塑料制品成型工藝新方法的研究

畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：塑料制品成型工藝新方法的研究系院：自動控制與機械工程系專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化二零一二年六月摘要塑料作為設(shè)計材料使用，具有許多優(yōu)良的特性。在我們的生活和生產(chǎn)中扮演著很重要的作用。它不僅可部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，而且還能生產(chǎn)出具有獨特性能的各種制品塑料與其他材料相比較，有以下幾方面的性能特點：重量輕、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的電絕緣性能、機械強度分布廣和較高的比強度、熱的不良導(dǎo)體具有消聲、減震作用。塑料機械工業(yè)是為塑料原材料工業(yè)和塑料制品加工工業(yè)提供技術(shù)裝備的。與塑料原材料工業(yè)、塑料制品加工工業(yè)有著密切的因果關(guān)系。塑料機械工業(yè)的發(fā)展依賴于塑料原材料工業(yè)、塑料制品加工工業(yè)的發(fā)展，這與機床工業(yè)的發(fā)展取決于機械工業(yè)的發(fā)展是同樣的理由。由于塑料制品廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各部門和人民生活的各個領(lǐng)域，因此，塑料機械已成為建筑材料工業(yè)、包裝工業(yè)、電器、電子、通訊工業(yè)、汽車及其它交通業(yè)、農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、石化工業(yè)、機械工業(yè)、國防工業(yè)等部門的重要技術(shù)裝備。塑料機械與機床一樣是一種基礎(chǔ)機械(塑料機械加工高分子材料；機床加工金屬材料)，是國家裝備制造業(yè)的重要組成部分。塑料制品新方法的研究有著很重要的意義。目錄一塑料的概念、主要性能特點和分類·········11塑料的概念······················12塑料的主要性能特點和成分··················13塑料的分類························1二市場調(diào)研························21塑料制品在生產(chǎn)和生活中的作用·············22塑料模具工業(yè)及技術(shù)的發(fā)展狀況·············33我國塑料模具工業(yè)今后的發(fā)展方向·················3三注射、壓注、壓縮、擠出成型工藝方法的優(yōu)缺點····31注射成型的優(yōu)缺點····················32壓注成型的優(yōu)缺點·····················33壓縮成型的優(yōu)缺點····················34擠出成型的優(yōu)缺點·····················3四塑料制品成型新工藝方法·················41新工藝方法介紹························42主要關(guān)鍵技術(shù)·······················43工藝參數(shù)·······················44理論依據(jù)·······················4五塑料制品成型新工藝方法的優(yōu)點、前景、加工適應(yīng)性和可行性···51優(yōu)點·······················52前景······················53加工適應(yīng)性和可行性························6六非結(jié)晶性塑料成型新工藝方法···············61成型時的工藝條件························62成型設(shè)備·······················63制件后處理方法························6七體型結(jié)構(gòu)分子塑料成型新工藝方法·············71成型時的工藝條件···················72成型設(shè)備·······················73制件后處理方法····················7八熱固性塑料成型新工藝方法················81成型時的工藝條件···················82成型設(shè)備·······················83制件后處理方法····················8參考文獻··························7第一章塑料的概念、主要性能特點和分類1.1塑料的概念：塑料為合成的高分子化合物{聚合物(polymer)}，又可稱為高分子或巨分子(macromolecules)，也是一般所俗稱的塑料(plastics)或樹脂(resin)，可以自由改變形體樣式。