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1、 J IANG SU UNIVERSITY 塑料成型技术及CAD/CAM技术的应用 (英文参考翻译)学院名称： 机械工程学院 专业班级： 模具0502 学生姓名： 朱磊 指导教师姓名： 姜银方 指导教师职称： 教授 2009年 5月塑料成型技术及CAD/CAM技术的应用摘要:塑料制品的加工在制造业和我们的日常生活中扮演了重要的不可替代的角色。本文侧重于塑料成型工艺，重点为成型过程。概述了一些基本的塑料成型成型工艺的产品和生产能力。这些工艺包括挤出，吹塑，旋转成型，压缩成型，传递模塑，热成型和注塑成型。未来的趋势是面对成型工艺，机械，模具和材料。同时强调了计算机辅助设计和加工技术（CAD/CAM
2、）在工业中的应用。很多主流的CAD/CAM软件被使用因为它们的能力和适应性。论文还强调了新西兰的塑料工业的发展。一份调查显示新西兰的塑料行业有超过400家企业，其中大多为小型企业。其中大多数的企业只能经营单一的成型过程，注塑成型是主要的成型方式。有一些企业有他们自己的CADCAM设备，其他的一些企业仍然将产品开发外包，可是有的企业已经能够使用电脑进行他们的产品设计，模具设计和制造。 关键词：塑料行业 塑料成型工艺 注塑成型 CAD/CAM 1. 引言从历史看，塑料行业的开始可以追溯到十九世纪中叶发明化验时，Alexander parks，使用混合纤维素粉末木材和棉花纤维混合硫酸和石油，做出了第
3、一个人造的塑料材料“面团”。这使他成为了现代塑料的发明人。后来在十九世纪，Hyatt兄弟在混合物中又加入了樟脑，发明了Celluoid并注册专利。因此诞生了热塑性塑料。加工塑料的工艺和以前加工金属的工艺相似。但是，塑料可以被模压，铸造，也可以用机械或者组合加工，可以相对简单的用很少的加工条件做出很多不同的形状。塑料可以被熔化或者固化在一个较低的温度下，从而更容易加工，而且比其他加工工艺所需的能量更少。在各种各样的塑料加工工艺中，从塑料行业的诞生开始，成型工艺就已经成为了其中最重要的步骤。塑料成型工艺通常是指通过模腔成型或者是通过缝隙成型。今天，塑料的产量是很高的，有很多的先进的塑料成型设备将塑
4、料材料加工为我们日常生活中所需要的大量的塑料制品。1970年，斯坦福研究院的报告称，塑料行业的产值占美国国民生产总值的1.9%，到2000年，这一数字将增加至7.2%。在1992年，塑料的产量已经增长至57.6亿英镑。产值达330亿英镑，在当时名列美国25大制造业的第15。美国的塑料行业正以每年5%的增长率发展。在很多国家，塑料的生产速度已经超过了金属行业。基本上，有七种成型工艺：（1）挤压，（2）吹塑，（3）旋转成型，（4）传递模塑，（5）压缩成型，（6）热成型和（7）注射成型。本篇论文详描述了上述七种成型工艺。并提供了一份新西兰塑料行业的调查报告。论文的很多部分用来讲述塑料行业的前景，研究
5、了新的成型工艺，成型机械，模具和模具材料。同时还强调了计算机在塑料行业的应用。2. 塑料成型工艺有很多的工艺方法可以用于塑料。尽管如此，他们都涉及到了三到四个基本阶段：软化，成型，凝固和模具冷却（只用于热塑性材料）。常见的成型材料是热塑性和热固性塑料。热塑性材料的主要加工方法有挤压，吹塑，旋转成型，热成型和注塑成型；热固性材料主要是压缩，传递和反应注射成型。2.1挤压挤压是最重要的成型工艺之一因为是颗粒，应用很广泛。事实上，一些成型工艺是挤压的后续，像热成型和吹塑成型。挤压一般是聚合物流体通过缝隙，然后凝固成为产品。挤出机可能有一个或者两个螺杆，或者没有螺杆。单螺杆挤出机，如图1，是使用最广泛
