第一節(jié) 產品定義及發(fā)展歷程

1、定義

注塑注射成型所用的模具稱為注塑模；注塑模能一次成型外形復雜、尺寸精確高或帶有嵌件的塑料制品。

所謂注塑成型（Injection Molding）是指，受熱融化的材料由高壓射入模腔，經冷卻固化后，得到成形品的方法。該方法適用于形狀復雜部件的批量生產，是重要的加工方法之一。注射成型過程大致可分為以下6個階段“合模-注射-保壓-冷卻-開模-制品取出”，上述工藝反復進行，就可連續(xù)生產出制品。

基于注塑材料，可將模具分為：

1）熱塑性塑料注塑模具；

2）熱固性塑料注射模具；

3）彈性體塑料注塑模具(如橡膠硅膠模具)；

4）結構泡沫塑料注射模具；

其中注塑模具又可分為兩板模(two-plate molds)和三板模(three-plate molds)

2、發(fā)展歷史

塑料模具工業(yè)近20年來發(fā)展十分迅速，早在7年前塑料的年產量按體積計算已經超過鋼鐵和有色金屬年產量的總和，塑料制品在汽車、機電、儀表、航天航空等國家支柱產業(yè)及與人民日常生活相關的各個領域中得到了廣泛的應用。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市場中塑料成形模具產量中約半數以上是注塑模具。

第二節(jié) 產品特點及應用領域 分析

1、塑料注塑模具的結構和工作原理：塑料注塑模具是熱塑性塑料件產品生產中應用最為常見的一種成型模具，塑料注射成型模具對應的加工設備是塑料注射模具對應的加工設備是塑料注射成型機，塑料首先在注射機底加熱料筒內受熱熔融，然后在注射機的螺桿或柱塞推動下，經注射機噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔，塑料冷卻硬化成型，脫模得到制品。其結構通常由成型部件、澆注系統(tǒng)、導向部件、推出機構、調溫系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、支撐部件等部分組成。

2、產品特點及應用

1）熱塑性塑料特點：

這類塑料在加熱時軟化，溫度升高至一定程度時呈熔融狀態(tài)，成為可流動的粘稠流體，借助模具和壓力可制成一定形狀的制品，冷卻后可保持已成型的形狀。再次加熱時又可變軟、熔融、重新塑制成型。它在加熱、冷卻成型過程中只有物理變化而無化學變化。平時大多數常用的塑料屬于此類型，也是塑膠制品的特點決定是否開注塑模具的標準。

2）熱固性塑料特點：

這類塑料在第一次受熱時軟化，冷卻后固化成型并呈現出剛硬狀態(tài)。重新加熱時不再軟化，當溫度升高到一定程度時會發(fā)生分解。這是因為在注塑成型過程中塑料產生了化學變化，線形分子變成了體形分子，樹脂 轉變?yōu)榧炔卉浕植蝗芙?，不再變化的形狀，不再具有可塑性，其質地一般硬且脆。常用的熱固性塑料有PF、UF、MF、EP、UP等。

3）按塑料的用途分類

（1）通用塑料

此種塑料用途十分廣泛，產量大，約占塑料總產量的四分之三，價格低，大量用來制作受力不大的日用品，如電視機外殼、電話機外殼模具、家電產品模具等，常用的塑料有普通ABS，PP、PE、PVC、PS等。

（2）工程塑料：

通用塑料的價格低廉，但是它的力學性能，耐溫、耐蝕性能難以滿足某些工程和設備中用作結構材料的需要，為此，工程塑料應運而生，它機械強度高，剛性大，能取代某些鋼鐵或有色金屬材料，可制造結構復雜的機械零件或工程受力件，很多使用效果還超過原來的材料。常用的工程塑料有POM、PC、PA、PTFE等。

