我国塑料模具现状与发展趋势

1、合 肥 通 用 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计 论 文题 目： 我国塑料模具现状与发展趋势 系 别： 数 控 与 材 料 工 程 系 专 业： 模具设计与制造 学 制： 三 年 姓 名： 童胜明 学 号： 15130228 指导教师： 葛 婧 二零一六 年 五 月 十 日指导教师评语及成绩： 指导教师： 年 月 日我国塑料模具现状与发展趋势摘 要现在，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的。近年来，人们对各种设备和用品轻量化及美感和手感的要求越来越高

2、，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。 关键词：塑料磨具；现状；发展；趋势目 录第一章 我国塑料模具的发展11.1 CAD/CAM/CAE技术的应用 11.2 电子信息工程技术的应用11.3 气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟11.4 热流道技术的应用更加广泛11.5 精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高 11.6 模具寿命不断提高21.7 模具效率不断提高21.8 采用模具先进加工技术及设备2第二章我国塑料模具现状32.1 新型材料塑料简介32.2 我国塑料模具现状32.3我国塑料模具的差距52.3.1 塑料模具产品水平52.3.2工艺装备水平 62.3.3 开发能力及经济效益等方面6

3、2.3.4 管理及其他方面 62.3.5 产需矛盾 6第三章 我国塑料模具的发展趋势73.1 在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术73.2 快速原型制造(RPM)及相关技术将得到更好的发展 73.3 高速铣削加工将得到更广泛的应用 73.4 模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用83.5 电火花铣削加工技术将得到发展83.6气体辅助注射技术和高压注射成形等工艺将进一步发展8总结10参考文献11插图清单图2-1 国内外产品水平5第一章我国塑料模具的发展塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的,在我国,起步较晚,但发展很快,特别是最近几年, 无论在质量、技术和制造能力

4、上都有很大发展,取得了很大成绩。这可以从下列几个方面来看。1.1 CAD/CAM/CAE技术的应用 现在CAD/CAM/CAE技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍,特别是CAD/CAM技术的应用较为普遍,取得了很大成绩。目前,使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要结构及零件的设计、数控机床加工的编程等已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。一些塑料模主要生产企业利用计算机辅 助分析(CAE)技术对塑料注塑过程进行流动分析、冷却分析、应力分析等,合理选择浇口位置、尺寸、注塑工艺参数及冷却系统的布置等,使模具设计方案进一步优化,也缩短了模具设计和制造周期。1.2 电子信息工程技术的应用

5、应用电子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制造水平。国内一些主要的塑料模生产企业已经实现了通过客户提供的产品三维信息盘片和网上产品电子信息来进行预算、报价、设计审定、设计更改等,这不仅缩短了生产前的准备时间,而且还为扩大模具出口创造了良好的条件。由于直接利用了用户提供的产品电子信息,大大缩短了CAD/CAM的技术准备时间,也相应缩短了模具的设计和制造周期。1.3 气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟几年前还是刚刚开始应用的气体辅助注射成型技术近年来发展很快,更趋成熟。目前,不少企业已能在电视机外壳、洗衣机外壳、汽车饰件以及一些厚壁塑料件的模具上成功地运用气辅技术,一些厂家还使用CMOLD气辅软

6、件,取得了良好效果。1.4 热流道技术的应用更加广泛近年来,热流道技术发展很快,热流道模具比例不断提高。虽然在全国范围来说,热流道模具比例仍旧不高,但也有些模具企业,热流道模具已占其模具生产总量的1/3左右。现在,一般内热式、外热式元件以及分流板多点热喷嘴的结构应用已比较普遍,具有先进水平的针阀式喷嘴和通断控制式喷嘴国内也能自行设计制造。与此相应,国产商品化热流道系统元件也已出现。 1.5 精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高 目前,国内生产的小模数塑料齿轮等精密塑料模具已达到国外同类产品水平。在齿轮模具设计中采用最新的齿轮设计软件,纠正了由于成型压缩造成的齿形误差,达到了标准渐开线造型

7、要求。显示管隔离器注塑模、多注射头塑封模、高效多色注射塑料模、纯平彩电塑壳注塑模、洗衣机滚筒注塑模、塑料管路三通接头注塑模、汽车灯及汽车饰件注塑模、冰箱吸塑发泡模等一大批精密、复杂、大型模具的设计制造水平也已达到或接近国际水平。使塑件尺寸精度达到67级的塑料模具国内已可生产,其分型面接触间隙为0.02mm,模板的弹性变形为0.05mm,型面的表面粗糙度为Ra=0.05mm0.025mm。使用CAD三维设计、计算机模拟注塑成形、有些模具零件达到互换、抽芯脱模机构设计新颖等,对精密、复杂模具的制造水平提高起到了很大作用。20吨以上的大型塑料模具的设计制造也已达到相当高的水平。34英寸彩电塑壳和48

