【正文】 等非金屬材料的成形加工也多是依靠模具。少無(wú)切削加工是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向，而模具是利用壓力加工實(shí)現(xiàn)無(wú)切削工藝的關(guān)鍵。模具成形有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗和低成本等特點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)：依靠模具加工的產(chǎn)品和零件，電行業(yè)占 80%，機(jī)電行業(yè)占 70%以上。輕工、軍工、冶金及建材等行業(yè)大部分產(chǎn)品和生產(chǎn)都離不開(kāi)模具 [3]。 1）注射模的現(xiàn)狀 塑料制品在人們的日常生活中及現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到日益廣泛的應(yīng)用。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)塑料制品的需求愈來(lái)愈大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中， 60%～ 90%的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具加工，模具工業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ) [2]。而塑料注射模在模具中所占的分量越來(lái)越大，其發(fā)展也非常迅速，大有凌駕其它模具之上的趨勢(shì)。專家預(yù)測(cè)，在未來(lái)的模具市場(chǎng)中，塑料模具在模具總量中的比例將逐步提高，且 發(fā)展速度將高于其他模具。 一般來(lái)說(shuō)，國(guó)外的模具工業(yè)起步比較早，發(fā)展也比較靠前，技術(shù)也比較成熟 ,現(xiàn)在注塑成型技術(shù)在向多工位、高效率、自動(dòng)化、連續(xù)化、低成本方向發(fā)展。例如： (1)混煉與注塑成型組合技術(shù)的應(yīng)用， WP公司將雙螺桿聚合物玻纖混煉技術(shù)與活塞注塑成型技術(shù)組合，把多相體系共混與注塑組合成連續(xù)成型過(guò)程 [2]。 (2)多工位、連續(xù)注塑技術(shù)的應(yīng)用。德國(guó) FOBOHA 公司 4 工位雙機(jī)注塑成型 64件雙色塑料制品技術(shù)， 4 個(gè)側(cè)面各有 64 個(gè)陽(yáng)模的結(jié)構(gòu)居中并可轉(zhuǎn)動(dòng)，兩側(cè)各配有 1套陰模和 1 臺(tái)注塑機(jī)，每次轉(zhuǎn)動(dòng) 90 度后合模， 2 臺(tái)注塑機(jī)同 時(shí)注塑。如果注塑 2種不同材料或雙色制品，每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，這套設(shè)備可注塑成型 64個(gè)制品。意大利PRESMA 公司的 10 工位 EVA 交聯(lián)發(fā)泡注塑機(jī)組，由 1 臺(tái)注塑機(jī)和沿圓周排列的 10套注塑模具組成，這 10 個(gè)模具依次被移動(dòng)到注塑機(jī)前進(jìn)行注塑成型，被注塑后的模具在移動(dòng)中需要完成定型、開(kāi)模、取出制品、合模的工序，這些工序全部由電腦自動(dòng)控制。這套交聯(lián)發(fā)泡注塑機(jī)組將中型塑料制品注塑成型過(guò)程連續(xù)化，提高了注塑機(jī)的生產(chǎn)效率 [2]。法國(guó) BILLION 公司雙注塑、可旋轉(zhuǎn)模具注塑技術(shù)，將2個(gè)陽(yáng)模平行放置在 1 個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的支架結(jié)構(gòu)上， 2臺(tái)注塑機(jī)同 時(shí)向各自對(duì)應(yīng)的模具內(nèi)注塑不同物料，然后開(kāi)模，陽(yáng)模支架整體向前移動(dòng)后旋轉(zhuǎn) 180 度，其中 1個(gè)陽(yáng)模上的雙色制品被取出，進(jìn)行下次注塑工作。這套雙注塑設(shè)備提高了連續(xù)化程度和設(shè)備操作空間的緊湊性。 (3)子母螺桿注塑成型技術(shù)的應(yīng)用。 INSHOT 公司推出的子母螺桿雙色注塑技術(shù)，可以被稱作是共注塑成型技術(shù)的一次重大突破。這臺(tái)注塑成型設(shè)備主要是由 1個(gè)機(jī)筒、 2個(gè)子母螺桿和 2套傳動(dòng)系統(tǒng)組成。將大螺桿的空腔作為小螺桿的機(jī)筒組成了子母螺桿，這兩個(gè)螺桿各自的轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)由2個(gè)獨(dú)立的傳動(dòng)系統(tǒng)控制，注塑模具的結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，極大地降低了共注塑 成型技術(shù)所需的設(shè)備成本。另外，國(guó)外在壓塑成型和吹塑成型自動(dòng)化和連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)方面也有很大的進(jìn)展。如意大利薩克米公司的連續(xù)快速壓蘇瓶蓋成型機(jī)，主要是由 1 臺(tái)片材擠出機(jī)、自動(dòng)切片機(jī)構(gòu)、配有 64套瓶蓋壓塑模具的快速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。