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模具制造技术与发展趋势摘要】论述了模具与模具工业概况，以及我国模具工业的现状和发展趋势，指出了我国模具技术与国外的差距，同时对国内外的模具市场进行了分析。关键词:模具制造技术;发展;模具工业1引言模具是当今工业生产中使用极为广泛的主要工艺装备，是最重要的工业生产手段和工艺发展方向，一个国家工业水平的高低在很大程度上取决于模具工业的发展水平，模具工业的发展水平是一个国家工业水平的重要标志之一。模具工业称作“黄金工业”。国民经济的5大支柱产业:机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应，模具是“效益放大器”，用模具生产的最终产品价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍，模具生产水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，也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，振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。2模具与模具工业概述模具是一种专用工具，用于成形(型)各种金属或非金属材料所需要零件的形状制品，这种专用工具统称模具。模具是工业生产中最基础的设备，是实现少切削和无切削的不可缺少的工具，广泛用于工业生产中的各个领域，如汽车、摩托车、家用电器、仪器、仪表、电子等，它们中60%～80%的零件都需要模具来进行制造;高效大批量生产的塑料件、螺钉、螺母和垫圈等标准件也需要模具来生产;工程塑料、粉末冶金、橡胶、合金压铸、玻璃成型等更需要用模具来成型。1我国模具工业的现状我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术水平有了很大的发展和提高;大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了一个新台阶，模具质量及寿命明显提高，模具交货期大大缩短。模具CAD/CAE/CAM技术广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAE/CAM软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展中发挥了重要作用。2我国模具工业的发展趋势当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈，在这种情况下，用户对模具制造要求是“交贷期短”“、精度高”“、质量好”和“价格低”，模具技术的发展应该与这些要求相适应。现代模具制造技术是以两大技术的应用为标志的，一是数控加工技术，二是计算机应用技术。(1)数控加工技术包括:数控机械加工技术、数控电加工技术和数控特种加工技术。数控机械加工技术:模具制造中的数控车削技术、数控铣削技术，这些技术正在朝着高速切削的方向发展。数控电加工技术:如数控电火花加工技术、数控线切割技术。数控特种加工技术:通常利用光能、声能和超声波等来完成加工的，如快速原型制造技术等，它们为现代模具制造提供了新的工艺方法和加工途径。(2)计算机技术。CAD/CAM技术:用于建模和为数控加工提供NC程序。CAE技术:主要是针对不同的模具类型，以相应的基础理论，通过数值模拟方法达到预测产品成型(形)过程的目的，改善模具设计。仿真技术:主要是检测模具数控加工的NC程序，减少实际加工过程中的失误。网络技术:通过局域网和广域网达到异地同步通信、及时解决问题的目的。3我国模具技术与国外的差距虽然我国模具工业在过去10多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中占的比重较低;CAD/CAE/CAM技术的普及率不高;许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。