（3）特種塑料

此種塑料具有某些獨特的功能，可用于一些特殊場合，如導磁塑料，醫(yī)藥用塑料，珠光塑料、光敏塑料等。

第三節(jié) 產業(yè)鏈概述

一、在產業(yè)鏈中的位置

注塑模具產業(yè)鏈結構

二、相關 行業(yè) 簡述

1、模具制造業(yè)

“十一五”期間，國際金融危機席卷全球，經濟一度跌入低谷并經歷緩慢復蘇，其中新興國家經濟發(fā)展較快，情況要好于發(fā)達國家。在我國經濟高速增長和全球經濟回暖的影響下，我國模具 行業(yè) 在后危機時期獲得了較好的恢復性增長，2010年我國模具市場產需兩旺，增長幅度又邁上了2位數，全國模具總銷售達到1120億元左右，比上年增長近15%。其中模具出口的發(fā)展速度高于整個 行業(yè) 的總體發(fā)展速度，并首次實現外貿順差。

目前全國共有模具生產企業(yè)（廠、點）約3萬個，從業(yè)人員近100萬人，2009年我國模具制造 行業(yè) 主營收入500萬元以上企業(yè)全國共有2797個，其中國營企業(yè)∶民營企業(yè)∶三資企業(yè)的比例為1.1∶62.1∶33.9，這表明我國模具企業(yè)中來自非國營的資本已經占了絕大部分比例。國際模具及五金塑膠產業(yè)供應商協(xié)會常務秘書長羅百輝同時表示，在國際市場上，由于工業(yè)發(fā)達國家努力降低工業(yè)生產成本對我國模具仍有競爭優(yōu)勢，外貿情況也比較好。

2、塑料制品制造業(yè)

2010年1-11月塑料制品業(yè)開工率繼續(xù)高漲，生產高速平穩(wěn)增長，產銷銜接練好。 行業(yè) 產銷值方面的運行數據顯示如下：

2010年1-11月，我國塑料制品業(yè)規(guī)模以上企業(yè)達20702家，比1-10月增加了364家；1-11月全國規(guī)模以上塑料制品企業(yè)累計完成工業(yè)總產值12719.52億元，同比增長28.2%，增速較上年同期上升15.7個百分點；1-11月全國規(guī)模以上塑料制品企業(yè)累計完成工業(yè)銷售產值12465.14億元，同比增長30.7%，增速較上年同期上升18.3個百分點，與本年1-10月增幅相比略微回升0.37個百分點；1-11月全國規(guī)模以上塑料制品企業(yè)累計產銷率為98，比上年同期上漲0.5個百分點。11月當月，我國塑料制品業(yè)完成工業(yè)總產值1331.91億元，同比增長28.2%，增速較上年同期上升5.1個百分點；當月實現工業(yè)銷售產值1312.6億元，同比增長30.06%。當月塑料制品業(yè)產銷率為98.5，比上年同期上漲1.3個百分點。

分子 行業(yè) 來看銷售產值情況：塑料薄膜制造業(yè)1-11月實現工業(yè)總產值1654.81億元，同比增長27.2%，增速較上年同期回升了20.9個百分點；塑料薄膜制造業(yè)1-11月實現工業(yè)銷售產值1623.39億元，同比增長27.82%，增速較上年同期回升了21.73個百分點。塑料板、管、型材的制造業(yè)1-11月實現工業(yè)總產值2855.95億元，同比增長33.1%，增速較上年同期回升了17.6個百分點；塑料板、管、型材的制造業(yè)1-11月實現工業(yè)銷售產值2811.59億元，同比增長33.29%，增速較上年同期回升了16.47個百分點。塑料絲、繩及編織品的制造業(yè)1-11月實現工業(yè)總產值1474.41億元，同比增長30.6%；塑料絲、繩及編織品的制造業(yè)1-11月實現工業(yè)銷售產值1442.85億元，同比增長30.77%，增速較上年同期回升了10.56個百分點。日用塑料制造業(yè)1-11月實現工業(yè)總產值1458億元，同比增長31.8%；日用塑料制造業(yè)1-11月實現工業(yè)銷售產值1449.28億元，同比增長34.37%，增速較上年同期回升了20.1個百分點。