6、的。无螺杆挤出机能精确控制熔体流动的速率并且越来越受到欢迎。它们特别适合高粘度的材料。近年来，双螺杆挤出机的使用稳固增加。这些机器允许更大的挤出速率，搅拌效率和热量。可是，他们都是相当贵的。图1.单螺杆挤出机一般挤压产品包括圆截面型材或者不规则截面，轴对称管和水管，平板产品。几乎所有类型的复杂截面形状和较长的型材都是由挤压成型，这些都是压缩，旋转和注塑成型所不能加工的。2.2 吹塑吹塑使用的材料是软的，在管中塑化。模具半闭，空气压力使它膨胀并压在模具壁。图2展示了这两个阶段。这种成型既可以通过吹塑也可以通过注射成型。相比注塑模，吹塑受到的压力，锁模力较小。所以，可以用来制作轻型材料，如铝。吹塑
7、件通常用于包装饮料和食物，如矿泉水瓶等。其他非食品包装容器有化妆品，药品，涂料容器等。吹塑也可以用于生产大型产品。图2.吹塑模2.3 旋转成型与吹塑相似，旋转成型也是用于生产中空塑料制品，但是在各个关键步骤使用了不同的方法。在此过程中，经过仔细称量的塑料粉末放置在一个半金属模中。合上模具，然后夹紧并在微波炉中加热。加热过程中，模具在两轴之间旋转。经过一段时间，塑料将得到充分的软化，均匀的铺在模具表面。这种成型方法被采用有许多的因素。首先，它是一个低气压的过程，模具相对简单，成本低廉。其次，这类产品可以是自由形状的。第三，可以很容易的实现均匀的厚度。最后，可以描述出产品表面的纹理。然而，相比注塑
8、模和吹塑模，它的周期较长。模具的核心是旋转成型设备。主要有两种类型的设备，穿梭车系统，如图3所示，回旋旋转臂系统。旋转成型适用于大量生产，有一定厚度的而其他方法不能很经济加工的场合。旋转成型制作的最大的容器记录是75000升。图3.旋转成型2.4 压缩成型 压缩成型通常用于生产热固性材料，但也可以用于热塑性塑料。对于热固性材料的加工方法如图4。大量的压缩成型的热固性产品在电气和电子行业中得到应用。可以很容易的加玻璃纤维以满足耐热性的要求。但是这种成型方法的局限是只能生产形状简单的产品。很多的橡胶制品通过压缩成型。它很有用的特点是可以形成很牢固的产品和产品结构。压缩成型最常见的产品是轮胎。图4.
9、压缩成型2.5 注塑成型 是最常见的处理塑料的方法。如今许多的家电，汽车和办公设备都是注塑成型。最常见的注塑成型机是往复螺杆机，其过程可分为几个阶段如图5。在传料阶段，塑料颗粒被挤压和熔化在螺杆中。但是螺杆是可以收回的，以腾出空间供材料熔化在一个空间，称为材料水库。在注射阶段，螺杆是当作活塞来转移材料从水库腔到模具的封闭腔。由于模具保持的温度低于凝固的温度，她必须要注射材料足够快来填充型腔。一般要保持一个高的压力，以补偿材料冷却后的热收缩。材料在模具中的冷却总是限制了产品的生产时间，因为材料的低导热系数。模具冷却后，可以打开模具脱模。 图5. 虽然螺杆是目前最流行的，但是柱塞注塑机也有一些独特
10、的功能。柱塞不旋转，没有任何剪切和搅拌的动作。由此产生的成型部分可以采取的外观两种或两种以上的颜色。这可能是很多产品理想的结果。无论是什么不同的机械，注塑都有较高的生产力，并允许产品有很多的细节。所有的这些特征都可以注塑完成，不用以后再进行装配。很多种类的产品都可被注塑成型。包括（1）微型产品，用多腔模具成型的小型精密机械，如手表的组件及微电子；（2）中型产品，批量的不停的注塑或相对较小的运动；（3）大型产品，用大型设备注塑，如汽车仪表板，电视机柜，家具，小船体。许多这些大型塑料部件都有强度较高的表面和内部结构，因此这个过程也被称为结构泡沫成型。2.6 反应注射成型反应注射成型是一个相对较新的
11、成型方法，对两个或两个以上的高度反应液以精确的比例进行迅速的搅拌，并立即注射该混合物在一个封闭的模具。在模具中很短的时间产生了坚实可靠的产品。这个成型方式特别适合于大批量生产，相对较薄的产品，投资和运营成本比注塑成型低。这种方法可以有效的节约能源，但是需要对复杂反应有良好的控制。总的来说，每个成型工艺都有上述的优点和缺点，材料，产品和成品。附录二给出了一个简要的每个成型工艺的特点及其应用。3. 新西兰的塑料行业4. 未来远景 自塑料业的诞生，塑料成型的过程经历了不断的发展的改进。根据设想，进一步的发展新的成型方式，从而改变塑料行业在将来仍然是可预见的。这些变化可以在成型的各个领域，成型机械，模