(1)产需矛盾。工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了较大的发展，但无论是在数量上，还是在质量上仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到70%左右，造成产需矛盾突出的原因:一是专业化、标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作均需模具厂去完成，加工企业管理体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求;二是设计和工艺技术落后，如模具CAD/CAM技术普及率不高，加工设备数控化程度低等，也造成了模具生产效率不高，周期较长。(2)产品水平。衡量模具产品的水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等，国内外模具产品水平仍有很大差距，见表1、表2和表3所示。(3)工艺装备水平。我国机床工具行业已经可以提供成套的高精度模具加工设备，如加工中心、数控铣床、数控仿形铣床、电加工机床、座标磨床、光曲磨床和3坐标测量机等。但在加工和定位精度、加工表面粗糙度、机床刚性、稳定性、可靠性、刀具和附件的配套性方面，与国外相比，仍有较大差距。3我国模具技术的发展趋势当前，我国工业生产的特点是产品的品种多、更新快和市场竞争激烈，在这种情况下，用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低，因此，模具工业的发展趋势是非常明显的。1模具产品的大型化和精密化模具产品成型(形)零件的日趋大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔(如塑封模已达到一模几百腔)，使模具日趋大型化。随着零件微型化和模具结构发展的要求(如多工位级进模工位数的增加，其步距精度的提高)，精密模具精度已由原来的5μm提高到2～3μm，今后有些模具加工精度公差要求在1μm以下，这就要求发展超精加工。2多功能复合模具新型多功能复合模具是在多工位级进模基础上开发出来的，一副多功能模具除了冲压成形零件外，还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务，通过多功能模具生产出来的不再是单个零件，而是成批的组件。3新型的热流道模具塑料模中由于采用热流道技术，可以提高模具制造的生产效率和质量，并能大幅度节省制作的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模的一大变革，国外模具已有一半用上了热流道技术，有的企业甚至已达80%以上，效果十分明显。4气体辅助注射模和高压注射成型工艺模具气体辅助注射成型是一种塑料成型的新工艺，它具有注射压力低、制品翘曲变形少、表面好、易于成型、壁厚差异较大等优点，可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。5快速经济模具目前快速经济模具在生产中的比例将达75%以上，一方面是制品使用周期短和品种更新快，另一方面制品的花样变化频繁，均要求模具的生产周期越快越好。因此，开发快速经济模具越来越引起人们的重视。6高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，主轴转速可达到40000～100000转/min，快速进给速度可达到30～40m/min，换刀时间可提高到1～3s，这样就大幅度提高了加工效率，如在加工压铸模时，可提高7～8倍，并可获得Ra≤10μm的加工表面粗糙度，形状精度可达10μm。