塑料成型模具的重要性及發(fā)展

1、塑料成型模具的重要性及發(fā)展1塑料及塑料工業(yè)的發(fā)展塑料是以樹脂為主要成分的高分子有機(jī)化合物，簡(jiǎn)稱高聚物，一般相對(duì)分子質(zhì)量為10 ' 一10 ',在一定溫度和壓力下具有可塑性，可以利用模具成型為一定幾何形狀和尺寸的塑件。塑 料的其余成分包括增塑劑、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑、固化劑、填料及其他配合劑等。塑料制品是以塑料 為主要結(jié)構(gòu)材料經(jīng)過成型加工獲得的制品，又稱為塑件。塑件應(yīng)用廣泛，特別是在電子儀表、電器設(shè)備、通信工具、生活用品等方面得到大量應(yīng)用，如各種受力不大的殼體、支架、機(jī)座、結(jié)構(gòu) 件、連接件、傳動(dòng)件、裝飾件等；建筑用各種塑料管材、板材和門窗異型材；塑料中空容器和各種生活用塑料制品等。塑件

2、在工業(yè)中的應(yīng)用日趨普遍，這是由于它們具有一系列特殊的優(yōu)點(diǎn)所決定的。塑料密度小、質(zhì)量輕，大多數(shù)塑料密度在1 . 0 一 1 . 49 / c m3之間，相當(dāng)于鋼材密度的n %和鋁材密度的50 %左右，即在同樣的體積下，塑件要比金屬制件輕得多，這就是“以塑代鋼”的優(yōu)點(diǎn)。塑 料的比強(qiáng)度高，鋼的拉伸比強(qiáng)度約為160 MPa，而玻璃纖維增強(qiáng)的塑料拉伸比強(qiáng)度可高達(dá)170 ?400 MPa;塑料的絕緣性能好， 介電損耗低，是電子工業(yè)不可缺少的原材料；塑料的化學(xué)穩(wěn)定性高，對(duì)酸、堿和許多化學(xué)藥品都有良好的耐腐蝕能力；塑料減摩、耐磨及減振、隔音性能也較好。因此，塑料已從代替部分金屬、木材、皮革及無機(jī)材料發(fā)展成為各

3、個(gè)部門不可缺少的一種化學(xué)材料，并躋身于金屬、纖維材料和硅酸鹽三大傳統(tǒng)材料之列?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，新型塑料的產(chǎn)生和對(duì)塑件多樣化的需求，促進(jìn)了塑料成型技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新。近年來，出現(xiàn)了許多新的塑料成型工藝，如注射成型技術(shù)方面的無流道凝料注射成型、 熱固性塑料注射成型、排氣注射成型、反應(yīng)注射成型以及多品種塑料的共注射成型.生產(chǎn)復(fù)合多層容器、片材和型材的多臺(tái)擠出機(jī)，將不同塑料送人共擠出模的共擠出成型；發(fā)泡塑料制品的注射和擠出技術(shù)等。目前，塑料成型技術(shù)正朝著精密化、微型化和超大型化方向發(fā)展。精密注射成型可將成型制品的尺寸公差控制在 10 ? 1 拌m之內(nèi)，其制品主要用于電子、儀器儀表等工業(yè)。在成型徽型制

4、件方面，德國(guó)已研制出注射量只有0 . 19 的微型注射機(jī)，可以生產(chǎn) 0.059 左右的微型塑件（如表軸等）。超大型注射機(jī)可以成型超大型塑件，目前，法國(guó)已擁有注射童為170kg的超大型注射機(jī)，合模力為150 MN ；美國(guó)和日本已分別生產(chǎn)出注射量為100 kg和96 kg的超大型注射機(jī)。我國(guó)注射機(jī)的注射量已達(dá)35 kg ，合模力為80 MN。由于塑料不斷被開發(fā)與應(yīng)用，加之成型工藝不斷成熟與完善，極大地促進(jìn)了塑料成型模具的開發(fā)與制造。隨著工業(yè)塑件和日用塑件的品種和需求量的日益增加，而且產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期也越來越短，對(duì)塑料的產(chǎn)量和質(zhì)量提出了越來越高的要求。2塑料模具的盆要性與要求塑料模具是指用于成型塑

