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塑料模具制造模具结构演变及制造工艺
- 2018-08-01-

近年来,随着我国经济的腾飞,塑料成型加工机械和成型模具发展十分迅速,高效,自动化,大型,微型,精密,高寿命的模具在整个模具行业中所占的比例越来越大。我国大型、复杂、精密、高效和长寿命模具又上了一个新台阶,不少种类模具已能替代进口模具,模具CAD/CAM技术得到了较快推广应用并取得了良好效果,快速成形制造技术和设备有了长足发展并已开始进入实用推广阶段,高速铣等新一代制造技术已被人们重视并开始应用。从模具使用角度来说,要求高效,自动化,操作简便;从模具制造角度,要求结构合理,制造容易,低成本。现代塑料制品生产中,合理的加工工艺,高效的设备,先进的模具是必不可少的三项重要因素。模具与其他机械产品比较,一个重要特点就是技术含量高、净产值比重大。随着化工、轻工产业的快速发展,我国的模具工业近年来一直以每年13%~15%左右的增长速度高速发展,而各行业对模具的要求也越来越高。面对市场的变化,有着高技术含量的模具正在市场上崭露头角。随着工业发展,工业产品的品种、数量越来越多;对产品质量和外观的要求,更是日趋精美,华气。因此,结合中国具体情况,学习国外模具工业建设和模具生产的经验,宣传、推行科学合理化的模具生产,才能推进模具技术的进步。 

  一直以来我国塑料模具制造在材料选用上由于受售价限制,国产模具的材料多采用2Cr13和3Cr13作精密热处理。国外则采用专用模具材料DINI、2316,在耐磨、耐腐蚀性能及抛光亮度等综合性能上均明显优于国产材料。这从根本上影响了国产模具的外观质量和使用寿命。在生产工艺上,不少厂家由于设备不配套很多工作依赖手工完成,严重影响了精度和质量。国内企业的模具设计体系处在引进、消化和吸收的初级阶段,尚未形成成熟的理论指导和设计体系。缺乏模具调试条件。国内模具企业因受交货期短,试模场地及设备的局限,通常把质量检验工作放在用户处试模,且难以调试出最佳状态,给用户造成大量的损失和浪费。而国外一些发展较好的企业都拥有自己的试模场所和设备,可以模拟用户的工作条件试模,所以能在最短的时限达到很好的效果。从总体情况看,模具工业投入仍旧不足,模具总量供不应求,特别是大型、精密、复杂、长寿命模具能力明显不足的情况在短期内仍难有较大改观。

  纵观模具行业近年来的发展,塑料模具结构的演变,及制造工艺的改进,归纳起来有以下几点:模具标准化是现代模具设计与制造的基础。推行模具标准化是实现模具合理化生产必备条件。国外对模具标准化工作十分重视,是由于采用标准件不仅能有效提高模具质量、降低成本,而且能大大缩短模具生产周期。美国、德国进行模具标准化工作已有100年的历史。而我们一直以来由于模具标准化程度不高,造成生产供应的标准件品种、规格不齐,质量不高,不能满足互换性要求。现在,我国在标准化方面已经有了很大的改进,随着工业产品多品种、小批量、个性化、短周期的发展趋势变得日益明显,模具标准化工作意义更为重大。据介绍,目前我国模具标准件使用比率有所增加,初步估计在40%~45%之间,与国际上70%~80%的比率还有很大差距,我国不同地区、不同企业之间模具标准件使用覆盖率差异也较明显,三资企业要比其他企业高,南方企业要比北方高,尤其是三资企业集中的广东省,其模具企业的模具标准件使用覆盖率要远高于其他地区。今后我国势必采取相应措施,针对模具生产特点,组织行业力量,进行快捷、适时地对模具生产企业进行标准化生产,以便全面推行模具标准化工作。我国“ 十五”模具行业发展规划提出,模具标准件要扩大品种、提高精度,其中主要品种要实现经济规模生产。2005年模具标准件使用覆盖率要达到60%,2010年达到70%以上。因此,加快模具标准件发展,加强模具产品的技术含量,大力发展热流道模具及CAD/CAE/CAM技术,对于提升我国塑料模具行业的水平、拓展国内外市场具有重要的意义。 