是利用單體原料以合成或縮合反應(yīng)聚合而成的材料，由合成樹脂及填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、色料等添加劑組成的。1.2塑料的主要性能特點：基本有兩種類型：第一種是線型結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的高分子化合物稱為線型高分子化合物；第二種是體型結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的高分子化合稱為體型高分子化合物。有些高分子帶有支鏈，稱為支鏈高分子，屬于線型結(jié)構(gòu)。有些高分子雖然分子間有交聯(lián)，但交聯(lián)較少，稱為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于體型結(jié)構(gòu)。兩種不同的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出兩種相反的性能。線型結(jié)構(gòu)（包括支鏈結(jié)構(gòu)）高聚物由于有獨立的分子存在，故有彈性、可塑性，在溶劑中能溶解，加熱能熔融，硬度和脆性較小的特點。體型結(jié)構(gòu)高聚物由于沒有獨立的大分子存在，所以沒有彈性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶脹，硬度和脆性較大。塑料則兩種結(jié)構(gòu)的高分子都有，由線型高分子制成的是熱塑性塑料，由體型高分子制成的是熱固性塑料。塑料與其它材料相比具有以下幾方面的性能特點：1．重量輕而堅固2．優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性3．優(yōu)異的電絕緣性能4．機械強度分布廣和較高的比強度5．熱的不良導(dǎo)體具有消聲、減震作用6．耐化學(xué)侵蝕7．具光澤，部份透明或半透明8．加工容易可大量生產(chǎn)，價格便宜9．用途廣泛、效用多、容易著色、部分耐高溫1.3塑料的分類：1.3.根據(jù)各種塑料不同的使用特性，通常將塑料分為通用塑料、工程塑料和特種塑料三種類型。①通用塑料一般是指產(chǎn)量大、用途廣、成型性好、價格便宜的塑料。通用塑料有五大品種，即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物（ABS）。這五大類塑料占據(jù)了塑料原料使用的絕大多數(shù)，其余的基本可以歸入特殊塑料品種，如：PPS、PPO、PA、PC、POM等，它們在日用生活產(chǎn)品中的用量很少，主要應(yīng)用在工程產(chǎn)業(yè)、國防科技等高端的領(lǐng)域，如汽車、航天、建筑、通訊等領(lǐng)域。塑料根據(jù)其可塑性分類，可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。通常情況下，熱塑性塑料的產(chǎn)品可再回收利用，而熱固性塑料則不能，根據(jù)塑料的光學(xué)性能來分，可分為透明、半透明及不透明原料，如PS、PMMA、AS、PC等屬于透明塑料，而其它大多數(shù)塑料都為不透明塑料。[1]二、常用塑料品種性能及用途1．聚乙烯：常用聚乙烯可分為低壓聚乙烯（LDPE）、高壓聚乙烯（HDPE）和線性高壓聚乙烯（LLDPE）。三者當中，HDPE有較好的熱性能、電性能和機械性能，而LDPE和LLDPE有較好的柔韌性、沖擊性能、成膜性等。LDPE和LLDPE主要用于包裝用薄膜、農(nóng)用薄膜、塑料改性等，而HDPE的用途比較廣泛，薄膜、管材、注射日用品等多個領(lǐng)域。[2]2．聚丙烯：相對來說，聚丙烯的品種更多，用途也比較復(fù)雜，領(lǐng)域繁多，品種主要有均聚聚丙烯（homopp），嵌段共聚聚丙烯（copp）和無規(guī)共聚聚丙烯（rapp），根據(jù)用途的不同，均聚主要用在拉絲、纖維、注射、BOPP膜等領(lǐng)域，共聚聚丙烯主要應(yīng)用于家用電器注射件，改性原料，日用注射產(chǎn)品、管材等，無規(guī)聚丙烯主要用于透明制品、高性能產(chǎn)品、高性能管材等。3．聚氯乙烯：由于其成本低廉，產(chǎn)品具有自阻燃的特性，故在建筑領(lǐng)域里用途廣泛，尤其是下水道管材、塑鋼門窗、板材、人造皮革等用途最為廣泛。[3]4．聚苯乙烯：作為一種透明的原材料，在有透明需求的情況下，用途廣泛，如汽車燈罩、日用透明件、透明杯、罐等。[4]5．ABS：是一種用途廣泛的工程塑料，具有杰出的物理機械和熱性能，廣泛應(yīng)用于家用電器、面板、面罩、組合件、配件等，尤其是家用電器，如洗衣機、空調(diào)、冰箱、電扇等，用量十分龐大，另外在塑料改性方面，用途也很廣。②工程塑料一般指能承受一定外力作用，具有良好的機械性能和耐高、低溫性能，尺寸穩(wěn)定性較好，可以用作工程結(jié)構(gòu)的塑料，如聚酰胺、聚砜等。\o"查看圖片"

