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文獻(xiàn)綜述
學(xué)院（系）
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀
及塑料材料在電子行業(yè)的應(yīng)用前景
一、引言
模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備 ,被稱為“工業(yè)之母”。 75%的粗加工工業(yè)產(chǎn)品零件、 50%的精加工零件由模具成型,絕大部分塑料制品也由模具成型。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè) ,模具涉及機(jī)械、汽車、輕工、電子、化工、冶金、建材等各個(gè)行業(yè) ,應(yīng)用范圍十分廣泛。模具技術(shù)水平的高低,在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力 ,因此模具工業(yè)的發(fā)展水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平及產(chǎn)品開發(fā)能力。
國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來(lái)越高的要求 ,也為其發(fā)展提供了巨大的動(dòng)力。這些年來(lái) ,中國(guó)模具工業(yè)一直以 15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展 ,年模具生產(chǎn)總量?jī)H次于日、美之后位居世界第三位。但目前我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)多數(shù)是自產(chǎn)自用的工模具車間 (分廠 ),商品化模具僅占 1/3左右。從模具市場(chǎng)來(lái)看 ,國(guó)內(nèi)模具生產(chǎn)仍供不應(yīng)求 ,約 20%左右靠進(jìn)口 ,特別是精密、大型、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命的高檔模具進(jìn)口比例高達(dá) 40%。
由此可見 ,雖然我國(guó)模具總量目前已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模 ,模具水平也有很大提高 ,但在模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上要比德、美、日、法、意等發(fā)達(dá)國(guó)家至少落后十年,主要表現(xiàn)在模具精度、壽命、復(fù)雜程度、設(shè)計(jì)、加工、工藝裝備等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家有較大的差距。國(guó)內(nèi)模具的使用壽命只有國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的 1/2至 1/10,甚至更短 ,模具生產(chǎn)周期卻比國(guó)際先進(jìn)水平長(zhǎng)許多。此外 ,模具的標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、商品化程度低 ,模具材料及模具相關(guān)技術(shù)比較落后 ,也是造成與國(guó)外先進(jìn)水平差距大的重要原因。 CAD/CAE/CAM一體化先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)部分模具企業(yè)得到應(yīng)用 ,但要得到推廣和普及仍很困難[1]。
而近幾年塑料隨著科學(xué)的進(jìn)步，在電子類消費(fèi)品中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，其涉及領(lǐng)域已從電子產(chǎn)品的外殼制造延伸到電子產(chǎn)品的內(nèi)部，并且成為制造某些電子元器件產(chǎn)品的重原料之一，廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、存儲(chǔ)器、電子計(jì)算機(jī)芯片等產(chǎn)品中。?
數(shù)碼相機(jī)產(chǎn)品在外觀設(shè)計(jì)上貼近傳統(tǒng)光學(xué)相機(jī)的造型，呈現(xiàn)出向小巧、輕便發(fā)展的趨勢(shì)，多采用塑料部件可有效減輕相機(jī)機(jī)身質(zhì)量。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，數(shù)碼相機(jī)將進(jìn)一步增加用工程塑料制成的外殼數(shù)量，以達(dá)到輕便實(shí)用的目的。因?yàn)閮?yōu)質(zhì)高檔的工程塑料可以提高機(jī)身強(qiáng)度，減輕整機(jī)質(zhì)量，并容易提供更好的密封性能來(lái)增強(qiáng)相機(jī)在惡劣環(huán)境下的耐用性，但這需要高精密度的塑料模具，目前國(guó)內(nèi)還無(wú)法生產(chǎn)。?據(jù)預(yù)測(cè)，中國(guó)數(shù)碼相機(jī)的市場(chǎng)容量將突破100億元。如此巨大的數(shù)碼相機(jī)消費(fèi)市場(chǎng)，對(duì)國(guó)內(nèi)塑料模具生產(chǎn)廠家、塑料加工企業(yè)是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。?
