【文章內(nèi)容簡介】 模具協(xié)會會員 。整體而言，臺灣模具產(chǎn)業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機械性能，加工技術，檢測能力的提升，以及計算機輔助設計，臺灣模具廠商供應對象已由傳統(tǒng)的民用家電，五金業(yè)和汽機車運輸工具業(yè)，提升到計算機與電子，通信與光電等精密模具，并發(fā)展出汽機車用大型鈑金沖壓，大型塑料射出及精密鍛造等模具。 世界五大塑料生產(chǎn)國的產(chǎn)能狀況 美國塑料 (原料 )的產(chǎn)量多年來一直雄居各國之首。早在 80年代前期，美國塑料產(chǎn)量就已達 2020 萬噸之多， 1986 年增至 23l0 萬噸，占全球總產(chǎn) 量 8100噸的 ％，此后美國塑料產(chǎn)量繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn)定增長之勢， 1988 年、 1990 年、1992 年、 1994 年、 1996 年和 1998 年分別增加到 2710 萬噸、 2810 萬噸、 3010河南理工大學畢業(yè)設計（論文） 6 萬噸、 3410 萬噸、 4000 萬噸和 4360 萬噸，占世界總產(chǎn)量的比例從 1996 年起提高到 30％以上。 2020 年美國塑料產(chǎn)量為 4170 萬噸，其中以聚乙烯為最多，達 1500 多萬噸。其次分別是氯乙烯 650 萬噸、聚丙烯 720 萬噸、聚苯乙烯對酞酸脂 320 萬噸、聚苯乙烯 280 萬噸。國內(nèi)塑料消費量 (產(chǎn)量 +進口量一出口量 )，美國也是全球最多的。美國 的全部塑料消費量 2020 年為 4280 萬噸。美國人均塑料消費量也是很高的， 2020 年為 159 公斤， 2020年略減為 155公斤 ，居全球第 3 位。美國現(xiàn)有各種大小塑料企事業(yè)單位 1 萬多家，其中職工人數(shù)少于 50 人的占總數(shù)的 53％， 50~l00 人的占 21％， 100~500 人的占 23％，超過 500 人的占近 4％，職工總數(shù)近 90 萬人。在美國塑料制品加工業(yè)的就職人數(shù)達 110萬， 2020 年的出貨金額為 2150 億美元，人均出貨金額為 195 美元。 德國是世界最大的塑料 (原料 )生產(chǎn)國之一，上世紀 90 年代初的 1991 年、1992 年和 1993 年，德國塑料產(chǎn)量都為 990 多萬噸， 1994 年 達到 超過 1000萬噸的 1110 萬噸． 1998 年達近 1300 萬噸， 1999 年為近 1400 萬噸， 2020 年增至 1550 萬噸，超過日本為世界第 2 大塑料生產(chǎn)國， 2020 年上升為 1580 萬噸， 2020 年已過 1600 萬噸。 2020 年德國生產(chǎn)的種種塑料原料中，聚乙烯為285 萬噸 (低密度聚乙烯 160 萬噸，高密度聚乙烯 125 萬噸 )，氯乙烯 175 萬噸，聚丙烯 160 萬噸。德國 2020 年的國內(nèi)塑料消費量為 1280 萬噸，其中聚乙烯265 萬噸，聚丙烯 155 萬噸．氯乙烯 152 萬噸。德國人均 塑料消費量 2020 年為 160 公斤，在世界上僅少于比利時的 172 公斤，高于美國的 155 公斤，排在世界第 2 位。德國塑料制品加工業(yè)的職工總計有近 30 萬人， 2020 年的出貨金額為 360億美元，人均 126 美元。德國塑料制品加工企業(yè)中職工少于 50人的占 44％， 50~100 人的占 28％， 100~500 人的占 25％， 500 人以上的占 4％。 中國塑料工業(yè)多年持續(xù)高速增長， 1991 年產(chǎn)量僅為 250 萬噸， 1995 年增為 350 萬噸， 1998 年超過 700 萬噸，到 2020 年已增達約 1400 萬噸，超過日本而成為世界第 3 大塑料原料生產(chǎn)國。 中國今年塑料制品市場將持續(xù)走強，在包裝、工程、建材、農(nóng)用和日用塑料制品等各個領域都將有較大幅度的增長，需求量將超過 2500 萬噸。其中包裝塑料制品今年需求量將超過 850 萬噸，工程塑料制品需求量將達 400 萬噸左右，建材塑料制品需求量將達 300萬噸河南理工大學畢業(yè)設計（論文） 7 以上，農(nóng)用塑料制品需求量將在 500 萬噸左右，日用塑料制品需求量約為 80萬噸左右。 日本在很長的時期內(nèi)都是僅次于美國的世界第 2 大塑料生產(chǎn)國。一直到1997 年，日本塑料產(chǎn)量曾經(jīng)連續(xù)多年增長，年產(chǎn)量在 70 年代中期就已達 500多萬噸， 1987 年突破 1000 萬噸， 1991 年達約 1300 萬噸， 1992 年和 1993 年因受日本經(jīng)濟下滑的影響，產(chǎn)量略有減少，分別降至 1258 和 1225 萬噸。從1994 年起產(chǎn)量再度增長， 1994 年、 1995 年和 1996 年分別回升到 1300 萬噸、1400 萬噸和 1470 萬噸， 1997 年的產(chǎn)量又比上年增長 ％，達到 1521 萬噸，首次超過 1500 萬噸。