国际先进注塑模具技术的发展分析.pdf
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1、综述 专稿 电 加工与模具)2 0 1 4 年增刊1 国际先进注塑模具技术的发展分析 张 平(青岛海尔模具有限公司,山东青岛 2 6 6 1 0 3)摘要:阐述了国际上先进的注塑模具成形技 术及发展趋势,重点介绍了双 色注塑模具、叠层 注 塑模具、自动化送料模具、一体注塑模 具、微发泡模具、注塑后压缩模 具等多种高端模具的成形原 理和结构特点,阐述 了各类模具的应 用领域及带动产业发展的意义。提 出我 国高端注塑模 具技 术 的发展 方向。关键词:注塑模具;高品质外观;高效生产;绿色制造;制品轻量化 中图分类号:T Q 3 2 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9 2 7 9 X(2 0
2、1 4)S 1 一 O 0 l 1 0 6 A n a l y s i s o n De v e l o p me n t f o r I n t e r n a t i o n a l A d v a n c e d I n j e c t i o n Mo u l d T e c h n o l o g y Zh a n g Pi n g (Q i n g d a o H a i e r Mo u l d C o ,L t d,Q i n g d g o 2 6 6 1 0 3,C h i n a)A b s t r a c t:T h i s p a p e r i n t r o d
3、u c e s t h e i n j e c t i o n m o l d i n g t e c h n o l o g y a n d d e v e l o p m e n t t r e n d o f t h e i n t e r n a t i o n a l a d v a n c e d mo l d t e c h n o l o gy Ma i n l y i n t r o d u c e s t h e f o r mi n g p rin c i p l e a n d s t r u c t u r e c h a r a c t e ri s t i c s
4、 o f t h e d o u b l e i n j e c t i o n mo l d,t h e s t a c k i n j e c t i o n mo l d,t h e l a m i n a t e d a u t o m a t i c f e e d i n g mo l d,t h e i n t e g r a t e i n j e c t i o n m o l d,t h e mi c r o f o a mi n g mo u l d,t h e i n j e c t i o n c o mp r e s s i o n mo l d a n d o t
5、 h e r h i g h-e n d mo l d a n d d e s c rib e d t h e a p p l i c a t i o n o f v a rio u s t y p e s o f v a ri o u s t y p e s of mo l d a s we l l a s t h e s i g n i fi c a n c e o f p r o mo t i n g t h e d e v e l o p me n t of i n d u s t r y,p u t f o r w a r d t h e d e v e l o p i n g d
6、i r e c t i o n o f h i g h-e n d i n j e c t i o n m o l d t e c h n o l o gy i n c h i n a Ke y wo r d s:i n j e c t i o n m o l d;q u a l i t y a p p e a r a n c e;e ffic i e n t p r o d u c t i o n;g r e e n m a n u f a c t u ri n g;l i g h t we i g h t p r o d u c t s 模 具是现代制造业的重要基础装备,被誉为“工业之母”
7、。高水平的工业产品离不开高水平的模 具。模具技术 已成为衡量一个 国家产品制造水平 的 重要标志。近年来,中国模具行业总体水平提高较 快。主要反映在技术含量较高的中高档模具 比例持 续上升 科技进步 明显,产 品质量档次有 了较大提 高。塑料模具在模具市场占有率最高,而注塑模具 在 整机零部件 占比、模具技术复杂程度、模 具市场 占有率等各项对 比指标 中均处于领先地位。“十二 五”期 间。我国注塑模具领域应重点打造可持续发 展能力。开展注塑模具技术创新,解决行业发展的 瓶颈问题。通过研发高品质外观、高效生产、绿色制 收稿 日期:2 0 1 3 一 l l 一 1 8 基金项目:国家工程技术研
