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

關鍵詞：注塑機;鎖模系統(tǒng);動模板;設計;分析

中圖分類號：TQ320.5+2" " 文獻標志碼：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

隨著市場對塑料產品需求的不斷增長，注塑機以其高效率、高穩(wěn)定性和高精度的生產能力成為塑料產品生產的核心設備。鎖模動模板作為注塑機的關鍵部件之一，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，因此對注塑機鎖模動模板的設計要求越來越高。在此背景下，設計師在設計過程中如何設計出既高效、穩(wěn)定，又能滿足現(xiàn)代制造業(yè)需求的注塑機成為本文研究的重點。

1" " 注塑機鎖模動模板的重要性

鎖模動模板是注塑機中用于固定模具的一個關鍵部件，是連接模具與注塑機的橋梁，更是保證注塑機高效穩(wěn)定運行的基礎。動模板對于保證產品質量、提高生產效率、延長設備使用壽命發(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，做好注塑機鎖模動模板的設計成為推動塑料行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。

2" " 鎖模動模板的設計要點

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

2.1" " 確定設計目標與參數(shù)

在設計之前，設計師首先要明確注塑機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重要。但由于動模板的行程、速度和加速度關系到機器的工作效率和動態(tài)性能，為確保動模板設計參數(shù)與模具相符合，設計師在動模板的設計階段，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計參數(shù)。

2.2" " 材料的選擇

材料的選擇不僅關系到模板的強度和耐用性，還直接影響到注塑機的整體能耗。因此，設計師在進行設計時，需根據(jù)注塑機的工作條件和生產需求，結合材料科學的最新研究成果，選擇具有高強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、強度高、耐磨性與抗腐蝕性好等特點，能滿足動模板的力學要求，能抵抗環(huán)境侵蝕。同時鑄鐵內部石墨具有良好的抗振性和吸振性，能夠吸收機械運動中產生的振動，減少噪聲，提高設備的穩(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，其抗拉強度和韌性都優(yōu)于鑄鐵，能夠更好地承受高負荷和沖擊。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，以確保注塑機的高性能和長久穩(wěn)定運行。

2.3" " 動模板結構設計

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

2.3.1" " 確定動模板基礎結構

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。設計師在進行設計時，需根據(jù)注塑機的型號，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，會對動模板的設計產生一定的影響。為此，在進行設計時，設計師需要根據(jù)產品材料的流動性、模具的復雜程度以及預期的生產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，它決定了產品的取出方式和自動化程度。設計師需根據(jù)產品的大小和形狀來確定合適的開模行程，以確保產品可以順利脫模。

4）頂出力：頂出裝置的作用是在注塑結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?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，在動模板的設計階段，設計師需要根據(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，塑件的形狀越復雜，則需要越大的頂出力將塑件頂出[1]。為此，設計師需要仔細計算所需的頂出力，并在動模板設計中預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，則可能導致頂出裝置與模具發(fā)生干涉，損壞模具或頂出裝置，導致產品變形。因此，在進行設計時，設計師需要根據(jù)塑件的深度和模具的結構來確定頂出行程，并在動模板上設置相應的限位裝置來控制頂出距離，以確保產品能夠順利脫模，避免對產品造成損傷。

6）結構形式：注塑機鎖模動模板的主要作用是在注塑過程中固定模具，以確保塑料能準確無誤地注入模具內。為此，在設計時，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。最常見的結構模式是階梯狀結構，這種結構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，該種結構能更合理地分配鎖模時產生的應力（圖1），使鎖模力更均勻地傳遞給模具，避免應力集中現(xiàn)象，降低因應力過大導致的模板損傷風險。此外，階梯狀結構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量十分重要。因此，在選擇動模板結構形式時，可根據(jù)注塑機類型、制品要求以及生產需求等因素選擇適合的結構形式，以實現(xiàn)最佳的生產效率和產品質量。