但這種增勢在 1998 年受到遏制，產(chǎn)量大幅度減少。 1998年，日本塑料產(chǎn)量為 1390 萬噸，比上年減少了 ％。 1999 年和 2020 年日本塑料產(chǎn)量分別回升到 1432 萬噸和 1445 萬噸，但仍遠未恢復到 1997 年的水平。 2020 年和 2020 年日本塑料產(chǎn)量再度下降至 1400 萬噸以下的 1364 萬噸和 1361 萬噸。 2020 年日本塑料 (原料 )產(chǎn)量減為 1361 萬噸。而中國則增為 1366萬噸，日本又退居第 4 位。 韓國塑料產(chǎn)量增長十分迅速， 1986 年超過 200 萬噸， 1990 年增達 300萬噸， 1992 年突破 500萬噸， 1994 年、 1996 年和 1997 年分別上升到 600 多萬噸、 700 多萬噸和 800 多萬噸， 1998 年產(chǎn)量增至 850 萬噸， 1999 年突破 900萬噸， 2020 年達 1200 萬噸，躋身于世界 5 大塑料生產(chǎn)國之列。韓國塑料原料產(chǎn)品中以聚乙烯居 首， 2020 年產(chǎn)量為 340 萬噸 (低密度聚乙烯 160 萬噸，高密度聚乙烯 180 萬噸 )，聚丙烯以 238 萬噸排在第 2 位，其次分別是聚酯161 萬噸、氯乙烯 124 萬噸、 ABSAS 樹脂 86 萬噸、聚苯乙烯 77 萬噸。韓國國內(nèi)塑料消費量 2020 年 420 萬噸，只相當于產(chǎn)量的 1/3 略高。人均塑料消費量 2020 年為 106 公斤，韓國塑料制品加工業(yè)的職工總數(shù) 2020 年為 萬人，出貨金額為 85 億美元，人均 276 美元。 塑料產(chǎn)量位居世界前 10名的國家和地區(qū)還有法國 660 萬噸、比利時 600萬噸、中國臺灣 598 萬噸、加拿大 432 萬噸和意大 利 385 萬噸 (均為 2020 年產(chǎn)量 )。 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 河南理工大學畢業(yè)設計（論文） 8 20 世紀 80 年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以 15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成 為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。 中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn) 48（約 122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具， 大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面， 已 能生產(chǎn)照相機塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技術，模具的電加工和數(shù)控加工技術，快速成型與快速制模技術，新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量 和縮短模具設計制造周期等方面 做 出了貢獻。 盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，每年仍需進口 10 多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應在以下幾方面進行不斷的技術創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。 （ 1） 注重開發(fā)大型，精密，復雜模具；隨著我國轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。 （ 2） 加強模具標準件的應用；使用模具 標準件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質(zhì)量。因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。 （ 3） 推廣 CAD/CAM/CAE 技術；模具 CAD/CAM/CAE 技術是模具技術河南理工大學畢業(yè)設計（論文） 9 發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具 CAD/CAM/CAE 技術是模具設計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設計制造水平。 （ 4） 重視快速模具制造技術，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術，高速銑削加工技術，以及自動研磨拋光技術將在模具制造中獲得更為廣泛的應用。