探讨塑料模具制造技术发展的新视点（一）

刘道春

（湖北十堰市化工材料公司）

探讨塑料模具制造技术发展的新视点（一）

刘道春

（湖北十堰市化工材料公司）

随着塑料工业的飞速发展和通用、工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件，塑料产品的用量也正在上升。针对塑料模具产业的发展机遇和前景，分析了我国塑料模具行业发展新亮点，介绍了塑料加工模具的分类，研究了新型塑料模具用钢的开发应用动向，同时指出了塑料模具制造技术的发展趋势。

塑料模具制造技术发展趋势

塑料模具是一种生产塑料制品的工具，它由几组零件部分构成，这个组合内有成型模腔。注塑时，模具装夹在注塑机上，熔融塑料被注入成型模腔内，并在腔内冷却定型，然后上下模分开，经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注塑，整个注塑过程是循环进行的。十三五规划将推动更多橡塑相关行业及领域的发展，也将为塑料模具制造业在品牌建设、高端产品制造方面带来新的发展值得业内人士的关注。

1．塑料模具产业的发展机遇和前景

模具技术是一项涉及面广，综合性强，科技含量高的系统工程技术。用模具加工产品大大提高了生产效率，而且还具有节约原材料，降低能耗和成本，保持产品高一致性等特点。因此模具被称为“效益放大器”。在国外，模具被称为“金钥匙”、“进入富裕社会的原动力”等。模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，因此模具工业已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。随着经济的全球化，模具制造业在过去10年经历了剧烈的变化，标准化的单一精密零件已取代了手装式嵌件，标准化的基础零配件普遍得到推广和应用，越来越多的顾客在世界范围内拥有生产网络。模具制造商能够合理地生产模具、尽快地装配并确保零件在世界范围内都有替换零件供应商。

现代模具行业是技术、资金密集型的行业，近年来，我国模具行业结构调整步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度；尤其塑料模具和压铸模具比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及开发能力增加较快。随着经济体制改革的不断深人，“三资”及民营企业的发展很快。

据了解，国内模具制造业规模以上企业1314家，从业人员24．5万人，全年完成工业总产值555．6亿元。实现销售收入和利润539．6亿元和46．75亿元，出口10亿美元。进口达14．7亿美元。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，为工业中等发达国家的1／4，这一方面反映出我们存在的差距，另一方面也展现了我国塑料工业和塑料模具产业巨大的发展空间。当前，我国对模具需求旺盛的行业包括航空航天、国防军工、轨道机车、工程机械等行业，尤其是总投资达2200亿元的京沪高铁项目、超过300亿元投资规模的大飞机项目等，都会给塑料模具行业带来新的挑战和机遇。我国塑料模具业的发展必须依托国家重点建设工程，大力发展精密注塑模具、覆盖件模具和大型注塑模具。同时通过加快企业兼并重组和产品更新换代，缩小与发达国家间的距离，使我国的塑料模具业持续健康发展。

近年来，我国塑料模具工业发展迅速，体现在产品技术含量不断提高，制造周期不断缩短。但与国外塑料模具的先进水平相比，依然存在不小的差距。以模具材料和标准件为例，国外模具钢的生产80%以上采用真空精炼和电渣重熔生产，钢材的纯度和等向性高，而国内通过电渣重熔生产的模具钢所占份额很少，大约1／10。国外发达国家的模具钢成材率在85%～90%，而国内成材率仅为70%。我国列入国家标准中的塑料模具钢仅为3Cr2Mo和3Cr2Mn Ni。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。我国塑料模具用钢的随意性较大，80%使用碳钢和40Cr钢。对于复杂、精密模具，为避免热处理变形，一般在退火态、正火态或调质态加工使用，因此寿命仅为国外同类模具的1／10～1／2。国内汽车塑料模具企业大多愿意选用德国、日本、瑞典三大系列的模具钢，但是在国内购买欧洲模具钢材，价格往往高出30%～40%，严重影响了国内模具的竞争力。在国家重大专项的关键功能件项目中，模具专项体现了模具工业在制造业中所占的重要地位。因此，必须重点研究与大飞机项目、高速铁路、城市轨道交通项目配套的高强、高韧、高耐磨性塑料制品的成型工艺与模具加工技术。