存儲(chǔ)介質(zhì)是數(shù)碼相機(jī)的一個(gè)重要組件，同樣追求更小更輕更易攜帶。目前，常見的移動(dòng)硬盤盒用料一般有塑料、鋁以及鋁鎂合金三種。塑料材料制成的移動(dòng)硬盤盒具有價(jià)格低廉、質(zhì)量孝抗震效果佳的優(yōu)點(diǎn)，但是散熱性能較差，這個(gè)缺點(diǎn)可以通過(guò)設(shè)計(jì)散熱孔來(lái)彌補(bǔ)。另外，在移動(dòng)硬盤盒的殼體安裝防滑塑料墊可以增大殼體的摩擦，防止硬盤盒無(wú)意中從手中脫落，還能起到緩沖的作用。閃存的外殼也有使用工程塑料的，而且它的內(nèi)部材質(zhì)也將向塑料化方向發(fā)展。目前英特爾公司正在加緊開發(fā)一種采用聚酯材料生產(chǎn)的塑料內(nèi)存產(chǎn)品，可能會(huì)替代傳統(tǒng)閃存。它采用3D存儲(chǔ)技術(shù)，數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在成千上萬(wàn)的聚酯層內(nèi)，其成本只有常規(guī)閃存的10%左右，但內(nèi)存容量卻相當(dāng)?shù)拇螅苡惺袌?chǎng)潛力。?
不僅如此，未來(lái)的處理器、內(nèi)存也將是塑料制的。多年以來(lái)，硅晶體一直在電子材料領(lǐng)域居于龍頭老大的霸主地位，新崛起的塑料能夠向硅晶體的霸位發(fā)起沖擊，主要是具有成本優(yōu)勢(shì)，其價(jià)格僅為硅芯片的1%~10%，極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。這對(duì)于那些對(duì)成本比較敏感的消費(fèi)電子產(chǎn)品行業(yè)無(wú)疑是一個(gè)福音。而且塑料的質(zhì)量孝柔韌性好、易成型，它可以比硅制品做得更小，并克服了硅晶體易碎的缺陷。?據(jù)預(yù)測(cè)，到2004年，全球塑料芯片行業(yè)的平均銷售額將達(dá)到100億美元，塑料芯片將成為未來(lái)極有發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮酒?。目前，已有多家IT業(yè)巨頭宣布成立塑料芯片的專門研究機(jī)構(gòu)。如IBM、三菱、日立、朗訊、施樂(lè)、飛利浦公司等，已經(jīng)研制出集成了幾百只電子元器件的塑料芯片樣品，探索出能夠批量生產(chǎn)的集成度較低的塑料芯片，使塑料芯片在將來(lái)能夠與硅芯片平分秋色。
塑料向電子產(chǎn)品領(lǐng)域擴(kuò)展的又一前沿陣地是顯示器產(chǎn)品。在傳統(tǒng)顯示器方面，由于同質(zhì)化情況日趨嚴(yán)重，廠商要提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，設(shè)計(jì)個(gè)性化非常關(guān)鍵。塑料外殼良好的可塑性、鮮艷多姿的色彩為廠家的設(shè)計(jì)提供了更為廣闊的空間。但在外殼塑料模具方面，國(guó)內(nèi)模具還存在著制模周期長(zhǎng)、高精度模具難以生產(chǎn)的缺點(diǎn)。在個(gè)性化顯示器日漸受歡迎的今天，對(duì)國(guó)內(nèi)塑料模具廠家也提出了新的要求。?現(xiàn)在塑料已更深刻地進(jìn)入了顯示器領(lǐng)域，不僅只是用來(lái)制作外殼。飛利浦公司已研制出一種塑料質(zhì)地的計(jì)算機(jī)顯示器，這種顯示器使用具有柔韌性的塑料半導(dǎo)體元器件而不是傳統(tǒng)的硅芯片，每秒更新速度為100次。不過(guò)這種顯示器的清晰度還有待改進(jìn)。?塑料顯示器的出現(xiàn)，使尋找紙張?zhí)娲返墓ぷ魅〉昧司薮筮M(jìn)展。塑料顯示器可以制成輕雹柔軟、便于攜帶和閱讀的“電子紙”，這種“紙”可以方便地更新內(nèi)容，可以被成千次地使用，如傳真、電報(bào)等臨時(shí)需要或閱讀一到兩次就被拋棄的文件，都可以用電子紙來(lái)生成和重新使用，它將顯著地減少辦公室和家庭的紙張消費(fèi)，一旦投入市場(chǎng)，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。?