擠出片材被切下落到陰模中，陽(yáng)模與陰模合模，定型后開(kāi)模，由一個(gè)搓動(dòng)機(jī)構(gòu)將陽(yáng)模上的瓶蓋取出。這臺(tái)設(shè)備每分鐘最快可制成 1200 個(gè)塑料瓶蓋，生產(chǎn)效率之高是目前在國(guó)內(nèi)難以見(jiàn)到 [2]。 相比而言， 國(guó)內(nèi)相塑料模具就比國(guó)外落后得多，目前大多用的是單型腔，簡(jiǎn)單型腔的模具達(dá) 70％以上，仍占主導(dǎo)地位 ， 一模多腔精密 復(fù)雜的塑料注射模，多色塑料注射模已經(jīng)能初步設(shè)計(jì)和制造 ，但是 有很多精密的模具都要靠進(jìn)口。不過(guò)，我國(guó)模具從開(kāi)始起步到現(xiàn)在有經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，模具 工業(yè) 有了很大的發(fā)展， 1999 年我國(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值為 245 億，至 2021 年我國(guó)模具總產(chǎn)值約為 360億元 ， 其中塑料模約 30%左右 ， 年均增速均為 13%。模具制造水平也有了很大的提高， 在大型模具方面已能生產(chǎn) 48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑 封模具。如天津津榮天和機(jī)電有限公司和煙臺(tái)北極星模具有限公司制造多腔 VCD 和 DVD 齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動(dòng)等要求都達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設(shè)計(jì)軟件，糾正了由于成型收縮造成齒形誤差，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為 的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門(mén)窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達(dá) ～，表面粗糙度 ，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達(dá) 10～ 30萬(wàn)次，淬火鋼模達(dá) 50～ 1000 萬(wàn)次，交貨期較 以前縮短，但和國(guó)外相比仍有較大差距。成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新方面也取得較大進(jìn)展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在 29～ 34 英寸電視機(jī)外殼以及一些厚壁零件的模具上運(yùn)用氣輔技術(shù)，一些廠家還使用了 CMOLD 氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設(shè)備及技術(shù)。熱流道模具開(kāi)始推廣，有的廠采用率達(dá) 20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的 高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達(dá)不到 10%，與國(guó)外的 50%～ 80%相比，差距較大 [2]。 2）注射模具國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 近年來(lái) ,隨著塑料工業(yè)突飛猛進(jìn)地向前發(fā)展 ,模具設(shè)計(jì)和制造工業(yè)也發(fā)生了根本的變化 .高效率、自動(dòng)化、大型、超小型、高精度、高壽命的模具在整個(gè)模具產(chǎn)量中所占的比例越來(lái)越大。據(jù)統(tǒng)計(jì) ,汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)電器、儀器儀表、自行車、電冰箱、電風(fēng)扇等，分別有 60%、 85%和 92%以上的零件用模具進(jìn)行成型加工。模具生產(chǎn)的費(fèi)用將占產(chǎn)品成本的 10%30%且逐步提高。因此日本稱模具是進(jìn)入“富裕社會(huì)的 原動(dòng)力” 德國(guó)稱為“金屬加工中的帝王”工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)已成為獨(dú)立的行業(yè)，把模具技術(shù)水平作為國(guó)家機(jī)械制造工藝水平的重要標(biāo)志之一。而國(guó)內(nèi)塑料塑件在人們的日常生活中及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中占有很重要的地位。采用模具成型的工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝，可以提高生產(chǎn)效率，保證零件質(zhì)量，節(jié)約材料，降低生產(chǎn)成本，從而取得很高的生產(chǎn)效率。因此，在機(jī)電、儀表、化工、汽車和航天航空等領(lǐng)域，塑料已成為金屬的良好代用材料并得到了廣泛的應(yīng)用，出現(xiàn)了金屬材料塑料化的趨勢(shì)。作為最有效的塑料成型方法之一的注射成型技術(shù)具有可以一次成型各種結(jié) 構(gòu)復(fù)雜和尺寸精密的塑件。成型周期短、生產(chǎn)率高、大批生產(chǎn)時(shí)成本低廉、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此，世界塑料成型模具產(chǎn)量中約半數(shù)以上是注射模具 [2]。 