1++塑料模具简介.doc

1 前言1.1 塑料工业的发展及在国民经济中的地位塑料具有密度小、质量轻、绝缘性能好、耐磨耐腐蚀等特殊性能，已成为各行各业不可缺少的一种重要材料，其制品在工业生产中得到广泛地应用。特别是在计算机、办公机器、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、通信、轻工、建筑、日用品以及家用电器行业中得到广泛使用，随着纳米塑料等新材料的出现，今后塑料的应用将会覆盖国民经济的各个领域，尤其在国防和尖端科学技术领域中将占有越来越重要的地位。塑料工业是新兴的工业，又是一个飞速发展的工业领域。它经历了以下几个发展阶段：初创阶段 1930年以前，1909年酚醛塑料工业化生产，1929年开发注射法生产工艺；发展阶段1930 1940年，相继出现聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等塑料；飞跃发展阶段 1950-1970年，塑料产量每45年就翻一番；稳定增长阶段 1970年以后，塑料产量持续稳步增长，到1995年全世界塑料年产量达到11959万吨。1.2 塑料模具在塑料工业中的作用 模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各领域发展的重要基础工业之一。塑料模具是用于成型塑件的模具，它是型腔模具的一种类型。随着机械工业（尤其是汽车、摩托车工业）、电子工业（尤其是家电工业）、航空工业、仪器仪表工业和日常用品工业的发展，塑件的需求量越来越多，质量要求也越来越高，这就要求成型塑件的模具开发、设计与制造的水平也必须越来越高。在现代塑料成型加工工业中，正确的加工工艺、高效的设备、先进的模具是影响塑件生产的三大重要因素，而塑料模对塑料成型加工工艺的实现、保证塑件的质量起着极为重要的作用。高效自动化设备只有配备能适应自动化生产的模具才能充分发挥其效能，产品的开发更新都以模具的更新为前提。随着塑料工业的不断发展，对塑料制品的品种、数量、质量的要求将越来越高，对塑料模的要求也将随之提高，从而促进塑料模工业的不断发展。 对塑料模的要求是：（1）能生产出形状、尺寸、外观、物理性能、力学性能等各方面都能达到所需要求的合格塑件。（2）自动高效，操作方便。（3）结构合理，制造方便，制模成本低。（4）塑件的修整及二次加工的工作量能尽量减少。（5）模具的结构和材料的选择应能满足寿命的要求。1.3 塑料模具开发的意义中国塑料模具市场发展渐入佳境,中国塑料模具市场发展潜力巨大！ 模具被称为工业产品之母，所有工业产品莫不依赖模具才得以规模生产、快速扩张，被欧美等发达国家誉为“磁力工业”。由于模具对社会生产和国民经济的巨大推动作用和自身的高附加值，世界模具市场发展较快，当前全球模具工业的产值已经达到600亿650亿美元，是机床工业产值的两倍。 中国注塑模具行业也在快速发展，中国模具产品产值已从1993年的110亿元增长到1997年的200亿元，并超过了机床产品的产值，到2002年增长到360亿元，1996年2002年间的年均增长速度达到14%以上，在某些行业年均增速更是高达100%。2003年模具产值已达450亿元，增长25%以上，出口3.368亿美元。 目前中国模具产品已经形成10大类46个小类，模具生产厂点两万多家，从业人员约50万人。在所有模具产品中，自产自用的比例占大部分，2003年实现了商品化流通的模具占45%左右。在10大类模具产品中，塑料模具的比例在2000年模具总量中已达到36%，2002年则接近40%，塑料模具在进出口中的比重更是高达50%60%，并且随着中国机械、汽车、家电、电子信息和建筑建材等国民经济支柱产业的快速发展，这一比例还将持续提高。 近年来，中国塑料模具工业年均增长速度达到10%以上，塑料制品年产量在世界位居第二，2001年达到2000万吨。塑料制品在农业、塑料包装、塑料管材和异型材、汽车、家电、电子、交通、邮电等领域发展迅猛，掀起了一股国内外厂商投资的热潮。1.4 我国塑料模具工业发展现状80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2000年我国模具总产值预计为260-270亿元，其中塑料模约占30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。 我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.020.05mm，表面粗糙度Ra0.2m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距，具体数据见表一。 表一、国内外塑料模具技术比较表 项目 国外 国内 注塑模型腔精度 0.0050.01mm 0.020.05mm 型腔表面粗糙度 Ra0.010.05m Ra0.20m 非淬火钢模具寿命 1060万次 1030万次 淬火钢模具寿命 160300万次 50100万次 热流道模具使用率 80%以上 总体不足10% 标准化程度 7080% 小于30% 中型塑料模生产周期 一个月左右 24个月 在模具行业中的占有量 3040% 2530% 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的5080%相比，差距较大。 在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UG、美国Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。 近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:P20、3Cr2Mo、PMS、SM、SM等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。 