中國模具工業(yè)協(xié)會DMC2016模具技術(shù)和設(shè)備評述專家組對DMC2016展出的各類模具、模具標(biāo)準(zhǔn)件及模具材料等展品進行了評述，介紹了我國模具、模具標(biāo)準(zhǔn)件、模具材料和模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)水平，分析了我國模具技術(shù)的發(fā)展趨勢。
DMC2016是一屆世界領(lǐng)先水平的先進模具、設(shè)備、技術(shù)與展覽并舉的國際化盛會，在展出的塑料模具、沖壓模具、汽車覆蓋件模具、鑄造模具、模具標(biāo)準(zhǔn)件、模具材料、模具CAD/CAM/CAE、模具智能化以及互聯(lián)網(wǎng) + 等技術(shù)與產(chǎn)品中，有161副模具和10個標(biāo)準(zhǔn)件角逐“精模獎”，基本反映出了我國模具及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r與前沿水平，本文就塑料模具的技術(shù)及其發(fā)展水平進行評述。
塑料模具篇
本屆參展的塑料模具企業(yè)展出了兩年來在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新、模式創(chuàng)新方面的最新成果，模具行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級促進了塑料模具技術(shù)水平的提升，主要體現(xiàn)在 4 個方面。
1.模具的智能化
模具智能化能夠給模具用戶提供最佳的使用體驗，參展塑料模具企業(yè)在智能化模具技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用方面有了較大突破，如模具型腔壓力感知與反饋、模內(nèi)在線感知系統(tǒng)等，能夠把模具這個“黑匣子”里面的信息及時顯示出來，為模具生產(chǎn)提供真實的塑料工藝數(shù)據(jù)，提高了模具工藝調(diào)試和生產(chǎn)的制造水平。因此，模具智能化相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用將大幅度提升模具用戶的滿意度，具有廣闊的市場前景，特別是在精密注塑件生產(chǎn)方面，可以更好地滿足模具生產(chǎn)的高效率、高質(zhì)量要求。
群達模具(深圳)有限公司開發(fā)的帶有模內(nèi)在線感知系統(tǒng)的注塑成型智能模具，安裝有一種基于塑料介電特性的新型模內(nèi)在線質(zhì)量感知系統(tǒng)，對注塑過程各個階段的關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)進行在線實時檢測。該模具的關(guān)鍵技術(shù)主要包括在線質(zhì)量傳感器的硬件設(shè)計與軟件設(shè)計、高精度的電容信號測量與智能處理等。利用模具在線質(zhì)量感知系統(tǒng)實現(xiàn)了注塑成型模具型腔內(nèi)填充速度、填充壓力、填充溫度、填充時間、填充 V/P切換等綜合工藝參數(shù)的實時在線感應(yīng)、控制和優(yōu)化，提升了注塑生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。
江蘇澤恩汽車部品制造有限公司開發(fā)的博世高壓電噴系統(tǒng)部件注塑模具，用于生產(chǎn)高壓電噴系統(tǒng)的噴油嘴零件，采用KISTLER 壓力傳感器對模具型腔壓力進行可視化監(jiān)控，產(chǎn)品合格率達到99.95%，達到德國同類模具水平。
