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注塑模具先進(jìn)制造關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題分析

來(lái)源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2014-06-14 09:35:44點(diǎn)擊率：

　　摘要：介紹了注塑模具制造特點(diǎn)和新興注射成型技術(shù)對(duì)模具制造的新要求，闡述了注塑模具的快速成型技術(shù)、高速切削加工、精密制造技術(shù)和新興模具材料，對(duì)以上四者的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合評(píng)述，分析了注塑模具制造技術(shù)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造;注塑模具;精密制造;高速切削技術(shù)

　　Key Technology Problems in Injecting Mould Advanced Making

　　Abstract: This text introduced the injecting plastics mould making characteristic

　　and new injecting demand to the mould of new shaping technology,

　　expanded mould plastics rapid shaping technique of mould , cut process,

　　urate manufacturing technology and new developing mould material,

　　surveyed the current situation of the development of four,

　　analyzed mould plastics several key problems of mould manufacturing technology.

　　Key words: advanced making; injecting mould; make urately; high-speed cutting technology

　　前言

　　模具行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，具有廣闊的市場(chǎng)前景。目前全世界的模具年產(chǎn)值在650億美元左右，我國(guó)的模具年產(chǎn)值為40億美元左右，據(jù)估計(jì)到2005年我國(guó)模具產(chǎn)值將達(dá)到460億人民幣。目前我國(guó)一般模具的30%，中 模具的一半以上還依賴進(jìn)口(其中注塑模占有很大的比例)。由此可見(jiàn)，模具(特別是注塑模具)制造業(yè)的落后在某種程度上已經(jīng)成為阻滯我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的瓶頸所在。開(kāi)發(fā)和引進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)是改變我國(guó)注塑模具制造業(yè)相對(duì)落后和市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)的重要途徑。

　　先進(jìn)制造技術(shù)是制造業(yè)不斷吸收信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的成果，并將其應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的制造全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變的市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力的制造技術(shù)的總稱。先進(jìn)制造業(yè)正在急劇地改變著傳統(tǒng)制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)模式，注塑模具制造業(yè)也不例外。

　　1 注塑模具制造的特點(diǎn)

　?、判颓患靶托境柿Ⅲw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 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。

　?、枪に嚵鞒涕L(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(shù)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(kāi)發(fā)和交貨的時(shí)間非常緊張。

　?、犬惖卦O(shè)計(jì)、異地制造。模具制造不是 終目的，而是由用戶提出 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。

　?、蓪I(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。

　　2 模具制造技術(shù)的發(fā)展方向

　　基于以上模具制造的五個(gè)特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)代模具制造業(yè)提出了相應(yīng)的要求。當(dāng)前模具制造的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為以下五個(gè)方面：

　　2.1從一般的機(jī)加工方法，發(fā)展至采用光機(jī)電相結(jié)合的數(shù)控電火花成形、數(shù)控電火花線切割以及各種特殊加工相結(jié)合，例如電鑄成形、粉末冶金成形、精密鑄造成形、激光加工等。從而可以加工出復(fù)雜的型腔和型芯，以及保證較高的加工精度要求。目前慢走絲線切割和電火花放電加工精度要求。目前慢走絲線切割和電火花放電加工精度可達(dá)到&pmn;1.5μm，加工表面粗糙度可達(dá)到Ra0.004μm，基本上達(dá)到了精面要求。

　　2.2先進(jìn)的技術(shù)支持條件。模具的服務(wù)對(duì)象主要是電器、汽車廠家，產(chǎn)品的更新?lián)Q代快，而且模具的設(shè)計(jì)已經(jīng)從二維發(fā)展為三維，實(shí)現(xiàn)了可視化設(shè)計(jì)，不但可以立體、直觀地再現(xiàn)尚未加工出的模具體，真正實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM一體化，而且三維設(shè)計(jì)解決了二維設(shè)計(jì)難于解決的一些問(wèn)題，諸如：干涉檢查、模擬裝配等。

　　2.3模具快速制造技術(shù)。當(dāng)前快速制造有三個(gè)發(fā)展方向：分別是基于并行工程的注塑模具快速制造、基于快速原型技術(shù)的注塑模具快速制造和高速切削技術(shù)。

