塑料制品模具結構演變及制造工藝

近年來，隨著我國經濟的騰飛，塑料成型加工機械和成型模具發(fā)展十分迅速，高效，自動化，大型，微型，精密，高壽命的模具在整個模具行業(yè)中所占的比例越來越大。我國大型、復雜、精密、高效和長壽命模具又上了一個新臺階，不少種類模具已能替代進口模具，模具CAD/CAM技術得到了較快推廣應用并取得了良好效果，快速成形制造技術和設備有了長足發(fā)展并已開始進入實用推廣階段，高速銑等新一代制造技術已被人們重視并開始應用。從模具使用角度來說，要求高效，自動化，操作簡便；從模具制造角度，要求結構合理，制造容易，低成本�，F代塑料制品生產中，合理的加工工藝，高效的設備，先進的模具是必不可少的三項重要因素。模具與其他機械產品比較，一個重要特點就是技術含量高、凈產值比重大。隨著化工、輕工產業(yè)的快速發(fā)展，我國的模具工業(yè)近年來一直以每年13％～15％左右的增長速度高速發(fā)展，而各行業(yè)對模具的要求也越來越高。面對市場的變化，有著高技術含量的模具正在市場上嶄露頭角。隨著工業(yè)發(fā)展，工業(yè)產品的品種、數量越來越多；對產品質量和外觀的要求，更是日趨精美，華氣。因此，結合中國具體情況，學習國外模具工業(yè)建設和模具生產的經驗，宣傳、推行科學合理化的模具生產，才能推進模具技術的進步。　
　　一直以來我國模具工業(yè)在材料選用上由于受售價限制，國產模具的材料多采用2Cr13和3Cr13作精密熱處理。國外則采用專用模具材料DINI、2316，在耐磨、耐腐蝕性能及拋光亮度等綜合性能上均明顯優(yōu)于國產材料。這從根本上影響了國產模具的外觀質量和使用壽命。在生產工藝上，不少廠家由于設備不配套很多工作依賴手工完成，嚴重影響了精度和質量。國內企業(yè)的模具設計體系處在引進、消化和吸收的初級階段，尚未形成成熟的理論指導和設計體系。缺乏模具調試條件。國內模具企業(yè)因受交貨期短，試模場地及設備的局限，通常把質量檢驗工作放在用戶處試模，且難以調試出最佳狀態(tài)，給用戶造成大量的損失和浪費。而國外一些發(fā)展較好的企業(yè)都擁有自己的試模場所和設備，可以模擬用戶的工作條件試模，所以能在最短的時限達到很好的效果。從總體情況看，模具工業(yè)投入仍舊不足，模具總量供不應求，特別是大型、精密、復雜、長壽命模具能力明顯不足的情況在短期內仍難有較大改觀。
　　縱觀模具行業(yè)近年來的發(fā)展，塑料模具結構的演變，及制造工藝的改進，歸納起來有以下幾點：模具標準化是現代模具設計與制造的基礎。推行模具標準化是實現模具合理化生產必備條件。國外對模具標準化工作十分重視，是由于采用標準件不僅能有效提高模具質量、降低成本，而且能大大縮短模具生產周期。美國、德國進行模具標準化工作已有100年的歷史。而我們一直以來由于模具標準化程度不高，造成生產供應的標準件品種、規(guī)格不齊，質量不高，不能滿足互換性要求�，F在，我國在標準化方面已經有了很大的改進，隨著工業(yè)產品多品種、小批量、個性化、短周期的發(fā)展趨勢變得日益明顯，模具標準化工作意義更為重大。據介紹，目前我國模具標準件使用比率有所增加，初步估計在40％～45％之間，與國際上70％～80％的比率還有很大差距，我國不同地區(qū)、不同企業(yè)之間模具標準件使用覆蓋率差異也較明顯，三資企業(yè)要比其他企業(yè)高，南方企業(yè)要比北方高，尤其是三資企業(yè)集中的廣東省，其模具企業(yè)的模具標準件使用覆蓋率要遠高于其他地區(qū)。今后我國勢必采取相應措施，針對模具生產特點，組織行業(yè)力量，進行快捷、適時地對模具生產企業(yè)進行標準化生產，以便全面推行模具標準化工作。我國“ 十五”模具行業(yè)發(fā)展規(guī)劃提出，模具標準件要擴大品種、提高精度，其中主要品種要實現經濟規(guī)模生產。2005年模具標準件使用覆蓋率要達到60％，2010年達到70％以上。因此，加快模具標準件發(fā)展，加強模具產品的技術含量，大力發(fā)展熱流道模具及CAD／CAE／CAM技術，對于提升我國塑料模具行業(yè)的水平、拓展國內外市場具有重要的意義。　
　　由于模具和制造之間的關系密切，可以說，制造是設計的延續(xù)。而采用人工設計方法比較遲緩，不可能實現模具設計與制造一體化，也不可達到優(yōu)化設計的要求。實踐證明，模具CAD/CAM技術是當代最合理的模具生產方式。模具CAD/CAE/CAM方面成果進一步擴大，模具生產骨干企業(yè)大部分都已應用，取得了良好成效。模具生產也將可以實現高度標準化、通用化和系統(tǒng)化，有利于采用先進設計與制造技術，使模具越做越精，同時，有利于縮短生產周期，降低生產費用。