工程塑料在工程塑料中又將其分為通用工程塑料和特種工程塑料兩大類。通用工程塑料包括：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、熱塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等。特種工程塑料又有交聯(lián)型的非交聯(lián)型之分。交聯(lián)型的有：聚氨基雙馬來酰胺、聚三嗪、交聯(lián)聚酰亞胺、耐熱環(huán)氧樹指等。非交聯(lián)型的有：聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚醚醚酮（PEEK）等③特種塑料一般是指具有特種功能，可用于航空、航天等特殊應(yīng)用領(lǐng)域的塑料。如氟塑料和有機硅具有突出的耐高溫、自潤滑等特殊功用，增強塑料和泡沫塑料具有高強度、高緩沖性等特殊性能，這些塑料都屬于特種塑料的范疇。a.增強塑料：增強塑料原料在外形上可分為粒狀（如鈣塑增強塑料）、纖維狀（如玻璃纖維或玻璃布增強塑料）、片狀（如云母增強塑料）三種。按材質(zhì)可分為布基增強塑料（如碎布增強或石棉增強塑料）、無機礦物填充塑料（如石英或云母填充塑料）、纖維增強塑料（如碳纖維增強塑料）三種。b.泡沫塑料：泡沫塑料可以分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)和軟質(zhì)泡沫塑料三種。硬質(zhì)泡沫塑料沒有柔韌性，壓縮硬度很大，只有達到一定應(yīng)力值才產(chǎn)生變形，應(yīng)力解除后不能恢復(fù)原狀；軟質(zhì)泡沫塑料富有柔韌性，壓縮硬度很小，很容易變形，應(yīng)力解除后能恢復(fù)原狀，殘余變形較小；半硬質(zhì)泡沫塑料的柔韌性和其他性能介于硬質(zhì)與軟質(zhì)泡沫塑料之間。1.3.2按理化特性分類根據(jù)各種塑料不同的理化特性，可以把塑料分為熱固性塑料和熱塑料性塑料兩種類型。(1)熱塑性塑料熱塑性塑料(Thermoplastics)：指加熱后會熔化，可流動至模具冷卻后成型，再加熱后又會熔化的塑料；即可運用加熱及冷卻，使其產(chǎn)生可逆變化(液態(tài)←→固態(tài))，是所謂的物理變化。通用的熱塑性塑料其連續(xù)的使用溫度在100℃以下，聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯并稱為四大通用塑料。熱塑料性塑料又分烴類、含極性基因的乙烯基類、工程類、纖維素類等多種類型。受熱時變軟，冷卻時變硬，能反復(fù)軟化和硬化并保持一定的形狀?？扇苡谝欢ǖ娜軇哂锌扇劭扇艿男再|(zhì)。熱塑性塑料具有優(yōu)良的電絕緣性，特別是聚四氟乙烯（PTFE）、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)都具有極低的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，宜于作高頻和高電壓絕緣材料。熱塑性塑料易于成型加工，但耐熱性較低，易于蠕變，其蠕變程度隨承受負荷、環(huán)境溫度、溶劑、濕度而變化。為了克服熱塑性塑料的這些弱點，滿足在空間技術(shù)、新能源開發(fā)等領(lǐng)域應(yīng)用的需要，各國都在開發(fā)可熔融成型的耐熱性樹脂，如聚醚醚酮（PEEK）、聚醚砜(PES)、聚芳砜(PASU)、聚苯硫醚(PPS)等。以它們作為基體樹脂的復(fù)合材料具有較高的力學(xué)性能和耐化學(xué)腐蝕性，能熱成型和焊接，層間剪切強度比環(huán)氧樹脂好。如用聚醚醚酮作為基體樹脂與碳纖維制成復(fù)合材料，耐疲勞性超過環(huán)氧/碳纖維。它的耐沖擊性好，在室溫下具有良好的耐蠕變性，加工性好，可在240～270℃連續(xù)使用，是一種非常理想的耐高溫絕緣材料。用聚醚砜作為基體樹脂與碳纖維制成的復(fù)合材料在200℃具有較高的強度和硬度，在-100℃尚能保持良好的耐沖擊性；無毒，不燃，發(fā)煙最少，耐輻射性好，預(yù)期可用它作航天飛船的關(guān)鍵部件，還可模塑加工成雷達天線罩等。甲醛交聯(lián)型塑料包括酚醛塑料、氨基塑料（如脲－甲醛－三聚氰胺－甲醛等）。\o"查看圖片"

