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1、1 1我国精密注塑的发展我国精密注塑的发展 20世纪70年代,塑料应用范围从生活用品扩大到工业领域,从机械、建筑深入到 电子电器、仪表、航空等高精密尖端领域,消费量逐年增加。为适应这一发展趋 势,精密注射成型技术得到开发和发展。精密注射成型是指成型制件的精度很高 ,而常规注射成型难以达到要求的一种注射成型方法，精密注射成型技术广泛应 用于信息、机电、仪器仪表、航空航天等产业中。特别是精密塑件在电子领域 中的应用,它降低了电子元件的成本,提高了电子元件的性能。精密注射成型是 塑料注射成型加工发展的必然趋势。 国内陶瓷粉末注射成型研究起步于20世纪80年代中期，主要有清华大学、上海 硅酸盐研究所等
2、几家单位参与。清华大学先后研究了陶瓷涡轮转子燃汽轮机陶 瓷叶片和高强度高韧性氧化锆及氧化铝陶瓷的精密注射成型，并提出了微波快 速脱脂新方法。目前，国内大学与企业在陶瓷精密注射成型制备技术通过合作 不断研制和开发许多新产品，包括各种氧化锆、氧化铝结构陶瓷与生物陶瓷部 件和产品，例如陶瓷表链、表壳、陶瓷套筒、透明氧化铝陶瓷托槽、陶瓷牙桩 等，不但满足国内市场的需求，还有一些精密陶瓷产品出口到国外。当今，随 着精密注射成型技术的完善与发展，已进入产业化应用阶段，成为国内外精密 陶瓷零部件制备最有优势的先进成型技术4。 2.2.国外精密注塑的发展国外精密注塑的发展 对陶瓷和金属粉末精密注射成型技术的研
3、究，日本、美国、德国和英国处于领 先地位，国际上大部分粉末注射成型的研究论文和发明专利都出之于这些国家 。这些国家的一个共同点就是大学研究机构与大公司密切合作，从而在理论基 础研究和工艺技术研究方面都不断创新：一是注重粉体表面化学与有机载体相 互作用及其流变学的研究，为此专门开发了粉末注射成型用粘结剂与添加剂， 并且将粉末与粘结剂混炼、造粒，为用户提供不同陶瓷材料体系的注射成型用喂料，如:通讯产业中光纤连接器用四方相氧化锆陶瓷插芯(ferrule)的注射成 型喂料，就主要被日本控制；二是注重脱脂新技术研发，日本、美国、德国分 别提出超临界脱脂、溶解萃取脱脂和化学催化脱脂等新方法。此外，粉末注射
4、 成型机注射量的精度控制与模具的精密加工方面，上述 发达国家也占有优势。 3.3.精密注塑的发展趋势精密注塑的发展趋势 先进陶瓷精密注射成型的科学基础是现代高分子精密注塑理论和现代陶瓷制造 技术,它将高分子流变学、陶瓷粉体技术、陶瓷工艺学和金属模具精密制造技术 结合 在一起.该技术突出的优点有: 1.可净近成型各种复杂形状的陶瓷零部件,使烧结后的陶瓷产品无需进行机加工 或少加工,从而减少昂贵的陶瓷成本; 2.成型制品具有极高的尺寸精度和表面光洁度; 3.可实现微成型制备范围内的微型陶瓷零件;4.成型过程机械化和自动化程度高,重复性好便于规模化低成本生产。该技术已 用于陶瓷发动机、通讯产业中光纤
5、连接器陶瓷插芯( Ferrule)。 计算机工业中光盘和磁盘驱动用陶瓷轴承和生物医学用陶瓷制品等精密陶瓷件 的制造。 随着微注射成型新技术的发展,微型陶瓷部件将应用于环境要求苛刻、结构复杂 的MEM S系统6。 4.4.精密注塑的关键技术及问题精密注塑的关键技术及问题 利用CAE软件(如Moldflow)对制品进行模流分析，对于生产出高质量的制品是非 常有利的。通过CAE软件的充模分析，我们可以获得更优化的工艺参数，可以获 得合理的浇位置，提前预知产品的充模时间，充模压力，成型温度等参数，还 可以通过调整冷却水道的布局来达到对制品快速均匀冷却的要求，这样在模具 加工前就能从理论上保证制品成型时
6、的质量要求7- 10。同时，使用CAE软件进行模流分析还可以提前预知产品可能出现的缺陷， 如气穴的产生及分布情况，产品充模情况和冷却后的翘曲情况，熔接痕的位置 及分布状况，通过模拟分析，可以提前帮助工程师及早发现问题，从而解决这 些可能存在的问题，达到提高产品质量的目的。因此，用CAE软件进行产品的成 型模拟分析对于生产出高质量的制品是非常必要的。另外，我国注塑设备的持 续发展,关键是加快转变传统陈旧的发展理念,加快推进自主创新科学发展观,加 快破解制约注塑设备科学发展的矛盾和难题,加快构建有利于注塑设备科学发展 的体制和机制,加快完善增长方式科学发展转型11-12。 5.5.结束语结束语 对
7、塑料制品高精度、高性能要求的日益增长是精密注射成型技术前进的动力,人 们对精密注射成型原理理解的不断深化是精密注射成型技术进步的基础。随着 新材料、新工艺和新设备的相继出现,尤其是计算机在塑料加工中的广泛应用,为精密注射技术创造了良好的条件。对只要合理的利用这些技术,就一定能生产 出精密的制品。2005年国家制定的“十一五”规划，阐明了发展重点与方向， 要求我们要根据国民经济各部门发展对塑料制品的需求，采取行之有效的政策 和措施加快塑料工业的发展。为适应中国现代化快速发展要求和积极参与国际 竞争，我们要加倍重视人力资源开发，提高全行业员工整体素质；要依靠科技 进步，加快产业升级和技术创新；要不
8、断调整产业结构，提高加工装备技术水 平；实施名牌战略打造中国名牌企业，争取使更多的产品能够成为国家名牌免 检产品，提高全国塑料产业的竞争实力，走从大国向强国迈进之路，在激烈的国 内外市场竞争中立于世界之林。我国考古发现.早在2000多年前.我国已有冲压模具被用于制造铜器.证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先.1953年.长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间.该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具.我国于20世纪60年代开始生产精冲模具.在走过了温长的发展道路之后.目前我国已形成了300多亿元(未包括港.澳.台的统计数字.下同.)各类冲压模具的生产能力. 一.冲压模具市场
9、情况 我国冲压模具无论在数量上.还是在质量.技术和能力等方面都已有了很大发展.但与国发经济需求和世界先进水平相比.差距仍很大.一些大型.精度.复杂.长寿命的高档模具每年仍大量进口.特别是中高档轿车的覆盖件模具.目前仍主要依靠进口.一些低档次的简单冲模.已趋供过于求.市场竟争激烈. 现将2004年我国冲压模具市场情况简介如下: 据中国模具工业协会发布的统计材料.2004年我国冲压模具总产出约为220亿元.其中出口0.75亿美元.约合6.2亿元. 根据我国海关统计资料.2004年我国共进口冲压模具5.61亿美联社元.约合46.6亿元.从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6
10、亿元.其中国内市场需求为260.4亿元.总供应约为213.8亿元.市场满足率为82%.在上述供求总体情况中.有几个具体情况必须说明:一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具.而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具.因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率.这些模具的发展已滞后于冲压件生产.而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率,二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多.具有一定的竟争力.因此其在国际市场前景看好.2005年冲压模具出口达到1.46亿美元.比2004年增长94.7%就可说明这一点,三是近年来港资.台资.外资企业在我国发展迅速
