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文獻(xiàn)綜述
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注塑模的現(xiàn)狀和發(fā)展
0、引言
模具作為重要的生產(chǎn)裝備和工藝發(fā)展方向，在現(xiàn)代工業(yè)的規(guī)模生產(chǎn)中日益發(fā)揮著重大作用。通過模具進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)具有優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、成本低等顯著特點(diǎn)，因而在汽車、機(jī)械、電子、輕工、家電、通信、軍事和航空航天等領(lǐng)域的產(chǎn)品生產(chǎn)中獲得了廣泛應(yīng)用。[1]本次課題手機(jī)面框是我們?nèi)粘Ｉ钪泻艹Ｒ姷囊环N注塑件，在我們的日常生活中隨處可見，和我們的生活息息相關(guān)。
1、塑料模具工業(yè)在歷史上的背景
塑料工業(yè)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，尤其是注塑模具，是集原材料、制造設(shè)備、加工工藝等一系列產(chǎn)業(yè)為一體的高科技產(chǎn)業(yè)。伴隨著我國的改革開放，塑料模具的總體水平得到了前所未有的提高，也大大地縮短了與世界強(qiáng)國的距離。我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，經(jīng)歷半個多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。
2、我國塑料模具的現(xiàn)狀和發(fā)展方向
模具是機(jī)械、汽車、電子、通訊、家電等工業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)工藝裝備。作為基礎(chǔ)工業(yè)，模具的質(zhì)量、精度、壽命對其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要重要，在國際上被稱為“工業(yè)之母”，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著無可置疑的關(guān)鍵作用。[2]
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，受到政府和企業(yè)的高度重視，發(fā)達(dá)國家有“模具工業(yè)是進(jìn)入富裕社會的源動力”之說，可見其受重視之程度，當(dāng)今“模具就是經(jīng)濟(jì)效益”的觀念已被越來越多的人所接受。我國模具行業(yè)近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前模具生產(chǎn)廠點(diǎn)共有2萬多家，從業(yè)人員約50萬人，全年模具產(chǎn)值約360億元，總量供不應(yīng)求，出口約2億美元，進(jìn)口約10億美元。[3]近十年來，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用與工程塑料在強(qiáng)度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，如：家用電器、儀器儀表，建筑器材，汽車工業(yè)、日用五金等眾多領(lǐng)域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一個設(shè)計(jì)合理的塑料件往往能代替多個傳統(tǒng)金屬件。工業(yè)產(chǎn)品和日用產(chǎn)品塑料化的趨勢不斷上升。塑料模具的發(fā)展是隨塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的，在我國，起步較晚，但發(fā)展很快，特別是最近幾年，無論在質(zhì)量、技術(shù)和制造能力上都有很大的發(fā)展，取得了很不錯的成績。[4]80年代以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245億，至2000年我國模具總產(chǎn)值預(yù)計(jì)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(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機(jī)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(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。據(jù)有關(guān)方面預(yù)測，模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)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(fù)雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時，由于近年來進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。
我國塑料模具市場總體上是供不應(yīng)求的，特別是在大型、精密、復(fù)雜、長壽命塑料模產(chǎn)需矛盾十分突出，滿足率只有60%左右。尤其是為工程塑料配套的模具，目前滿足率只有40%左右。工程塑料是我國重點(diǎn)支持和優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，預(yù)計(jì)每年將有25%的增長率。為解決這個矛盾，每年只好大量進(jìn)口。1999年共進(jìn)口橡塑模具4億美元，其中絕大部分是塑料模具。
伴隨著計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)過渡的不斷深入，我國模具工業(yè)的發(fā)展從總體上來說仍是比較快的，模具生產(chǎn)企業(yè)的結(jié)構(gòu)也在發(fā)生著巨大的變化 目前模具行業(yè)已初步形成了由專業(yè)模具廠、產(chǎn)品生產(chǎn)廠的模具分廠(或車問)、獨(dú)資、合資、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、個體私營企業(yè)股份制企業(yè)等并存的模具生產(chǎn)新格局。（國內(nèi)外）我國的模具工業(yè)的發(fā)展，也日益受到人們的重視和關(guān)注，在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。近幾年，我國模具工業(yè)一直以每年15%左右的增長速度發(fā)展，2003年，我國模具總產(chǎn)值超過400億元人民幣。[5]
