一、我國塑料模具工業的發展現狀
80年代以來,在國家產業政策和與之配套的一系列國家經濟政策的支持和引導下,我國模具工業發展迅速,年均增速均為13%,1999年我國模具工業產值為245億,至2000年我國模具總產值預計為260-270億元,其中塑料模約占30%左右。在未來的模具市場中,塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。
我國塑料模工業從起步到現在,歷經半個多世紀,有了很大發展,模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg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;精密塑料模具方面,已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具。如天津津榮天和機電有限公司和煙臺北極星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齒輪模具,所生產的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產品的水平,而且還采用最新的齒輪設計軟件,糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差,達到了標準漸開線齒形要求。還能生產厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0.02～0.05mm,表面粗糙度Ra0.2μm,模具質量、壽命明顯提高了,非淬火鋼模壽命可達10～30萬次,淬火鋼模達50～1000萬次,交貨期較以前縮短,但和國外相比仍有較大差距,具體數據見表一。
成型工藝方面,多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創新設計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟,如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29～34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術,一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件,取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及技術。熱流道模具開始推廣,有的廠采用率達20%以上,一般采用內熱式或外熱式熱流道裝置,少數單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置,少數單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%,與國外的50～80%相比,差距較大。
在制造技術方面,CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階,以生產家用電器的企業為代表,陸續引進了相當數量的CAD/CAM系統,如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統和軟件的引進,雖花費了大量資金,但在我國模具行業中,實現了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技術對成型過程,如充模和冷卻等進行計算機模擬,取得了一定的技術經濟效益,促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發展。近年來,我國自主開發的塑料模CAD/CAM系統有了很大發展,主要有北航華正軟件工程研究所開發的CAXA系統、華中理工大學開發的注塑模HSC5.0系統及CAE軟件等,這些軟件具有適應國內模具的具體情況、能在微機上應用且價格較低等特點,為進一步普及模具CAD/CAM技術創造了良好條件。
近年來,國內已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼,如:P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等,對模具的質量和使用壽命有著直接的重大的影響,但總體使用量仍較少。塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應用,并且出現了一些國產的商品化的熱流道系統元件。但目前我國模具標準化程度和商品化程度一般在30%以下,和國外先進工業國家已達到70%-80%相比,仍有很大差距。
表一、國內外塑料模具技術比較表
項目 國外 國內
注塑模型腔精度 0.005～0.01mm 0.02～0.05mm
型腔表面粗糙度 Ra0.01～0.05μm Ra0.20μm
非淬火鋼模具壽命 10～60萬次 10～30萬次
淬火鋼模具壽命 160～300萬次 50～100萬次
熱流道模具使用率 80%以上 總體不足10%
標準化程度 70～80% 小于30%
中型塑料模生產周期 一個月左右 2～4個月
在模具行業中的占有量 30～40% 25～30%
據有關方面預測,模具市場的總體趨熱是平穩向上的,在未來的模具市場中,塑料模具的發展速度將高于其它模具,在模具行業中的比例將逐步提高。隨著塑料工業的不斷發展,對塑料模具提出越來越高的要求是正常的,因此,精密、大型、復雜、長壽命塑料模具的發展將高于總量發展速度。同時,由于近年來進口模具中,精密、大型、復雜、長壽命模具占多數,所以,從減少進口、提高國產化率角度出發,這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業的快速發展,使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材管接頭模具成為模具市場新的經濟增長點,高速公路的迅速發展,對汽車輪胎也提出了更高要求,因此子午線橡膠輪胎模具,特別是活絡模的發展速度也將高于總平均水平;以塑代木,以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業中的需求量巨大;家用電器行業在“十五”期間將有較大發展,特別是電冰箱、空調器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大;而電子及通訊產品方面,除了彩電等音像產品外,筆記本電腦和網機頂盒將有較大發展,這些都是塑料模具市場的增長點。
二、我國塑料模具工業和技術今后的主要發展方向將包括:
1、提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復雜化和高精度要求以及因高生產率要求而發展的一模多控所致。
2、在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術。CAD/CAM技術已發展成為一項比較成熟的共性技術,近年來模具CAD/CAM技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業普遍可以接受的程度,為其進一步普及創造了良好的條件;基于網絡的CAD/CAM/CAE一體化系統結構初見端倪,其將解決傳統混合型CAD/CAM系統無法滿足實際生產過程分工協作要求的問題;CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高;塑料制件及模具的3D設計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業中發揮越來越重要的作用。
3、推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量,并能大幅度節省塑料制件的原材料和節約能源,所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準,積極生產價廉高質量的元器件,是發展熱流道模具的關鍵。氣體輔助注射成型可在保證產品質量的前提下,大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統的普通注射工藝有更多的工藝參數需要確定和控制,而且其常用于較復雜的大型制品,模具設計和控制的難度較大,因此,開發氣體輔助成型流動分析軟件,顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度,繼續研究發展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。
4、開發新的塑料成型工藝和快速經濟模具。以適應多品種、少批量的生產方式。
5、提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低,與國外差距甚大,在一定程度上制約著我國模具工業的發展,為提高模具質量和降低模具制造成本,模具標準件的應用要大力推廣。為此,首先要制訂統一的國家標準,并嚴格按標準生產;其次要逐步形成規模生產、提高商品化程度、提高標準件質量、降低成本;再次是要進一步增加標準件規格品種。
6、應用優質模具材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質量顯得十分必要。
7、研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現逆向工程是塑料模CAD/CAM的關鍵技術之一。研究和應用多樣、調整、廉價的檢測設備是實現逆向工程的必要前提。