浙江賽豪實業(yè)有限公司開發(fā)的精密汽車雙色底座模具，制品由兩個塑料制件組成，制件接合面需采用激光焊接，形狀吻合度要求高，通過模具型腔壓力監(jiān)測技術(shù)，控制制件變形量，保證了制件良好的裝配效果。
2.模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和柔性化
塑料模具企業(yè)不再著眼同質(zhì)化的低成本模具技術(shù)的競爭，而是越來越注重用戶的個性化與復(fù)雜高難度需求。如轉(zhuǎn)印定制模具技術(shù)、疊層模具、雙色雙物料模具、高光注塑模具、微發(fā)泡工藝模具等，參評的模具結(jié)構(gòu)新穎，工藝成熟，應(yīng)用也越來越廣泛，很好地滿足了用戶產(chǎn)品的性能要求。
青島海爾模具有限公司開發(fā)的精密轉(zhuǎn)印定制注塑模具，在模內(nèi)轉(zhuǎn)印技術(shù)方面實現(xiàn)了突破，采用創(chuàng)新的膜片夾持吸附結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)較深型腔的圖案轉(zhuǎn)印和精確的圖案定位。采用先進的膜片 3D 數(shù)碼打印技術(shù)，能夠為產(chǎn)品用戶提供個性化圖案的制品。該模具的相關(guān)技術(shù)已推廣應(yīng)用到洗衣機、空調(diào)、冰箱、清潔機器人等產(chǎn)品的外觀圖案定制領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)化效果顯著。
近年來，行業(yè)內(nèi)骨干模具企業(yè)在疊層模具、雙色雙物料模具等新技術(shù)方面實現(xiàn)了突破。同時，面向行業(yè)開展了技術(shù)示范、標(biāo)準(zhǔn)起草等工作，帶動新技術(shù)在模具行業(yè)的推廣應(yīng)用。從本屆展會的參評模具來看，部分模具企業(yè)已經(jīng)掌握了這些新型模具技術(shù)，并打造成了企業(yè)新的增長點。
天津銀寶山新科技有限公司開發(fā)的大型汽車前保護板疊層注塑模具，屬于大型雙疊層模具，用于生產(chǎn)汽車前保護板零件，生產(chǎn)效率接近單層模具的兩倍，模具使用情況良好，能夠滿足用戶對注塑生產(chǎn)效率、成本、設(shè)備利用率的需求，符合高效模具的發(fā)展方向。
青島海瑞德模具制品有限公司開發(fā)的雙色法蘭注射模具，所生產(chǎn)的水泵法蘭制件由PP+30%GF 和TPE 兩種材料組成，尺寸精度和同心度要求高，需滿足水壓力密封的要求。由于制件的特殊結(jié)構(gòu)，該模具采用創(chuàng)新的滑塊式雙色注塑模具結(jié)構(gòu)，不僅解決了傳統(tǒng)雙色模具結(jié)構(gòu)無法解決的 TPE層澆注問題，還輔以精密加工和組裝工藝，保證了一模四腔的高精度互換性。同時，結(jié)合長軸類零件的精密加工、倒扣形狀強脫結(jié)構(gòu)、復(fù)雜零件冷卻等解決方案，使模具和制件超過國外客戶的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并取得了制件的供貨權(quán)。
寧波錦隆電器有限公司開發(fā)的 DW300 曲線鋸?fù)鈿つ＞撸捎秒p色雙物料注塑工藝，制件內(nèi)部形狀復(fù)雜，制件配合精度要求高，模具分型曲面形狀復(fù)雜，要求模具的加工研配精度高，實現(xiàn)型腔的精密互換，消除飛邊、銳邊等引起手感不適的缺陷。軟膠為多區(qū)域形狀，為保證充填質(zhì)量，采用新穎的多點進料澆口。
