塑料成型模具的重要性及发展

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1、塑料成型模具的重要性及发展1塑料及塑料工业的发展塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，简称高聚物，一般相对分子质量为10 一 10 ，在一定温度和压力下具有可塑性，可以利用模具成型为一定几何形状和尺寸的塑件。塑 料的其余成分包括增塑剂、稳定剂、增强剂、固化剂、填料及其他配合剂等。塑料制品是以塑料 为主要结构材料经过成型加工获得的制品，又称为塑件。塑件应用广泛，特别是在电子仪表、电 器设备、通信工具、生活用品等方面得到大量应用，如各种受力不大的壳体、支架、机座、结构 件、连接件、传动件、装饰件等;建筑用各种塑料管材、板材和门窗异型材;塑料中空容器和各种 生活用塑料制品等。塑件在工业中的应用日

2、趋普遍，这是由于它们具有一系列特殊的优点所决定的。塑料密度小、 质量轻，大多数塑料密度在1 0 1 49 / c m3之间，相当于钢材密度的n %和铝材密度 的50 %左右，即在同样的体积下，塑件要比金属制件轻得多，这就是“以塑代钢”的优点。塑 料的比强度高，钢的拉伸比强度约为160 MPa，而玻璃纤维增强的塑料拉伸比强度可高达170? 400 MPa ;塑料的绝缘性能好，介电损耗低，是电子工业不可缺少的原材料；塑料的化学稳定性高， 对酸、碱和许多化学药品都有良好的耐腐蚀能力;塑料减摩、耐磨及减振、隔音性能也较好。因 此，塑料已从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种

3、化学材料， 并跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大传统材料之列。现代工业的发展，新型塑料的产生和对塑件多样化的需求，促进了塑料成型技术的不断发展 与创新。近年来，出现了许多新的塑料成型工艺，如注射成型技术方面的无流道凝料注射成型、 热固性塑料注射成型、排气注射成型、反应注射成型以及多品种塑料的共注射成型生产复合多 层容器、片材和型材的多台挤出机，将不同塑料送人共挤出模的共挤出成型；发泡塑料制品的注 射和挤出技术等。目前，塑料成型技术正朝着精密化、微型化和超大型化方向发展。精密注射成型可将成型制 品的尺寸公差控制在10 ? 1拌m之内，其制品主要用于电子、仪器仪表等工业。在成型徽型制件方面，德国已研

4、制出注射量只有0 19的微型注射机，可以生产0 059左 右的微型塑件（如表轴等）。超大型注射机可以成型超大型塑件，目前，法国已拥有注射童为170 kg的超大型注射机，合模力为150 MN ;美国和日本已分别生产出注射量为100 kg和96 kg的 超大型注射机。我国注射机的注射量已达35 kg，合模力为80 MN。由于塑料不断被开发与应 用，加之成型工艺不断成熟与完善，极大地促进了塑料成型模具的开发与制造。随着工业塑件和 日用塑件的品种和需求量的日益增加，而且产品的更新换代周期也越来越短，对塑料的产量和质 量提出了越来越高的要求。2 塑料模具的盆要性与要求塑料模具是指用于成型塑件的模具，是型

5、腔模的一种类型。根据塑料成型工艺的不同，通常 将塑料模具分为注射模具、压缩模具、传递模具、挤出模具、中空吹塑模具、热成型模具等。合 理的加工工艺、高效的设备、先进的模具，是实现现代塑料制品生产必不可少的三大重要因素。 尤其是，塑料模具对实现塑料成型工艺要求、保证塑件质量、降低生产成本起着重要的作用。一 副质量优良的塑料模具可成型几十万次，甚至上百万次。这与模具设计、选材、制造、使用和维 护有着很大关系。对塑料模具设计的基本要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能、力学 性能等各方面均能满足使用要求的优质制件。在模具使用时，力求生产效率高、自动化程度高、 操作简便、寿命长;在模具制造方面，要求

6、结构合理、制造容易、成本低廉。3 塑料模具的发展趋势塑料模具的结构、性能、质量均影响着塑件的质量和成本。首先，模具型腔的形状、尺寸、 表面粗糙度、分型面、内浇道、排气槽位置以及脱模方式等，对塑件的尺寸精度、形状精度以及 塑件的物理性能、力学性能、电性能、外观质最等有着十分重要的影响。其次，在塑件成型过程 中，模具结构对操作难易程度影响很大，在大批量生产塑件时，应尽量减少开、合模及取出塑件 过程中的手工操作，尽可能采用自动开、合模和自动顶出机构。在全自动生产时还要保证塑件能 自动从模具上脱落。另外，模具制造成本对塑件的成本有很大影响。除简易模具外，一般来说制 模费用很高，尤其是当批量较小时制模费

7、用在塑件成本中所占的比例将会很大，这时应尽可能采 用结构合理而简单的模具，以降低成本。从塑料模具的设计、制造及材料选择等方面考虑，塑料 模具技术发展趋势可归纳为以下几个方面.3.1 .塑料模典标准化塑料模具标准化程度及其标准零件的制造规模与范围，对于缩短模具制造周期、节省材料消 耗、降低成本、适应大规模批量化生产具有重要意义。目前，我国模具标准化程度只达到20 % ， 远不及工业发达国家模具制造的标准化程度。在各种塑料模具中，只有注射模具有关于模具零件、 模具技术条件和标准模架等国家标准。一些模具制造企业根据企业模具生产类型和规模，为提高 生产效率，降低成本，也制定了企业标准或采用了相应的行业