第四節(jié) 產品生產技術發(fā)展現狀

隨著塑料制品復雜程度和精度要求的提高以及生產周期的縮短，主要依靠經驗的傳統(tǒng)模具設計方法已不能適應市場的要求，在大型復雜和小型精密注射模具方面我國還需要從國外進口模具。

1、關鍵技術和實用功能

1）用三維實體模型取代中心層模型

傳統(tǒng)的注塑成形仿真軟件基于制品的中心層模型。用戶首先要將薄壁塑料制品抽象成近似的平面和曲面，這些面被稱為中心層。在這些中心層上生成二維平面三角網格，利用這些二維平面三角網格進行有限元計算，并將最終的 分析 結果在中面上顯示。而注塑產品模型多采用三維實體模型，由于兩者模型的不一致，二次建模不可避免。但由于注塑產品的形狀復雜多樣、千變萬化，從三維實體中抽象出中心層面是一件十分困難的工作，提取過程非常繁瑣費時，因此設計人員對仿真軟件有畏難情緒，這已成為注塑成形仿真軟件推廣應用的瓶頸。

HSCAE 3D主要是接受三維實體/表面模型的STL文件格式。現在主流的CAD/CAM系統(tǒng)，如UG、Pro/ENGINEER、CATIA和SolidWorks等，均可輸出質量較高的STL格式文件。這就是說，用戶可借助任何商品化的CAD/CAE系統(tǒng)生成所需制品的三維幾何模型的STL格式文件，HSCAE 3D可以自動將該STL文件轉化為有限元網格模型，通過表面配對和引入新的邊界條件保證對應表面的協(xié)調流動，實現基于三維實體模型的 分析 ，并顯示三維 分析 結果，免去了中心層模擬技術中先抽象出中心層，再生成網格這一復雜步驟，突破了仿真系統(tǒng)推廣應用的瓶頸，大大減輕了用戶建模的負擔，降低了對用戶的技術要求，對用戶的培訓時間也由過去的數周縮短為幾小時。

2）有限元、有限差分、控制體積方法的綜合運用

注塑制品都是薄壁制品，制品厚度方向的尺寸遠小于其他兩個方向的尺寸，溫度等物理量在厚度方向的變化又非常大，若采用單純的有限元或有限差分方法勢必造成 分析 時間過長，無法滿足模具設計與制造的實際需要。我們在流動平面采用有限元法，厚度方向采用有限差分法，分別建立與流動平面和厚度方向尺寸相適應的網格并進行耦合求解，在保證計算精度的前提下使得計算速度滿足工程的需要，并采用控制體積法解決了成形中的移動邊界問題。對于內外對應表面存在差異的制品，可劃分為兩部分體積，并各自形成控制方程，通過在交接處進行插值對比保證這兩部分的協(xié)調。

3）數值計算與人工智能技術的結合

優(yōu)選注塑成形工藝參數一直是廣大模具設計人員關注的問題，傳統(tǒng)的CAE軟件雖然可以在計算機上仿真出指定工藝條件下的注塑成形情況，但無法自動對工藝參數進行優(yōu)化。CAE軟件使用人員必須設置不同的工藝條件進行多次CAE 分析 ，并結合實際經驗在各方案之間進行比較，才能得出較滿意的工藝方案。同時，在對零件進行CAE 分析 后，系統(tǒng)會產生有關該方案的大量信息(制品、工藝條件、 分析 結果等)，其中 分析 結果往往以各種數據場的形式出現，要求用戶必須具備 分析 和理解CAE 分析 結果的能力，所以傳統(tǒng)的CAE軟件是一種被動式的計算工具，無法提供給用戶直觀、有效的工程化結論，對軟件使用者的要求過高，影響了CAE系統(tǒng)在更大范圍內的應用和普及。針對以上不足，HSCAE3D軟件在原有CAE系統(tǒng)準確的計算功能基礎上，把知識工程技術引入系統(tǒng)的開發(fā)中，利用人工智能所具有的思維和推理能力，代替用戶完成大量信息的 分析 和處理工作，直接提供具有指導意義的工藝結論和建議，有效解決了CAE系統(tǒng)的復雜性與用戶使用要求的簡單性之間的矛盾，縮短了CAE系統(tǒng)與用戶之間的距離，將仿真軟件由傳統(tǒng)的“被動式”計算工具提升為“主動式”優(yōu)化系統(tǒng)。HSCAE3D系統(tǒng)主要將人工智能技術應用于初始工藝方案設計、CAE 分析 結果的解釋和評價、 分析 方案的改進與優(yōu)化3個方面。