5、件的模具，是型腔模的一種類型。根據(jù)塑料成型工藝的不同，通常將塑料模具分為注射模具、壓縮模具、傳遞模具、擠出模具、中空吹塑模具、熱成型模具等。合 理的加工工藝、高效的設(shè)備、先進(jìn)的模具，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代塑料制品生產(chǎn)必不可少的三大重要因素。 尤其是，塑料模具對(duì)實(shí)現(xiàn)塑料成型工藝要求、保證塑件質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本起著重要的作用。一副質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑料模具可成型幾十萬次，甚至上百萬次。這與模具設(shè)計(jì)、選材、制造、使用和維 護(hù)有著很大關(guān)系。對(duì)塑料模具設(shè)計(jì)的基本要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能、力學(xué) 性能等各方面均能滿足使用要求的優(yōu)質(zhì)制件。在模具使用時(shí)，力求生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高、 操作簡(jiǎn)便、壽命長(zhǎng);在模具制造

6、方面，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。3塑料模具的發(fā)展趨勢(shì)塑料模具的結(jié)構(gòu)、性能、質(zhì)量均影響著塑件的質(zhì)量和成本。首先，模具型腔的形狀、尺寸、 表面粗糙度、分型面、內(nèi)澆道、排氣槽位置以及脫模方式等，對(duì)塑件的尺寸精度、形狀精度以及 塑件的物理性能、力學(xué)性能、電性能、外觀質(zhì)最等有著十分重要的影響。其次，在塑件成型過程 中，模具結(jié)構(gòu)對(duì)操作難易程度影響很大，在大批量生產(chǎn)塑件時(shí)，應(yīng)盡量減少開、合模及取出塑件過程中的手工操作， 盡可能采用自動(dòng)開、 合模和自動(dòng)頂出機(jī)構(gòu)。在全自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)還要保證塑件能 自動(dòng)從模具上脫落。另外，模具制造成本對(duì)塑件的成本有很大影響。除簡(jiǎn)易模具外，一般來說制模費(fèi)用很高，尤其是當(dāng)批量較小

7、時(shí)制模費(fèi)用在塑件成本中所占的比例將會(huì)很大，這時(shí)應(yīng)盡可能采用結(jié)構(gòu)合理而簡(jiǎn)單的模具，以降低成本。從塑料模具的設(shè)計(jì)、制造及材料選擇等方面考慮，塑料模具技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可歸納為以下幾個(gè)方面3.1 .塑料模典標(biāo)準(zhǔn)化塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及其標(biāo)準(zhǔn)零件的制造規(guī)模與范圍，對(duì)于縮短模具制造周期、節(jié)省材料消耗、降低成本、適應(yīng)大規(guī)模批量化生產(chǎn)具有重要意義。目前，我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度只達(dá)到20 % ,遠(yuǎn)不及工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家模具制造的標(biāo)準(zhǔn)化程度。在各種塑料模具中，只有注射模具有關(guān)于模具零件、模具技術(shù)條件和標(biāo)準(zhǔn)模架等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。一些模具制造企業(yè)根據(jù)企業(yè)模具生產(chǎn)類型和規(guī)模，為提高生產(chǎn)效率，降低成本，也制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或采用了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

8、目前，塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化的研究方向是熱流道標(biāo)準(zhǔn)元件和模具標(biāo)準(zhǔn)溫控裝置；精密標(biāo)準(zhǔn)模架、精密導(dǎo)向件系列；標(biāo)準(zhǔn)模板及模具標(biāo)準(zhǔn)件的先進(jìn)技術(shù)。3.2 . CAD / CAM / CAE 技術(shù)的應(yīng)用由于現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的不斷開發(fā)和塑件的應(yīng)用與發(fā)展，對(duì)塑料成型模具設(shè)計(jì)和制造提出的要求越來越高。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)和制造方法已很難適應(yīng)對(duì)塑件及時(shí)更新?lián)Q代和不斷提高的質(zhì)量要求， 為了適應(yīng)這些變化，先進(jìn)國(guó)家的CAD （計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）/ CAM （計(jì)算機(jī)輔助制造）/ CAE （計(jì)算機(jī)輔助工程）技術(shù)在20世紀(jì)80年代中期已進(jìn)人實(shí)用階段，市場(chǎng)上已有商品化的系列軟件出售。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行塑料模具設(shè)計(jì) （CAD ）,并初步實(shí)現(xiàn)了注射、擠出

9、、中空吹塑等塑料成型工藝過程 的計(jì)算機(jī)模擬分析（CAE ），這方面軟件技術(shù)研究的進(jìn)展，已在工程應(yīng)用中取得了顯著效果。CAD/ CAE技術(shù)顯著提高了模具設(shè)計(jì)的效率，減少了模具設(shè)計(jì)過程中的失誤，提高了模具和塑件的質(zhì) 量，縮短了生產(chǎn)周期，降低了模具和塑件的成本。隨著CAM技術(shù)水平的提高，模具 CAD、CAE、CAM技術(shù)朝著一體化的方向發(fā)展。目前，美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家的CAD / CAE / CAM 技術(shù)應(yīng)用普及率已很高，我國(guó)不少企業(yè)也已引進(jìn)CAD / CAM 軟件和CAD / CAE / CAM 集成軟件，這部分軟件在生產(chǎn)中發(fā)揮著積極的作用。同時(shí)，我國(guó)許多高等院校和科研院所在這方面也開展了大量研究