3、本設(shè)計(jì)的目的與意義
手機(jī)面框是一個較為復(fù)雜的注塑零件，是手機(jī)組成的主要零部件，直接影響著手機(jī)的可觀賞性和質(zhì)量。通過對手機(jī)面框的模具設(shè)計(jì)，可以很好的全方面的考核學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識解決實(shí)際問題的能力。通過本次設(shè)計(jì)，可以很好的把所學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能在總結(jié)提高的基礎(chǔ)上加以綜合應(yīng)用。同時也能提高我們的分析問題、全面解決問題的能力。另外，在本次的設(shè)計(jì)過程中，我們可以很好的進(jìn)一步鞏固PRO/E、CAD、CAM等模具設(shè)計(jì)方面的軟件，在參照實(shí)物設(shè)計(jì)的同時也能發(fā)揮自己有創(chuàng)見的設(shè)計(jì)思想。通過本次設(shè)計(jì)，可以樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的基本方法，加強(qiáng)對設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)規(guī)定，技術(shù)文件的理解和應(yīng)用，提高查閱科技資料的能力，以便今后熟練的開展工作。于此同時也可以在理論聯(lián)系實(shí)際上有更好的結(jié)合。辯證地綜合有關(guān)資料，判定合理的設(shè)計(jì)方案。運(yùn)用所學(xué)的知識，獨(dú)立解決設(shè)計(jì)中碰到的各種問題，通過設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、制表、技術(shù)數(shù)據(jù)處理、撰寫技術(shù)報告等專業(yè)技能的訓(xùn)練，逐步掌握解決本專業(yè)工程技術(shù)文件及技術(shù)問題的處理方法和手段。
4、本課題在國內(nèi)外發(fā)展概況及存在的問題
隨著人們生活水平的日益提高，對產(chǎn)品的要求不僅僅在功能上的完善，而且更注重產(chǎn)品外觀的質(zhì)量需求。由于塑料所具有的優(yōu)異成型性能使其在家電產(chǎn)品中的使用率一馬當(dāng)先，但是由于飛邊及其處理不當(dāng)所造成的外觀缺陷占塑料制品的缺陷比重很大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)達(dá)90%以上。如何經(jīng)濟(jì)有效地解決此類問題，已經(jīng)成為如今注射模的關(guān)鍵。[6] 特別是精密塑件在電子領(lǐng)域中的應(yīng)用，它降低了電子元件的成本，提高了電子元件的性能。精密注射成型時塑料注射成型加工發(fā)展的必然趨勢。[7]手機(jī)面框的塑料注射模的設(shè)計(jì)作為一個較為精密的塑料注射模設(shè)計(jì)，在走在世界發(fā)展的趨勢的同時也面臨著同樣的高要求。
精密注射成型是指成型制件的精度很高，而常規(guī)注射成型難以達(dá)到要求的一種注射成型方法。[8]目前世界上先進(jìn)的精密注塑技術(shù)主要集中在德國、日本、美國以及其他一些西歐國家，東南亞一些國家和地區(qū)如韓國、新加坡以及我國的香港和臺灣地區(qū)發(fā)展也較為迅速。我國大陸的精密注塑技術(shù)近幾年也取得了較快的發(fā)展，但是與一些發(fā)達(dá)國家相比還有著一定的差距。
但我國在精密模方面也在不斷的進(jìn)步。2003年8月19日，由廣東泓利機(jī)器有限公司研制的“JPH100G高速精密塑料注射成型機(jī)”通過了廣東科技廳組織的科技成果鑒定，其注射速度和制品質(zhì)量重復(fù)精度分別達(dá)到國際先進(jìn)水平的1065mm/s及0.14%，堪稱我國塑料機(jī)械蓬勃發(fā)展史上的一項(xiàng)重大事件。另外，廣東工業(yè)大學(xué)材料系得李江平提出了精密注塑模具設(shè)計(jì)和提高塑件精度的方法，并總結(jié)出精密注塑模的型腔尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算公式。
精密模具的的設(shè)計(jì)要注意的主要有：1、有效控制塑料制品的收縮率；2、合理確定模具的尺寸及公差；3、防止生產(chǎn)成型收縮率誤差；4、模具精度的保持。其中模具精度的保持是精密模具面臨的主要問題。塑料制品的精度包括：尺寸、形位精度、重量精度及功能的精度等。而要保證制品的精度，首先必須保證模具的精度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，塑料制品由于模具制造誤差引起的制品尺寸誤差1/3，模具磨損誤差引起的尺寸誤差占1/6。顯然，過低的模具精度會導(dǎo)致制品報廢，但過高的精度會使模具制造成本昂貴，甚至無法制造。[9]要想注塑加工高精密度的塑件，必須找出影響精密塑件精度的因素，將這些影響因素加以分析，通過解決其中問題，同時在進(jìn)行設(shè)計(jì)精密注塑模具。另外，精密塑料模的加工也是一個問題。在精密加工中，與銑加工相類似的是模具的雕模加工?？煞譃橹苯拥窨绦颓缓托颓浑娂庸纱箢?。在雕模作業(yè)中，用銑刀切削出微細(xì)形狀制造模具。因此，在加工中，如何使用小徑道具切削出高精度光潔表面來減輕后道工序的加工負(fù)荷，提高加工效率是當(dāng)前的一個課題。[10]
5、應(yīng)解決的主要問題及應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求
在本次課題中，存在著不少得問題和技術(shù)要求，其主要如下：
1）成型設(shè)備選擇：根據(jù)注塑工藝的性質(zhì)、生產(chǎn)和批量大小=制件的幾）何形狀、尺寸及精度要求，以及安全操作等因素來確定；
2）PRO/E環(huán)境下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)：利用千分尺等測量工具對產(chǎn)品進(jìn)行測量，盡量保證設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品尺寸精度。
3）側(cè)抽裝置的設(shè)計(jì)：在側(cè)抽較多的情況下，應(yīng)盡可能把保證模具結(jié)構(gòu)的精簡，避免過于復(fù)雜，以致實(shí)際加工困難。同時要保證側(cè)抽機(jī)構(gòu)的精密性，保證能順利抽出和注塑出來的產(chǎn)品不會出現(xiàn)飛邊。
4）澆口的設(shè)計(jì)：應(yīng)確保工件表面的光滑。