2、在基于知識的仿真系統(tǒng)中主要采用的優(yōu)化方法：

1)基于實例推理的優(yōu)化。主要應用于具有離散取值空間的成形工藝初始設計。制品形狀和澆注系統(tǒng)結構采用編碼方式，而尺寸信息采用特征參數描述。在對以往成功工藝設計的收集和抽象的基礎上，建立以框架形式描述的實例庫索引和檢索機制。

2)基于人工神經網絡的優(yōu)化。對工藝設計中如注射時間、注射溫度這樣具有連續(xù)取值空間的參數，采用基于人工神經網絡的方法來優(yōu)化。利用優(yōu)化目標函數并在一定的優(yōu)化策略下，得到優(yōu)化系統(tǒng)確認的最優(yōu)參數。

3)基于規(guī)則推理的優(yōu)化。主要用于對 分析 結果的解釋和評價。本系統(tǒng)所建立的專家系統(tǒng)規(guī)則庫是以注塑模領域的專家知識為基礎的，涵蓋了有關短射、流動平衡、熔體降解、溫差控制、保壓時間、許可剪切應力、剪切速率、鎖模力等方面的知識，在對計算結果進行 分析 和提煉的基礎上，驅動專家系統(tǒng)進行推理，對成形方案進行 分析 評價，并給出具體的優(yōu)化改進建議。

3、制品與流道系統(tǒng)的三維流動保壓集成 分析

流道系統(tǒng)一般采用圓柱體單元，而制品采用的是三角形單元，HSCAE3D系統(tǒng)采用半解析法解決混合單元的集成求解問題，這樣，HSCAE3D系統(tǒng)不僅能 分析 一模一腔大型復雜的制品，而且能夠 分析 一模多腔小型精密制品，大大拓寬了系統(tǒng)的使用范圍。目前HSCAE3D系統(tǒng)是世界上先進的能夠 分析 一模多腔流動平衡問題的三維仿真軟件。

4、塑料制品熔合紋預測的高效算法

熔合紋對制品的強度、外觀等有重要影響，準確預測熔合紋位置是仿真軟件的難題。HSCAE3D系統(tǒng)通過節(jié)點特征模型方法大大提高了熔合紋預測的準確性和效率，其準確度達到國際同類產品的先進水平。并利用神經網絡方法對熔合紋的影響程度作出定性評價，為用戶對成形質量的評估提供了直接的判斷依據。

