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注塑模具如何最大限度減少磨損的設(shè)計(jì)流程分析
模具設(shè)計(jì)最大的困難和挑戰(zhàn)是如何減少磨損。畢竟，磨損得越厲害，模具的修理費(fèi)用越高，模具壽命越短。因此對(duì)于模具設(shè)計(jì)者和制造者來說，減少磨損是其重要目標(biāo)之一，但是這又是一個(gè)難以克服的難題，尤其是模具在進(jìn)行成型生產(chǎn)時(shí)會(huì)有各種不利的情況發(fā)生。
磨損的挑戰(zhàn)模具設(shè)計(jì)者和制造者試圖使用一些典型的方法以減少磨損，如使用不同的金屬材料，使用低磨損的涂層，指定高硬度的金屬材料，合模的設(shè)計(jì)要增大角度以避免合模鎖死，以及更多基于經(jīng)驗(yàn)的方法。然而，不能夠被設(shè)計(jì)者和模具制造者很好理解的一種設(shè)計(jì)原則是：由成型過程中的一些負(fù)載和應(yīng)力引起的模具零部件磨損，也應(yīng)該被消除。
1、動(dòng)態(tài)條件
模具設(shè)計(jì)者和制造者關(guān)注模具制造環(huán)節(jié)特別是模具裝配階段。他們進(jìn)行多次嘗試以使模具零部件能夠通過手工裝配在一起。在較好的模具制造廠中，錘子、撬杠和夾鉗是嚴(yán)格被禁止使用或者使用受限的。雖然大多數(shù)模具是通過手工裝配的，模具部件擁有緊密的公差配合。但是這是在沒有考慮應(yīng)力的前提下的。也就是說，模具處于一種靜態(tài)條件下。
注塑加工商注意到了模具處于動(dòng)態(tài)條件下的狀態(tài)。由于成型條件的不斷改變，模具部件可能移動(dòng)了位置，例如，被鎖模、開模與合模、不同的加熱和冷卻引起的熱力學(xué)改變以及注射壓力引起的應(yīng)力變化使部件移位。因此，對(duì)于注塑加工商來說，模具是活動(dòng)的或者說是一種動(dòng)態(tài)設(shè)備，它在生產(chǎn)中不是靜止不動(dòng)的。
經(jīng)過多年的實(shí)踐，注塑加工商和模具制造商已經(jīng)認(rèn)識(shí)到模具是動(dòng)態(tài)設(shè)備，而動(dòng)態(tài)條件能夠引起模具部件偏離原來的位置。當(dāng)一個(gè)力加在模具部件上時(shí)，這些部件會(huì)移出原來的位置，與相鄰的部件碰撞，從而使這些部件之間產(chǎn)生了高負(fù)荷和高應(yīng)力。這些應(yīng)力產(chǎn)生的一個(gè)嚴(yán)重的后果就是造成模具的磨損。
2、準(zhǔn)確合模的途徑
注塑加工商已認(rèn)識(shí)到過度的磨損是由不可預(yù)期的應(yīng)力引起的，因此他們開始使用多種設(shè)計(jì)來解決問題。其中一個(gè)最常見的辦法就是采用成本日益增加的準(zhǔn)確合模技術(shù)，如采用高成本的直線聯(lián)動(dòng)裝置，其原理是增加了復(fù)雜的合模調(diào)整，這種調(diào)整使模具內(nèi)部件盡管受力也不會(huì)發(fā)生移動(dòng)?；谶@種裝置的昂貴性，注塑加工商還試圖采用別的方法阻止模具內(nèi)部件的運(yùn)動(dòng)。
將磨損最小化的解決方案
其實(shí)，解決由運(yùn)動(dòng)引起的應(yīng)力的最好方法非常簡單。如果部件A處于部件B的壓迫之下使兩個(gè)部件都處于壓力之下，那么去除壓力也就解決了問題。去除應(yīng)力可通過一種革命性的方法來完成，也就是通過組合的設(shè)計(jì)使部件在模具內(nèi)可以移動(dòng)。
可以肯定的是，如果部件A由于壓力而移動(dòng)，那就允許部件B隨著A同時(shí)移動(dòng)。因?yàn)閮蓚€(gè)部件同時(shí)移動(dòng)，其應(yīng)力可被減少或者消除，進(jìn)而使磨損迅速降低。這種設(shè)計(jì)依賴于特殊的設(shè)計(jì)概念，即懸浮的概念。
允許部件移動(dòng)或者懸浮的概念與模具制造商的傳統(tǒng)理念是完全背離的。這是一種與經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)理念無關(guān)的概念。業(yè)界逐漸認(rèn)識(shí)到一種可旋開的模具類型對(duì)于降低磨損最有效（例如，為帶有內(nèi)螺紋的制品設(shè)計(jì)的模具）。今天，那些已經(jīng)采納了這個(gè)概念并將其運(yùn)用到模具設(shè)計(jì)中的注塑加工商，正在打造異常成功的模具，以大大節(jié)約模具維修的費(fèi)用。
注塑加工商使用含有銅合金的模具用以提高冷卻效果，可是發(fā)現(xiàn)銅合金容易損壞。于是又想方設(shè)法提高銅合金的耐磨性，然而這又會(huì)顯著降低熱傳導(dǎo)性能。因此注塑加工商只能被迫選擇快速成型來提高模具冷卻性能或者更好地對(duì)抗磨損。成功使用銅合金模具的注塑加工商已經(jīng)意識(shí)到，懸浮的模具部件可能是將模具的磨損減至最小的設(shè)計(jì)概念。懸浮模具部件可使注塑加工商獲得最小的磨損和高速的成型周期。
成功的關(guān)鍵及舉例
懸浮模具部件成功的關(guān)鍵是確定哪個(gè)部件將被懸浮起來，以及怎樣設(shè)計(jì)使它們懸浮起來。注塑加工商在成功確定這兩個(gè)方案后，就能夠獲得快速的成型周期和較低的模具修理費(fèi)用。
以下圖為例，如果部件向注塑模具內(nèi)部移動(dòng)，那么移動(dòng)部件發(fā)生磨損的概率將會(huì)非常高。在本案例中，最可能受到磨損的部件是A部件（噴管芯）、B部件（頂出套筒）及C部件（B側(cè)芯）。其中，噴管芯A的磨損發(fā)生在外徑處，因?yàn)轫敵鎏淄睟與噴管芯A很緊；頂出套筒B內(nèi)徑會(huì)磨損，因?yàn)槠渑c噴管芯A配合太緊密。頂出套筒B的外徑會(huì)因?yàn)椴考﨏，即B側(cè)芯內(nèi)部的摩擦而引起磨損；B側(cè)芯的內(nèi)徑會(huì)因?yàn)轫敵鎏淄餐鈧?cè)的摩擦而引起磨損。
基于以上的分析，我們可以給出以下建議：每一個(gè)部件都采用“懸浮”或者更加特殊的設(shè)計(jì)，從而使它們都能夠輕微移動(dòng)，進(jìn)而消除部件之間的應(yīng)力；與其他兩個(gè)部件運(yùn)動(dòng)方向相反的是頂出套筒，在設(shè)計(jì)這個(gè)部件時(shí)，應(yīng)該盡量減小它在移動(dòng)時(shí)的應(yīng)力，從而顯著減少磨損；在設(shè)計(jì)部件C時(shí)，也應(yīng)該使其能夠輕微懸浮（使用帶子和吊桿固定）,以此減少摩損的可能性。