据有关方面预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、PVC塑料管材管接头模具成为模具市场新的经济增长点，高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平；以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大；家用电器行业在“十五”期间将有较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。 1.5 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向（1） 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多控所致。 有分析认为，我国塑料工业的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，2004年，塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到30左右，在未来几年中还将保持较高速度发展。 国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。有关数据表明，目前仅汽车行业就需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量已超过3000万台；到2010年，在建材行业，塑料门窗的普及率为30，塑料管的普及率将达到50。这些都会导致对模具的需求量大幅度增长。家电行业所需模具量年增长率约为10。一台电冰箱约需模具350副，价值约4000万元；一台全自动洗衣机约需模具200副，价值3000万元；一台空调器仅塑料模具就有20副，价值150万元；单台彩电大约共需模具约140副，价值约700万元，仅彩电模具每年就有约28亿元的市场。随着家电市场竞争的白热化，外壳设计成为重要的一环，对家电外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新要求。业内人士普遍认为，大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品）的注塑模具将得到市场的欢迎。汽车工业近年来增长速度惊人，因此汽车模具潜在市场巨大。每一种型号的汽车都需要几千副模具，价值上亿元，而我国大型精密模具的制造能力不足。据介绍，目前我国高档轿车的覆盖件模具几乎全部为进口产品。有专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，其发展速度将高于其他模具. （2） 在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 （3） 推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。 （4） 开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。 （5） 提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种。 （6） 应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。 （7） 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。一、 塑料制品分析ABS 塑料由于具有较大的机械强度和良好的综合性能, 在电子工业、机械工业、交通运输、建筑材料、玩具制造等工业中占有重要的位置, 特别是稍微大型的箱体结构以及受力元件, 需要电镀的装饰件更是离不开这种塑料。笔者根据多年的实践经验, 对ABS 塑料注塑工艺作如下分析。(1) ABS 塑料的干燥ABS 塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大, 在加工前进行充分的干燥和预热, 不单能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝, 而且还有助于塑料的塑化, 减少制件表面色斑和云纹。ABS 原料要控制水分在013 %以下。注塑前的干燥条件是: 干冬季节在7580 以下, 干燥23h , 夏季雨水天在8090 下, 干燥48h , 如制件要达到特别优良的光泽或制件本身复杂, 干燥时间更长, 达816h。因微量水汽的存在导致制件表面雾斑是往往被忽略的一个问题。最好将机台的料斗改装成热风料斗干燥器, 以免干燥好的ABS 在料斗中再度吸潮, 但这类料斗要加强湿度监控, 在生产偶然中断时, 防止料的过热。(2) 注射温度ABS 塑料的温度与熔融粘度的关系有别于其他无定型塑料。在熔化过程温度升高时, 其熔融实际上降低很小, 但一旦达到塑化温度(适宜加工的温度范围, 如220250 ) , 如果继续盲目升温, 必将导致耐热性不太高的ABS 的热降解反而使熔融粘度增大, 注塑更困难, 制件的机械性能也下降了。所以,ABS 的注射温度虽然比聚苯乙烯等塑料的更要高, 但不能像后者那样有较宽松的升温范围。某些温控不良的注塑机, 当生产ABS 制件到一定数量时, 往往或多或少地在制件上发现嵌有黄色或褐色的焦化粒, 而且很难利用加新料对空注射等办法将其清除排出。究其原因, 是ABS 塑料含有丁二烯成分, 当某塑料颗粒在较高的温度下牢牢地粘附在螺槽中一些不易冲刷的表面上, 受到长时间的高温作用时, 造成降解和碳化。既然偏高温操作对ABS 可能带来问题, 故有必要对料筒各段炉温进行限制。当然, 不同类型和构成的ABS 的适用炉温也不同。如柱塞式机, 炉温维持在180230 ; 螺杆机, 炉温维持在160220 。特别值得提