国内注塑模具设计研究现状的可视化研究

梁保略

摘要：本文针对我国注塑模具设计领域的研究情况进行分析，从研究热点以及研究趋势两个方面展开研究，前者主要通过分析关键词的使用频率以及聚类掌握此研究领域的研究热点，可划分出五项内容；后者基于突变率，分析不同时间段的研究内容以及研究趋势。

关键词：注塑模具；研究热点；研究趋势

引言：塑料制品使用量逐渐增多，促使注塑模具工艺有所发展，对应的研究项目增长速度加快。经过长期研究，出现大量相似程度较高、研究方式单一、创新性不高等情况，难以满足此研究领域的永续开展。因而，对此领域的研究历程及成果进行分析，以掌握今后的发展形势。

1研究热点分析

简单而言，研究的热点在于出现频率较高的关键词，通常是相关学者大都关注的内容。聚类是在某时间段具有一定相关性的主题整合起来。各聚类属于一项存有较高紧密联系的研究范畴，能够代表某领域的研究热点，对此，基于Cite Space程序对关键词的共现及聚类加以探究，以明确实际的研究热点。在软件中录入经过合理处理的信息，设置特定的研究时间段，以年为单位，研究节点类型是关键词，通过特定软件的分析处理，得出的数据节点超过100。如图1所示，出现频率较高的“关键词”位于整个网络图的中心位置，去掉基础的检索词后，“模具”、“冷却系统”等关键词距离核心的位置，因而，此类“关键词”基本可以表示该领域的研究方向。除核心词条外的关键词大多表达研究的新内容，例如“并行工程”、“协同设计”等。

图 1关键词共现结构图

基于聚类进行关键词的分析，如图2所示，不同颜色的区域表示不同的聚类，包括“注塑模”、“模具设计”等。对各聚类中包括的关键词及研究频率加以分析，结合共现结构图可得，我国有关于注塑模方面的研究关键内容包括“Pro/E”、“冷却”、“热流道”等。检索热点关键词，可以找到超过150篇的文献。综上所述得出我国此领域内研究的五项热点内容。

图 2关键词聚类结构图

1.1注塑工艺和模具结构设计

该研究热点拥有较多的研究成果，涉及到的关键词包括“结构”、“CAE”、“工艺”等。相关学者基于对塑件结构特征深入探究的前提下，形成分析模型，之后借助CAE计算机程序进行模拟研究，演示注塑工艺的全过程，整合构件成型需求以及达到既定标准的模具结构。例如，借助Mold flow程序，全面分析副仪表板出现变形、气泡等问题，以有效合理规避此类问题的方式，优化模具结构。此外，也有学者同样使用此计算机软件研究浇口的位置，包括预制构建内气泡、变形等具体的位置，由此提高浇口定位的精确度。又如，针对仪表盖的研究，结合现代科学信息技术，对其注塑的模具进行综合设计、模拟生产等一系列的设计程序。

该研究成果的特征为科学运用CAE程序分析结果。与常规模具设计形式相较，此种模拟分析的方式有助于强化模具设计的精度，并加快设计进度，切实缩短运行周期。但此类研究也存在弊端，分析结果完全是借助计算机程序完成，而结果的可靠性是根据工作者个人经验判断，因而，数据信息仅能作为参考。

1.2模具结构优化设计

此类研究内容主要体现在对成型过程与结构变形两个模块的优化设计。对成型过程的研究通常借助特定的分析软件对其整个过程加以模拟，目的是对成型结构进行优化。比如，某学者研究汽车的音响面板，借助计算机软件模拟浇口位置，基于得出的分析数据，调整结构设计内容，形成总装图。而结构变形的优化设计是借助机构分析程序，针对整个模具、模板等构件进行分析，掌握实际变形情况，以为生产活动中调整刚度给予数据帮助。开展此项研究内容主要是为合理调整模具结构，因而，判断模型工作情况、边界条件与注塑模具生产标准是否一致是评价其研究价值的重要因素。

1.3特殊类型的模具

该研究包括双色注塑、双层注塑等。从本质上而言，此类模具是基于常规模具演变形成的，主要原因在于此类模具都具备温控系统、结构零件等常规模具的特点。在实际应用中，此类模具在具有特殊工艺标准的项目中有其身影，特别在热流道方面的进步较快。该类研究成果相对较少，且研究大多基于成型构件特征，分析特殊模具应用的价值，并阐明结构特征及运作原理。

1.4三维软件的应用

现代信息技术的逐渐成熟，在模具设计领域有所运用，研究方面也取得较好的成绩。相关学者借助信息技术实现立体结构设计、模拟成型各环节等注塑内容。简单而言是此区域内的研究内容都和三维软件有联系，区别仅体现在具体的侧重点。

1.5基本理论探究

该区域的研究项目大多分布在早期阶段，内容包括技术简介、设计理论、计算机系统开发等。如某学者基于实例证明借助EMX进行模具设计，立体总装配的各个环节，并提出借助EMX能够在提升设计质量的同时，合理加快设计速度。近几年，理论内容逐渐成熟，具体加工作业技术也在不断优化升级，使此类研究课题的热度日趋降低

^[1]。

2研究趋势分析

Cite Space程序内设置突变关键词的检索条件，并合理调整其他内容，以得出各关键词的突现率。突现率是指在某较短的时间段中突然出现应用频率猛增的词，通过分析部分关键词的突现率，可以得出某时间段在此领域的研究方向。根据图3可知，部分关键词的使用频率较为稳定，表示此类研究属于该领域中较为关键的研究点。而如CAE、脱模机构等词语可以被划分至突变的范畴内，由此表明该领域在此阶段的研究热点。

图 3关键词的突现率

图4中指出各聚类的演化情况，其中繁杂的弧线代表相连之间存在演变的联系。从此研究领域出现后，其涵盖的内容逐渐扩大。大致可分成三个时期。

2.1研究初期

此时期的研究总量偏少，由此也可看出处于研究的初期阶段，此种研究情境和国内模具行业刚起步有直接联系。此阶段CAE技术应运而生，研究活动的主攻方向是计算机程序开发，并形成较多的研究成果，例如，模具报价、结构分析等计算机系统。同时，此阶段的理论探究项目相对更多。

2.2研究中期

此阶段，我国在国际贸易上取得较好的成绩，模具生产也得到发展，多种类型的相关企业产生，将该领域研究推向成熟。年发文量达到数十篇，上阶段形成的部分理论内容也得到实践应用。

2.3深化阶段

此时期的研究较为稳定，年发文量大致三十篇，并且研究体系也日趋健全，研究内容持续扩充，研究课题逐渐转增多。构建以“注塑工艺和模具结构”、“结构优化”、“特殊类型模具”等关注热点^[2]。

图 4关键词聚类演化图

结束语：模具结构是主要研究课题，目的在于为模具生产活动提供参考数据。今后的研究，应注重设计方式的创新，充分运用信息技术，实现多环节的协同作业。此外，还应强化CAE技术和生产活动之间的联系。同时，推动此生产工艺向更高层次的方向发展，生产出具有特殊结构的模具，并注重理论方面的研究。

参考文献：

[1]冯钰涛.基于CAD/CAE技术的汽车车灯的设计研究与应用[D].湖北工业大学,2019.

[2]王谦,陈晓勇.国内注塑模具设计研究现状的可视化分析[J].工程塑料应用,2019,47(05):159-164.