我国塑料模具的发展现状及发展建议

本科生毕业设计（论文）题目：本科毕业设计（论文）题目此行若无内容，横线保留通信与控制工程学院自动化专业学号34567890学生姓名梁溪媛指导教师常广溪教授江南讲师二〇〇九年六月我国塑料模具的发展现状及发展建议摘要：塑料作为一种新材料，应用范围涉及各个领域。因此作为塑料加工所需的模具显得尤其重要。本文主要论述了我国塑料模具发展的历史以及研究现状，同时，将我国的模具技术与国外作对比，发现差异；最后介绍了塑料模具的发展趋势。关键词：塑料模具；发展现状；发展差距；发展趋势Abstract:Plastic，asanewmaterial,coversallareasofapplication.Therefore,plasticmoldprocessingisparticularlyimportant.Thisarticlediscussesthehistoryandcurrentsituationofplasticmoldresearchanddevelopment;thencompareingthemoldtechnologywithforeigncountries;Finally,thedevelopmenttrendofplasticmold.Keywords:Plasticmold；Developmentstatus；Developmentgap；trend1引言塑料作为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。[1]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。[2,3]2我国塑料模具的发展现状目前,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。[4]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。[5,6]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10～15年的差距，目前仍以中低档为主。2.1模具材料的发展现状目前，塑料模具材料的发展主要分2个方向，一是发展塑料模具材料本身，另一个方向是将表面工程技术应用于模具加工与制造领域，在很大程度上能弥补模具材料的不足，特别是稀土表面工程技术和纳米表面工程技术的的研究发展，为塑料模具材料的发展带来了新的天地。塑料模具材料包括模具钢和合金材料，但主要是模具钢。模具钢主要分类有：渗碳钢，冷挤压成型钢，调质钢，预硬化钢，高碳工具钢，耐腐蚀钢等。合金材料主要有：①有色合金。包括铜基、铝基和锌基合金，成本较低，制模容易，导热性较好，适于吹塑模和注塑模。②钢结硬质合金。具有高硬度、高耐磨性、耐高温、耐腐蚀和一定的韧性，但表面抛光有限，常用于制造以玻璃纤维为填料的增强塑料模具。③低熔点合金。利用低熔点合金浇铸吹塑模的型腔，可以缩短模具的制造周期，节省大量钢材，还可以节省劳力。[2,7]2.2模具表面技术的发展模具主要依靠其表面进行工作，因此，模具的失效80%以上为表面损伤，即磨损、腐蚀等，对模具进行表面处理，可以提高其表面硬度，改变表层化学成分和组织，从而提高其耐磨性和耐蚀性，有效地延长模具的使用寿命，降低生产成本，还能提高被加工件的表面质量。常用的表面处理方法主要是化学热处理和表面覆层技术。随着新技术的不断开发，一些表面工程新技术逐渐进入研究者的视野，其中以稀土表面技术和纳米表面技术最具应用前景。稀土元素的加入能在很大程度上提高镀层的耐磨性和耐蚀性，并在一定程度上增加镀层的韧性。而纳米技术的应用可使得镀层获得较高硬度、良好自润性、较高的耐磨性和耐蚀性，对改善模具的综合性能和延长寿命具有重要的意义。[2]3我国塑料模具发展的差距我国制造业目前还处于全球产业链分工的中低端，大多数工业产品尚属中低档。尽管我国塑料模具工业发展迅速，但在塑料模具制造周期、模具精度、寿命和生产能力等方面，与国际平均水平和发达国家仍有一定差距。3.1塑料模具标准件、模具材料和寿命方面国外塑料模具标准化程度很高，在材料、品种、规格、结构、精度及验收等方面，都实现了标准化，标准化率可达85％（德国、日本），而且还建立了模具标准结构典型组合。国内的模具零件标准化率仅为20％。模具的标准化程度已成为制约国内模具制造周期的瓶颈之一，也影响了国内模具的竞争力。国外常用的塑料模具钢已形成较完整的系列，如美国塑料模具钢有7个钢号，形成完整的P系列；日本日立金属公司有15个钢号；日本大同特殊钢13个钢号。我国列入国家标准中的塑料模具钢仅为3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo。塑料模具用钢的随意性较大，新材料使用量不到10％。模具材料的微量元素控制技术、冶炼技术和热处理技均有待提高。3.2塑料模具的精度、试模周期和制造周期方面国内中大型塑料注射模具的精度能控制在0.03～0.05mm；挤出模具的型腔抛光精度为0.02～0.04mm，模芯经专用设备加工后精度可达0.04～0.05mm；挤出片模的模唇流面抛光精度可达0.015～0.02mm；塑料模具零件加工精度在±1μm，位置公差2～3μm，分型面配模上下3μm。而国外的型腔精度为0.005～0.01mm，粗糙度为Ra0.10～0.05。在生产周期上，国内外模具的生产周期差异也较大。生产中型压铸模具国外需约1～2月，而国内约3～6月，生产中型塑料模具，国内约2～4月，国外约1月，生产高精度级进模具，国内约约4～6月，国外约3～4月，生产汽车覆盖件模具，国外约6～7月，国内约12个月。