第五節(jié) 產品生產工藝特點或流程

注塑模具加工流程

開料：前模料、后模模料、鑲件料、行位料、斜頂料；

開框：前模?？?、后模?？?；

開粗：前模模腔開粗、后模模腔開粗、分模線開粗；

銅公：前模銅公、后模銅公、分模線清角銅公；

線切割：鑲件分模線、銅公、斜頂枕位；

電腦鑼：精鑼分模線、精鑼后模模芯；

電火花：前模粗、銅公、公模線清角、后模骨位、枕位；

鉆孔、針孔、頂針；

行位、行位壓極；

斜頂；

復頂針、配頂針；

其它：①唧咀、碼?？?、垃圾釘（限位釘）；②飛模；③水口、撐頭、彈簧、運水；

省模、拋光、前模、后模骨位；

細水結構、拉桿螺絲拉鉤、彈簧；

淬火、行位表面氮化；

修?？套帧?/p>

第六節(jié) 國內外生產技術發(fā)展趨勢 分析

從模具設計和制造技術方面來看注塑成型模具的發(fā)展趨勢可歸納如下幾個方面。

1、擴大 研究 各種特殊結構的注塑模具

為了滿足塑料制品的功能要求，需進一步探索具有特殊性能的模具結構。如低發(fā)泡注塑成型模具、雙色注塑成型模具、熱固性塑料溫流道注塑成型模具、熱固性塑料注壓成型模具、反應注塑成型模具、多級注塑成型模具、多級注塑成型模具、裝配注塑成型模具等。

2、大型、超小型及高精度

由于塑料具有特殊的性能，應用范圍十分廣泛，塑料件已應用到建筑、機械、醫(yī)療、光學儀器等各工業(yè)領域，于是出現了各種大型、精密和高壽命的注塑成型模具，為了滿足這些要求，研制各種高強度、高硬度、高耐磨性能且易加工、熱處理變形小，導熱性優(yōu)異的模具材料已迫在眉睫。

3、標準化

模具標準化及模具標準件的應用將極大地影響模具制造周期，且能提高模具的質量及降低模具的制造成本。開展模具標準化工作，使模板、導柱、推桿等通用零件標準化、系列化、商品化，以適應大規(guī)模地成批地生產注塑成型模具。

4、高效率、自動化

大量采用各種高效率、自動化的模具結構。如高效冷卻以縮短成型周期、氣體輔助注塑成型以提高注塑件質量；熱流道澆注系統(tǒng)以提高塑件的生產率和質量；各種能可靠地自動脫出產品和流道凝料的脫模機構以增加產品等。高速自動化的注塑成型機械配合以先進的模具，對改善判件質量、提高生產效率，降低產品成本起了很大的作用。

5、全面推廣CAD/CAE/CAM

CAD/CAE/CAM技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑，實踐證明，CAD/CAE/CAM技術是模具制造的發(fā)展方向。目前，全國普及CAD/CAE/CAM技術的條件已基本成熟。隨著計算機軟件的發(fā)展和進步，技術培訓和也日趨簡化。在推廣應用CAD/CAE/CAM技術的基礎上，應大力開展企業(yè)信息化工程，可從計算機輔助工藝設計開始向計算機集成制造乃至向虛擬制造發(fā)展，逐步深化和提高，用于模具設計制造的計算機軟件向智能化、集成化、網絡化及數字化方向發(fā)展。

6、進一步加強快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacfuring，RPM)技術

快速原型制造技術是伴隨著計算機技術、激光成型技術和新材料技術的發(fā)展而產生的，是一種全新的制造技術，是基于新穎的離散/堆積(即材料累加)成型思想，根據零件CAD模型、快速自動完成復雜的三維實體(模型)制造。RPM技術是集精密機械制造、計算機、NC技術、激光成型技術和材料科學最新發(fā)展的高科技技術，被公認是繼NC技術之后的一次技術革命。這種方法制造模具具有技術先進、成本較低、設計制造周期短、精度適中等特點，從模具的概念設計到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間的1/3和成本的1/4左右。

7、超精加工和復合加工

隨著精密注塑成型模具日益增多，如醫(yī)療及光學等 行業(yè) 中的精密元件，外形尺寸為幾個毫米，而某些特征尺寸僅幾個微米(如面形精度)，表面粗糙度Ra值可達0.005μm；并且還對透光率有特征要求，必須用超高精度的模具，來制造超高精度的零件。此外，超精加工技術和集電、化學、超聲波、激光等技術綜合在一起的復合加工技術在今后的模具制造中將要進一步擴大應用。

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