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文） 10 2 注射?？尚行苑治? 注射模設計的特點 塑料注射 模具 能一次性地成型形狀復雜、尺寸精確 和 嵌件的塑料制品。在注射模設計時。必須充分注意以下三個特點： （ 1） 注射 熔體大多屬于假塑料液體，能剪切變稀。它的流動性依賴于物料品種、剪切速率、溫度和壓力。因此須按其流變特性來設計澆注系統(tǒng)，并校驗型腔壓力及鎖模力。 （ 2）視注射模為承受很高型腔壓力的耐壓容器。應在正確估算模具型腔壓力的基礎上，進行模具的結構設計。為保證模具的閉合、成型、開模、脫模和側(cè)抽芯的可靠進行，模具零件和塑件的剛度與強度等力學問題必須充分考慮。 （ 3）在整個成型周期中，塑件 — 模具 — 環(huán)境組成了一個動態(tài)的熱平衡系統(tǒng)。將塑件和金屬模的傳熱學原理應用于模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計，以確保制品質(zhì)量和最佳經(jīng)濟指標的實現(xiàn)。 注射模組成 凡是注射模，均可分為動模和定模兩大部件。注射充模時動模和定模閉合，構成型腔和澆注系統(tǒng)；開模時定模和動模分離，取出制件。定模安裝在注射機的固定板上，動模則安裝在注射機的移動模板上。根據(jù)模具上各個零件的不同功能，可由下 一 個系統(tǒng)或機構組成。 （ 1）成型零件 指構成型腔，直接與熔體相接觸并成型塑料制件的零件。通常有凸模、型芯 、成型桿、凹模、成型環(huán)、鑲件等零件。在動模和動模閉合后，成型零河南理工大學畢業(yè)設計（論文） 11 件確定了塑件的內(nèi)部和外部輪廓尺寸。 （ 2）澆注系統(tǒng) 將塑料熔體由注射機噴嘴引向型腔的流道稱為澆注系統(tǒng)，由主流道、分流道、澆口和冷料井組成。 （ 3）導向與定位機構 為確保動模與定模閉合時，能準確導向和定位對中，通常分別在動模和定模上設置導柱和導套。深腔注射模 必 須在主分型面上設置錐面定位，有時為保證脫模機構的準確運動和復位，也設置導向零件。 （ 4）脫模機構 是指模具開模過程的后期，將塑件從模具中脫出的機構。 （ 5）側(cè)向分型抽芯機構 帶有側(cè)凹或側(cè)孔的塑 件，在被脫出模具之間，必須先進行側(cè)向分型或拔出側(cè)向凸?；虺槌鰝?cè)型芯。 （ 6）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 為了滿足注射工藝對模具溫度的要求 ， 模具設有冷卻或加熱的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。模具冷卻，一般在模板內(nèi)開設冷卻水道，加熱則在模具內(nèi)或周邊安裝點加熱元件，有的注射模須配備模溫自動調(diào)節(jié)裝置。 （ 7）排氣系統(tǒng) 為了在注射充模過程中將型腔內(nèi)原有氣體排出，常在分型面處開設排氣槽。小型腔的排氣量不大，可直接利用分型面排氣，也可利用模具的頂桿或型芯與配合孔之間間隙排氣。大型注射模須預先設置專用排氣槽。 塑料風葉設計與分析 風葉是利用一定 空間曲面的葉片，通過主體的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風能。以前，大都是采用金屬片材，經(jīng)過模壓制成風葉片。然后與風葉主體固定安裝成風葉。由于模壓葉片和裝配等方面的原因，往往風葉的靜、動平衡難以達到設計要求。經(jīng)過較長時間的，由于涂層刮傷或脫落，以產(chǎn)生銹蝕，而且風葉的顏色單調(diào)，色澤不佳，不適合現(xiàn)代化（賓館，大廈）等的通風排氣和生活的河南理工大學畢業(yè)設計（論文） 12 需要。塑料風葉的優(yōu)點在與：可以一次注射成型，不須裝配、校正，省能省電；重量輕、慣性小，色彩豐富，色澤好，具有良好的動平衡性（塑料風葉葉片良好的彈性，在高速旋轉(zhuǎn)過程中能適度地自動調(diào)節(jié)葉片的相對位置，使葉片處于良好的平衡狀態(tài)）和裝潢效果。 圖 21 風扇立體圖 塑料風葉如圖 21 所示與金屬材料風葉設計有相似的一面，但差異也很大，這是塑料本身和注射成型特點所決定的，由于風葉葉面是空間曲面，設計時應考慮模具的制造技術和制造能力，嚴格說，風葉葉片的形狀應根據(jù)空氣動力學原理來設計，但這樣設計會使葉片形狀復雜，給模具設計與制造帶來困難，一般塑料風葉設計在保證一定風量情況下，采用簡化設計風葉葉片的方法，如采用空間螺旋面、模擬曲面等。葉片的厚度應內(nèi)厚外薄，逐漸過渡，以提高葉片的結 構強度和剛度保證使用性能。主體部分設計要保證風葉的安裝和定位，因此中心軸設計有嵌件，并且輪轂外還設計了一個安裝定位河南理工大學畢業(yè)設計（論文） 13 的缺口。 注塑成型工藝簡介 注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機的料斗送入高溫的機筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流