8、英寸背投电视机壳模具,615kg洗衣机塑料模具、汽车保险杠和仪表盘的注塑模等大型模具,国内都已可生产。国内最大的塑料模具已达50吨。1.6 模具寿命不断提高通过采用优质模具钢、对模具工作零件进行相应的热处理、采用高质量模架再镶入淬火工具钢件等结构,近年来模具寿命不断提高,不少模具的寿命已能达到100万次以上。1.7 模具效率不断提高挤出速度达215m/min以上的高速塑料异型材挤出模国内已能商品化供应。双腔共挤、多腔注塑(塑封膜已达600腔)、采用热流道技术等使模具效率不断提高。不少企业在自动脱模(脱流道)方面精心设计,同时更加重视冷却系统的设计,使模具的效率大幅度提高,有的甚至能使注塑生产效

9、率提高几倍。1.8 采用模具先进加工技术及设备 采用模具先进加工技术及设备,使模具制造能力大为提高。高速铣削技术及高速铣削机床在模具加工中的使用,已使模具加工效率有了显著提高。目前,主轴转速达到25000r/min以上的高速铣床国内已引进多台,转速达到8000r/min以上的机床就更多了。使用高速铣床,采用高速铣削技术,不但能使模具精度和表面质量得到大幅度提高,而且模具制造周期大为缩短。国外引进的高精度数控电加工机床的使用也使模具制造能力得到提高。某些国外电加工机床具有内容丰富、实用可靠的工艺数据和专家系统,使模具的深槽窄缝加工、微细加工、镜面加工等效率和质量大大提高。新的模糊控制系统具有加工

10、反力的监测和控制,提高了大面积加工的深度控制精度。电火花混粉加工技术的应用有效地提高了模具表面质量。模具逆向工程技术、快速经济模具制造技术、三维扫描测量技术及数控模具雕刻机的发展与应用,对模具制造能力的提高也起到了很大作用。第二章我国塑料模具现状2.1 新型材料塑料简介塑料作为20 世纪的一种新兴材料，其使用范围已经深入到社会生活与生产的方方面面，成为继金属、木材、硅酸盐之后的现代工业生产中的重要原材料。塑料的迅速发展，带动了塑料模具材料的发展。随着高性能塑料的开发和生产规模的不断扩大，塑料制品的种类日益增多，并向精密化、大型化和复杂化发展，使塑料模具工作条件更加复杂和苛刻，对塑料模具材料的性

11、能要求也在不断提高。目前，全球范围内塑料模具材料的开发速度都在加快，品种也在迅速增加。新型塑料模具材料的开发，对保证模具质量、提高模具使用寿命和降低生产成本都有着至关重要的作用，能进一步地推动塑料工业更快、更好地向前发展。2.2 我国塑料模具现状80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为 245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。 我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大

12、发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、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，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。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星.K模具有限公司制造多腔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齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。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

13、.02mm0.05mm，表面粗糙度Ra0.2m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。  成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新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，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地在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，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。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。热流道模具开始推广，有的厂采用率达

14、20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，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达不到10%，与国外的50%80%相比，差距较大。   在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UG、美国Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C

15、-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。   近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模 HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创

16、造了良好条件。    近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：P20，3Gr2Mo、PMS、SM、SM等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。目前, 塑料模具在整个模具行业中所占比重约30%，在模具进出口中的比重高达50%  70%。而近年来我国塑料模具发展迅速。塑料制品的应用日渐广泛，为塑料模具提供了非常广阔的市场。随着工业发达国家将制造业纷纷转移到我国，使我国塑料模具工业面临空前发展机遇。在外资的带

17、动下，在高新技术驱动和支柱产业应用需求的推动下，我国塑料模具形成了一个巨大的产业链条，从上游的原辅材料工业和加工、检测设备到下游的机械、汽车、摩托车、家电、电子通信、建筑建材等几大应用产业，塑料模具发展一片生机。我国塑料模具市场总体规模将增加13% 左右，到2015 年，塑料模具产值将达到1420 亿元，年均增长速度为12% 左右，到2015 年，模具及模具标准件出口将增长到7 亿美元左右。外部市场环境的利好不代表中国塑料模具企业的实力。从总体上来看，我国还只能称的上是塑料模具生产大国而并不能称的上是生产强国，产品与工业发达国家还有1

