1、注塑模具及其发展研究现状摘要：注塑成型是热塑性塑料成型的一种重要发法。它能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料。注塑成型的成型周期短、生产效率高、易实现自动化生产。到目前为止，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以使用注塑成型的方法成形，一些流动性好的热固性塑料也可用注塑方法成形【1】。本文阐述了注塑模具的有关知识，介绍了注塑模具的发展现状，讨论了国内注塑模具今后的发展研究方向。关键词：注塑模具；研究现状；发展研究方向；1 注塑模具1.1 注塑模具的特点与冲压模具、压铸模具等其他种类模具比较，注塑模具制造有五个明显的特点，分析如下：（1） 型腔及型芯呈立体型面。塑件的外部和内
2、部形状是由型腔和型芯直接成型的，这些复杂的立体型面加工难得比较大，特别是型腔的盲孔型内成型表面加工，如果采用传统的加工方法，不仅要求工人技术水平高、辅助工夹具多、刀具多，而且加工的周期长。（2） 精度和表面质量要求高，使用寿命要求长。目前一般塑件的尺寸精度要求为IT6-7，表面粗糙度Ra0.2-0.1um,相应的注塑模具零件的尺寸精度达到IT5-6，表面粗糙度Ra0.1um以下。激光盘记录面粗糙度要达到镜面加工水平的0.02-0.01um。这就要求模具的表面粗糙度达到Ra0.1um以下。长寿命注塑模具对于提高效率和降低成本是很必要的，目前注塑模具的使用寿命一般要求100万次以上。精密注塑模要用
3、刚度大的模架，增加模板的厚度，增加支撑柱或锥形定位元件以防止模具受压力后产生变形，有时内压可以达到100兆帕。顶出装置是影响制品变形和尺寸精度的重要因素，因此应该选择最佳的顶出点，以使各处脱模均匀。高精度注塑模具在结构上多数采用镶拼或全拼结构，这要求模具零部件的加工精度、互换性均大为提高。（3） 工艺流程长，制造时间紧。模具专家罗百辉认为，对于注塑件而言，大多是与其他零部件配套组成完整的产品，而且在许多情况下都是在其他部件已将完成，急切等待注塑件的配套上市。因为对制品的形状或尺寸精度要求很高，加之由于树脂材料的特性各异，模具制造完成后，还需要反复的试模与修正，使开发和交货的时间非常紧张。（4）
4、 异地设计、异地制造。模具制造不是最终目的，而是由用户提出最终制品设计，模具制造厂家根据用户的要求，设计制造模具而且在大多数情况下，制品的注塑生产也在别的厂家。这样就造成了产品的设计、模具设计制造和制品的生产异地进行的情况。（5） 专业分工、动态组合。模具生产批量小，一般属于单件的生产，但是模具需要很多的标准件，大到模架小到顶针，这些不能也不可能只由一个厂家单独完成，且制造工艺复杂，普通设备和数控设备使用极不均衡。1.2注塑模设计的特点塑料注塑模能够一次成型形状复杂、尺寸精度或带嵌件的塑料制件。在注塑生产中，通常以最终塑料制品的质量来评价模具的设计和制造质量。注塑件质量包括表面质量和内在质量。
5、表面质量的衡量标准为塑件的形状和尺寸精度，包括注塑件的表面粗糙度和表面缺陷状况。常见的表面缺陷有凹陷、气孔、无光泽、发白、银文、剥皮、暗斑纹、烧焦、裂纹、翘曲、溢料飞边或可见熔合线等【2】。内在质量就是性质质量，包括熔合线强度、残余应力、密度和收缩等。先进的模具必须在使用寿命期限内保证制品质量，并需要制备良好的技术经济指标。这就需要模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。其次，合理选用模具材料，恰当确定模具制造强度，简化模具加工工艺，降低模具制造成本亦十分重要。1.3塑料模具的分类及常用塑料的特点基于注塑材料，可将模具分为：1、热塑性塑料注塑模具；2、热固性塑料注塑模具；3、弹性
6、体塑料注塑模具（如橡胶硅胶模具）；4、结构泡沫塑料注塑模具；而且注塑模具又可分为两板模和三板模；最常用的为热塑性塑料注塑模具【3】。其中两种常用塑料的特点如下：1）热塑性塑料特点：这类塑料在加热时软化，温度升高至一定程度时呈熔融状态，成为可流动的粘稠流体，借助模具和压力可制成一定形状的制品，冷却后可保持已成形的形状。再次加热时又可变软、熔融、重新塑制成型。它在加热、冷却成型过程中只有物理变化而无化学变化。平时大多数的塑料属于此类型，也是塑胶制品的特点决定是否开注塑模具的标准。2）热固性塑料特点：这类塑料在第一次受热时软化，冷却后固化成型并呈现出刚硬状态。重新加热时不再软化，当温度升高到一定程度
7、时发生分解。这是因为在注塑成型过程中塑料发生了化学变化，线性分子变成了体形分子，树脂转变为既不软化有不溶解，不再变形的形状，不再具有可塑性，其质地一般硬且脆。常用的热固性塑料有PF、UF、MF、EP、UP等【1】。2 注塑模具的发展现状 2.1 产品结构现状我国塑料模具工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大的发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已经生产48英寸大屏幕彩电塑壳注塑模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具【5】；精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具【5】。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K
8、模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。该公司还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.020.05mm,表面粗糙度Ra0.2um,模具质量、寿命明显提高，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次【4】。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高校多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟
9、，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功的在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还是用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果【6】。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。现在，热流道模具已逐渐开始推广，有的厂采用率达20以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，以及具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率不到10%，与国外的50%80%相比，差距较大。2.2 CAD/CAE/CAM的应用现状随着轻工业及汽车制造业的迅速发展，模具设计日益受到人们的广泛关注
10、，已形成一个行业。但我国模具行业缺少技术人员，存在品种少、精度低、制造周期短、寿命短、供不应求的现状。一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造，每年需要花几百万、上千万美元从国外进口，制约了模具工业的发展，所以大力发展模具工业势在必行。为了提高模具企业的设计水平和加工能力。中国模具协会向全国模具行业推荐适合模具企业使用的CAD/CAE/CAM系统。模具设计和加工使用的CAD/CAE/CAM系统，不要求系统十分庞大，但对某些方面要求较高，如曲面造型、三轴数控加工等。一些国外的CAD/CAE/CAM系统，虽然具有强大的三维曲面造型、结构有限元分析、计算机辅助制造和产品数据管理能力等，但价格昂贵，一
11、般企业难于承受。目前在国内应用的主要软件有美国PTC公司的CAD/CAE/CAM集成化系统PRO/ENGINEER、美国EDS公司的CAD/CAM软件UG-【8】、法国MATRA-DATAVISION公司的集成化软件【8】、美国SOLIDWORKS软件【8】、美国CV公司的CADDS5软件、美国SDRC公司集成化CAD/CAE/CAM软件【10】、英国DELCAM公司CAD/CAM软件DUCT，以色列CTMATRON公司的三维CAD/CAM软件CTMA-TRON【11】、美国AC-TECH公司的注塑模CAE分析软件C-MOLD、澳大利亚MOLDFLOW公司的注塑模CAE分析软件MF，国内华中理
12、工大学模具技术国家重点实验室的注塑模CAD/CAE/CAM集成化系统HSC3.1、北京航空航天大学软件工程研究所CAD/CAM软件CAXA和河南工业大学注塑模CAE分析软件Z-MOLD等【12】。对于国内一些大型模具企业，他们的CAD/CAM应用状况多停留在购买国外先进的CAD/CAM系统和设备上，但在其上进行的二次开发较少，资源利用率低。对于国内一些中小型模具企业，则很少应用CAD/CAM，有些仅停留在以计算机代替固板绘图。所以有必要改善国内模具企业的CAD/CAM应用状况，使它们真正做到快速、准确地对市场做出反映使制造出的模具产品质量高、成本低，即达到敏锐制造的目的。3 国内今后的发展研究
13、方向今后我国模具工业的技术发展趋势主要有以下10个方面：（1） 精密塑料件成型工艺与模具结构的改进。为了确保塑料件的尺寸精度、几何形状精度、外观和内在质量并节约材料，高压注射和气体辅助注射成型工艺以及相应的模具结构改进，必将逐步在生产中得到应用。（2） 模具的大型化和集成化。今后用模具成型零件将日渐大型化。为了提高生产率，一模多腔（有的已达到几百腔）、一模多工序复合加工、一模出多个零件及组件，这种大型化、集成化的模具日益增多。（3） 复合加工技术，将机械-电-化学-超声波-激光等技术综合应用于模具加工，可取得比单一工艺加工更好的效果，有利于提高加工效率和质量。（4） 快速经济模具。快速经济模具
14、由于制造工艺简单、精度易控制、价格便宜、制造周期短，特别适用于多品种少批量生产的产品。（5） 热流道技术的应用将越来越广泛。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产效率和质量，并能大幅度节约制件的原材料，因此它的应用在国外发展很快，有的塑料模具制造企业热流道模具已占80%以上。协同设计将成为模具设计的主要方向。（6） 在模具制造中选用优质模具和应用表面处理技术。在整个模具价格构成中，材料费占的比例不大，一般只占20%左右。因此，选用优质钢材和应用相应的表面处理技术提高寿命，会越来越受到模具企业的重视。（7） 在模具设计制造中计算机应用技术将得到进一步发展，计算机技术辅助设计和辅助制造（CAI/
15、CAM）技术是模具技术发展的一个重要里程碑。进一步开发软件提高设计制造的自动化程度是今后上网主攻方向。模具CAD技术应用的ASP模式，将成为发展方向。（8） 采用高速铣削和超加工技术。由于调整铣削可大幅度提高模具制造的工效，降低成本及改善表面粗糙度，因此模具加工已越来越多的采用高速铣削。国内已开始应用。（9） 研磨抛光技术向自动化方向发展。用带来磨具磨损补偿送进装置的数控自动化研磨来逐步代替手工劳动，是今后的发展方向。日本仔这方面已经取得了初步的成绩。当然，自动化研磨机不可能代替全部手工劳动，研磨抛光也还有许多其它行之有效的办法。 （10） 模具加工系统的研制和发展。模具自动加工系统具有如下特
16、性：多台机床合理组合；配有随行定夹具或定位盘；有完整的数控极具、刀具库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统【9、13】。4 结语综上所述，从我国国情出发，认真面对模具工业发展的现状，加快模具CAD/CAM技术的推广，建立起一套软件开发、使用评价维护体系，形成区域规模优势，相互交流与协作，组成行业集团，尽快与国际接轨，参与国际竞争。同时把协同创新设计、激光等先进技术应用到模具行业中去。我们有理由相信，随着中国经济的不断发展，模具行业将逐渐与国际CAD行业接轨，适应国际CAD/CAM的要求，创造出具有中国特色的模具设计制造模式。参考文献1 张荣清.模具设计与制造M .高等教育出版社，2009.22 杨占尧.塑料注塑模结果与设计M，北京：高等教育出版社，20083 陈万林.实用注塑模具设计与制造M.北京：机械工业出版社，2000.4 刘少达