2.3.2" " 確定主板結構

在注塑機中，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，在設計動模板的主板時，設計師首先要嚴格控制動模板主板的尺寸精度，確保主板的尺寸達到設計要求，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構，四周設有導柱孔和定位銷，能與注塑機的其他部件連接。同時，還可在動模板主板上設置一定的加強筋和減重孔，以提高其整體強度，并減輕重量。最后，需要考慮主板在不同工作條件下的應力、應變分布情況，以確保鎖模力的均勻傳遞，避免因力傳遞不均導致的制品缺陷。

2.3.3" " 導向與定位系統(tǒng)設計

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

1）導向系統(tǒng)：導向系統(tǒng)的主要功能是確保動模板沿預定路徑平穩(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，設計師在設計導向系統(tǒng)時，首先需選擇合適的導向組件，常見的導向組件包括線性導軌、導柱孔和導向筒等。導柱孔和導向筒結構簡單，成本較低，但接觸面積大，易磨損;線性導軌則能提供更平穩(wěn)的導向性能，適用于高速和精密注塑機，但成本較高。因此，設計師需要根據(jù)機器的性能要求、空間布局以及成本預算來選擇適合的導向組件。其次，需合理設計導向布局，以承受運行中產生的負載，確保模板受力均勻，避免偏載導致的異常磨損或損壞。最后，計算導向組件的間距，合理的導向間矩可以保證潤滑和散熱，以避免過大的間距導致動模板擺動，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)精準閉合的關鍵環(huán)節(jié)。在設計時，設計師需要根據(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，定位孔設置在機器的固定部分，當動模板移動到預定位置時，定位銷準確插入定位孔中，實現(xiàn)快速且準確的定位。這種方式結構簡單，成本較低，能夠保證動模板平穩(wěn)移動和精準定位。為此，設計師可根據(jù)實際需求設計定位系統(tǒng)，以實現(xiàn)模具的精準對位，避免因定位不準確導致的制品缺陷。

2.3.4" " 動模板表面處理

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

2.3.5" " 力學分析

為準確分析動模板的力學特性，首先，建立力學模型。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、導向系統(tǒng)的摩擦力以及溫度變化帶來的熱應力等，并利用有限元分析（FEA）軟件進行力學計算和模擬，得出在不同鎖模力作用下的應力分布和變形情況。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量。基于力學分析的結果，對動模板的結構進行優(yōu)化設計[2]，包括合理布置加強筋、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，降低因結構不合理導致的應力集中現(xiàn)象。

2.4" " 測試與優(yōu)化

設計完成后，可通過仿真測試和實際運行測試來驗證設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。通過在注塑機上試運行，可以得到動模板在各種工況下的應力、應變分布情況，以便及時對動模板的結構進行優(yōu)化設計。根據(jù)測試結果對設計進行迭代優(yōu)化，以提升鎖模動模板的性能和可靠性，直至動模板達到預期的性能標準。

3" " 實際應用案例

以某型號注塑機為例，該機型的鎖模力為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計成階梯狀結構，中心部分厚、四周薄，依據(jù)局部加強的理念，在控制成本的同時確保動模板主體具備足夠的剛性。此外，在主板四周設計四個帶導柱孔的圓柱體凸臺，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，導柱凸臺末端懸空部分通過橫向加強筋與斜向的鉸耳筋連成一體，以增加整體強度，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構，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傳遞至模板中心，減少力的傳遞向非模具接觸區(qū)域擴散，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，提高注塑產品質量。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。動模板設計完成后，實際運行測試表明，本次所設計的鎖模動模板能夠滿足注塑機的生產需求，保證產品質量和生產效率。

4" " 結束語

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

[參考文獻]

[1] 李霞，張迪迪，王婷婷，等.超聲微注塑機合模-鎖模-頂出機構的設計與分析[J].中國塑料，2016，30（9）：88-92.

[2] 徐光菊，朱勝鵑，趙翼翔.基于ANSYS的注塑機結構分析及動模板優(yōu)化設計[J].機電工程技術，2010，39（3）：48-50.

[3] 王佳赟，李國平，柳麗，等.二板式注塑機鎖模狀態(tài)下動模板應力與疲勞分析[J].機械制造，2021，59（3）：28-31.