  由于模具和制造之间的关系密切,可以说,制造是设计的延续。而采用人工设计方法比较迟缓,不可能实现模具设计与制造一体化,也不可达到优化设计的要求。实践证明,模具CAD/CAM技术是当代最合理的模具生产方式。模具CAD/CAE/CAM方面成果进一步扩大,模具生产骨干企业大部分都已应用,取得了良好成效。模具生产也将可以实现高度标准化、通用化和系统化,有利于采用先进设计与制造技术,使模具越做越精,同时,有利于缩短生产周期,降低生产费用。

  模具制造是模具设计的延续,是验证设计正确性的过程。模具制造的规范化有利于使模具生产过程趋于科学化、合理化。在模具企业中,对模具生产过程进行计算机控制与管理,是实现合理化生产的保证和条件。从模具设计、生产准备、加工与装配、试模的全过程始终处于控制与管理之中,因此,推进模具生产过程控制与管理有利于提高模具制造精度与质量,减小生产周期与生产费用。今天的模具,精度将越来越高目前,精密模具已普遍达到了2-3μm的精度。10年前。精密模具的精度一般为5um,现在已达2~3um,虽然生产纳米级模具短期内国内还难以实现,但达到1μm 精度的模具是必然趋势。加工精度公差在1μm以下的超精加工也必然得到发展。 

  随着零件形状的复杂化,模具型腔也将随之越来越复杂。多种曲面和沟槽组成的复杂型腔提高了加工难度。能将多种工序及多种材质在一套模具中形成零件或组装成组件的多功能复合模具能有效提高生产率,必将在许多领域得到发展。这固然与模具设计有很大关系,但同时也对模具加工设备提出了更高的要求,即加工一致性和高精度的需求。随着用高新技术和先进适用技术改造传统模具加工模式的不断推广和深入,数字化加工已成为模具加工发展方向。采用数字化技术的模具加工设备顺理成章地成了模具企业提高其装备水平的首选。同时,多功能复合加工能有效提高模具加工效率,因此也大有发展前景。例如,武汉华中数控系统有限公司的数控攻关重点项目华中I型(HNC-I)高性能数控系统有多项创新,达到国际先进水平。该项成果中SDI五轴曲面插补控制理论被专家誉为国际首创。HNC—IP数字化纺形加工数控系统是将数控系统与仿形系统集成化、一体化的控制系统,可与各种加工中心、数控铣床和仿形铣床等配套使用,还可作为数字化测量装置对实物模型进行数控测量,并可根据测量数据生成几何模型或模具曲面加工G代码。系统具有仿形速度快、加工精度高、集成度高和功能强的特点。该项成果获国家教委科技进步一等奖,被列入国家级科技成果重点推广计划。这一数控系统已在模具加工中显示出了优越性,推广前景很好。 

  对于塑料制品企业来说,为了使产品质量更好,产率更高,热流道模具是个很好的选择。这种正在兴 起的模具品种技术含量高,它不需要更新设备,只需要更新模具或对原有的模具进行改造,就能大大缩短产品的成型时间和表面质量,由于没有料把,它还能节省原料,尤其是对于小而精密的产品,原料节约十分显著。在国外,热流道模具及技术使用率达到50%以上,有的国家可达80%以上,而目前热流道技术在我国还处于推广阶段,应用率不足20%。随着热流道技术的日渐推广应用,热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量,井能大幅度节约制件的原材料,因此,热流道技术的应用在国外发展很快,已十分普遍。许多塑料模具厂所生产的塑料模具已有一半以上采用了热流道技术,有的厂使用率甚至已80%以上,效果十分明显。国内热流道模具已有生产,有些企业使用率达20%~30%,但总的来看,比例低,亟待发展。

  随着塑料成形工艺的不断改进与发展,气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。塑料件的精度分为尺寸精度、几何形状精度和外观精度(即光泽、色调等),为了确保这些精度,将继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具,在注射成型中,影响成型件精度的最大因素是成型收缩,高压注射成型可减小树脂收缩率,增加塑件尺寸的稳定性。模具要求刚性好,耐高压,特别是精密模具的型腔应淬火,浇口密封性好,模温能准确控制。气体辅助注射成型技术已比较成熟,它能改善塑件的内在和外观质量,具有注射压力低、制品变形小、易于成型壁厚差异较大的制品等优点,而且可以节约原料及提高制件生产率,从而大幅度降低成本。与之相适应,气辅模具在我国也已出现,并取得了良好效果。  

(1)模具日趋大型化.

(2)模具精度将越来越高.

(3)多功能复合模具将进一步发展.

(4)热流道、气体辅助注塑成型模具,在塑料模具中的比例逐步增长.

(5)模具标准件应用更加广泛.

(6)快速经济模具发展前景广阔.


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