如今，塑料正越來(lái)越多地滲透到人們生活的方方面面，不斷替代各類傳統(tǒng)材料。在石油、森林等自然資源日益匱乏的今天，發(fā)掘塑料的更多性能對(duì)解決能源問(wèn)題具有重大意義。計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)，這些在幾年前還不為人所知的東西，現(xiàn)在已走進(jìn)了人們的生活。在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，塑料芯片、電子紙也并非不可能像光盤、手機(jī)那樣迅速普及。?
二、模具簡(jiǎn)介及簡(jiǎn)單分類
模具是工業(yè)生產(chǎn)上用以注塑、吹塑、擠出、壓鑄或鍛壓成型、冶煉、沖壓、拉伸等方法得到所需產(chǎn)品的各種模子和工具。簡(jiǎn)而言之，模具就是是用來(lái)成型物品的工具，這種工具有各種零件構(gòu)成，不同的模具由不同的零件構(gòu)成。它主要通過(guò)所成型材料物理狀態(tài)的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)物品外形的加工。
按所成型的材料的不同，模具可分為金屬模具和非金屬模具。金屬模具又分為：鑄造模具（有色金屬壓鑄，鋼鐵鑄造）、和鍛造模具等；非金屬模具也分為：塑料模具和無(wú)機(jī)非金屬模具。而按照模具本身材料的不同，模具可分為：砂型模具，金屬模具，真空模具，石蠟?zāi)＞叩鹊?。其中，隨著高分子塑料的快速發(fā)展，塑料模具與人們的生活密切相關(guān)。塑料模具一般可分為：注射成型模具，擠塑成型模具，氣輔成型模具等等。模具其他分類：合金模具、鈑金模具、塑料模具、沖壓模具、鑄造模具、擠出模具、壓鑄模具、汽車模具、滾絲模具等[1]。
三、注塑模具的地位
由于塑料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、韌性好、耐腐蝕、絕緣性好、易著色、可成型任意形狀、成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此塑料成型模具的塑料制品得到了廣泛的應(yīng)用，塑件已深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門中，零件塑料化的趨勢(shì)不斷加強(qiáng)，并且陸續(xù)出現(xiàn)全塑產(chǎn)品，在很多方面，它已成為金屬制品的替代物。塑料模具作為成型方式中的一種，是家用電器、汽車和航空航天等領(lǐng)域中塑料制品的重要生產(chǎn)工具。由于塑料模具成型方式具有生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可節(jié)約材料及生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，發(fā)展塑料模具工業(yè)已成為當(dāng)代促進(jìn)塑料制品及機(jī)電產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)廉價(jià)生產(chǎn)的重要手段。而注射成型是塑料加工中最普遍采用的方法。注射成型又稱注射模塑或注塑, 是塑料加工中重要的成型方法之一, 其技術(shù)已發(fā)展得相當(dāng)成熟, 且應(yīng)用非常普遍, 注塑制品已占塑料制品總量的30%以上, 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制得的塑料制品數(shù)量之大是其它成型方法望塵莫及的，因此作為注射成型加工的主要工具之一的注塑模具，在質(zhì)量精度、制造周期以及注射成型過(guò)程中的生產(chǎn)效率等方面水平高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新，同時(shí)也決定著企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的反應(yīng)能力和速度。
四、注塑模具制造的特點(diǎn)
⑴型腔及型芯呈立體型面。塑件的外部和內(nèi)部形狀是由型腔和型芯直接成型的，這些復(fù)雜的立體型面加工難度比較大，特別是型腔的盲孔型內(nèi)成型表面加工，如果采用傳統(tǒng)的加工方法，不僅要求工人技術(shù)水平高、輔助工夾具多、刀具多，而且加工的周期長(zhǎng)。
?⑵精度和表面質(zhì)量要求高，使用壽命要求長(zhǎng)。目前一般塑件的尺寸精度要求為IT6~7，表面粗糙度Ra0.2~0.1μm，相應(yīng)的注塑模具零件的尺寸精度要求達(dá)到IT5~6，表面粗糙度Ra0.1μm以下。激光盤記錄面的粗糙度要達(dá)到鏡面加工的水平的0.02~0.01μm這就要求模具的表面粗糙度達(dá)到0.01μm以下。長(zhǎng)壽命注塑模具對(duì)于提高高效率和降低成本是很必要的，目前注塑模具的使用壽命一般要求100萬(wàn)次以上。精密注塑模要用剛度大的模架，增加模板的厚度，增加支承柱或錐形定位元件以防止模具受壓力后產(chǎn)生變形，有時(shí)內(nèi)壓可以達(dá)到100MPa。頂出裝置是影響制品變形和尺寸精度的重要因素，因此應(yīng)該選擇最佳的頂出點(diǎn)，以使各處脫模均勻。高精度注塑模具在結(jié)構(gòu)上多數(shù)采用鑲拼或全拼結(jié)構(gòu)，這要求模具零部件的加工精度、互換性均大為提高。