近幾年來(lái)， 在我國(guó)其發(fā)展速度之快、需求量之大是前所未有的 ，但總體上與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比仍有較大的差距。目前，我國(guó)模具工業(yè)的當(dāng)務(wù)之急是加快技術(shù)進(jìn)步，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加高檔模具的比重，質(zhì)中求效益，提高模具的國(guó)產(chǎn)化程度，減少對(duì)進(jìn)口模具的依賴。 未來(lái)國(guó)內(nèi)外塑性模具的制造技術(shù)和成型技術(shù)有如下發(fā)展趨勢(shì)： 1)在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)； 2)高速 銑削加工將得到更廣泛地應(yīng)用； 3)在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、注射成型和高壓注射成型技術(shù)； 4)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率； 5)研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程； 6)虛擬技術(shù)將得到發(fā)展； 7)模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展。廣泛應(yīng)用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，逐步走向集成化的方向發(fā)展。 2 茶杯蓋制件分析 一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在國(guó)際上比較經(jīng)典的塑料模具設(shè)計(jì)步驟如下： （ 1）首先了解塑料制品所用塑料的品種、塑料的特性、收縮率及塑料流動(dòng)特性等。 （ 2）對(duì)塑料制品進(jìn)行工藝分析，著 重分析塑料制品的結(jié)構(gòu)合理性及成型條件等。 （ 3）根據(jù)塑料制品的重量和塑料制品投影面積及模具結(jié)構(gòu)類型等，選擇合適的注射成型機(jī)。 （ 4）進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 4）進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）選擇塑料制品成型位置和模具分型面 ； 2）確定型腔數(shù)目和排列方式 ； 3）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) ； 4）成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ； 5）抽芯機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ； 6）加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) ； 7）繪制模具結(jié)構(gòu)圖。 塑件分析 制件三維實(shí)體模型如右圖所示，材料為 ABS， 密度為，收縮率 %%取 %，由 Pro/e 計(jì)算可得，單個(gè)制件的體積為 。 ABS 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。每種單體都具有不同特性 ,丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性 、 抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強(qiáng)度。 單件體積為 ,總高 54mm,徑向最大長(zhǎng)度近 100mm，厚度 10mm,內(nèi)部有螺紋， 該塑件茶杯蓋如圖 11所示。 ABS 具有如下特性 [1]： 圖 11 茶杯蓋 (1).綜合性能較好，沖擊強(qiáng)度較高，化學(xué)穩(wěn)定性，電性能良好； (2).與 372 有機(jī)玻璃的熔接性良好，制成雙色塑件，且可表面鍍鉻，噴漆處理； (3).有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強(qiáng)、透明等級(jí)別； (4).流動(dòng)性比 HIPS 差一點(diǎn)，比 PMMA、 PC 等好，柔韌性好，適于制作一般機(jī)械零件，減磨耐磨零件 。 ABS成型的工藝條件見(jiàn)下表： 預(yù)熱溫度 80～ 85186。C 注射溫度 20～ 90186。C 料筒前段溫度 150～ 170 186。C 預(yù)熱時(shí) 間 2～ 3h 高壓時(shí)間 0～ 5s 料筒中段溫度 165～ 180 186。C 噴嘴溫度 170～ 180 186。C 冷卻時(shí)間 2～ 120s 料筒后段溫度 180～ 200 186。C 模具溫度 50～ 80 186。C 總周期 5～ 220s 在 PRO/E 的零件（ Part）模塊中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建茶杯蓋的實(shí)體模型，如圖21 所示。 圖 21 茶杯蓋三維圖 3 茶杯盒蓋的注塑模具設(shè)計(jì) 分析茶杯蓋的結(jié)構(gòu)，由于其內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，則設(shè)計(jì)必須采用側(cè)抽心機(jī)構(gòu)， 為保證其表面質(zhì)量，采用點(diǎn)澆口澆注 。 方