高光注塑模具技術(shù)已比較成熟，應(yīng)用也比較廣泛，但本屆參評模具在加熱方式方面又出現(xiàn)了新的創(chuàng)新。四川長虹模塑科技有限公司開發(fā)的電視面框電水復(fù)合高光注塑模具，用于生產(chǎn) 55 寸電視高光面框，采用電水復(fù)合方式完成注射過程中的急冷急熱。模具的研制過程中解決了模具急冷急熱通道的設(shè)計排布;模具急冷急熱通道直徑及長度的精確加工、加熱棒接頭處的高溫高壓密封防止產(chǎn)生蒸汽泄露、電水復(fù)合模具的加熱系統(tǒng)植入模具內(nèi)部，加熱不需要外圍蒸汽、模具加熱、冷卻與注射過程的聯(lián)機控制等關(guān)鍵技術(shù)。電水復(fù)合模具可使模具局部溫度分開控制，如分型面需要高的溫度，可以將分型面加熱棒的加熱時間延長以提高其溫度;與傳統(tǒng)的蒸汽高光模具相比，電水復(fù)合模其蒸汽在模具內(nèi)部產(chǎn)生，能節(jié)約 50%的能源費用，提高生產(chǎn)效率 10% ～ 15%，具有節(jié)能安全、提升產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)勢，同時擺脫了高光模具對外部蒸汽源的依賴。
微發(fā)泡工藝在保證制品性能的前提下，可以明顯減輕制件重量和成型周期，大大降低設(shè)備的鎖模力，并具有內(nèi)應(yīng)力和翹曲小、平直度高、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)勢，特別是由于微孔尺寸小于材料內(nèi)部的缺陷，微孔的存在使材料中原有的裂紋尖端鈍化，有利于阻止裂紋在應(yīng)力作用下擴展，從而改善塑料的力學(xué)性能。下面兩副模具采用微發(fā)泡工藝，結(jié)合制品的結(jié)構(gòu)進行了創(chuàng)新，獲得用戶的高度認(rèn)可。
寧海第一注塑模具有限公司開發(fā)的大型復(fù)雜骨架微發(fā)泡注塑模具，用于生產(chǎn)中央通道骨架零件。該模具的研制首先針對微孔發(fā)泡的工藝特點，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了優(yōu)化。運用 CAE模流分析，對模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計方案進行比較論證，運用分析結(jié)果優(yōu)化模具的冷卻和排氣設(shè)計。針對微孔發(fā)泡注射成型工藝的要求，抽芯斜頂都精心設(shè)計了冷卻溫控回路，保證模具溫度穩(wěn)定，機構(gòu)動作可靠順暢。經(jīng)驗證，模具設(shè)計合理，工作可靠，制品微發(fā)泡特征良好，泡孔細(xì)密均勻，制品減重率在 6% ～ 10% 范圍內(nèi)可調(diào)。模具成型周期約 50s內(nèi)，比傳統(tǒng)工藝縮短 20%，翹曲變形明顯改善，尺寸和變形均達到客戶標(biāo)準(zhǔn)要求。
青島海泰科模具有限公司開發(fā)的微發(fā)泡注塑模具，用于生產(chǎn)微發(fā)泡工藝的副儀表板骨架零件。該模具設(shè)計采用 CAE模流分析，研究了微發(fā)泡工藝、澆口等相關(guān)參數(shù)對氣泡大小和密度的影響，針對微發(fā)泡模具的鼓包缺陷進行了模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化，避免了制件的鼓包現(xiàn)象，提高了成品率。優(yōu)化了水路、排氣等系統(tǒng)，擴大了微發(fā)泡的工藝窗口。
3.模具設(shè)計制造趨于精細(xì)化
模具的設(shè)計與制造更加精細(xì)化。模具企業(yè)已不再局限于研究產(chǎn)品零件的質(zhì)量要求，而是更加重視滿足產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、成本要求，表現(xiàn)為在傳統(tǒng)模具上探索新的模具研制模式和方法，滿足或超越產(chǎn)品質(zhì)量、性能、成本標(biāo)準(zhǔn)，提升企業(yè)自身的市場競爭力。