?⑶工藝流程長(zhǎng)，制造時(shí)間緊。對(duì)于注塑件而言，大多是與其它零部件配套組成完整的產(chǎn)品，而且在很多的情況下都是在其它部件已經(jīng)完成，急切等待注塑件的配套上市。因?yàn)閷?duì)制品的形狀或尺寸精度要求很高，加之由于樹脂材料的特性各異，模具制造完成后，還需要反復(fù)地試模與修正，使開發(fā)和交貨的時(shí)間非常緊張。
?⑷異地設(shè)計(jì)、異地制造。模具制造不是最終目的，而是由用戶提出最終制品設(shè)計(jì)，模具制造廠家根據(jù)用戶的要求，設(shè)計(jì)制造模具而且在大多數(shù)情況下，制品的注射生產(chǎn)也在別的廠家。這樣就造成了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)制造和制品的生產(chǎn)異地進(jìn)行的情況。
?⑸專業(yè)分工，動(dòng)態(tài)組合。模具生產(chǎn)批量小，一般屬于單件的生產(chǎn)，但是模具需要很多的標(biāo)準(zhǔn)件，大到模架，小到頂針，這些不能也不可能只由一個(gè)廠家單獨(dú)完成，且制造工藝復(fù)雜，普通設(shè)備和數(shù)控設(shè)備使用極不均衡。
五、CAD/CAE技術(shù)在注射模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
1、塑料模具CAD 技術(shù)
CAD（Computer Aided Design）技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)輔助人們對(duì)產(chǎn)品或工程進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、繪圖、工程分析與技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱，是一項(xiàng)綜合性技術(shù)。注射模具CAD 大多采用Pro/ E( Engineer)軟件作為產(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)的開發(fā)平臺(tái),Pro/ E 軟件是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng),設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,可對(duì)塑料制品進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)。利用Pro/ E 的Mold design 模塊可進(jìn)行分型面的定義、抽取模具元件生成模具型腔和型芯、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生成模具成型零件的三維實(shí)體模型,利用Pro/ E 系統(tǒng)的布局及裝配模塊,可以進(jìn)行模具的頂出系統(tǒng)和三維的總裝配設(shè)計(jì),并最終利用工程圖模塊生成二維工程圖。其間將使用Pro/ E 的外掛軟件EMX4. 0 來(lái)進(jìn)行模具標(biāo)準(zhǔn)元件的導(dǎo)入,以使設(shè)計(jì)更快速,修改更方便[4]。由于注射模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,要求各部件運(yùn)動(dòng)自如,互不干涉,且對(duì)模具零件的順序動(dòng)作以及行程有嚴(yán)格的控制,Pro/ E 可對(duì)模具開模、合模以及制品被推出的全過(guò)程進(jìn)行仿真,從而檢查出模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理處,并及時(shí)更正,以減少修模時(shí)間。Pro/ E 軟件的這些功能模塊在注射模具設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得更加淋漓盡致。
2、塑料模具CAE 技術(shù)
CAE(Computer Aided Execution) 技術(shù)即計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù),它是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/ 計(jì)算機(jī)輔助制造(CAD/ CAM) 技術(shù)向縱深方向發(fā)展的要求。注塑成型CAE 技術(shù)是根據(jù)高分子流變學(xué)、彈性力學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù),采用有限元計(jì)算方法來(lái)模擬整個(gè)注塑過(guò)程及這一過(guò)程對(duì)注塑成型產(chǎn)品質(zhì)量的影響,它可以模擬塑料制品在注塑成型過(guò)程中的流動(dòng),保壓和冷卻過(guò)程以及預(yù)測(cè)制品中的應(yīng)力分布、分子取向、收縮和翹曲變形等,幫助設(shè)計(jì)人員及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,及時(shí)修改模具設(shè)計(jì),提高一次試模成功率,幫助企業(yè)縮短產(chǎn)品上市周期,增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。