另外，还可加工硬度达60HRC的模块，形成了对电火花成型加工的挑战。因此，高速铣削加工技术的发展，促进了模具加工的发展，特别给汽车、家电行业中大型腔模具制造方面注入了新的活力。4模具市场分析从模具市场发展的总体趋势来看应该是平稳向上的，国内外行家都称现代模具工业是不衰亡工业。模具市场的总体趋势虽然平稳向上，但各类模具的表现却不可能一致，冲模、塑料模和压铸模的总和一般占模具总量的80%左右，在未来的模具市场中，塑料模和压铸模的发展速度将高于冲模，它们在模具总量中的比例将逐步提高。模具需要量是根据有关主机产量及其技术发展来进行预测的，模具需求发展高于主机发展速度是一般规律。国内的汽车、摩托车行业的模具市场是模具最大的市场，1家用电器行业单台电冰箱需用模具生产的零件约150个，共需模具约350副，价值约400多万元，其中冲模与塑料模之比为2:1。单台洗衣机需用模具生产的零件约为500多个，共需模具200副，价值约2000万元到3000万元，其中冲模与塑料模之比为1:2～1:3。单台空调器仅塑料模就需近20副，价值约为150万元左右。单台微波炉共需模具近100副，价值约200万元。2电子及通讯产品电子产品中，音像产品是模具的主要市场，其中以彩色电视机为主，单台彩电大约有150个零件需用模具生产，共需模具约140副，价值约700万元，其中塑料模约10副，价值120万元左右。3建材行业随着建筑业的发展，建材的需求量将大幅度增长，塑料型材和铝合金型材模具需求量将日益增大，其中塑料型材模具增幅将高于模具行业总体发展水平。4塑料制品2005年，我国塑料制品将达1800万吨，其中工程塑料是我国重点支持和优先发展的产业，目前满足率只有2%，预计每年将有25%的增长率。5国际模具市场分析目前世界模具市场供不应求，近几年，世界模具市场总量一直为600～650亿美元，美国、日本、法国和瑞士等国一年出口的模具约占本国模具总产值的1/3。我国模具出口数量极少，模具标准件虽已开始向香港和东南亚地区出口，但为数也不多，1998年模具出口总额约为96亿美元，约为全国模具总产值的6%，与其他先进国家相比差距甚大。我国模具钳工技术水平高，劳动力成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。随着经济的高速发展，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所带来的市场走势。综上所述，未来几十年，国内外模具市场需求很旺，前景很好。5参考文献[1]蒋建强模具数控加工技术[M]北京:电子工业出版社，[2]李发致模具先进制造技术[M]北京:机械工业出版社，[3]孔德音模具制造学[M]北京:机械工业出版社，[4]蒋建强数控加工技术与实训[M]北京:电子工业出版社，2003 
摘要：系统总结国内外废旧塑料的主要回收利用技术，针对目前我国回收处理废旧塑料的现状，指出提高分类筛选水平，吸收开发关键技术，是我国回收处理废旧塑料的必要途径。由于治理白色污染是个庞大的系统工程，政府部门须在制定法规和加强管理的同时，提高全社会的科技意识、环保意识和参与意识，这样才是减少和消除白色污染，提高资源综合利用水平的根本途径。 关键词：废塑料，白色污染，回收，再生，热解，技术进展 废旧塑料通常以填埋或焚烧的方式处理。焚烧会产生大量有毒气体造成二次污染。填埋会占用较大空间；塑料自然降解需要百年以上；析出添加剂污染土壤和地下水等。因此，废塑料处理技术的发展趋势是回收利用，但目前废塑料的回收和再生利用率低。究其原因，有管理、政策、回收环节方面的问题，但更重要的是回收利用技术还不够完善。 废旧塑料回收利用技术多种多样，有可回收多种塑料的技术，也有专门回收单一树脂的技术。近年来，塑料回收利用技术取得了许多可喜的进展，本文主要针对较通用的技术做一总结。 1 分离分选技术 废旧塑料回收利用的关键环节之一是废弃塑料的收集和预处理。尤其我国，造成回收率低的重要原因是垃圾分类收集程度很低。