塑料薄膜其他交聯(lián)型塑料包括不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、鄰苯二甲二烯丙酯樹脂等。(2)熱固性塑料熱固性塑料是指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、環(huán)氧塑料等。熱固性塑料又分甲醛交聯(lián)型和其他交聯(lián)型兩種類型。熱加工成型后形成具有不熔不溶的固化物，其樹脂分子由線型結(jié)構(gòu)交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。再加強熱則會分解破壞。典型的熱固性塑料有酚醛、環(huán)氧、氨基、不飽和聚酯、呋喃、聚硅醚等材料，還有較新的聚苯二甲酸二丙烯酯塑料等。它們具有耐熱性高、受熱不易變形等優(yōu)點。缺點是機械強度一般不高，但可以通過添加填料，制成層壓材料或模壓材料來提高其機械強度。以酚醛樹脂為主要原料制成的熱固性塑料，如酚醛模壓塑料（俗稱電木），具有堅固耐用、尺寸穩(wěn)定、耐除強堿外的其他化學(xué)物質(zhì)作用等特點。可根據(jù)不同用途和要求，加入各種填料和添加劑。如要求高絕緣性能的品種，可采用云母或玻璃纖維為填料；如要耐熱的品種，可采用石棉或其他耐熱填料；如要求抗震的品種，可采用各種適當?shù)睦w維或橡膠為填料及一些增韌劑以制成高韌性材料。此外還可以采用苯胺、環(huán)氧、聚氯乙烯、聚酰胺、聚乙烯醇縮醛等改性的酚醛樹脂以滿足不同用途的要求。用酚醛樹脂還可以制成酚醛層壓板，其特點是機械強度高，電性能良好，耐腐蝕，易于加工，廣泛應(yīng)用于低壓電工設(shè)備。氨基塑料有脲甲醛、三聚氰胺甲醛、脲素三聚氰胺甲醛等。它們具有質(zhì)地堅硬、耐刮痕、無色、半透明等優(yōu)點，加入色料可制成彩色鮮艷的制品，俗稱電玉。由于它耐油，不受弱堿和有機溶劑的影響（但不耐酸），可在70℃下長期使用，短期可耐110～120℃，可用于電工制品。三聚氰胺甲醛塑料比脲甲醛塑料硬度高，有更好的耐水、耐熱、耐電弧性，可作耐電弧絕緣材料。以環(huán)氧樹脂為主要原料制成的熱固性塑料品種很多，其中以雙酚A型環(huán)氧樹脂為基材的約占90%。它具有優(yōu)良的粘接性、電絕緣性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，收縮率和吸水率小，機械強度好等特點。不飽和聚酯和環(huán)氧樹脂都可以制成玻璃鋼，具有優(yōu)異的機械強度。如不飽和聚酯的玻璃鋼，其機械性能良好，密度小（只有鋼的1/5至1/4，鋁的1/2），易于加工成各種電器零件。以苯二甲酸二丙烯酯樹脂制成的塑料的電性能和機械性能均優(yōu)于酚醛和氨基熱固性塑料。它吸濕性小，制品尺寸穩(wěn)定，成型性能好，耐酸堿及沸水和一些有機溶劑。模塑料適于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、既耐溫又有高絕緣性的零件。一般可在-60～180℃的溫度范圍長期使用，耐熱等級可達F級到H級，比酚醛和氨基塑料的耐熱性都高。聚硅醚結(jié)構(gòu)形式的有機硅塑料在電子、電工技術(shù)中的應(yīng)用較多。有機硅層壓塑料多以玻璃布為補強材料；有機硅模壓塑料多以玻璃纖維和石棉為填料，用以制造耐高溫、高頻或潛水電機、電器、電子設(shè)備的零部件等。這類塑料的特點是介電常數(shù)和tgδ值較小，受頻率影響小，用于電工和電子工業(yè)中耐電暈和電弧，即使放電引起分解，產(chǎn)物是二氧化硅而不是能導(dǎo)電的碳黑。這類材料有突出的耐熱性，可以在250℃連續(xù)使用。聚硅醚的主要缺點是機械強度低，膠粘性小，耐油性差。已開發(fā)出許多改性有機硅聚合物，例如聚酯改性有機硅塑料等在電工技術(shù)上得到應(yīng)用。有的塑料既是熱塑性又是熱固性的塑料。例如聚氯乙烯，一般為熱塑性塑料，日本已研制出一種新型液態(tài)聚氯乙烯是熱固性的，模塑溫度為60～140℃；美國一種叫倫德克斯的塑料，既有熱塑性加工的特征，又有熱固性塑料的物理性能。①烴類塑料。屬非極性塑料，具有結(jié)晶性和非結(jié)晶性之分，結(jié)晶性烴類塑料包括聚乙烯、聚丙烯等，非結(jié)晶性烴類塑料包括聚苯乙等。②含極性基因的乙烯基類塑料。除氟塑料外，大多數(shù)是非結(jié)晶型的透明體，包括聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯等。乙烯基類單體大多數(shù)可以采用游離基型催化劑進行聚合。③熱塑性工程塑料。主要包括聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚對苯二甲酸乙二酯、聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚苯硫醚等。聚四氟乙烯。改性聚丙烯等也包括在這個范圍內(nèi)。④熱塑性纖維素類塑料。主要包括醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素、塞璐珞、玻璃紙等。1.3.3按加工方法分類根據(jù)各種塑料不同的成型方法，可以分為膜壓、層壓、注射、擠出、吹塑、澆鑄塑料和反應(yīng)注射塑料等多種類型。膜壓塑料多為物性的加工性能與一般固性塑料相類似的塑料；層壓塑料是指浸有樹脂的纖維織物，經(jīng)疊合、熱壓而結(jié)合成為整體的材料；注射、擠出和吹塑多為物性和加工性能與一般熱塑性塑料相類似的塑料；澆鑄塑料是指能在無壓或稍加壓力的情況下，傾注于模具中能硬化成一定形狀制品的液態(tài)樹脂混合料，如MC尼龍等；反應(yīng)注射塑料是用液態(tài)原材料，加壓注入膜腔內(nèi)，使其反應(yīng)固化成一定形狀制品的塑料，如聚氨酯等。塑料的成型加工是指由合成樹脂制造廠制造的聚合物制成最終塑料制品的過程。加工方法（通常稱為塑料的一次加工）包括壓塑（模壓成型）、擠塑（擠出成型）、注塑（注射成型）、吹塑（中空成型）、壓延等。第二章市場調(diào)研2.1塑料制品在生活和生產(chǎn)中的作用：塑料制品是采用塑料為主要原料加工而成的生活用品、工業(yè)用品的統(tǒng)稱。塑料的出現(xiàn)給人類帶來了極大地便利，由于其成本低廉、抗腐蝕能力強、可塑性強、還可用于制備燃料油和燃料氣，降低原油消耗等無可替代的優(yōu)點，自發(fā)明之日起就廣受歡迎，隨著加工工藝的進步和技術(shù)的突破，塑料制品滲透進我們生活的方方面面，成為最重要的必需品。

