【文章內容簡介】 業(yè)人員100多萬； 2020 年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值達 470 億圓人民幣，中國模具工業(yè)的技術水平取得了長足的進步。目前，中國的模具總量僅次于日本、美國，位居世界第三。國民經(jīng)濟的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，巨大的市場需求推動著中國模具工業(yè)更快地發(fā)展 。 2020 年中國制造業(yè)對模具的市場需求量約為 570 億元人民幣，并以每年 10%以上的速度增長。對于大中型、精密、復雜、長壽命模具需求的增長將遠超過每年 10%的增幅。 特別是塑料模具的飛速發(fā)展，使整個社會受益匪淺?，F(xiàn)在塑料模具已經(jīng)成為 3大模具之一，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。塑料制品質量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低，模具因素約占 80%。由此可知，塑料模具的設計技術與制造水平，在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)發(fā)展的程度。以模具的使用角度，要求高效率、自動化、操作簡便；從模具制造的角度，要求結構合理、制造容易、成本低廉。 在現(xiàn)代塑料制品生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具是必不可少的三項重要因素，尤其是對實現(xiàn)塑料加工工藝要求、塑料制件使用要求和造型設計起到了重要作用。高效的全自動的設備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其效能，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具制造和更新為前提。而成型塑料制品的模具叫做塑料模具。而對于塑料模具的要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面均能滿足使用要求的優(yōu)質制品。 塑料模的功能 2 模具是利用其特定形狀去成型具有一定型狀和尺寸的制品的工具，按制品所采用的原 料不同，成型方法不同，一般將模具分為塑料模具，金屬沖壓模具，金屬壓鑄模具，橡膠模具，玻璃模具等。因人們日常生活所用的制品和各種機械零件，在成型中多數(shù)是通過模具來制成品，所以模具制造業(yè)已成為一個大行業(yè)。在高分子材料加工領域中 ,用于塑料制品成形的模具 ,稱為塑料成形模具 ,簡稱塑料模 .塑料模優(yōu)化設計 ,是當代高分子材料加工領域中的重大課題。 塑料制品已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和日常生活等方面獲得廣泛應用。為了生產(chǎn)這些塑料制品必須設計相應的塑料模具。在塑料材料、制品設計及加工工藝確定以后，塑料模具設計對制品質量與產(chǎn)量，就決定 性的影響。首先，模腔形狀、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、進澆與排氣位置選擇、脫模方式以及定型方法的確定等，均對制品（或型材）尺寸精度形狀精度以及塑件的物理性能、內應力大小、表觀質量與內在質量等，起著十分重要的影響。其次，在塑件加工過程中，塑料模結構的合理性，對操作的難易程度，具有重要的影響。再次，塑料模對塑件成本也有相當大的影響，除簡易模外，一般來說制模費用是十分昂貴的，大型塑料模更是如此。 現(xiàn)代塑料制品生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設備和先進的模具，被譽為塑料制品成型技術的“三大支柱”。尤其是加工工藝要求 、塑件使用要求、塑件外觀要求，起著無可替代的作用。高效全自動化設備，也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具，才能發(fā)揮其應有的效能。此外，塑件生產(chǎn)與更新均以模具制造和更新為前提。 塑料摸是塑料制品生產(chǎn)的基礎之深刻含意，正日益為人們理解和掌握。當塑料制品及其成形設備被確定后，塑件質量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低，模具因素約占80%。由此可知，推動模具技術的進步應是不容緩的策略。尤其大型塑料模的設計與制造水平，?？脴酥疽粋€國家工業(yè)化的發(fā)展程度 。 我國塑料模現(xiàn)狀 在模具方面，我國模具總量雖已位居世界第三，但設計制造水平總體 上比德、美、日、法、意等發(fā)達國家落后許多，模具商品化和標準化程度比國際水平低許多。在模具價格方面，我國比發(fā)達國家低許多，約為發(fā)達國家的 1/3~1/5，工業(yè)發(fā)達國家將模具向我國轉移的趨勢進一步明朗化。 