　　2.3.1 基于并行工程的注塑模具快速制造這種生產(chǎn)方式。是以注塑模具的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的，它主要體現(xiàn)為經(jīng)營(yíng)管理、模具設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的，它主要體現(xiàn)為經(jīng)營(yíng)管理、模具設(shè)計(jì)和模具制造的三個(gè)體系的標(biāo)準(zhǔn)化。為了實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，需要解決三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：一是統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)和文件傳輸格式;二是充分利用和開(kāi)發(fā)Inte和Intr,實(shí)現(xiàn)信息的集成和數(shù)據(jù)資源的共享;三是解決生產(chǎn)的組織、協(xié)調(diào)和專業(yè)分工，確定各個(gè)部門和層次的項(xiàng)目分解和利益分配的基準(zhǔn)和算法。

　　2.3.2 基于快速原型技術(shù)的注塑模具快速制造。直接從CAD模型生產(chǎn)工模具被認(rèn)為是一種可以減少新產(chǎn)品成本和開(kāi)發(fā)周期的重要的方法，近些年來(lái)，這種將CAD技術(shù)、快速成型(RP)和快速工模具制造(RT)等高新技術(shù)相結(jié)合，已經(jīng)對(duì)傳統(tǒng)的注塑模具的制造產(chǎn)生了重大的沖擊。CAD技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上代替了實(shí)物的評(píng)估和試驗(yàn)，減少了新產(chǎn)品研制過(guò)程中的迭代次數(shù)，從而加快了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度。

　　2.3.3 高速切削技術(shù)(High Speed Machining)的應(yīng)用。高速切削技術(shù)制造模具，具有切削效率高，可明顯縮短機(jī)動(dòng)加工時(shí)間，加工精度高，表面質(zhì)量好，因此可大大縮短機(jī)械后加工、人工后加工和取樣檢驗(yàn)輔助工時(shí)等許多優(yōu)點(diǎn)。

　　在某注塑模的高速銑削中，材料硬度為56~58HRC，原來(lái)采用電火花加工(EDM)，每個(gè)零件需時(shí)90min，采用直徑為12mm球頭銑刀，主軸轉(zhuǎn)速1500r/ min、工作臺(tái)進(jìn)給1500r/ min進(jìn)行高速加工，加工每個(gè)零件只需5min，工效提高了18倍。

　　今后，電火花成形加工應(yīng)該主要針對(duì)一些尖角、窄槽、深小孔和過(guò)于復(fù)雜的型腔表面的精密加工。高速成切削加工在發(fā)達(dá)國(guó)家的模具制造業(yè)中已經(jīng)處于主流地位，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前有85%左右的模具電火花形加工工序已被高速加工所取代。但是由于高速切削的一次性設(shè)備投資比較大，在國(guó)內(nèi)，高速成切削與電火花加工還會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)并存。

　　模具的高速切削中對(duì)高速切削機(jī)床有下列技術(shù)要求：①主軸轉(zhuǎn)速高，功率大;②機(jī)床的剛度好;③主軸轉(zhuǎn)動(dòng)和工作臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)都要有極高的加速度。由于高速切削時(shí)產(chǎn)生的切削熱和刀具的磨損比普通速度切削高很多，因此，高速刀具的配置十分重要，主要表現(xiàn)為：①刀具材料應(yīng)硬度高、強(qiáng)度高、耐磨性好，韌度高、抗沖擊能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定和化學(xué)穩(wěn)定性好;②必須精心選擇刀具結(jié)構(gòu)和精度、切削刃的幾何參數(shù)，刀具與機(jī)床的連接方式廣泛采用錐部與主軸端面同時(shí)接觸的HSK空心刀柄，錐度為1：10，以確保高速運(yùn)轉(zhuǎn)刀具的安全和軸向加工精度。③型腔的粗加工、半精加工和精加工一般采用球頭銑刀，其直徑應(yīng)小于模具型腔曲面的 小曲率半徑;而模具零件的平面的粗、精加工則可采用帶轉(zhuǎn)位刀片的端銑刀。