目前为汽车服务的模具约占到我国全部模具产量的1／3左右，在汽车行业比较发达的国家，为汽车服务的模具往往占到其全部模具产量的40%以上。随着人们生活水平的不断提高，轿车车型不断更新，汽车向高速、舒适、风格化发展，车身结构将日趋复杂，要求模具向大型化、复杂化、高精度方向发展。轿车能源对绿色环保的要求也越来越高，轿车自重下降10%，可以节省燃油6%～8%。以塑代钢是轿车轻量化的必由之路。因此，要大力发展节能降耗、以塑代钢的汽车零部件制造工艺和模具制造技术。

随着全球网络化和通信技术的飞速发展，通讯速率提高，手机、手提电脑小型化／轻量化，对接插件封装技术、超薄成形技术、导光塑料的成形技术和模具精度要求越来越高。因此，必须研究超薄成形、超精密成形的工艺和高精密模具制造技术。

2．我国塑料模具行业发展新亮点

塑料橡胶应用于日常生活的领域不断扩大，全球不同行业对橡塑机械及原材料的质量需求日渐提升。我国作为全球第一大塑料机械及第二大塑料制品生产国，以及世界第一大塑胶消费大国，再加上世界经济重心东移，我国的橡塑行业发展方向已成为全球焦点。

近几年我国塑料模具行业发展出现以下新亮点。

高精度精密模具水平登上新台阶。贝隆精密模具的测距仪主体注塑模，塑制品形状复杂，在同轴的二端有不等径的三组装镜片调焦用的精密螺纹，模具有四个不同方向的抽芯模具结构复杂，因制件要装光学镜片，故精度高，飞边毛刺不得大于0．05mm。深圳市昌红模具研制的墨盒注塑模结构复杂，改变了国外一模八穴的结构，研制成功一模十六穴的精密注塑模。此模有208块镶块，并可互换，实现了一付模具多种用途，模具寿命在100万模以上。

多种材料混合的注塑模异军突起。天津津荣天和机电研制的MIM胃镜钳头模具。该模具注射的制件，用90%的金属粉未与塑料混合的料，注射成型后，再将塑件烧结，得到最后的金属件，由于收缩率很大达17．5%，而最后的制件精度要求在0．5%，技术难度很高。宁波锦隆电器研制的台盆注塑模，该模具成型件是混有80%～85%纳米级矿粉未的特殊注塑模，该模具结构特殊，制品最薄处仅3mm，可达到花岗岩的硬度，且造型复杂，较之目前市场上的人造大理石台面，其用途更广泛，可替代陶瓷制品，有很高的社会经济效益。

大型、精密、高效、长寿命注塑模。陶氏模具研制的“英国路虎汽车后保险杠注塑模”，不仅制品大。而且高，模具型腔深达850mm，模具型腔及其零件加工均采取了很多新的措施，取得很好的效果。宁海注塑模具的“W23汽车格栅注塑模具”，有效解决了分布于整个表面的大面积六角形小孔的型芯的的加工关键技术，采取针阀程序控制及网眼部分的模温调节，解决了大面积网孔的脱模，及其熔接痕的难题。海尔的重卡底版叠层模具，模具尺寸达3300×1720×1600mm，开创了特大型叠层高效模具的先例。淅江黄岩美多模具研制的“高音喇叭注塑模”，塑制品形状特殊，其网孔脱模方向与水平面成45°角。脱模方向是椭圆形，而正面是是圆形，故需解决石墨电极加工，及成型加工中的绪多问题。黄岩星泰塑精模具有限公司研制的“前除霜隔栅注塑模”，该模具塑制品很长，有2．15m但允许变形很小，仅0．35mm，形状复杂，抽芯滑块多，制作品质佳。深圳银宝山的“椅子注塑模”制件形状复杂，多方向抽芯脱模，制件是透明件，采用气辅注射，制件品质高。