3 我國塑料模的發(fā)展迅速。塑料模的設計、制造技術、 CAD 技術、 CAPP 技術，已有相當規(guī)模的確開發(fā)和應用。在設計技術和制造技術上與發(fā)達國家和地區(qū)差距較大，在模具材料方面，專用塑料模具鋼品種少、規(guī)格不全質量尚不穩(wěn)定。模具標準化程度不高，系列化 ]商品化尚待規(guī)模化； CAD、 CAE、 Flow Cool 軟件等應用比例不高；獨立 的模具工廠少；專業(yè)與柔性化相結合尚無規(guī)劃；企業(yè)大而全居多，多屬勞動密集型企業(yè)。因此努力提高模具設計與制造水平，提高國際競爭能力，是刻不容緩的。 塑料模發(fā)展趨勢： 1 注射模 CAD實用化； 2 擠塑模 CAD的開發(fā)； 3 壓模 CAD 的 4塑料專用鋼材系列化； 5 塑料模 CAD/CAE/CAM 集成化； 6 塑料模標準化。 4 1 工藝分析 塑料的介紹 塑料的主要成分是合成 樹脂 。樹脂這一名 詞最初是由動植物分泌出的脂質而得名，如 松香 、 蟲膠 等，目前樹脂是指尚未和各種添加劑混合的 高聚物 。樹脂約占塑料總重量 的 40%～ 100%。塑料的基本性能主要決定于樹脂的本性，但添加劑也起著重要作用。有些塑料基本上是由合成樹脂所組成，不含或少含添加劑，如 有機玻璃 、 聚苯乙烯 等。所謂塑料，其實它是合成樹脂中的一種，形狀跟 天然樹脂 中的松樹脂相似，但因又經(jīng)過化學的力量來合成，而被稱之為塑料。 根據(jù) 美國 材料試驗協(xié)會所下的定義，塑料乃是一種以 高分子 量有機物質為主要成分的材料，它在加工完成時 呈現(xiàn)固態(tài)形狀，在制造以及加工過程中，可以借流動 (flow)來造型。 因此，經(jīng)由此說明我們可以得到以下幾項了解： ● 它是高分子 有機化合物 ● 它可以多種型態(tài)存在例如液體固體 膠體溶液 等 ● 它可以成形 (moldable) ● 種 類繁多因為不同的 單體 組成所以造成不同之塑料 ● 用途廣泛產(chǎn)品呈現(xiàn)多樣化 ● 具有不同的性質 ● 可以用不同的加工方法 (processing method ) 塑料可區(qū)分為熱固性與熱 可塑性 二類，前者無法重新塑造使用，后者可一再重 復生產(chǎn)。塑料高分子的結構基本有兩種類型：第一種是線型結構，具有這種結構的高分子化合物稱為線型高分子化合物；第二種是體型結構 ，具有這種結構的高分子化合稱為體型高分子化合物。有些高分子帶有支鏈，稱為支鏈高分子，屬于線型結構。有些高分子雖然分子間有交聯(lián)，但交聯(lián)較少，稱為網(wǎng)狀結構，屬于體型結構。 高分子的分子結構分類： （ a）線型結構 （ b）線型結構（帶有支鏈） （ c）網(wǎng)狀結構（ 分子鏈 間少量交聯(lián)） （ d）體型結構（分子鏈間大量交聯(lián)） 兩種不同的結構，表現(xiàn)出兩種相反的性能。線型結構（包括支鏈結構）高聚物由于有獨立的分子存在，故有 彈性 、可塑性，在 溶劑 中能溶解，加熱能熔融， 硬度 和脆性較小的特點。體型結構高聚物由于沒有獨立的大分子存在，故沒有彈性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶脹，硬度和脆性較大。塑料則兩 5 種結構的高分子都有，由 線型高分子 制成的是 熱塑性 塑料，由 體型高分子 制成的是熱固性塑料。 塑料主要特性： ① 大多數(shù)塑料質輕，化學性穩(wěn)定 ,不會銹蝕； ② 耐沖擊性好； ③ 具有較好的透明性和耐磨耗性； ④ 絕緣性好，導熱性低； ⑤ 一般成型性、著色性好，加工成本低； ⑥ 大部分塑料 耐熱性 差，熱膨脹率大，易燃燒；⑦ 尺寸穩(wěn)定性差，容易變形； ⑧ 多數(shù)塑料耐低溫性差，低溫下變脆； ⑨ 容易老化； ⑩ 某些塑料易溶于溶劑。 塑料可區(qū)分為 熱固性 與 熱可塑性 二類，前者無法重新塑造使用，后者可以再重復生產(chǎn)。 基本有兩種類型：第一種是線型結構，具有這種結構的高分子化合物稱為線型高分子化合物；第二種是體型結構，具有這種結構的高分子化合稱為體型高分子化合物。有些高分子帶有支鏈，稱為支鏈高分子，屬于線型結構。有些高分子雖然分子間有交聯(lián)，但交聯(lián)較少，稱為網(wǎng)狀結構，屬于體型結構。 兩種不同的結構，表現(xiàn)出兩種相反的性能。線型結構（包括支鏈結構）高聚物由于有獨立的分子存在，故有彈性、可塑性，在溶劑中能溶解，加熱能熔融，硬度和脆性較小的特點。體型結構高聚物由于沒有獨立的大分子存在，所以沒有彈性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶脹，硬度和脆性較大。塑料則兩種結構 的高分子都有，由線型高分子制成的是 熱塑性塑料 ，由體型高分子制成的是熱固性塑料。 塑料與其它材料比較 大部分塑料的抗腐蝕能力強，不與酸、堿反應。 塑料制造成本低。 耐用、防水、質輕。 容易被塑制成不同形狀。 是良好的絕緣體。 塑料可以用于制備燃料油和燃料氣，這樣可以降低原油 消耗。 