[8]3.3加工设备、模具制造工艺和测量技术方面德国、日本模具企业的加工设备先进，基本都是数控、高速切削、慢走丝线切割或4轴-5轴联动的高速加工机床，能实现模具型面的镜面加工，而国内模具企业的4轴～5轴联动的高速加工机床，占的比例很低，高光模具的加工与国外相比差距较大。工业发达国家模具加工在线检测已普遍应用，而这方面我们的差距也较大，塑料模具零件加工的在线测量和计算机辅助测量也几乎是空白[9]3.4模具设计和制造高新技术的应用、企业的信息化管理方面发达国家模具工业更加广泛、更加深入地采用各种高新技术，包括数字化模具技术（3D设计、可制造性设计、CAPP、CAM、CAT）、成形过程模拟技术（CAE）、高速加工技术表面处理技术、新型（多功能复合）模具技术和信息化管理技术等。国内绝大多数模具企业在注射成型模流分析的CAE应用方面有欠缺，有的甚至根本没用。德国、日本模具企业的车间均采用6S管理系统，现场有塑料废料损耗跟踪、模具损坏跟踪；全厂物流采用仓储自动化管理系统，车间有中央电脑室可以展示并查询全车间的加工工艺、质量、产量等，售出的产品采取跟踪和次品跟踪，企业的信息化管理程度高。国内模具企业虽然在努力做好企业的信息化管理，但在生产过程管理直到模具出厂的管理方面，还处于不断完善的过程中。[6,8]3.5新工艺、新材料研究和创新能力日本、德国、美国、意大利等发达国家处于领先地位，模内贴膜、回转成形、奶制品/快餐、一模200腔的瓶盖叠式-回转成型的自动化注射生产线等,在多年前就已用于批量生产。超薄型手机PC导光板的材料、注射工艺与设备的研制,日本处于领先地位。木塑环保复合材料注射专机和注塑工艺制品的研究欧洲处于领先地位。多层、多功能复合薄膜挤出专机、薄膜厚度控制、薄膜层数控制及各种功能薄膜的材料研究,美国处于世界前沿。[6]3.6人才不足，科技及技术投入少模具行业是技术密集、资金密集的产业，随着时代进步和技术发展，能掌握和运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧缺。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关不够重视，因而总体来看模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，民营企业贷款困难也影响许多企业的技术改造，致使科技进步不大。[9]4塑料模具的发展趋势随着塑料成型加工机械和成型模具的迅速增长，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占比例越来越大。从模具设计和制造技术角度来看，模具的发展趋势可归纳为以下几个方面：[10]4.1高效率、自动化大量采用各种高效率、自动化的模具结构；高速自动化的塑料成型机械配合以先进的模具，对提高生产效率，降低成本起了很大作用。4.2大型、超小型及高精度由于模料应用的扩大，塑料制件已应用到建筑、机械、电子、仪器、仪表等各个工业领域，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工，热处理变小、导热性能优异的制模材料。4.3标准化开展模具标准化工作，使模板，导柱等通用零件标准化、商品化，以适应大规模地成批生产塑料成型模具。4.4计算机辅助设计与辅助制造(CAD/CAM)在塑料模具中的应用随着计算机技术的发展，计算机已广泛应用于模具工业，在注射成型系统中，针对每一个环节都可将计算机作为辅助工具而加入。构成该环节的CAD或CAM或CAE。4.5节能化和环保化以适应全球发展要求节能、降耗、环保目前已经成为注塑机最主要的发展趋势，全电动、两板式注塑机将成为未来国际市场的主流。4.6优质模具材料及先进表面处理技术将进一步受到重视开发模具钢品种规格，扩大其他优质模具材料如硬质合金,陶瓷材料，复合材料等的应用范围是主要研究热点；用铝合金作模具材料以缩短制模周期,降低模具成本，将在快速经济模具中得到较快发展。[9]4.7热流道、气辅模具及适应高压注塑成型工艺将得到进一步发展。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，气体辅助注射成形具有注射压力低，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；高压注射成形可强制树脂收缩率,，增加塑料件尺寸的稳定性。4.8推广快速成型技术在模具制造上的应用快速成型制造技术是综合了机械工程、CAD、数控技术、激光技术和材料科学技术的一种全新的制造工艺。快速成型技术对多品种、小批量产品的生产具有重要的意义。应用于模具制造，使模具设计和制造更加快速、经济、实用。[8]4.9以人为本、强化模具设计人员培养未来十年,中国将向模具制造强国的方向发展，模具设计人员的设计能力与国外发达国家相比亟待提高，应该采取“走出去、请进来”的方法，加强交流、取长补短,并强化设计人员的培训。5结语目前，我国的塑料消费量已居世界首位，但人均消费量仅为工业发达国家的1/7，工业中等发达国家的1/4，预计要达到工业中等发达国家的消费水平还需20年。这无疑为我国塑料模具工业提供了非常大的发展空间，提供了更多的就业机会。只要我们不断追赶国外同行先进企业、在模具技术“高、精、尖”及管理方面持续努力，我们就会很快缩短与国外同行先进企业之间的差异。参考文献[1].冯刚等,三种不同类型注塑模具的特点与发展现状.工程塑料应用,2013(7):第110-114页.[2].侯玉洲,王乾与罗广思,新型塑料模具材料的发展及研究.轻工机械,2012.30(5):第108-