　　2.4 發(fā)展新的塑料模具材料及模具表面技術(shù)。主要是發(fā)展易加工、拋光性好的材料，預(yù)硬易切削鋼(一般28~35HRC之間)、耐蝕鋼、硬質(zhì)合金鋼以及時(shí)效硬化型鋼、冷擠壓成型鋼。表面工程可以彌補(bǔ)模具材料的不足，降低模具材料的研發(fā)及加工的費(fèi)用。近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的激光表面強(qiáng)化技術(shù)、物理氣相沉淀技術(shù)(PVD)、化學(xué)氣相沉淀技術(shù)(CVD)、熱噴涂技術(shù)等新的表面技術(shù)，而傳統(tǒng)的表面技術(shù)(如熱擴(kuò)散、電鍍)也有很大的完善與發(fā)展，如電鍍技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到復(fù)合電鍍技術(shù)。

　　2.5 基于信息注塑模具的制造新模式。與注塑模具制造活動(dòng)有關(guān)的信息包括產(chǎn)品的信息和制造信息?，F(xiàn)代制造過(guò)程可以看作是原材料或毛坯所含的信息量的增值過(guò)程，信息流驅(qū)動(dòng)將成為制造業(yè)的主流。它包括兩個(gè)層面：一是通過(guò)企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，完成模具報(bào)價(jià)、人員的安排、制品原始數(shù)據(jù)、模具加工工藝、質(zhì)量檢測(cè)、試模具與交付等任務(wù);二是通過(guò)企業(yè)外部的互聯(lián)網(wǎng)完成企業(yè)與用戶、與外協(xié)企業(yè)之間的信息交換，這種制造方式必須通過(guò)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟(Virtualanization)這種新的生產(chǎn)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)態(tài)聯(lián)盟分三層：緊密層、合作關(guān)系層和松散層。

　　3 新興特殊注射成型技術(shù)對(duì)模具制造的發(fā)展要求

　　注射成型技術(shù)作為塑料加工成型方法中 重要的方法之一，已經(jīng)得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，注塑制品約占整個(gè)塑料制品的20%~30%，而在工程塑料中有80%以上的制品是采用注塑成型加工的。但隨著塑料制品應(yīng)用的日益廣泛，不同的領(lǐng)域?qū)λ芰现破返拈_(kāi)頭精度、功能成本等方面提出了很多更高的要求，因此在傳統(tǒng)注塑成型技術(shù)的基礎(chǔ)上,又發(fā)展了許多特殊的新興注塑成型技術(shù)，如低壓注射成型、熔芯射擊成型、裝配注射成型、磁場(chǎng)定向注射成型、單色多模注射成型、氣體輔助注射成型、薄殼注射成型技術(shù)等。因些必須改變注塑模具的設(shè)計(jì)和制造體系，才能夠滿足成型要求。

　　另外，隨著微機(jī)電系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)生命線的進(jìn)展，微細(xì)型注塑模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究近年來(lái)得到了人們的重視，隨著MEMS產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，微注塑成型技術(shù)有著巨大的潛力和發(fā)展空間。微型注塑成型通常用于醫(yī)療、電信、計(jì)算機(jī)、電氣等領(lǐng)域，醫(yī)療和電子器械越來(lái)越小型化，因此對(duì)人們希望制件可以做得越來(lái)越小。微型注塑成型有許多優(yōu)點(diǎn)，如工模具的成本可以更低，而且原料的成本也大大的降低，研究適合微型注塑模具和微型注塑機(jī)的成型理論和制造方法，尋找和研制適合微型塑料制件生產(chǎn)的塑料原料，以及開(kāi)發(fā)相應(yīng)的檢測(cè)儀器設(shè)備，已經(jīng)成為目前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

　　4 結(jié)論

　　先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)注塑模具制造產(chǎn)生了重大的影響，反過(guò)來(lái)，注塑成型新技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展也對(duì)制造技術(shù)不斷提出了新的要求。將信息技術(shù)與現(xiàn)代管理技術(shù)應(yīng)用于制造全過(guò)程，未來(lái)注塑模制造將是以計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)為主導(dǎo)技術(shù)，以信息流暢作為首要備件的有極強(qiáng)應(yīng)變能力與競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。

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