由于不同树脂的熔点、软化点相差较大，为使废塑料得到更好的再生利用，最好分类处理单一品种的树脂，因此分离筛选是废旧塑料回收的重要环节。对小批量的废旧塑料，可采用人工分选法，但人工分选效率低，将使回收成本增加。国外开发了多种分离分选方法。 1 仪器识别与分离技术 意大利Govoni公司首先采用X光探测器与自动分类系统将PVC从相混塑料中分离出来[1]。美国塑料回收技术研究中心研制了X射线荧光光谱仪，可高度自动化的从硬质容器中分离出PVC容器。德国Refrakt公司则利用热源识别技术，通过加热在较低温度下将熔融的PVC从混合塑料中分离出来[1]。 近红外线具有识别有机材料的功能，采用近红外线技术[1]的光过滤器识别塑料的速度可达2000次/秒以上，常见塑料（PE、PP、PS、PVC、PET）可以明确的被区别开来，当混合塑料通过近红外光谱分析仪时，装置能自动分选出5种常见的塑料，速度可达到20～30片/min。 2 水力旋分技术 日本塑料处理促进会利用旋风分离原理和塑料的密度差开发了水力旋风分离器。将混合塑料经粉碎、洗净等预处理后装入储槽，然后定量输送至搅拌器，形成的浆状物通过离心泵送入旋风分离器，在分离器中密度不同的塑料被分别排出。美国Dow化学公司也开发了类似的技术，它以液态碳氢化合物取代水来进行分离，取得了较好的效果[2]。 3 选择性溶解法 美国凯洛格公司和Rensselaser工学院共同开发了一种利用溶剂选择性溶解分离回收废塑料的技术。将混合塑料加入二甲苯溶剂中，它可在不同的温度下选择性溶解、分离不同的塑料，其中的二甲苯可循环使用，且损耗小[1，3]。 比利时Solvay SA公司开发了Vinyloop技术，采用甲乙酮作溶剂，分离回收PVC，回收到的PVC与新原料密度相差无几，但颜色略呈灰色。德国也有溶剂回收的Delphi技术，所用的酯类和酮类溶剂比Vinyloop技术少得多。 4 浮选分离法 日本一家材料研究所采用普通浸润剂，如木质素磺酸钠、丹宁酸、Aerosol OT和皂草甙等，成功地将PVC、PC（聚碳酸酯）、POM（聚甲醛）和PPE（聚苯醚）等塑料混合物分离开来[4]。 5 电分离技术[5] 用摩擦生电的方法分离混合塑料（如PAN、、PE、PVC和PA等）。其原理是两种不同的非导电材料摩擦时，它们通过电子得失获得相反的电荷，其中介电常数高的材料带正电荷，介电常数低的材料带负电荷。塑料回收混杂料在旋转锅中频繁接触而产生电荷，然后被送如另一只表面带电的锅中而被分离。 2 焚烧回收能量 聚乙烯与聚苯乙烯的燃烧热高达46000kJ/kg，超过燃料油的平均值44000 kJ/kg，聚氯乙烯的热值也高达18800 kJ/kg。废弃塑料燃烧速度快，灰分低，国外用之代替煤或油用于高炉喷吹或水泥回转窑。由于PVC燃烧会产生氯化氢，腐蚀锅炉和管道，并且废气中含有呋喃，二恶英等。美国开发了RDF技术（垃圾固体燃料），将废弃塑料与废纸，木屑、果壳等混合，既稀释了含氯的组分，而且便于储存运输。对于那些技术上不可能回收（如各种复合材料或合金混炼制品）和难以再生的废塑料可采用焚烧处理，回收热能。优点是处理数量大，成本低，效率高。弊端是产生有害气体，需要专门的焚烧炉，设备投资、损耗、维护、运转费用较高。 3 熔融再生技术 熔融再生是将废旧塑料加热熔融后重新塑化。根据原料性质，可分为简单再生和复合再生两种。简单再生主要回收树脂厂和塑料制品厂的边角废料以及那些易于挑选清洗的一次性消费品，如聚酯饮料瓶、食品包装袋等。回收后其性能与新料差不多。 复合再生的原料则是从不同渠道收集到的废弃塑料，有杂质多、品种复杂、形态多样、脏污等特点，因此再生加工程序比较繁杂，分离技术和筛选工作量大。一般来说，复合回收的塑料性质不稳定，易变脆，常被用来制备较低档次的产品。如建筑填料、垃圾袋、微孔凉鞋、雨衣及器械的包装材料等。 4 裂解回收燃料和化工原料 1 热裂解和催化裂解技术 由于裂解反应理论研究的不断深入[6-11]，国内外对裂解技术的开发取得了许多进展。