　　模具制造是模具設計的延續(xù)，是驗證設計正確性的過程。模具制造的規(guī)范化有利于使模具生產過程趨于科學化、合理化。在模具企業(yè)中，對模具生產過程進行計算機控制與管理，是實現合理化生產的保證和條件。從模具設計、生產準備、加工與裝配、試模的全過程始終處于控制與管理之中，因此，推進模具生產過程控制與管理有利于提高模具制造精度與質量，減小生產周期與生產費用。今天的模具，精度將越來越高目前，精密模具已普遍達到了2-3μm的精度。10年前。精密模具的精度一般為5um，現在已達2～3um,雖然生產納米級模具短期內國內還難以實現，但達到1μm 精度的模具是必然趨勢。加工精度公差在1μm以下的超精加工也必然得到發(fā)展。
　　隨著零件形狀的復雜化，模具型腔也將隨之越來越復雜。多種曲面和溝槽組成的復雜型腔提高了加工難度。能將多種工序及多種材質在一套模具中形成零件或組裝成組件的多功能復合模具能有效提高生產率，必將在許多領域得到發(fā)展。這固然與模具設計有很大關系，但同時也對模具加工設備提出了更高的要求，即加工一致性和高精度的需求。隨著用高新技術和先進適用技術改造傳統(tǒng)模具加工模式的不斷推廣和深入，數字化加工已成為模具加工發(fā)展方向。采用數字化技術的模具加工設備順理成章地成了模具企業(yè)提高其裝備水平的首選。同時，多功能復合加工能有效提高模具加工效率，因此也大有發(fā)展前景。例如，武漢華中數控系統(tǒng)有限公司的數控攻關重點項目華中I型（HNC－I）高性能數控系統(tǒng)有多項創(chuàng)新，達到國際先進水平。該項成果中SDI五軸曲面插補控制理論被專家譽為國際首創(chuàng)。HNC—IP數字化紡形加工數控系統(tǒng)是將數控系統(tǒng)與仿形系統(tǒng)集成化、一體化的控制系統(tǒng)，可與各種加工中心、數控銑床和仿形銑床等配套使用，還可作為數字化測量裝置對實物模型進行數控測量，并可根據測量數據生成幾何模型或模具曲面加工G代碼。系統(tǒng)具有仿形速度快、加工精度高、集成度高和功能強的特點。該項成果獲國家教委科技進步一等獎，被列入國家級科技成果重點推廣計劃。這一數控系統(tǒng)已在模具加工中顯示出了優(yōu)越性，推廣前景很好。
　　對于塑料制品企業(yè)來說，為了使產品質量更好，產率更高，熱流道模具是個很好的選擇。這種正在興　起的模具品種技術含量高，它不需要更新設備，只需要更新模具或對原有的模具進行改造，就能大大縮短產品的成型時間和表面質量，由于沒有料把，它還能節(jié)省原料，尤其是對于小而精密的產品，原料節(jié)約十分顯著。在國外，熱流道模具及技術使用率達到50％以上，有的國家可達80％以上，而目前熱流道技術在我國還處于推廣階段，應用率不足20％。隨著熱流道技術的日漸推廣應用，熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高。由于采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量，井能大幅度節(jié)約制件的原材料，因此，熱流道技術的應用在國外發(fā)展很快，已十分普遍。許多塑料模具廠所生產的塑料模具已有一半以上采用了熱流道技術，有的廠使用率甚至已80％以上，效果十分明顯。國內熱流道模具已有生產，有些企業(yè)使用率達20％～30％，但總的來看，比例低，亟待發(fā)展。
　　隨著塑料成形工藝的不斷改進與發(fā)展，氣輔模具及適應高壓注射成型等工藝的模具將隨之發(fā)展。塑料件的精度分為尺寸精度、幾何形狀精度和外觀精度（即光澤、色調等），為了確保這些精度，將繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具，在注射成型中，影響成型件精度的最大因素是成型收縮，高壓注射成型可減小樹脂收縮率，增加塑件尺寸的穩(wěn)定性。模具要求剛性好，耐高壓，特別是精密模具的型腔應淬火，澆口密封性好，模溫能準確控制。氣體輔助注射成型技術已比較成熟，它能改善塑件的內在和外觀質量，具有注射壓力低、制品變形小、易于成型壁厚差異較大的制品等優(yōu)點，而且可以節(jié)約原料及提高制件生產率，從而大幅度降低成本。與之相適應，氣輔模具在我國也已出現，并取得了良好效果�！�
（1）模具日趨大型化.
（2）模具精度將越來越高.
（3）多功能復合模具將進一步發(fā)展.
（4）熱流道、氣體輔助注塑成型模具，在塑料模具中的比例逐步增長.
（5）模具標準件應用更加廣泛.
（6）快速經濟模具發(fā)展前景廣闊.

　　在工業(yè)經濟發(fā)展較快時期，產品暢銷，要求模具能跟上需求。在工業(yè)經濟發(fā)展滯緩時期，產品不暢銷，企業(yè)必然千方百計開發(fā)新產品，這同樣給模具帶來強勁的需求。因此，現代模具工業(yè)有不衰敗工業(yè)之美稱。

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