11、.这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料.因此未能计入上述数字之中. 二.冲压模具水平状况 近年来.我国冲压模具水平已有很大提高.大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具.为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了.精度达到1-2m.寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产.表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模.大尺寸(300mm)精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平.1. 模具CAD/CAM技术状况 我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史.由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM
12、系统.由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统.上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成.20世纪90年代以来.国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术.国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂.由华中理工大学作为技术依托单位.开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定.在此期间.一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统.并在模具设计制造中实际应用.取得了显著效益.1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开
13、始用于生产.21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及.现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术.其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力. 模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期.降低生产成本.提高产品质量.已成为人们的共识.在八五“.九五期间.已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术.数控加工的使用率也越来越高.并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统.如美国EDS的UG.美国Parametric Technology公司 Pro/Engineer.美国CV公司的CADSS.英国DELCAM公司的DOCT5.日本HZS公司的CRADE及space-E. 以色列公
14、司的Cimatron 还引进了AutoCAD CATIA 等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件.国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD,多数企业已经向三维过渡.总图生产逐步代替零件图生产.且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域. 在冲压成型CAE软件方面.除了引进的软件外.华中科技术大学.吉林大学.湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件.并已在生实践中得到成功应用.产生了良好的效益. 快速原型(RP)传统的快速经济模具相结合.快速制造大型
15、汽车覆盖件模具.解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具.模具精度低.制件精度低.样样制作难等问题.实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造.它标志着RPM应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功. 围绕着汽车车身试制.大型覆盖件模具的快速制造.近年来也涌现出一些新的快速成型方法.例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术.它们都表现出了降低成本.提高效率等优点. 2.模具设计与制造能力状况 在国家产业政策的正确引导下.经过几十年努力.现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平.包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用. 虽然如此
16、.我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距.这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面.无论在设计还是加工工艺和能力方面.都有较大差距.轿车覆盖件模具.具有设计和制造难度大.质量和精度要求高的特点.可代表覆盖件模具的水平.虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平.模具结构周期等方面.与国外相比还存在一定的差距. 标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具.是我国重点发展的精密模具品种.有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具.已基本达到国际水平. 但总体上和国外多工位级进模相比.在制造精度.使用寿命.模具结构和功能上.仍存在一定差距. 汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美.高精度.高效益加工设备的使用越来越广泛.高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多.NC.DNC技术的应用越来越成熟.可以进行倾角加工超精加工.这些都提高了模具面加工精度.提高了模具的质量.缩短了模具的制造周期. 模具表面强化技术也得到广泛应用.工艺成熟.无污染.