18、015年的差距，目前仍以中低档为主。我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但与国民经济发展需求和世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具已供过于求，市场竞争激烈；一些技术含量不太高的中档塑料模具也有一些趋向于供过于求。  现将2004年我国塑料模具市场情况简介如下：  2004年，我国塑料模具总产值约212亿元，其中出口约3亿美元，约合25亿元。根据海关统计资料，2004年我国共进口塑料模具约8亿美元，约合66亿元。从上述数字可以得出

19、，2004年我国塑料模具总需求约253亿元，国产模具总供给约187亿元，市场满足率73.9%。进口的塑料模具中，最多的是为汽车配套的各种饰件模具、为家电配套的各种塑壳模、为通信及办公设备配套的各种注塑模具和为建材配套的挤塑模及为电子工业配套的各种塑封模等。出口的塑料模具以中低档居多。由于我国塑料模具价格较低，在国际市场上有较强的竞争力，因此，进一步扩大出口的前景很好，2004年出口比2003年增长50%就是一个很好的证明。从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展技术含量高的大型、精密、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。由于我国塑料工业的快速发展，特别是工程塑料的高速发展，我国塑料

20、模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度。近年内，年增长率仍将保持20%左右的水平。2.3我国塑料模具的差距我国塑料模具的质量、技术和制造能力近年来确实发展很快,有些已达到或接近国际水平,尤其是随着改革开放政策的不断深入,“三资”企业蓬勃发展,对我国塑料模具设计制造水平的提高起到了非常大的作用。然而,由于我国模具制造基础薄弱,各地发展极不平衡,因此总体来看,与国际先进水平相比和与国内外市场需求相比,差距还很大。这主要表现在下列方面。2.3.1 塑料模具产品水平 图2-1国内外产品水平2.3.2工艺装备水平 我国塑料模制造企业设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖面比国外低得多,且设备不配

21、套、利用率低的现象十分严重。国产设备在精度、加工表面粗糙度、刚性、稳定性、可靠性及刀具和附件的配套性和精度保持 性等方面与国外相比仍有较大差距。2.3.3 开发能力及经济效益等方面 国外模具企业技术人员比例很高,多数企业在25%以上,有些在50%以上,有些企业往往是大多数职工可在技术与生产岗位上互换,具有很高素质,加之企业对产品开发很重视,经常与产品厂一起共同开发产品与模具,因此有很强的开发能力。我国模具企业技术人员比例低,多数企业在10%15%之间,且大多数只注重模具开发,不重视产品开发,因此综合开发能力很低,在市场上常处于被动地位。 经济效益方面,国外工业发达国家每个模具职工平均创造模具产

22、值15万20万美元,而我国只有4万5万元人民币。国外模具企业大都有一定利润,而我国模具企业大都是微利甚至亏损。2.3.4 管理及其他方面 国内外模具企业管理上的差距十分明显。管理上差距所带来的问题往往比技术上的差距更为严重。利用计算机进行科学管理在国外企业中已十分广泛,而国内还很少采用。到目前为止,通过ISO9000认证的模具企业全国还不到1%。另外,诸如企业结构、产品结构、技术结构及企业运营机制等方面,国内外差距也较大。2.3.5 产需矛盾 我国塑料模具市场总体上供不应求,特别是大型、精密、复杂、长寿命塑料模产需矛盾十分突出,满足率只有60%左右。尤其是为工程塑料配套的模具,目前满足率只有4

23、0%左右。工程塑料是我国重点支持和优先发展的产业,预计每年将有25%的增长率。为解决这个矛盾,每年只好大量进口。1999年共进口橡塑模具约4亿美元,其中绝大部分是塑料模具。第三章 我国塑料模具的发展趋势由于塑料工业的快速发展及上述各方面差距的存 在,因此我国今后塑料模具的发展速度必将大于模具工业总体发展速度。“十一五”期间,预计每年可望达到12%以上的市场增长率。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时,“小而专”、“小而精”仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说,为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求,以下的发展趋势也较为明显。3.1 在模具设计

24、制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重 要里程碑,实践证明,CAD/CAM/CAE技术是模具设 计制造的发展方向。现在,全面普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟。随着微机软件的发展和进步,技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中,应抓住机遇,重点扶持国产模具软件的开发和应用;加大技术培训和技术服务的力度;进一步扩大CAE的技术应用范围。有条件的企业应积极做好模具CAD/CAM技术的深化应用工作,即开展企业信息化工程,可从计算机辅助工艺设计开始逐步向计算机集成制造系统乃至向虚拟制造发展,逐步深化和提高,用于模具