8、究中心组建项 目(2 0 1 0 F U 1 1 5 Q O 6);国 家科技支撑计划项 目(2 0 1 1 B AF 1 6 B 0 0)作者简介:张平,男,1 9 7 2年生,高级工程师。造、制造轻量化等类型的先进注塑成形工艺及新型 模具结构,提升我 国注塑模具技术在国际高端模具 领域 内的竞争力。本文分析了国际先进注塑模具技 术的发展状况和前景。供行业 同行参考。1 高 品质外观 注塑模 具 随着社会 的发展进步,时 尚、绚丽 的高 品质外 观产 品越来越受到消费者的青睐。成 为市场 的主 流。此类产品离不开高 品质外观注塑模具,如双色 注塑模具、高档饰纹类模具等,满足了消费者对高 端、
9、时尚产品的需求,具有广阔的市场前景。1 1 双 色 注塑模 具 该技术成形原理是将两种不同的塑料 在两个 注塑机料筒 内分别塑化。通过注塑机顺序注射和模 具 型腔转换,将 两种熔料分别注入模具型腔,成形 出表面具有两种颜色 的塑料制品。根据双色注塑机中旋转结构的不 同。双色模具 一1 1 电 加工与模具 2 0 1 4 年 增刊1 综述 专稿 主要分为转盘式、转轴式、转塔式 3种类型。(1)转盘式双色模具:由两套定模不同、动模相 同的模具在垂直平面按上下或左右方向排列。两定 模安装在注塑机定模板上,两动模安装在注塑机转 盘上。两料筒位于注塑机同侧,与两定模对应上下 或左右排列(图 1)。转盘式
10、双色模具主要适用于 中 小 型双色制 品的生产 如 冰箱双色装饰条、汽车天 窗防护件等。2 1 4 5 口模 A模 互j i 6 7 1 注塑机动模板2 注塑机转盘3 B模动模4 双色成 品 5 B模定模6 注塑机定模板 7 料筒 b 8 料 筒 a 9 A模定模1 0 半成品 M 1 1 A模动模 图 1 转 盘式双色模具工作原理图(2)转轴式双色模具:由一副模具组成,型腔的 一侧用于成形单色半成品、另一侧用于成形双色成 品。模具的定模两腔结构不同,动模两腔结构相同,分别安装在注塑机的定模板和动模板上。动模被分 成两部分,其 中一部分是旋转块结构,与注塑机的 转轴相连接,用来成形制品 的单色
11、半成品;另一部 分 固定,用来成形双色成品。两料筒布置在 注塑机 同侧,分别与双色模具定模的两型腔浇 口相对应(图 2)。转轴式双色模具主要适用于产量大的小型 双色制品,如双色牙刷、手机壳等。5 6 7 8 9 1 0 l 1 1 2 1 定模第 二腔 腔2 双色成 品 3 注塑机转轴 4 注塑机动模板5 动模6 动模旋转块 7 半成品 8 定模第一腔 A腔9 定模 1 O 注塑机定模 板1 1 料筒 n 1 2 料筒 b 图 2 转轴式双色模具工作原理 图(3)转塔式双色模具:由两副定模相同、动模不 同的模具沿注塑机开模方 向并排安装在注塑机 中 两副模具按倒装形式设计,成形单色半成 品的模
12、具 一】2 动模和成形 双色成 品的模 具动模分别安装在注塑 机动模板和定模板上,两定模分别安装在位于注塑 机中间转塔的垂直模板两侧。注塑机两料筒分布在 注塑机两侧,从注塑机定模板和动模板两个方 向注 射。注塑成形单色半成品后,转塔水平旋转,带动模 具两定模在水平面进行旋转换位 1 8 0。,合模后成形 双色成品(图 3)。转塔式双色模具适用于大、中型双 色制品的生产。如大型双色空调面板、电视前壳等。醅 窭 1 料 筒 2 注 塑 机 定模 板3 A 模 动 模4 半 成 品 5 A模定模6 注翅机水平旋转 台7 注塑机中间模 板 8 廖模定模9 双色成品 1 0 模动模 l 1 注塑机动模板
13、l 2 料筒 b 图 3 转塔式双色模具工作 原理 图 双色注塑模具 的关键技术包括热流道 系统 的 设计、模具转换机构、模具型腔加工精度、模具注塑 工艺控制、排气系统设计等。产品造型的复杂化使 双色注 塑模 具 向大 型、深 腔、高亮、控光 的方 向发 展,如采用双色注塑工艺空调面板、滚筒洗衣机 面 板等。1 2高档饰纹类注塑模具 该 技术 通 过 在产 品表 面增 加 纹理。起 到 装 饰 产 品 的作用,使产 品更美 观、高雅。克服 了印字、喷漆 易磨掉的缺点,具有防滑、防转、手感 良好的特点,麻面、亚光面、拉丝纹等纹理具有防止光线反射、消 除眼部疲劳的作用。该技术主要有表现平面装饰效
14、果 的腐蚀饰纹工艺和表现立体装饰效果的纹理雕 刻工艺等。(1)腐蚀饰纹工艺是利用化学药水作用,在 已 加工成形 的模具型腔或型芯面上腐蚀纹理,如拉丝 纹、沙纹、条纹、木纹、皮纹、绸缎 图案等。主要表现 平面装饰效果。其关键技术包括纹理设计、制版、模 具钢材等。纹理可采用纹理 C A D软件优化设计。采 用不同的疏密度、深度,来体现不同的视觉效果。纹 理 与制 品色彩搭配,制成各种 纹理样板,供产 品设 计师选用。模具钢材的性能对纹理的视觉表现力影 响很大,钢材需有很好的抛光、耐磨性能。(2)纹理雕刻工艺是利用 3 D扫描仪和 3 D模型 制作软件“F r e e f o r m”等数字工具制作