10、和開發(fā)工作，并取得了一定成果，但我國(guó)在該技術(shù)的應(yīng)用和推廣方面與外國(guó)相比還存在一定 差距，有待進(jìn)一步改進(jìn)和提局。3.3 .加強(qiáng)理論研究隨著塑件向大型化、復(fù)雜化和梢密化發(fā)展，模具的制造成本也越來越高。如汽車保險(xiǎn)杠、 儀表板等塑料成型模具，重達(dá)幾噸至十幾噸。這些模具如只憑經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)，往往會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)不當(dāng)而造成模具的報(bào)廢， 這將要損失數(shù)十萬元的模具制造費(fèi)用。所以，模具生產(chǎn)已由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)向 理論設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬的方向發(fā)展。 這些理論設(shè)計(jì)包括模板剛度、強(qiáng)度的計(jì)算，流變充型理論的研究和基于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的成型過程模擬分析等。到目前為止，有關(guān)擠出成型的流變理論和數(shù)學(xué)模型已基本建立，并且在生產(chǎn)實(shí)際中得到應(yīng)用；有關(guān)注

11、射成型的流變理論研究已取得階段成果，注射成型時(shí)塑料熔體在一維和二維簡(jiǎn)單模腔中的充模流動(dòng)理論和數(shù)學(xué)模型已經(jīng)建立，今后的工作是如何將理論與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，并進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)塑料熔休在三維模腔中流動(dòng)行為的研究。中空吹塑成型理論和數(shù)學(xué)模型也已基本建立，并在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。塑料成型理論研究的進(jìn)展得益于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，同時(shí)，也為進(jìn)一步擴(kuò)大計(jì)算機(jī)在塑料成型生產(chǎn)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。3.4 .塑料模具專用材料的研究與開發(fā)塑料模具材料選用在模具設(shè)計(jì)與制造中占有重要地位，直接影響模具成本、使用壽命及塑件的質(zhì)量。為了提高塑料模具的使用壽命， 并獲得良好的切削加工工藝性能， 國(guó)內(nèi)外模具材料工作 者針對(duì)各類塑料模具的工作條件和

12、失效形式，進(jìn)行了大量的研究工作，已開發(fā)出較為完善的系列化塑料模具專用鋼，具體可分為以下五種類型。(1)基本型。如55鋼，其使用硬度小于 20 HRC,切削加工性能好。但模腔表面粗糙度高， 使用壽命低，現(xiàn)已被預(yù)硬型鋼所代替。(2 )預(yù)硬型。是指在中、低碳鋼中加人適量合金元素的低合金鋼。其淬透性高，加工性能 好，調(diào)質(zhì)后硬度為25 ? 35 HRC，是目前應(yīng)用較為廣泛的通用塑料模具鋼。其典型品種為3CrZM?；蛎绹?guó)生產(chǎn)的PZO鋼等。(3 )時(shí)效硬化型。是指在中、低碳鋼中加人 Ni、Cr、AI、Cu、Ti等合金元素的合金 鋼。其耐磨性和耐蝕性優(yōu)于預(yù)硬型鋼，經(jīng)時(shí)效處理后，使用硬度可達(dá)40 50 HRC。其典型品種為25CrNi3MoAI或美國(guó)生產(chǎn)的PZI鋼、日本生產(chǎn)的 NAK55鋼等，多用于制造復(fù)雜、精密塑料模 具，或大批量生產(chǎn)長(zhǎng)壽命塑料模具。(4 )熱處理硬化型。這類塑料模具鋼經(jīng)淬火和回火處理后，使用硬度可達(dá)50 ? 60 HRC ;模腔能達(dá)到很高的鏡面程度，并可進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。其典型品種為12CrMoV或美國(guó)生產(chǎn)的DZ鋼等。(5 )馬氏體時(shí)效鋼和粉末冶金模具鋼。這類塑料模具鋼適用于制造要求高耐磨性、高耐腐 蝕性、高韌性和超鏡面的塑料模具。如 06Ni6CrMoVTIAI馬氏體時(shí)效鋼或美國(guó)生產(chǎn)的PS