裂解技术因最终产品的不同分为两种：一种是回收化工原料（如乙烯、丙烯、苯乙烯等）[12]，另一种是得到燃料（汽油、柴油、焦油等）。虽然都是将废旧塑料转化为低分子物质，但工艺路线不同。制取化工原料是在反应塔中加热废塑料，在沸腾床中达到分解温度（600～900℃），一般不产生二次污染，但技术要求高，成本也较高。裂解油化技术则通常有热裂解和催化裂解两种。 日本富士循环公司的将废旧塑料转化为汽油、煤油和柴油技术，采用ZSM-5催化剂，通过两台反应器进行转化反应将塑料裂解为燃料。每千克塑料可生成5L汽油、 5L煤油和柴油。美国Amoco公司开发了一种新工艺，可将废旧塑料在炼油厂中转变为基本化学品。经预处理的废旧塑料溶解于热的精炼油中，在高温催化裂化催化剂作用下分解为轻产品。由PE回收得LPG、脂肪族燃料；由PP回收得脂肪族燃料，由PS可得芳香族燃料。Yoshio Uemichi等人[13]研制了一种复合催化体系用于降解聚乙烯，催化剂为二氧化硅/氧化铝和HZSM-5沸石。实验表明，这种催化剂对选择性制取高质量汽油较有效，所得汽油产率为8%，辛烷值94。 国内李梅等[14]报道废旧塑料在反应温度350～420℃，反应时间2～4s，可得到MON73的汽油和SP-10的柴油，可连续化生产的工艺。李稳宏等[3]进行了废塑料降解工艺过程催化剂的研究。以PE、PS及PP为原料的催化裂化过程中，理想的催化剂是一种分子筛型催化剂，表面具有酸性，操作温度为360℃，液体收率90%以上，汽油辛烷值大于80。刘公召[15]研究开发了废塑料催化裂解一次转化成汽油、柴油的中试装置，可日产汽油柴油2t，能够实现汽油、柴油分离和排渣的连续化操作，裂解反应器具有传热效果好，生产能力大的特点。催化剂加入量1～3%，反应温度350～380℃，汽油和柴油的总收率可达到70%，由废聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯制得的汽油辛烷值分别为72、77和86，柴油的凝固点为3，-11，-22℃，该工艺操作安全，无三废排放。袁兴中[16]针对釜底清渣和管道胶结的问题，研究了流化移动床反应釜催化裂解废塑料的技术。为实现安全、稳定、长周期连续生产，降低能耗和成本，提高产率和产品质量打下了基础。 将废料通过裂解制得化工原料和燃料，是资源回收和避免二次污染的重要途径。德国、美国、日本等都有大规模的工厂，我国在北京、西安、广州也建有小规模的废塑料油化厂，但是目前尚存在许多待解决的问题。由于废塑料导热性差，塑料受热产生高黏度融化物，不利于输送；废塑料中含有PVC导致HCl产生，腐蚀设备的同时使催化剂活性降低；碳残渣粘附于反应器壁，不易清除，影响连续操作；催化剂的使用寿命和活性较低，使生产成本高；生产中产生的油渣目前无较好的处理办法等等。国内关于热解油化的报道还有很多[43-54]，但如何吸收已有的成果，攻克技术难点，是我们急需要做的工作。 2 超临界油化法 水的临界温度为3℃，临界压力为05Mpa。临界水具有常态下有机溶液的性能，能溶解有机物而不能溶解无机物，而且可与空气、氧气、氮气、二氧化碳等气体完全互溶。日本专利有用超临界水对废旧塑料（PE、PP、PS等）进行回收的报告，反应温度为400～600℃，反应压力25Mpa，反应时间在10min以下，可获得90%以上的油化收率。用超临界水进行废旧塑料降解的优点是很明显的：水做介质成本低廉；可避免热解时发生炭化现象；反应在密闭系统中进行，不会给环境带来新的污染；反应快速，生产效率高等。邱挺等[17]总结了超临界技术在废塑料回收利用中的进展。 3 气化技术 气化法的优点在于能将城市垃圾混合处理，无需分离塑料，但操作需要高于热分解法的高温（一般在900℃左右）。德国Espag公司的Schwaize Pumpe炼油厂每年可将1700t废塑料加工成城市煤气。RWE公司计划每年将22万吨褐煤、10万吨塑料垃圾和城镇石油加工厂产生的石油矿泥进行气化。德国Hoechst公司采用高温Winkler工艺将混合塑料气化，再转化成水煤气作为合成醇类的原料。 