新工艺新技术层出不穷。安徽鲲鹏装备模具研制的双料复合真空成型模，该模具用于成型拖拉机的双层顶蓬，模具采用了新型复合成型工艺，中空气缸保证模腔内气体平衡技术和新型真空成型模具材料及热处理工艺的应用，解决了双料一次成型、压合。厦门市驰杰模具研制的飞机座椅真空复材吸塑模，该模具成型的是复有碳纤维的飞机座椅，由于制件形状复杂，而且要贴复上一层碳纤维，故而在成型中采用了创新的特殊的工艺，制成了合格的制件。宁波方正汽车模具研制的“高挡汽车蝶形模具”，该模具系大型、复杂吹塑模具。模塑制品用于高挡轿车，其蝶形结构的油箱口应确保其密封性，多层吹塑技术在油箱模具上的成功应用，满足了油箱的技术要求。模具结构复杂，且脱模滑块的距离及挤压盘的行程均设计成可调，达到顺利脱模。

模具信息化向成形过程智能控制方向发展。天津国丰模具研制的轿车翼子板注塑模，该模成型高挡轿车翼子板，外观要求相当高，且有相当高的强度要求，不允许有熔接痕，该模具采用三点进料，其中一点为针阀式热流道，另二点进料用顶针替代，应用计算机进行程序控制料流，消除了塑制件的熔接痕，节约了制造成本和塑制件生产时的耗能费用。

双色（料）注塑模各领风骚。青岛海信模具研制的大型“双色高光无熔痕注塑模具”，其塑制品是42寸电视机前框。大型双色无痕注塑模在国内尚属首例。有效解决了在第一次注塑后以可靠的机构顶住由于收缩等原因脱离第一型腔及第二注塑过中的排气不畅、排气困难等问题。四川长虹模塑科技的“平板底座双色注塑模具”，型腔采用蒸汽模水路实现产品高光外观，采用特有的型芯旋转机构的一付模具，替换了常用的二付模具的双色模，一次开模取一个成品的高生产率。型芯从旋转轴中间进水，解决了水路密封的难题。

近几年我国塑料模具行业发展迅速，塑料模具产品有较大的进步，技术、质量、创新达到了一个新的高度，模具企业注重创新、注重质量、注重新技术的应用已经蔚然成风。

3．塑料加工模具的分类

塑料模具是塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。由于塑料品种和加工方法繁多，塑料成型机和塑料制品的结构又繁简不一，所以，塑料模具的种类和结构也是多种多样的。按照成型方法的不同，可以划分出对应不同工艺要求的塑料加工模具类型，主要有注射成型模具、挤出成型模具、吸塑成型模具、高发泡聚苯乙烯成型模具等。

塑料挤出模具用来成型生产连续形状的塑料产品的一类模具又叫挤出成型机头，广泛用于管材、棒材、单丝、板材、薄膜、电线电缆包覆层、异型材等的加工。与其对应的生产设备是塑料挤出机，其原理是固态塑料在加热和挤出机的螺杆旋转加压条件下熔融、塑化，通过特定形状的口模而制成截面与口模形状相同的连续塑料制品。其制造材料主要有碳素结构钢、合金工具等，有些挤出模具在需要耐磨的部件上还会镶嵌金刚石等耐磨材料。挤出中工工艺通常只适用热塑性塑料品制品的生产，其在结构上与注塑模具和压塑模具有明显区别。