25、设计制造的计算机软件将向智能化、集成化方向发展。3.2 快速原型制造(RPM)及相关技术将得到更好的发展 快速原型制造(RPM)技术是美国首先推出的。它是伴随着计算机技术、激光成形技术和新材料技术的发展而产生的,是一种全新的制造技术,是基于新颖的离散/堆积(即材料累加)成形思想,根据零件CAD模型,快速自动完成复杂的三维实体(模型)制造。RPM技术是集精密机械制造、计算机、NC技术、激光 成形技术和材料科学最新发展的高科技技术,被公认为是继NC技术之后的一次技术革命。RPM技术可直接或间接用于模具制造,首先是通过立体光固化(SLA)、叠层实体制造(LOM)、激光选区烧结(SLS)、三维打印(3

26、D2P)、熔融沉积成形(FDM)等不同方法得到制件原型,然后通过一些传统的快速制模方法,获得长寿命的金属模具或非金属的低寿命模具,主要有精密铸造、粉末冶金、电铸和熔射(热喷涂)等方法。这种方法制模具有技术先进、成本较低、设计制造周期短、精度适中等特点,从模具的概念设计到制造完成,仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右。因此,快速制模技术与快速原型制造技术的结合,将是传统快速制模技术进一步深入发展的方向。用RPM技术制造出原型后,或用实物,使用旋转铸造(用热硬化橡胶做模具)可快速、低成本地制造小批量零件,发展前景很好。RPM技术还可以解决石墨电级压力振动(研磨)成形法中母模(电极研具

27、)制造困难问题,使该法获得新生。青岛海尔模具有限公司还构建了基于RE(逆向工程技术)及RPM的模具并行开发系统,具有开发质量高、开发成本低及开发周期短等优点。3.3 高速铣削加工将得到更广泛的应用 国外近年来发展的高速铣削加工,机床主轴转速可达40000r/min100000r/min,快速进给速度可达到30m/min40m/min,加速度可达1g,换刀时间可提高到1s2s。这样就大幅度提高了加工效率,并可 获得Ra1m的加工表面粗糙度。另外,还可加工硬度达60HRC的模块,形成了对电火花成形加工的挑 战。高速切削加工与传统切削加工相比还具有温升低(加工工件只升高3)、热变形小等优点。目前它已

28、向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。高速铣削必须与相应的软件、加工工艺、刀具及其夹紧头相配合。高速铣削加工技术的发展促进了模具加工技术的发展,特别是对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。3.4 模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用高速扫描机和模具扫描系统已在我国200多家模具厂点得到应用,取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能,大大缩短了模具的研制制造周期。有些快速扫描系统可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上,用雷尼绍的SPZ21扫描测头实现快速数据采集,采集的数据通过软件可自动生成各种不同数控系统的加工程序及不同格式的CAD

29、数据,用于模具制造业的“逆向工程”。高速扫描机扫描速度最高可达3m/min,大大缩短了模具制造周期。 由于模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用,相信在“十?五”期间将发挥更大的作用。逆向工程和并行工程将在今后的模具生产中发挥越来越重要的作用。3.5 电火花铣削加工技术将得到发展电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术,这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术,它是用高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样),因此不再需要制造复杂的成型电极,这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。3.6气体

30、辅助注射技术和高压注射成形等工艺将进一步发展气体辅助注射成形是一种塑料成形的新工艺,它具有注射压力低、制品翘曲变形小、表面质量好以及易于成形壁厚差异较大的制品等优点,可在保证产品质量的前提下,大幅度降低成本。国外该工艺已比较成熟,国内目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成形包括塑料熔体注射和气体(一般均采用氮气)注射成形两部分,比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制,而且气体辅助注射常用于较复杂的大型制品,模具设计和控制的难度较大,因此,开发气体辅助成形流动分析软件显得十分重要。为了确保塑料件精度,将继续研究发展高压注射成形工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具。在注射成形中,影响成形件精度的最大因素是成形收缩。高压注射成形可增加塑料件尺寸的稳定性。模具要求刚性好、耐高压,特别是精密模具的型腔应淬火,浇口密封性好,模温能准确控制。注射压缩成形技术是在模具预先半开模状态或者在锁模力保持中压或低压,注射熔融树脂,然后以最大的锁模力进行压缩成形,其效果是:a.成形件局部内应力小;b.可得到质量好的厚壁成形件;c.对于塑件狭窄的部件也可注入树脂;d.用小注射力