模具及制品精度方面，寧波貝隆精密模塑有限公司開發(fā)的車載 HUD 抬頭顯示模組投影鏡筒精密注塑模具，所生產(chǎn)鏡筒制件是模組的核心零件，材料為高溫尼龍 PA 材料。其上下鏡筒的鏡片檔要求同心軸、圓度、直徑大小均控制在 0.01mm 內(nèi)，產(chǎn)品鎖鏡片用的螺牙外徑與鏡片檔的同軸度要求控制在0.02mm內(nèi)，精度要求非常高。該模具的關(guān)鍵技術(shù)主要包括兩方面，一是高精度加工工藝，如齒輪傳動機構(gòu)的軸承孔選用了超精密坐標(biāo)磨床加工，精度控制在0.005mm。牙軸的螺紋加工牙形公差要求控制在±0.002mm 以內(nèi)，材料硬度為 56HRC，選用高精密自動螺紋磨床加工;二是模具脫螺紋機構(gòu)的創(chuàng)新，采用二次開模一次退牙一次抽芯，配合伺服馬達脫螺紋牙軸傳動機構(gòu)，全自動生產(chǎn)，保證了制件螺紋精度和量產(chǎn)的穩(wěn)定性。廈門唯科模塑科技有限公司開發(fā)的10ml 酒精擦拭器注塑模具，所生產(chǎn)的制品為細(xì)長薄壁精密醫(yī)療用零件，壁厚僅為 1mm，要求壁厚均勻。為了防止注塑過程中，發(fā)生盲孔型芯偏移的問題，模具采用細(xì)長型芯定位機構(gòu)，解決了壁厚不均的問題。制件端部的螺紋采用精密脫螺紋機構(gòu)，通過高精度旋轉(zhuǎn)與移動，保證薄壁件的螺紋能夠順利脫模。
制品變形控制方面，汽車注塑模具的用戶對制件變形量提出了很高的要求，采用傳統(tǒng)的模具開發(fā)方法很難滿足用戶的需求，部分模具企業(yè)已形成解決制件變形問題的有效方案。該方案采用了 CAE模流分析、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化、預(yù)變形設(shè)計、試驗?zāi)＞唑炞C、三坐標(biāo)數(shù)據(jù)測量、預(yù)變形修正等方法，確定制件的最終結(jié)構(gòu)尺寸，然后再進行正式模具的設(shè)計與制造。寧波遠(yuǎn)東制模有限公司開發(fā)的FIAT553 汽車行李架支持座注塑模，用于生產(chǎn)汽車行李架支持座零件，以塑代鋼，降低成本，滿足客戶汽車輕量化的需求。制件材料為尼龍加玻纖塑料，材料流動性差，制件長度達1650mm，變形量大，尺寸難以控制，裝配貼合面要求高。青島英聯(lián)精密模具有限公司開發(fā)的“汽車天窗支架模具”，用于生產(chǎn)汽車天窗支架零件，汽車天窗模塊需要滿足安全性、耐久性、密封性、舒適性等性能指標(biāo)，所以對天窗支架的尺寸精度提出了很高的要求，制件需要嚴(yán)格控制變形。這兩副模具的研制均采用了該方案，極大地降低了模具的質(zhì)量風(fēng)險，保證制件質(zhì)量達到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，大幅提升了模具用戶的滿意度。
制品強度方面，廈門威迪亞精密模具塑膠有限公司開發(fā)的自行車前叉塑料模具 , 所生產(chǎn)制件材料為PA66+40%GF，需要滿足抗沖擊性和高強度的產(chǎn)品性能要求。該模具屬于新型自行車前叉一體成型模具，采用低熔點的易熔型芯(可溶解回收再利用)，通過一次注塑得到完整的自行車前叉，各部分間一體成型。同時，可依據(jù)產(chǎn)品需求的強度更改易熔型芯的形狀，從而達到改善產(chǎn)品強度的要求。相比傳統(tǒng)吹塑工藝，沒有縫隙和焊接借口，強度好，成型周期短，壁厚均勻，產(chǎn)品尺寸精度高，且外觀美觀。