美國(guó)上市公司Mudflow 公司是專業(yè)從事注塑成型CAE 軟件和咨詢公司,Mudflow 公司是塑料成型分析軟件的創(chuàng)造者,自1976 年發(fā)行了世界上第一套流動(dòng)分析軟件以來(lái),一直主導(dǎo)著塑料成型CAE 軟件市場(chǎng)。近幾年,在汽車、家電、電子通訊、化工、日用品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)人員的直覺和經(jīng)驗(yàn),模具設(shè)計(jì)加工完以后往往需要經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試與修正才能正式投入生產(chǎn),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后,不僅要重新調(diào)整工藝參數(shù),甚至要修改塑料制品和模具,這種生產(chǎn)方式制約了新產(chǎn)品的開發(fā)。利用CAE(Mudflow) 分析軟件在模具加工之前,在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析,包括填充、保壓、冷卻、翹曲、纖維取向、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、收縮以及氣輔成型和熱固性材料流動(dòng)分析,找出未來(lái)產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷,提高一次試模的成功率,以達(dá)到降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期的目的。塑料模具的設(shè)計(jì)不但要采用CAD 技術(shù),而且還要采用CAE 技術(shù)。這是必然趨勢(shì)[7]。
注塑成型分兩個(gè)階段,即:開發(fā)/ 設(shè)計(jì)階段(包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、模具制造) ;生產(chǎn)階段(包括購(gòu)買材料、試模、成型) 。傳統(tǒng)的注塑方法在正式生產(chǎn)前由于設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)與直覺設(shè)計(jì)模具,模具裝配完畢后,通常需要幾次試模,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后,不僅需要重新設(shè)置工藝參數(shù),甚至還需要修改塑料制品和模具設(shè)計(jì),這勢(shì)必增加生產(chǎn)成本,延長(zhǎng)產(chǎn)品開發(fā)周期。采用CAE 技術(shù),可以完全代替試模,CAE 技術(shù)提供了從制品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的完整解決方案,在模具制造之前,預(yù)測(cè)塑料熔體在型腔中的整個(gè)成型過(guò)程,幫助研判潛在的問(wèn)題,有效地防止問(wèn)題發(fā)生,大大縮短了開發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本。
現(xiàn)代注塑成型CAE 技術(shù)的作用在于:
(1) 優(yōu)化塑料制品設(shè)計(jì)
塑件的壁厚、澆口數(shù)量、位置及流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)等對(duì)于塑料制品的成敗和質(zhì)量關(guān)系重大。以往全憑制品設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì),往往費(fèi)力、費(fèi)時(shí),設(shè)計(jì)出的制品也不盡合理。利用Mudflow 軟件,可以快速地設(shè)計(jì)出最優(yōu)的塑料制品。
(2) 優(yōu)化塑料模設(shè)計(jì)
由于塑料制品的多樣性、復(fù)雜性和設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的局限性,傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)往往要經(jīng)過(guò)反復(fù)試模、修模才能成功。利用mudflow 軟件,可以對(duì)型腔尺寸、澆口位置及尺寸、流道尺寸、冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試模、修模,可大大提高模具質(zhì)量,減少試模次數(shù)。(3) 優(yōu)化注塑工藝參數(shù)
由于經(jīng)驗(yàn)的局限性,工程技術(shù)人員很難精確地設(shè)置制品最合理的加工參數(shù),選擇合適的塑料材料和確定最優(yōu)的工藝方案。Mudflow 軟件可以幫助工程技術(shù)人員確定最佳的注射壓力、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時(shí)間、保壓壓力和保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間等,以注塑出最佳的塑料制品來(lái)。