4 氢化裂解技术 德国Vebaeol公司组建了氢化裂解装置，使废塑料颗粒在15～30Mpa，470℃下氢解，生成一种合成油，其中链烷烃60%、环烷烃30%、芳香烃为1%。这种加工方法的能量有效利用率为88%，物质转化有效率为80%。 5 其他利用技术 废旧塑料还有着广泛的用途。美国得克萨斯州立大学采用黄砂、石子、液态PET和固化剂为原料制成混凝土，Bitlgosz [18] 将废塑料用作水泥原材料。解立平等[19]利用废旧塑料与木料、纸张等制备中孔活性炭，雷闫盈等[20报道应用废旧聚苯乙烯制涂料，李玲玲[21]报道塑料可变成木材。宋文祥[22]介绍了国外用HDPE作原料，通过一种特殊的方法，使长度不同的玻璃纤维在模具内沿着物料流向的轴向同向，从而生产高强度塑料枕木。蒲廷芳[23]等使用废旧聚乙烯制高附加值的聚乙烯蜡。李春生等[24]报道，聚苯乙烯与其他热塑性塑料相比，具有熔融粘度小，流动性大的特点，因此熔融后可以很好地浸润所接触的表面而起到良好的粘接作用。张争奇等[25]用废塑料改性沥青，将某一种或几种塑料按一定比例均匀溶于沥青中，使沥青的路用性能得到改善，从而提高沥青路面质量，延长路面寿命。 结束语 治理白色污染是个庞大的系统工程，需要各部门，各行业的共同努力，需要全社会在思想上和行动上的共同参与和支持，有赖于全民科技意识、环保意识的提高。政府部门在制定法规加强管理的同时，可把发展环保技术和环保产业作为刺激经济和扩大就业的重要渠道，使废塑料的收集、处理及回收利用产业化。目前我国回收和加工企业分散，规模小，很多国内外塑料回收与加工的新技术和新设备无法推广实施，回收加工产品质量低下，因此对塑料回收企业应进行规范化管理，以提高其科技含量和经济效益。在回收利用的同时，更需研究开发可环境消纳塑料，寻求切实可行的替代品。
我谈环保袋——科技小论文现在，环境保护已经成了社会上的人人注重的话题。我们是资源有限的国家，人人都应该保护环境和资源。比如塑料制品，现在我国的塑料制品严重地污染了我们的环境，带来了“白色污染”。塑料购物袋就是“白色污染”的一种，它不仅是日常生活中的易耗品，而且中国每年都要消耗大量的塑料购物袋。塑料购物袋在为消费者提供便利的同时，由于过量使用及回收处理不到位等原因，也造成了严重的能源资源浪费和环境污染。特别是超薄塑料购物袋容易破损，大多被随意丢弃，成为“白色污染”的主要来源。所以，我国对此也已经进行了一系列的环保措施，如“限塑令”——使用环保袋就是控制“白色污染——塑料袋”的一个办法。使用环保袋有很多好处，比如：使用寿命比塑料袋长；可以循环利用；价格低廉，易于推广等等。现在人们去超市、商场购物大多都使用环保袋，从而减少塑料袋的使用，更好的保护环境。但是现在很多的环保袋都是用纸制品做成的。比如牛皮纸袋、塑料纸袋都是用纸做的。我认为这样也不是很环保，因为纸也是用树木制成的，而现在人类砍伐树木用来做环保袋，所以这样的环保袋也是破坏绿化，不够环保。我认为使用环保袋，应该选用更加环保的材料，比如无纺布袋，帆布袋，棉布袋等等。这些材料都是非常环保的。无纺布袋（也叫不织布袋），是很合适的环保袋，因为这种袋子不仅造型美观，很耐用，而且透气性好，可以重复使用。从限塑令发布开始，塑料袋将开始逐渐退出物品的包装市场，也有一部分市场取而代之的是能够反复使用的无纺布购物袋。无纺布袋较之塑料袋而言更容易印刷图案，颜色表达更鲜明。加上能够反复使用的这一特点，陆续被许多市场、超市、商店选用。虽然无纺布袋很环保，也被各个商家选用。但是这种袋子也存在着一种问题——价格比塑料贵，这对业主来讲，却增加了经营成本。比如，业户售出一公斤青菜，利润可能只有1角钱，用普通的塑料袋几乎不用计算成本，但如果使用环保的无纺布塑料袋，差不多就不挣钱了。因此，降低使用成本是关键。所以现在的环保袋上，很多商家都在“环保袋”上印刷广告，以广告费来抵消使用成本。最重要的还是人类应该节约能源，保护环境，减少塑料的污染，促进资源综合利用，保护生态环境。