2008年1-11月，我國塑料制品業(yè)累計實現(xiàn)產(chǎn)品銷售收入8306.74億元，同比增長19.48%，增速比2007年同期下降了7.41個百分點。2009年1-11月，我國塑料制品業(yè)累計實現(xiàn)產(chǎn)品銷售收入9354.79億元，同比增長11.27%，增速比2008年同期下降了8.21個百分點。

2010年，中國塑料制品行業(yè)實現(xiàn)平穩(wěn)較快發(fā)展，行業(yè)規(guī)模增幅同比大幅提升。1-11月，我國塑料制品業(yè)累計實現(xiàn)產(chǎn)品銷售收入12205.03億元，同比增長31.42%，增速比2009年同期上升了20.15個百分點。

2011年1-8月，塑料制品行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)1.29萬個，累計完成工業(yè)總產(chǎn)值9980.52億元，同比增長27.39%。實現(xiàn)銷售產(chǎn)值9789.82億元，同比增長27.62%。產(chǎn)銷率達到98.09%，保持高位。塑料制品產(chǎn)量3337.1萬噸，同比增長19.08%。但與年初相比，產(chǎn)值、產(chǎn)量增速均有所放緩。

在“十二五”期間，我國塑料產(chǎn)業(yè)要推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，努力提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平，使塑料制品總產(chǎn)量的年增長率為10%，2015年，預(yù)計塑料制品總產(chǎn)量可達到5000萬噸。2.2塑料模具工業(yè)及技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀80年代以來,在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導(dǎo)下,我國模具工業(yè)發(fā)展迅速,年均增速均為13%,1999年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245億,至2000年我國模具總產(chǎn)值預(yù)計為260-270億元,其中塑料模約占30%左右。在未來的模具市場中,塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。