3、基于CAD/ CAE 技術(shù)的注射模設(shè)計(jì)流程
運(yùn)用CAD/ CAE 軟件設(shè)計(jì)注射模的具體步驟如下。(1) 應(yīng)用Pro/ E 軟件完成制品的造型。(2) 成型方案確定后,可進(jìn)行澆口分析,得出最佳澆口位置。(3) 模具初始方案的設(shè)計(jì),包括型腔數(shù)目、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)。(4) 在模具初始方案確定后,用Moldflow 軟件進(jìn)行流動(dòng)、保壓、冷卻和翹曲等分析,以確定合適的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。如果分析結(jié)果不能滿足生產(chǎn)要求,那么可根據(jù)用戶的要求修改注射制品的結(jié)構(gòu)或修改模具的設(shè)計(jì)方案。(5) 在完成CAE 分析和方案評(píng)價(jià)后,可用Pro/ E 軟件進(jìn)行模具的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(6) 模擬模具開模、推件、合模的過(guò)程,并進(jìn)行模具的干涉檢查。(7) 加工信息的提取,用CAM 軟件進(jìn)行數(shù)控加工模擬和自動(dòng)生成型腔、型芯的NC 代碼。如需要,完成三維圖向二維工程圖的轉(zhuǎn)換[6]。
六、塑料注射模具的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
從總體看, 塑料注射模具的基本發(fā)展趨勢(shì)是朝高效率、高精度、高壽命方向發(fā)展。
為提高塑料制品生產(chǎn)效率, 在模具結(jié)構(gòu)上將向多型腔、自動(dòng)裝卸料、節(jié)能省料方向發(fā)展。日本、德國(guó)已普遍采用熱固性注塑模和低壓傳遞模, 一模多腔, 型腔數(shù)可有幾個(gè), 幾十甚至上千個(gè)。為了充分發(fā)揮注塑機(jī)的潛力, 發(fā)展了多層多腔模具, 多工位多腔模具。熱流道模具應(yīng)用范圍正在逐漸擴(kuò)大。已發(fā)展應(yīng)用于微型注射件, 熱敏性材料的注射成型等等, 以及多層多腔注射模, 熱流道裝置已成為專門的商業(yè)產(chǎn)品。測(cè)溫控制系統(tǒng)的發(fā)展改善了注射件的尺寸精度和成型效率。冷卻系統(tǒng)不單對(duì)型腔進(jìn)行冷卻, 對(duì)滑塊、型芯都進(jìn)行冷卻, 從而構(gòu)成空間的立體冷卻系統(tǒng)。這些技術(shù)的應(yīng)用, 解決了注射成型中模溫、模壓、溢料等問(wèn)題, 使產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力分布趨于合理, 減少了廢品率。
在設(shè)計(jì)方法上, 用計(jì)算機(jī)模擬塑料成型時(shí)的料流速度, 溫度控制, 流動(dòng)方式以及應(yīng)力場(chǎng)的分布等, 使模具達(dá)到最優(yōu)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)選擇, 得到最佳的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng), 減少反復(fù)試模的工作量。在加工技術(shù)上, 機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)日益密切結(jié)合, 更多地采用數(shù)控、數(shù)顯、計(jì)算機(jī)控制, 如采用數(shù)控銑床、光學(xué)曲線磨床、高精度電火花加工機(jī)床和精密鏗床、數(shù)控雕刻機(jī)等高精度、高效率的加工設(shè)備。這使模具精度越來(lái)越多地由設(shè)備來(lái)保證, 減少了對(duì)人工技巧的依賴性。日本數(shù)控機(jī)床占整個(gè)機(jī)床的比例在2000年就達(dá)到了86.8%, 美國(guó)有1/3的模具制造廠擁有數(shù)控機(jī)床。一種連續(xù)軌道座標(biāo)磨床不僅能加工圓孔, 還可磨削任意形狀的凸模和凹模, 其定位精度很高, 己使立式座標(biāo)鍵床退居次要地位。新型電加工工藝已發(fā)展成為一種與其它工藝相結(jié)合的復(fù)合加工工藝。實(shí)現(xiàn)高層次的自動(dòng)化是目前電火化加工的一個(gè)發(fā)展方向。噴霧電火花加工也是新近發(fā)展起來(lái)的電火花加工技術(shù)。這種新加工方法, 對(duì)改變電火花加工后材料表面的金相屬性有重要意義, 在實(shí)際應(yīng)用中有較大的價(jià)值。