塑料的缺點 ： 回收利用廢棄塑料時，分類十分困難，而且經(jīng)濟上不合算。 塑料容易燃燒，燃燒時產(chǎn)生 有毒氣體 。例如聚苯乙烯燃燒時產(chǎn)生甲苯，這種物質少量會導致失明，吸入有嘔吐等癥狀， PVC 燃燒也會產(chǎn)生 氯化氫 有毒氣體，除了燃燒，就是高溫環(huán)境，會導致塑料分解出有毒成分，例如苯環(huán) 等。 塑料是由 石油 煉制的產(chǎn)品制成的，石油資源是有限的。 塑料無法被 自然 分解。 ABS的常用特性有 化學名稱：丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 ,英文名稱 :Acrylonitrile Butadiene Styrene,比重 : 克 /立方厘米 ,成型收縮率 :~ %,成型溫度： 200~ 240℃ ,干燥條件： 80~ 90℃ 2 小時 。 特點： （ 1） 綜合性能較好 ,沖擊強度較高 ,化學穩(wěn)定性 ,電性能良好 。 （ 2） 與 372 有機玻璃的熔接性良好 ,制成雙色塑件 ,且可表面鍍鉻 ,噴漆處理 。 6 （ 3） 有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別。 （ 4） 流動性比 HIPS 差一點，比 PMMA、 PC 等好，柔韌性好。 ABS 工程塑料一般是不透明的，外觀呈淺象牙色、無毒、無味，兼有韌、硬、剛的特性，燃燒緩慢，火焰呈黃色，有黑煙，燃燒后塑料軟化、燒焦，發(fā)出特殊的肉桂氣味，但無熔融滴落現(xiàn)象 。 ABS工程塑料具有優(yōu)良的綜合性能，有極好的沖擊強度、尺寸穩(wěn)定性好、電性能、耐磨性、抗化學藥品性、染色性，成型加工和機械加工較好。 ABS 樹 脂耐水、無機鹽、堿和酸類，不溶于大部分醇類和烴類溶劑，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烴中。 ABS注塑成型的工藝條件 成型特性 [8] ： （ 1） 無定形料 ,流動性中等 ,吸濕大 ,必須充分干燥 ,表面要求光澤的塑件須長時間預熱干燥 80~ 90 度 ,3 小時 。 （ 2） 宜取高料溫 ,高模溫 ,但料溫過高易分解 (分解溫度為 270 度 ).對精度較高的塑件 ,模溫宜取 50~ 60 度 ,對高光 澤 .耐熱塑件 ,模溫宜取 60~ 80 度 。 （ 3） 如需解決夾水紋，需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者改變入水位等方法。 （ 4） 如成形耐熱級或阻燃級材料，生產(chǎn) 3~ 7天后模具表面會殘存塑料分解物，導致模具表面發(fā)亮，需對模具及時進行清理，同時模具表面需增加排氣位置。 ABS主要注塑成型條件 流動性中等，溢邊料 左右。比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、模溫。料溫對物性影響很大、料溫過高易分解，對要 求精度較高塑件，模溫宜去50~ 60C? ，要求光澤及耐熱型料宜取 60~ 80C? 。注射壓力應比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑機時料溫為 180~ 230C? ，注射壓力為 100~ 140Mp,螺桿式注射機則取 160~ 220Mp,70~ 100Mp 為宜 [7] 。 模具設計時要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進料口位置、形式。推出力過大或機械加工時塑件表面呈“白色”。脫模斜度宜取 2C? 以上。 ABS 基本參數(shù)表 [8] ： 表 ABS 基本參數(shù)： 7 密度 3g/cm 吸水率 %（ 24h） 收縮率 % 成形模具溫度（ C? ） 料筒溫度 （ C? ） 拉伸強度（ MPa） ~ ~ ~ 50~ 60 180~ 230 70 彈性模量 （ MPa） 彎曲強度（ MPa） 沖擊強度（不斷無缺口） 硬度 體積電阻率 ( .cm? ) 介質強度 10? 2kJ/m 10? 20KV/mm 塑料件工藝 性分析 塑件為中間支架 塑件，實體圖見圖 ： 8 圖 中間支架 塑件 塑件 為一對稱實體，側面上 3個通孔，支架兩側 壁厚為 5mm，有 2 個方向分型 ，制件大體尺寸為 70?40?25mm。形狀較規(guī)則 ，外形不 是很復雜，基本上都是平面所組成。從塑件圖形可以看出，此中間支架塑件結構對稱，所以采用對稱的側分型 結構，有側抽芯機構。 ABS 流動性中等，主流道最好做成粗短為好， 且采用側澆口。這里模具結構采用一次分型機構，分型面取在塑件小圓柱體的端面處，一模兩腔，塑件分型面采用平直分型面，開模時側分型機構隨模具 同時進行 運動，最后采用推桿 脫模機構將塑件脫模。 9 2 成型方案分析與選擇 根據(jù)塑料制件圖可以看出，由于塑料件本身形狀特點，塑料件的分型面 只有一種，是第一章 分型面 設在塑件的頂端平面上 。除此若把分型面設在其它面上，將會導致塑料 外形有缺陷 。 成型方案