塑料压塑模具包括压缩成型和压注成型两种结构模具类型。它们是主要用来成型热固性塑料的一类模具，其所对应的设备是压力成型机。压缩成型方法根据塑料特性，将模具加热至成型温度，然后将计量好的压塑粉放入模具型腔和加料室，闭合模具，塑料在高热，高压作用下呈软化粘流，经一定时间后固化定型，成为所需制品形状。压注成型与压缩成型不同的是没有单独的加料室，成型前模具先闭合，塑料在加料室内完成预热呈粘流态，在压力作用下调整挤入模具型腔，硬化成型。压缩模具也用来成型某些特殊的热塑性塑料如难以熔融的热塑性塑料（如聚加氟乙烯）毛坯（冷压成型），光学性能很高的树脂镜片，轻微发泡的硝酸纤维素汽车方向盘等。压塑模具主要由型腔、加料腔、导向机构、推出部件、加热系统等组成。压注模具广泛用于封装电器元件方面。压塑模具制造所用材质与注射模具基本相同。

塑料吹塑模具是用来成型塑料容器类中空制品（如饮料瓶、日化用品等各种包装容器）的一种模具，吹塑这里主要指中空吹塑（又称吹塑模塑）是借助于气体压力使闭合在模具中的热熔型坯吹胀形成中空制品的方法，是第三种最常用的塑料加工方法，同时也是发展较快的一种塑料成型方法。吹塑用的模具只有阴模（凹模），与注塑成型相比，设备造价较低，适应性较强，可成型性能好、可成型具有复杂起伏曲线（形状）的制品。吹塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成型、注射吹塑中空成型、注射延伸吹塑中空成型，多层吹塑中空成型，片材吹塑中空成型等。中空制品吹塑成型所对应的设备通常称为塑料吹塑成型机，吹塑成型只适用于热塑料品种制品的生产。吹塑模具结构较为简单，所用材料多以碳素钢制造。

吸塑模具指吸塑生产时所用的模具，成本最低的是石膏模，其次是电镀铜模，最贵的是铝模。模具钻有小孔，用于真空吸附热化的硬片，形成吸塑产品。吸塑模具是塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。吸塑原理是利用抽真空成型方法或压缩空气成型方法使固定在凹模或凸模上的塑料板、片，在加热软化的情况下变形而贴在模具的型腔上得到所需成型产品，主要用于一些日用品、食品、玩具类包装制品生产。吸塑模具因成型时压力较低，所以模具材料多选用铸铝或非金属材料制造结构较为简单。

塑料注射成型模具对应的加工设备是塑料注射成型机，塑料首先在注射机底加热料筒内受热熔融，然后在注射机的螺杆或柱塞推动下，经注射机喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，塑料冷却硬化成型，脱模得到制品。一般对热塑性塑料件产品生产中应用最为普遍的一种成型模具，其结构通常由成型部件、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气系统、支撑部件等组成。制造材料通常采用塑料模具钢模块，常用的材质主要为碳素结构钢、碳素工具钢、合金工具钢，高速钢等。注射成型加工方式通常只适用于热塑料品的制品生产，用注射成型工艺生产的塑料制品十分广泛，从生活日用品到各类复杂的机械，电器、交通工具零件等都是用注射模具成型的，它是塑料制品生产中应用最广的一种加工方法。

高发泡聚苯乙烯成型模具是应用可发性聚苯乙烯（由聚苯乙烯和发泡剂组成的珠状料）原料来成型各种所需形状的泡沫塑料包装材料的一种模具。其原理是可发聚苯乙烯在模具内能入蒸汽成型，包括简易手工操作模具和液压机直通式泡沫塑料模具两种类型，主要用来生产工业品方面的包装产品。制造此种模具的材料有铸铝、不锈钢、青铜等。

（未完待续：见本刊2016年第1期）

Explore the new viewpoint of plastic mold manufacturing technology development

Liu dao chun
（Hubei shiyan chemical materials company）

with the rapid development of plastic industry and general engineering plastics in the aspects of improving strength and precision，the application range of the plastic products are also constantly expanding，proportion of plastics is rapidly increasing．A reasonable design of plastic parts often can replace more traditional metal pieces，plastic products consumption is also rising．For opportunities and prospects for the development of plastic mold and die industry，analyzes the plastic mold industry development new luminescent spot，this paper introduces the classification of plastic moulds，studies the development and application tendency of the new plastic mold steel，and points out the development trend of plastic mold manufacturing technology．

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