我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在,歷經(jīng)半個多世紀,有了很大發(fā)展,模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具;精密塑料模具方面,已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津津榮天和機電有限公司和煙臺北極星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齒輪模具,所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平,而且還采用最新的齒輪設(shè)計軟件,糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差,達到了標準漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0.02～0.05mm,表面粗糙度Ra0.2μm,模具質(zhì)量、壽命明顯提高了,非淬火鋼模壽命可達10～30萬次,淬火鋼模達50～1000萬次,交貨期較以前縮短,但和國外相比仍有較大差距,具體數(shù)據(jù)見表一。

成型工藝方面,多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟,如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29～34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術(shù),一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件,取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設(shè)備及技術(shù)。熱流道模具開始推廣,有的廠采用率達20%以上,一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置,少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置,少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%,與國外的50～80%相比,差距較大。

在制造技術(shù)方面,CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個新臺階,以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表,陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng),如美國EDS的UGⅡ、美國ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進,雖花費了大量資金,但在我國模具行業(yè)中,實現(xiàn)了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技術(shù)對成型過程,如充模和冷卻等進行計算機模擬,取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟效益,促進和推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來,我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展,主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學(xué)開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等,這些軟件具有適應(yīng)國內(nèi)模具的具體情況、能在微機上應(yīng)用且價格較低等特點,為進一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。

近年來,國內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼,如:P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等,對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響,但總體使用量仍較少。塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應(yīng)用,并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度和商品化程度一般在30%以下,和國外先進工業(yè)國家已達到70%-80%相比,仍有很大差距。

表一、國內(nèi)外塑料模具技術(shù)比較表

項目

國外

國內(nèi)

注塑模型腔精度

0.005～0.01mm

0.02～0.05mm

型腔表面粗糙度

Ra0.01～0.05μm

Ra0.20μm

非淬火鋼模具壽命

10～60萬次

10～30萬次

淬火鋼模具壽命

160～300萬次

50～100萬次

熱流道模具使用率

80%以上

總體不足10%

標準化程度

70～80%

小于30%

中型塑料模生產(chǎn)周期

一個月左右

2～4個月

在模具行業(yè)中的占有量

30～40%

25～30%

據(jù)有關(guān)方面預(yù)測,模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的,在未來的模具市場中,塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具,在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展,對塑料模具提出越來越高的要求是正常的,因此,精密、大型、復(fù)雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時,由于近年來進口模具中,精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具占多數(shù),所以,從減少進口、提高國產(chǎn)化率角度出發(fā),這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展,使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材管接頭模具成為模具市場新的經(jīng)濟增長點,高速公路的迅速發(fā)展,對汽車輪胎也提出了更高要求,因此子午線橡膠輪胎模具,特別是活絡(luò)模的發(fā)展速度也將高于總平均水平;以塑代木,以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大;家用電器行業(yè)在“十五”期間將有較大發(fā)展,特別是電冰箱、空調(diào)器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大;而電子及通訊產(chǎn)品方面,除了彩電等音像產(chǎn)品外,筆記本電腦和網(wǎng)機頂盒將有較大發(fā)展,這些都是塑料模具市場的增長點。2.3我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向?qū)?

1、提高大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的設(shè)計制造水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復(fù)雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多控所致。

2、在塑料模設(shè)計制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術(shù),近年來模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度,為其進一步普及創(chuàng)造了良好的條件;基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪,其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題;CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高;塑料制件及模具的3D設(shè)計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。

3、推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量,并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源,所以廣泛應(yīng)用這項技術(shù)是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準,積極生產(chǎn)價廉高質(zhì)量的元器件,是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制,而且其常用于較復(fù)雜的大型制品,模具設(shè)計和控制的難度較大,因此,開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件,顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度,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也非常重要。

4、開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。

5、提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低,與國外差距甚大,在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展,為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本,模具標準件的應(yīng)用要大力推廣。為此,首先要制訂統(tǒng)一的國家標準,并嚴格按標準生產(chǎn);其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)、提高商品化程度、提高標準件質(zhì)量、降低成本;再次是要進一步增加標準件規(guī)格品種。

6、應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。

7、研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和應(yīng)用多樣、調(diào)整、廉