5）推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：在保證能順利把工件推出的同時，要注意推桿位置的布置。
6）型腔數(shù)的確定：在工件較為復(fù)雜，側(cè)抽較多的情況下，應(yīng)根據(jù)模具的大小和注塑機(jī)參數(shù)等條件，合理確定型腔數(shù)。
6總結(jié)
隨著模具技術(shù)的發(fā)展，世界各國對模具工業(yè)的發(fā)展都十分重視，但由于基礎(chǔ)和體制的不同，其發(fā)展的速度及水平狀態(tài)也有明顯的差距。當(dāng)今世界模具工業(yè)的基本格局是以日、美及歐洲各工業(yè)化國家作為世界模 具拄術(shù)發(fā)展的領(lǐng)頭羊，占據(jù)了世界模具市場的半壁江山，他們擁有現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)的模具制造設(shè)備，特別是近幾年這些國家把CAD／CAM系統(tǒng)作為模具工 業(yè)發(fā)展的臂翼，其發(fā)展的勢頭如日中天。[11]
目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐也日益加快，但在整個模具設(shè)計(jì)制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距。當(dāng)前存在的問題和差距主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）總量供不應(yīng)求；（2）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)均不合理；（3）模具產(chǎn)品水平大大低于國際水平，生產(chǎn)周期卻高于國際水平；（4）開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳；（5）人才嚴(yán)重不足，科研開發(fā)及技術(shù)攻關(guān)投入太少；（6）工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低等問題。隨著國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的各個部門對塑件的品種和產(chǎn)量需求越來越大、產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來越短、用戶對塑件的質(zhì)量要求越來越高，因而對模具設(shè)計(jì)與制造的周期提出了更高的要求，促使塑料模具設(shè)計(jì)和制造技術(shù)不斷發(fā)展，從而也推動了塑料工業(yè)生產(chǎn)高速發(fā)展，可以說，模具設(shè)計(jì)與制造水平標(biāo)志著一個國家工業(yè)化發(fā)展的程度。[12]然而模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低不僅僅是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，而且在很大程度上決定著這個國家的產(chǎn)品質(zhì)量、效益及新產(chǎn)品開發(fā)能力。我國目前的模具開發(fā)制造水平比國際先進(jìn)水平至少相差10年，特別是大型、緊密、復(fù)雜、長壽命模具的產(chǎn)需矛盾十分突出，已成為嚴(yán)重制約我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。在經(jīng)濟(jì)全球化的新形勢下，隨著資本、技術(shù)和勞動力市場的重新整合，我國裝備制造業(yè)在加入WTO以后，將成為世界裝備制造業(yè)的基地，而在現(xiàn)代化制造業(yè)中，無論哪一行業(yè)的工程設(shè)備，都越來越多的采用由模具工業(yè)的產(chǎn)品。為了應(yīng)用戶對模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求，模具工業(yè)應(yīng)廣泛用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)來加速模具工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。目前，我國模具工業(yè)的當(dāng)務(wù)之急是加快技術(shù)進(jìn)步，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加高檔模具的比重，通過求品質(zhì)來求效益，提高模具的國產(chǎn)化程度，減少對進(jìn)口模具的依賴。未來我國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向應(yīng)該是：1、大力普及、廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)逐步走向集成化。2、提高模具標(biāo)準(zhǔn)水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。3、發(fā)展快速制造成型和快速制造模具，即快速成型制造技術(shù)，以便迅速制造產(chǎn)品的原型與模具，降低成本。4、積極研究與開發(fā)模具的拋光技術(shù)。設(shè)備與材料，滿足特殊產(chǎn)品的需要。5、推廣高速銑削、超精度加工和復(fù)雜加工技術(shù)與工藝，滿足模具制造的需要。6、開發(fā)優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)，提高模具的可靠性。7、研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)、逆向工程與并行工程，最大限度地提高模具的開發(fā)效率與成功率。8、開發(fā)新的成型工藝與模具，以滿足未來的多學(xué)科、多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)。[13]只有這樣才能設(shè)計(jì)出更具合理性的模具。合理的模具設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在所成型的塑料制品的質(zhì)量（外觀質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定性），使用時的安全可靠和便于維修，在注射成型時有較短的成型周期和較長的使用壽命以及具有合理的模具制造工藝性。[14]另外還要提高設(shè)計(jì)人員開發(fā)能力和模具制造的水平，只有這樣才能滿足各行業(yè)對模具這一基礎(chǔ)工藝設(shè)備的迫切需求，以實(shí)現(xiàn)我國模具工業(yè)的跨越式發(fā)展。
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