降低成本方面，東明興業(yè)科技股份有限公司開發(fā)的 HM2X 前殼小型化精密注塑模具，采用模具小型化設(shè)計方案，運用堆疊和緊湊排布的設(shè)計理念，減小模具的外形尺寸，減小注塑設(shè)備規(guī)格，從而節(jié)約模具和生產(chǎn)成本。運用力學(xué)計算分析的方法，校核模具零件的剛強度，保證模具結(jié)構(gòu)的可靠性。模具零件加工采用自動在線檢測設(shè)備，實現(xiàn)零件加工的自動檢測，保證加工精度。該模具總體尺寸比傳統(tǒng)模具縮小 40%左右，產(chǎn)品料把重量比傳統(tǒng)模具料把重量減少 30% 左右。
提升效率方面，麥迪池杰(廈門)模具科技有限公司開發(fā)的 38kV 固封極柱模具，所生產(chǎn)的制品為高壓電器元件，成型材料為環(huán)氧樹脂，模具成型溫度為150 ～ 180℃。該模具自帶加熱系統(tǒng)，模具各零件采用均布分組控制的電加熱管和熱電偶，通過控制器對加熱溫度進行精確控制，解決了傳統(tǒng)機臺加熱方式成型零件加熱不均勻、產(chǎn)品氣泡多、成型周期長等問題。該制品為嵌件注塑，注塑前需要在模具內(nèi)放置多個金屬嵌件，嵌件的安裝采用了新穎的整體式嵌件安裝桌，嵌件在安裝桌上一次安裝到位，移動工裝一次安裝到模具相應(yīng)位置，大幅度縮短了嵌件的安裝時間。
4.模具的新技術(shù)水平不斷提高
參評的模具企業(yè)不再局限于傳統(tǒng)模具專業(yè)領(lǐng)域，出現(xiàn)了很多高新技術(shù)模具。如寧波方正汽車模具有限公司開發(fā)的新型汽車油箱吹塑模具，其關(guān)鍵技術(shù)包括把原來圓筒形的料坯改為片式料坯，通過中間模把兩片料坯分別吸附到模具的兩個型腔上，然后吹塑成型。通過中間模輔助在產(chǎn)品吹塑成型過程中直接把功能閥焊到油箱內(nèi)部，油箱表面無需打孔，解決了油箱汽油滲透的問題。模具在不同區(qū)域設(shè)計不同大小的排氣塞，保證了片式料坯可以均勻地吸附到型腔上。該模具的主要技術(shù)參數(shù)與國外同類模具比較，碟形機構(gòu)與燃油箱本體模具裝配公差達到 0.05mm，超過國外進口模具 0.05 ～ 0.1mm 的水平，吹塑工藝達到 6 層吹塑，模具價格僅為進口模具的 1/3，其它指標(biāo)達到國外進口模具水平。所生產(chǎn)的油箱吹塑技術(shù)燃料系統(tǒng)的排放量明顯低于傳統(tǒng)吹塑成型的燃油系統(tǒng)，可以實現(xiàn)油箱重要零部件在油箱成型過程中內(nèi)置，使油箱滲透性能達到 PZEV 要求，屬于塑料燃油箱系統(tǒng)領(lǐng)域目前最先進的技術(shù)。
廈門超日精密模具有限公司開發(fā)的 G5-397 機架模具，制件為 CPU 水冷散熱器的核心部件，服務(wù)器的散熱、降噪等性能要求模具解決以下問題：陶瓷軸心和機架同軸度和垂直度的高精度，制件脫模困難，在日常高低溫使用環(huán)境下容易產(chǎn)生蠕變，導(dǎo)致使用壽命下降等。模具采用 CAE 模流分析確定合理澆口形式及位置，保證了充填效果和制件的尺寸精度。軸芯與機架一體成型，陶瓷軸芯在高分子結(jié)晶過程中進行融合固定，同軸度達到 0.01mm 以內(nèi)，蠕變系數(shù)小，耐磨損系數(shù)高，減少使用過程的磨損量，保證零件的穩(wěn)定性。模具零件采用 YG20 材質(zhì)，解決了放置陶瓷軸芯導(dǎo)致的模具磨損而產(chǎn)生的毛邊問題。采用雙向多級脫模機構(gòu)，分段頂出，對結(jié)晶后的脫模力進行多重分解，保證了機架的平行度和垂直度。為提高塑件結(jié)晶效果，模具采用前后模獨立的雙組加熱、雙組冷卻控溫設(shè)計，模溫均勻，使塑件在成型過程中充分結(jié)晶，提高結(jié)晶致密性，減小蠕變，提升了尺寸的穩(wěn)定性。該模具生產(chǎn)的制品使用壽命達到 5 億次以上。
