在上述四個方面中，收縮量是由于制品在模具中的尺寸和開模后得到的最終制品尺寸之間會存在微小的差異，這主要是由于熱塑性樹脂材料表面溫度降低時產生的收縮現象導致的。在注塑過程中要充分考慮材料的種類和外界環境的影響，針對不同材料采用相應的注塑工藝和條件。注塑模具主要由兩部分組成:定模和動模。其中定模固定在模板上不可以移動，而動?？梢栽谝欢ǚ秶鷥纫苿?。在注塑過程中，動模通過移動與定模結合重合形成密閉的模腔，熱塑性樹脂通過螺桿壓力注入到模腔內形成制品。
2塑料模具的設計
注塑工藝以其尺寸精確、效率高等特點在熱塑性塑料的加工中被廣泛應用。塑料模具在設計中需要在總體方案的指導下完成，在模具設計中需要考慮多方面的因素包括性能、產品質量、效率等。同時模具的價格也需要考慮在內，通常制品質量和模具價格成正比。此外，由于模具在成型過程中，需要考慮注塑壓力、溫度和時間等因素。所以，在模具設計中需要考慮鎖模力、頂出力和注射力，塑料流道的各流動參數的比例，模具溫控效果。模具設計人員在模具設計過程中，需要對具體的塑料材料的特性、制品的尺寸大小、注塑機參數設定等方面進行細致的考慮。例如，在模具的澆注系統的設計中，主流道通常設計為圓錐形，便于流道凝料的去除。但是在錐角的設計中需要考慮多種因素。如果錐角過大會導致渦流或者湍流的產生，卷入空氣導致制品內存在氣泡等缺陷，反之會造成凝料的脫膜困難。在分流道的設計中，需要考慮塑料制品的形狀，大小，壁厚等因素來對其尺寸進行最終的確定。澆口作為分流道和模腔的連接處，在設計中需要考慮以下幾個方面［3］:1)盡量選在分型面上;2)距離最短原則;3)方便排氣;4)避免造成溶劑痕;5)保證制品的外觀。
3計算機在注塑模具設計中的應用
目前隨著計算機技術的迅速發展，計算機技術在模具的設計和制造中得到了廣泛的應用。將計算機技術引入到模具的生產設計可以顯著提高生產效率和質量水品，而且還可以降低人力成本，減少勞動強度。在注塑模具的設計中主要涉及到了計算機輔助設計(CAD)技術、計算機輔助工程(CAE)技術和計算機輔助制造(CAM)技術，其中CAD技術主要是在設計過程中對模具進行建模和繪圖，CAE技術主要用于計算機仿真分析，通過對注塑過程的模擬，對注塑過程進行優化，CAM技術主要是通過編程技術，對機床實現數字化控制［4］。實現CAD/CAM/CAE一體化技術，可以顯著提升模具的設計水平，提高注塑行業的精度以及標準化程度，最終可以縮短制品的生產周期，提高制品的質量和客戶滿意度。
3.1CAD技術
在模具行業中CAD技術被廣泛采用，CAD技術可以提高注塑模具的生產效率，提高制品的品質、降低成本和降低勞動強度。在注塑模具的設計中，模具的整體結果比較復雜，CAD技術具有功能豐富、交互性強的特點，適用于模具的設計和開發。注塑模具CAD技術的廣泛應用對于傳統的模具制造具有自身的優越性［5］:1)提高模具質量。在CAD技術中可以充分發揮設計人員和計算機的雙重特點，通過這種交互作用使得模具的設計更加準確和快速。此外，CAD技術還可以迅速生成模具零件的加工刀具軌跡，使得制品的尺寸精度更高，表面更加光滑。在優化模具的設計方案中，CAD技術可以幫助設計人員選擇合適的模具結構，優化整體的設計。2)縮短模具的制作周期。在CAD系統中可以存儲大量的技術參數和模具的設計標準，在模具的設計中可以更快地選擇合適的模具設計標準，加之計算機自動繪圖的功能，使得模具的設計更加快速，提高了模具的制作效率。3)降低成本。CAD技術中可以借助計算機進行大量的運算工作，降低了人力成本，而且計算機模擬注塑過程可以進一步節省成本。4)發揮設計人員的創造性。CAD可以避免設計人員參與計算和繪圖工作，因此設計人員可以更多時間思考模具的內部設計和優化模具的性能，在提高模具質量和發揮人的主觀能動性方面有巨大的促進作用。隨著CAD技術在模具設計行業越來越重要的作用，與之相應的軟件主要有MOLDFLOW、AutoCAD和UGNX。MOLDFLOW是最早應用于模具設計的CAD軟件，由澳大利亞MOLDFLOW軟件公司在1976年首次推出，經過幾十年的發展，該軟件已經可以實現對模具的精確設計和模擬。AutoCAD主要用于二維繪圖，其具有的多文檔設計環境可以滿足不同專業人員的使用。UGNX軟件可以為客戶的產品設計和加工提供強有力的數字化造型和驗證手段，其強大的建模體系可以生產三維數字虛擬產品。因此UGNX可以在AutoCAD二維圖形的基礎上，實現模具的3D化，具有強大的設計的可操作性和完整性［6］。
3.2CAE技術
CAE技術主要是基于高分子流變理論以及傳熱理論，借助于計算機技術建立塑料熔融狀態下的流動和傳導模型。通過計算機的運算，可以對熔體的流動狀態、填充過程、冷卻過程進行仿真模擬，模擬的結果可以直觀展現出來，進而確定成型過程的具體參數。通過CAE技術可以生動地模擬出注塑過程中的各個環節，并且可以預測在注塑過程中可能出現的缺陷，并給出解決方案。該方法可以避免傳統工藝中的反復試模的復雜過程，降低了人力成本，縮短了模具的設計周期，提高了模具的精確度和合格率。其在模具設計中主要用于以下幾個方面:
1)制品優化設計
通過CAE技術可以對制品的結構進行明確，然后對產品的可行性進行分析實現設計的優化。
2)輔助模具設計
對于傳統的模具設計會經過一系列的試模、修模的過程，最后才可以使模具獲得一定的精度。而CAE技術可以直接對制品的型腔尺寸、澆口位置和冷卻設備進行優化完善，通過計算機輔助完成試模和修模的過程。CAE技術可以對模具的冷卻時間和產品形狀的確定起到極大的輔助作用，更好地模擬注塑過程，確定模具的最佳設計方案。
3)優化注塑工藝參數
在工藝參數的確定中，CAE技術可以對注塑全過程進行模擬，對于制品的缺陷進行預測。CAE技術可以對熔體在模腔內的流動狀態進行分析，幫助設計師完成最佳參數的設定，包括注塑壓力、注塑時間、冷卻時間、熔體溫度、模具溫度和保壓時間等。在注塑模具的設計之前，設計人員通過CAE分析軟件，借助于計算機可以對制品進行仿真模擬，基于模擬的結果設計人員可以了解到材料的填充、壓縮和冷卻等情況，通過分析結果對模具的設計進行指導，更好地優化和改進模具的設計參數。在模擬過程中同樣需要借助于軟件的幫助，在CAE系統的軟件主要包括了MoldFlow和Moldex3D。MoldFlow軟件是出現較早的CAE軟件，通過該軟件可以對塑料制品和模具結構進行優化。此外還可以對型腔、澆口、流道和冷卻系統等關鍵部位尺寸進行優化，在系統中進行試模、修模、大大提高模具生產質量，減少未來修模次數。Moldex3D具有立體三維模擬的功能，能夠更好地解決在模具設計上的問題，有效縮短模具的制作周期，提高企業的競爭力。通過CAE軟件可以對熔體的流動性進行分析，主要針對流道和澆口填充型腔過程進行預測，設計人員可以根據模擬的結果更加合理地設計流道和澆口位置，優化產品的設計和產品質量。通過對材料的紋理性質、流變性質、成型參數等數據進行分析，得到模具的精確設計參數包括合模壓力、注塑壓力和氣穴位置等重要參數［8］。
3.3CAM技術
目前CAM系統主要由一個計算機分級結構體系和具有兩級以上的計算機系統組成。在系統組成方面可分為軟件部分和硬件部分，硬件系統主要包括了數控機床、傳動裝置、制造部分等，軟件部分主要包括了數據庫資料和操作軟件［9］。CAM技術可以對模具的型腔和型芯進行數控加工，采用最優的加工工具和路徑，借助于仿真模擬的功能，使得模具的制作更加精確高效。而且在制品的質量評估方面，CAM技術可以模擬不同位置的切割分析，通過對不同位置的切面分析提高了尺寸精確度。CAM技術中，涉及到的軟件主要有Mastercam和HyperMILL兩款軟件，Mastercam軟件包含了二維制圖、三維造型、數控編程、刀具路徑摸擬等種功能，具有直觀方便的幾何造型工具。CAM技術在模具的設計中并不是孤立存在，最常見的是結合CAD和CAE技術并行使用［10］。
3.4CAD/CAE/CAM一體化技術
注塑模具的CAD/CAE/CAM一體化技術屬于模具設計和制造中的一項先進技術，可以對注塑產品的綜合性能進行大幅度的提高。在集成化系統中，CAD主要負責產品的建模和總體設計方案的確定;CAE主要對模具的結構力學和流動性能進行模擬分析;CAM主要負責數控仿真和數控程序的建立。集成化系統中通常存儲塑料和模具的性能參數數據庫、注塑機規范數據庫、標準模架等數據庫系統，主要是實現模具的標準化和系統化。集成化系統的優越性主要體現在以下幾個方面:1)提高模具質量。通過發揮三者的不同作用，可以使模具的設計更加精確、快速，提高模具設計的合理性和零件的尺寸精度。2)縮短模具的制作周期。借助于CAD系統中的參數庫和其本身的自動畫圖功能，可以大大縮短模具的設計時間，CAM還可以減少修模的時間，CAM提高了數控機床的加工效率。3)降低成本。借助于計算機的高速運算性能，可以大大節約人力的消耗，降低的生產成本?？s短了模具的生產周期，提高了市場競爭力。
4結論與展望
隨著制造業的不斷發展，對于模具的要求也逐步提高，傳統的模具制造方式已經無法滿足現代制造業的要求，因此將計算機輔助技術應用于注塑模具的設計是必然選擇，通過計算機輔助技術使得模具的設計精度得到了大幅度的提高，同時模具的設計周期大大縮減，節省人力物力的同時降低了設計成本。實現CAD/CAE/CAM技術的集成化應用，可以將零件設計、模具設計和制造以及注塑過程三者結合起來，發揮三者的技術優勢。未來CAD/CAE/CAM技術在注塑模具中將會發揮出更加重要的作用，進而實現模具設計的自動化、精確化、高效化、智能化和低成本化。
作者:嚴粵鋒 羅金群 單位:廣東理工職業學院數碼設計與制作系