數(shù)控仿形銑床是近年來(lái)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家較多采用的型腔加工設(shè)備, 其使塑料模具的加工在質(zhì)量上拼效率上產(chǎn)生了一個(gè)飛躍。激光加工技術(shù)也廣泛用子塑料模具的制造。美國(guó)一公司開發(fā)了一種適用子多種材料加工的激光雕刻機(jī), 按計(jì)算機(jī)設(shè)定的各種文字、模型或符號(hào), 能雕刻鋁、鋼、陶瓷、欽及各種軟硬質(zhì)材料。在測(cè)量方面采用三座標(biāo)測(cè)量機(jī)、大型工具顯微鏡、數(shù)顯高度尺, 光學(xué)投影比較儀等精密測(cè)量?jī)x。微機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)廣泛用于精密測(cè)量。我國(guó)在這方面寫國(guó)外相差甚遠(yuǎn), 目前主要以卡尺、千分表等手動(dòng)測(cè)量工具進(jìn)行直接接觸測(cè)量, 除隨機(jī)誤差外, 量具的示值誤差也很大, 這很難適應(yīng)復(fù)雜型腔高精度尺寸要求的模具零件的檢測(cè)。模具鋼材的發(fā)展方向是開發(fā)新型耐磨, 耐腐蝕、易切削、拋光性好的塑料模具用鋼。材料熱處理工藝的發(fā)展方向是真空熱處理和模具的型腔表面強(qiáng)化處理提高模具型腔鋼材的基體強(qiáng)度、剛度和韌性提高模具型腔表面強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、提高模具壽命。
近年來(lái), 將粉末冶金材料鎢、鉻、鉆合金等用模壓成型直接制成塑料模型腔的方法漸被采用。這種方法制得的型腔有較高的耐磨性和抗腐蝕性, 以及較好的傳熱性和抗壓性, 是制作多型腔模具的理想構(gòu)料。我國(guó)模具材料及應(yīng)用技術(shù)較落后,塑料模具的設(shè)計(jì)、制造水平僅相當(dāng)于先進(jìn)工業(yè)國(guó)家年代中期的水平熱處理工藝還停留在采用普通熱處理方式, 真空熱處理工藝尚不完善。為使我國(guó)模具工業(yè)有較大發(fā)展, 除加強(qiáng)加工與檢測(cè)設(shè)備的研究外, 對(duì)材料及其處理工藝的研究也應(yīng)得到足夠的重視。
總 結(jié)
在信息社會(huì)和經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展的進(jìn)程中 ,模具行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)快速方面發(fā)展 ,技術(shù)含量不斷提高 ,模具生產(chǎn)向著專業(yè)化、信息化、數(shù)字化、無(wú)圖化、精細(xì)化、自動(dòng)化方面發(fā)展;模具業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營(yíng)國(guó)際化方向發(fā)展。
針對(duì)我國(guó)模具工業(yè)的現(xiàn)狀 ,通過(guò)進(jìn)一步搞好模具行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和創(chuàng)新 ,抓住我國(guó)模具價(jià)格較低的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),大力提高模具的開發(fā)效率 ,增加大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命等技術(shù)含量高的中高檔模具的比例 ,今后我國(guó)模具技術(shù)的研究重點(diǎn)和主要發(fā)展方向應(yīng)該是 :
( 1)高速、高精、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具加工技術(shù)的研究與應(yīng)用。例如超精沖壓模具制造技術(shù)、精密塑料和壓鑄模具制造技術(shù)等 ;
( 2)優(yōu)質(zhì)模具材料的研制和正確選用 ,以及先進(jìn)表面加工和處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 ;
( 3)模具專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展及進(jìn)一步推廣應(yīng)用 ;
( 4)快速成型與快速制模 (RP/RT)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 ;
( 5)CAD、CAM、CAE的廣泛應(yīng)用及其軟件的不斷先進(jìn)和 CAD/CAE/CAM技術(shù)的進(jìn)一步集成化、一體化、智能化,從而提高模具設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化、信息化和標(biāo)準(zhǔn)化水平。
隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，CAD/CAE/CAM 技術(shù)也日臻成熟，其現(xiàn)代模具中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛?？梢灶A(yù)料不久的將來(lái)，模具制造業(yè)將從機(jī)械制造業(yè)中分離出來(lái)，而獨(dú)立成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的支柱產(chǎn)業(yè)，與此同時(shí)，也進(jìn)一步促進(jìn)了模具制造技術(shù)向集成化、智能化、益人化、高效化方向發(fā)展。
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