12、具和材料。值得注意的是，大多数的即将或将会发生的改变，都是对注塑能力，效率和生产力的改进。4.1 塑料成型工艺 4.1.1 桌面制造业 制造商（德国马克）给出了一种全新的注塑成型方法，尤其是注塑成型过程。它使用大容量设备很少的空间，足够小，可以放置在不超过桌面打大的区域。可以组建一种设备，每次只运行一个或两个模腔，这样抽出制件的速度远远超过了多腔系统。这样允许了更多的灵活性，也便于维护。由于设备的小规模，德国马克也可以降低制造成本用较少的能源和更快的周期。1998年，魔法塑料公司在美国推出了模块化系统用于再加热拉伸吹塑成型。这个系统能生产0.2-3.0升的吹塑瓶，2500个/小时。它的优点是，
13、任何模块可以独立的开始或停止，允许运行时变更或维修模具。 4.1.2计算机集成成型系统 越来越多的计算机集成制造技术被发现和应用在许多成型过程中。在这样的系统中，计算机控制生产设施，自动建立和优化工艺参数。这些电脑也有信息流的设计，生产，维修，材料处理和库存控制的功能。从本质上讲，该系统可以被描述为计算机控制和联系所有的功能在一个注塑成型的环境中。4.1.3 新的成型工艺 新的成型工艺以它们的方式进入塑料行业。其中最重要的是气体辅助注塑成型。这种类型的注塑模迅速获得世界各地制造商的认可，主要由于其在生产中的多功能性。这中工艺可以减少压力，通常用于常规注塑成型机。他也可以减少收缩和翘曲以及周期时
14、间。4.2 机械 节能的设备正在开发，以更好的利用现有的资源，如电力。目前有很多的注塑机在运行。随着越来越多的注塑机，尤其是较大体积的，消耗过高的能源，不可避免的超过了最终产品的成本。因此，制造商必须设计创新的设备以减少能源消耗。有一些创新的设备包括国内的热注塑螺杆，绝缘和隔热模具加热气瓶。据报道，结合使用者三个在一台成型机可能节约百分之六十的能源。4.3 模具 模具的规模走向两个极端，较大或较小。产品如汽车挡泥板和保险杠必须使用较大的模具，因此要制造较大的注塑机。一些注塑机可以大至一个小房子。另一个极端，在材料的发展和新的成型方式的应用导致要生产小的部分，目前的机器无法生产。有这样的机器被制
15、造，可以放在办工桌上，微注塑机也可以在不久的将来实现，模具也可以放在人们的手中。4.4 材料塑料材料的发展是先进的。1995年，大约有18000个不同的材料可用于成型。平均每年有750种材料增加。这些塑料的发明，用以满足特点客户的需求，如更好的清晰的，高光泽度，低粗糙度，更好的硬度和韧性，耐腐蚀，耐热和阻燃性，良好的流动等。本文不打算做全面的叙述，值得指出的是，纤维在增强塑料复合材料高性能结构方面正发挥着日益重要的作用，特别是航空业和汽车业。材料的设计也导致了一些注塑机的创新设计。5. 计算机辅助模具设计与制造 CADCAM技术可以让产品设计和模具制造更加的有效率。设计系统和制造系统的数据共享
16、能迅速的制造出模具。更重要的是设计和制造的过程可以采取全面的并行的办法。这就意味着，加工管理可以和设计过程同时进行。这样做，缩短了新产品开发的时间，降低了产品和开发的成本，提高了产品的质量。图示了并行设计模具的框架。6. 结论 塑料行业在今天的制造业中起着重要的作用。塑料成型是最流行的成型方式。注塑成型站主导地位，其他的成型方法也为许多具体的产品做出了一些重要的贡献。面临着许多挑战，很多的新的成型方法正在市场。此外，还要求这些厂商开发较小或较大的注塑机，以满足客户的需求。事实上，越来越多的新型材料使用的制造方法提供了一个额外层面发展的成型产业。随着计算机应用技术和信息技术的发展，成型过程在迈向实现计算机集成制造。现在有的CADCAM软件已经得到了世界成型行业的广泛应用。
(翻译)塑料成型技术与CAD CAM技术的应用