8、标准。目前，塑料模具标准化的研究方向是热流道标准元件和模具标准温控装置;精密标准模架、 精密导向件系列;标准模板及模具标准件的先进技术。3.2 . CAD / CAM / CAE 技术的应用由于现代工业产品的不断开发和塑件的应用与发展，对塑料成型模具设计和制造提出的要求 越来越高。传统的模具设计和制造方法已很难适应对塑件及时更新换代和不断提高的质量要求， 为了适应这些变化，先进国家的CAD （计算机辅助设计）/ CAM （计算机辅助制造）/ CAE （计算机 辅助工程）技术在20 世纪80 年代中期已进人实用阶段，市场上已有商品化的系列软件出售。利 用计算机进行塑料模具设计（CAD ），并初步

9、实现了注射、挤出、中空吹塑等塑料成型工艺过程 的计算机模拟分析（CAE），这方面软件技术研究的进展，已在工程应用中取得了显著效果CAD /CAE 技术显著提高了模具设计的效率，减少了模具设计过程中的失误，提高了模具和塑件的质 量，缩短了生产周期，降低了模具和塑件的成本。随着CAM技术水平的提高，模具CAD、CAE、 CAM技术朝着一体化的方向发展。目前，美国、日本、德国等国家的CAD / CAE / CAM技术应 用普及率已很高，我国不少企业也已引进CAD / CAM软件和CAD / CAE / CAM集成软件，这部 分软件在生产中发挥着积极的作用。同时，我国许多高等院校和科研院所在这方面也开

10、展了大量 研究和开发工作，并取得了一定成果，但我国在该技术的应用和推广方面与外国相比还存在一定 差距，有待进一步改进和提高。3.3 .加强理论研究随着塑件向大型化、复杂化和梢密化发展，模具的制造成本也越来越高。如汽车保险杠、仪 表板等塑料成型模具，重达几吨至十几吨。这些模具如只凭经验来设计，往往会因为设计不当而 造成模具的报废，这将要损失数十万元的模具制造费用。所以，模具生产已由传统的经验设计向 理论设计、数值模拟的方向发展。这些理论设计包括模板刚度、强度的计算，流变充型理论的研 究和基于计算机应用的成型过程模拟分析等。到目前为止，有关挤出成型的流变理论和数学模型 已基本建立，并且在生产实际中

11、得到应用;有关注射成型的流变理论研究已取得阶段成果，注射 成型时塑料熔体在一维和二维简单模腔中的充模流动理论和数学模型已经建立，今后的工作是如 何将理论与生产实际相结合，并进一步加强对塑料熔休在三维模腔中流动行为的研究。中空吹塑 成型理论和数学模型也已基本建立，并在生产中得到应用。塑料成型理论研究的进展得益于计算机的应用，同时，也为进一步扩大计算机在塑料成型生 产中的应用奠定了基础。3.4 .塑料模具专用材料的研究与开发塑料模具材料选用在模具设计与制造中占有重要地位，直接影响模具成本、使用寿命及塑件 的质量。为了提高塑料模具的使用寿命，并获得良好的切削加工工艺性能，国内外模具材料工作 者针对各

12、类塑料模具的工作条件和失效形式，进行了大量的研究工作，已开发出较为完善的系列 化塑料模具专用钢，具体可分为以下五种类型。( 1)基本型。如55 钢，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， 使用寿命低，现已被预硬型钢所代替。( 2 )预硬型。是指在中、低碳钢中加人适量合金元素的低合金钢。其淬透性高，加工性能 好，调质后硬度为25 ? 35 HRC ,是目前应用较为广泛的通用塑料模具钢。其典型品种为3CrZM。 或美国生产的PZO钢等。(3 )时效硬化型。是指在中、低碳钢中加人Ni、Cr、AI、Cu、Ti等合金元素的合金 钢。其耐磨性和耐蚀性优于预硬型钢，经时效处理后，

13、使用硬度可达40 50 HRC。其典型品种 为25CrNi3MoAI或美国生产的PZI钢、日本生产的NAK55钢等，多用于制造复杂、精密塑料模 具，或大批量生产长寿命塑料模具。( 4 )热处理硬化型。这类塑料模具钢经淬火和回火处理后，使用硬度可达50 ? 60 HRC ; 模腔能达到很高的镜面程度，并可进行表面强化处理。其典型品种为12CrMoV或美国生产的DZ 钢等。( 5 )马氏体时效钢和粉末冶金模具钢。这类塑料模具钢适用于制造要求高耐磨性、高耐腐 蚀性、高韧性和超镜面的塑料模具。如06Ni6CrMoVTIAI马氏体时效钢或美国生产的PS钢、日 本生产的ASP等粉末冶金模具钢等。3.5 .模具加工的新技术与发展为了提高加工精度、缩短模具制造周期，塑料模成型零件的加工已广泛应用仿形加工、电加 工、快速成型制造、数控加工及微机控制加工等先进技术，同时，也采用坐标幢、坐标磨和三坐 标测量仪等精密加工与测量设备.模具加工技术与设备的现代化发展，推进了模具行业企业朝着 技术密集、专业化与柔性化相结合、高技术与高技艺相结合的方向发展。作者；汽车模具 http:/