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，簡稱高聚物，一般相對分子質(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。塑件在工業(yè)中的應(yīng)

2、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1.01.49/cm3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160MPa,而玻璃纖維增強(qiáng)的塑料拉伸比強(qiáng)度可高達(dá)170?400MPa;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)展成為各個部門不可缺少的一種化學(xué)材料，并躋身于金屬、纖

3、維材料和硅酸鹽三大傳統(tǒng)材料之列。現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，新型塑料的產(chǎn)生和對塑件多樣化的需求，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)。在成型徽型制件方面，德國已研制出注射量只有0.19的微型注射機(jī)，可以

4、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，法國已擁有注射童為170kg的超大型注射機(jī)，合模力為150MN；美國和日本已分別生產(chǎn)出注射量為100kg和96kg的超大型注射機(jī)。我國注射機(jī)的注射量已達(dá)35kg,合模力為80MN。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

5、、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)量優(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、選材、制造、使用和維護(hù)有著很大關(guān)系。對塑料模具設(shè)計的基本要求是：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，力求生產(chǎn)效率高、自動化程度高、操作簡便、壽命長；在模具制造方面，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。3塑料模具的發(fā)展趨勢塑料模具的結(jié)構(gòu)、性能、質(zhì)量均影

6、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)對操作難易程度影響很大，在大批量生產(chǎn)塑件時，應(yīng)盡量減少開、合模及取出塑件過程中的手工操作，盡可能采用自動開、合模和自動頂出機(jī)構(gòu)。在全自動生產(chǎn)時還要保證塑件能自動從模具上脫落。另外，模具制造成本對塑件的成本有很大影響。除簡易模具外，一般來說制模費(fèi)用很高，尤其是當(dāng)批量較小時制模費(fèi)用在塑件成本中所占的比例將會很大，這時應(yīng)盡可能采用結(jié)構(gòu)合理而簡單的模具，以降低成本。從塑料模具

7、的設(shè)計、制造及材料選擇等方面考慮，塑料模具技術(shù)發(fā)展趨勢可歸納為以下幾個方面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)。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

8、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，對塑料成型模具設(shè)計和制造提出的要求越來越高。傳統(tǒng)的模具設(shè)計和制造方法已很難適應(yīng)對塑件及時更新?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)國家的CAD（計算機(jī)輔助設(shè)計）/CAM（計算機(jī)輔助制造）/CAE（計算機(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，市場上已有商品化的系列軟件出售。利用計算機(jī)進(jìn)行塑料模具設(shè)計（CAD）,并初步實(shí)現(xiàn)了注射、擠出、中空吹塑等塑料成型工藝過程的計算機(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

9、提高了模具設(shè)計的效率，減少了模具設(shè)計過程中的失誤，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、日本、德國等國家的CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用普及率已很高，我國不少企業(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，我國許多高等院校和科研院所在這方面也開展了大量研究和開發(fā)工作，并取得了一定成果，但我國在該技術(shù)的應(yīng)用和推廣方面與外國相比還存在一定差距，有待進(jìn)一步改進(jìn)和提高。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

10、具的制造成本也越來越高。如汽車保險杠、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，往往會因?yàn)樵O(shè)計不當(dāng)而造成模具的報廢，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)計向理論設(shè)計、數(shù)值模擬的方向發(fā)展。這些理論設(shè)計包括模板剛度、強(qiáng)度的計算，流變充型理論的研究和基于計算機(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)注射成型的流變理論研究已取得階段成果，注射成型時塑料熔體在一維和二維簡單模腔中的充模流動理論和數(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)對塑料熔休在三維模

11、腔中流動行為的研究。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)展得益于計算機(jī)的應(yīng)用，同時，也為進(jìn)一步擴(kuò)大計算機(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，國內(nèi)外模具材料工作者針對各類塑料模具的工作條件和失效形式，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20HRC,切削加工性能好。但模腔表面粗糙度高，使用

12、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?35HRC,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或美國生產(chǎn)的PZO鋼等。(3)時效硬化型。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)時效處理后，使用硬度可達(dá)4050HRCo其典型品種為25CrNi3MoAI或美國生產(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?60HRC;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或美國生產(chǎn)的DZ鋼等。(5)馬氏體時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馬氏體時效鋼或美國生產(chǎn)的PS鋼、日