15、纹理数 据 然 后将其追加 到产 品的 C A D C A M 数据中制作模具。综述 专稿 电 加工与 模具)2 0 1 4 年增刊1 由于纹理直接雕刻在 模具上,因此,成形后 的制 品 形成质感丰富的 3 D纹理。这种饰纹方法可根据客 户的需求随意设计花纹形式,流程简单,过程环保,具有广阔的发展前景(图4)。图 4纹理雕刻图案 饰纹技术在注塑模具上早有应用。但主要用在 低端制品的外观表 面体现不出外观的高品质。原 因在于花纹设计、制造 工艺、模具材料等方面的局 限性。随着该技术 的不断创新。将广泛应用于高端 产 品。2 高效生产注塑模具 模具注塑生产效率低 严重影响了塑料制品的 产量,还提升
16、 了单件成本,进而造成整款产 品的高 成本。企业缺少创新技术 无法满足市场需求 的突 然放大,只有扩大规模来 占领市场,这样,给企业造 成很大的风险。严重影响行业 的发展,使企业不得 不在 占领市场与扩大规模之间博弈。据统计,汽车 内饰 中有 9 O的零件是注塑成形,家电产品 中有 7 0的零件是注塑成形。因此,模具注塑生产效率 将直接影响产品的交货期。高效生产注塑模具技术 包括叠层注塑模具、自动化送料注塑模具等,采用 新型模具结构、模具 自动化装置等技术创新,大幅 提高注塑生产效率,能有效解决上述注塑制造行业 的瓶 颈 问题。2 1 叠层 注塑模 具 叠层 注塑模 具是区别 于普通注塑模具
17、的一种 新型模具型式。是在一副模具 中将多个型腔在合模 方 向重叠布置,这种模具通 常有多个分型面,每个 分型面上可布置一个或多个型腔。简单地说,叠层 模具就相 当于将多副单层模具叠放在一起,安装在 一台注塑机上进行注塑生产。叠层注塑模具结构上 由叠层模具热流道系统、专用模架 系统、承载导向系统、双向顶 出系统、开合 模联动系统等多个系统组成(图 5)。叠层模具技术具备 以下特点:(1)叠层模具生产效率超过普通的单层模具一 倍或多倍,大幅降低 了注塑生产成本。从叠层模具 的结构特点来看,叠层模具将多副型腔组合在一副 模具 中,利用普通 注塑设备 即可满足生产,模具的 图 5 叠 层 模 具 结
18、 构 不 意 图 充模、保压和冷却时间与单层模具相同。因此,生产 效率将超过普通的单层模具一倍甚至多倍,大大提 高制品单位时间的产量。(2)装在与单层模 具要求相 同的注塑机上,无 须投资购买额外的机器和设备,从而节约 了安装机 器、设备和扩建厂房、新增劳动力的费用。(3)叠层模具的制造要求基本上与普通模具相 同。据统计,l 套双层叠层模具的制造周期 比 2套单 层模具的制造周期缩短 5一 l 0。(4)叠层模具适用于大批量生产的制品,批量 越大,制 品生产成本越低。叠层模具技术可广泛应用 于家电、汽车等产品 塑料零件 的制造。如洗衣机外桶盖 和上盖、空调面 板、汽车的门板、地图袋等。发展叠层
19、注塑模具技术可有效解决我 国注塑 制造行业 的瓶颈 问题,促 进行业的转型升级,因此 被列入科技部、工信部等四部委联合发布的 重大 技术装备 自主创新指导 目录。2 2 自动化送料注塑模具 自动化送料注塑模具 是指基 于模具 的 自动化 生产解决方案,主要包括 自动送网、送布、送膜片等 类型,通过伺服电机驱动输送辊对膜片、网、布等物 料实现 自动传输。由传感器控制传输的进给量,料 片 自动装夹定位,模具可实现批量化连续性生产,对 比需人工操作的单件安装、单件 生产,效率得到 大幅提升。同时,采用机械手取件,保证了生产的连 贯性。生产周期可实现大幅缩短。图 6是空调滤尘网 自动送料注塑模具。将过
20、滤 网置 于模具型腔 内作为嵌 件,合模后注入塑料熔 体,经冷却成形包括支撑框架和过滤网的制 品。该 模具 的难点是保证网布 的平整度,提高模具生产效 率。模具工艺方案包括挂 网方式、压网间隙、浇口布 局、网布预紧、制 品后处理等。产品实施 自动化生 一】3 一 电加工与 模具 2 0 1 4 年增刊1 综述 专稿 产,配置 自动送 网、自动切网、机械手、去应力设 备 等装置 提高制 品的质量和生产效率。模具实现物 料 自动输送、自动切网、机械手取件、去应力后处理 等功能 生产效率较普通模具提升 5 0以上。图 6空调滤尘网 自动送料 注塑模具 自动化送料注塑模具技术可广泛应用到各种 一体注塑
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- 国际 先进 注塑 模具 技术 发展 分析
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