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汽車內(nèi)外飾與模具之家 專業(yè) 實(shí)用 前沿模人教育圖書了解一下
導(dǎo)讀
近年來(lái)，汽車內(nèi)外飾注塑件正日益向壁厚更薄、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、強(qiáng)度要求更高及外觀更精美的方向發(fā)展，從而使傳統(tǒng)的運(yùn)水加工技術(shù)難以適應(yīng)這一發(fā)展要求，因?yàn)樗鼧O大地限制了設(shè)計(jì)人員的開發(fā)思路，使得新的設(shè)計(jì)創(chuàng)意難以得到實(shí)現(xiàn)。以下干貨分享來(lái)自銀寶山新，主要闡述3D打印技術(shù)在汽車模具中的先進(jìn)應(yīng)用，一起來(lái)看看吧。
深圳市銀寶山新科技股份有限公司
深圳市銀寶山新科技股份有限公司（簡(jiǎn)稱“銀寶山新”，股票代碼：002786），是一家以大型精密模具為核心，集汽車模具及零部件、智能制造服務(wù)、熱流道控制系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)計(jì)為一體的全球化一站式制造服務(wù)供應(yīng)商。是中國(guó)模具工業(yè)178家重點(diǎn)骨干企業(yè)之一，在中國(guó)沿海主要城市設(shè)有8個(gè)制造基地，在全球五大洲17個(gè)國(guó)家和地區(qū)設(shè)有技術(shù)工廠及服務(wù)據(jù)點(diǎn)。
公司占地面積逾5萬(wàn)平方米，產(chǎn)品涉及汽車、通訊、醫(yī)療、家用電器等行業(yè)。作為國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)和中國(guó)重點(diǎn)骨干模具企業(yè)，銀寶山新服務(wù)的品牌主要有福特FORD、寶馬BMW、雷諾RENAULT、奔馳BENZ等著名汽車生產(chǎn)商，華為、思科Cisco等全球領(lǐng)先的通信設(shè)備制造商及TCL、DEK、ABB、GE等世界知名企業(yè)。
公司擁有主要汽車注塑模具以及方向盤等鑄造類模具的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造經(jīng)驗(yàn)，在汽車保險(xiǎn)杠、翼子板、儀表板、門板、 前端模塊、進(jìn)氣格柵、方向盤、安全氣囊蓋等汽車內(nèi)外飾件和功能件模具方面積累了大量生產(chǎn)案例。
1深圳市銀寶山新科技股份有限公司，多年來(lái)一直致力于成為全球化的優(yōu)秀模具及其結(jié)構(gòu)件的集成化制造服務(wù)供應(yīng)商。
我們專注于大型精密注塑模具的開發(fā)、制造及其精密結(jié)構(gòu)件成型生產(chǎn)；以精湛的模具制造技術(shù)、國(guó)際化的項(xiàng)目管理體系、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^(guò)程質(zhì)量管理、高效的全球服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，為汽車和通訊領(lǐng)域的國(guó)際品牌客戶提供整體制造裝備方案；
并通過(guò)整合富于創(chuàng)意的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和貼近客戶的制造基地為客戶提供精密結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、制造和現(xiàn)地交付的一體化制造解決方案。
我們?cè)趪?guó)內(nèi)北上廣三大經(jīng)濟(jì)圈擁有7個(gè)制造基地，在全球5大洲16個(gè)國(guó)家和地區(qū)設(shè)有工程開發(fā)和技術(shù)服務(wù)工廠，建成了基于中國(guó)制造-全球交付的具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的完善制造服務(wù)平臺(tái)。
我們堅(jiān)持深耕模具行業(yè)，積極推進(jìn)業(yè)務(wù)國(guó)際化，致力為高端制造業(yè)走出去的國(guó)家戰(zhàn)略做出踏實(shí)而持久的貢獻(xiàn)。
隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外在成型制造應(yīng)用、打印材料開發(fā)及工藝方面都取得了很大進(jìn)步，金屬3D打印技術(shù)在航空、航天及醫(yī)療等尖端領(lǐng)域方面得到了廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)利用激光3D打印技術(shù)直接快速制造模具尚未在企業(yè)中實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，但已有少數(shù)企業(yè)在嘗試使用3D打印技術(shù)打印模具零件，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無(wú)法加工的內(nèi)部復(fù)雜的隨形冷卻水道（見圖1），以提高精密模具的冷卻均勻性和效率。
圖1 3D打印零件及其內(nèi)部隨形冷卻水道
3D打印工藝技術(shù)能夠大幅度提高模具零件性能和延長(zhǎng)模具使用壽命，是模具制造技術(shù)的突破點(diǎn)。利用3D打印技術(shù)制造的模具的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在2個(gè)方面：合理高效的冷卻以及靈活的排氣設(shè)計(jì)。
壹
合理高效的冷卻
利用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)制造冷卻水道時(shí)有以下優(yōu)點(diǎn)：①可不受塑件形狀影響，任意構(gòu)筑3D隨形冷卻水道；②無(wú)冷卻盲區(qū)，縮短注射成型周期；③模具溫度均勻，減少塑件變形量，提高塑件成型質(zhì)量。
1
移動(dòng)電源3D打印隨形冷卻水道設(shè)計(jì)
以移動(dòng)電源的塑件為例，塑件外形尺寸67mm×23mm×130mm，材料為PC。動(dòng)模鑲件尺寸172.26mm×62.2mm×23mm，材料為1.2709金屬粉末，硬度為52~54HRC，模具采用1模2腔結(jié)構(gòu)，如圖4（a）所示。
（a）進(jìn)料
（b）3D打印零件
（c）零件
（d）隨形冷卻水道與模具上的位置關(guān)系
圖4 3D打印在塑件成型過(guò)程中的應(yīng)用
為保證塑件表面質(zhì)量，澆口設(shè)在塑件內(nèi)部邊緣處，受塑件尺寸及進(jìn)料方式的約束，傳統(tǒng)的冷卻方式（冷卻水道從塑件的內(nèi)部通過(guò)）無(wú)法實(shí)現(xiàn)更好的冷卻，冷卻效果差。利用3D打印技術(shù)打印模具零件及隨形冷卻水道進(jìn)行生產(chǎn)，塑件的冷卻效果明顯改善，3D打印在塑件成型過(guò)程中的應(yīng)用情況如圖4所示。
（a）3D打印工藝
（b）傳統(tǒng)工藝
圖5 3D打印工藝與傳統(tǒng)工藝的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)比
圖5為3D打印工藝的隨形冷卻水道與傳統(tǒng)工藝?yán)鋮s水道的模擬冷卻效果對(duì)比，從圖5可以看出，采用傳統(tǒng)工藝?yán)鋮s水道冷卻時(shí)塑件澆口附近存在高溫區(qū)，3D打印設(shè)計(jì)隨形冷卻水道的應(yīng)用明顯改善塑件注射成型時(shí)冷卻的局部高溫，有效改善模具的冷卻效果。
表3為3D打印工藝隨形冷卻水道與傳統(tǒng)工藝?yán)鋮s水道注射成型效果對(duì)比，與傳統(tǒng)冷卻水道工藝相比，3D打印隨形冷卻水道的應(yīng)用使得冷卻時(shí)間由12s縮短至9s，成型周期由25s縮短至21s，最終塑件的變形量由0.17mm降至0.03mm，塑件成型質(zhì)量提高。
2
汽車手套箱模具鑲件隨形水路設(shè)計(jì)
圖6（a）為汽車手套箱塑件結(jié)構(gòu)及3D打印隨形冷卻水道鑲件的位置關(guān)系，塑件外形尺寸480mm×340mm×250mm，材料為ABS/PC，注射成型時(shí)模具溫度為75~85℃。根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)分析，塑件側(cè)面存在多條加強(qiáng)筋，且兩端比較密集，按照傳統(tǒng)的冷卻水道布置，冷卻效果如圖6（b）所示，從圖6（b）可以看出塑件的冷卻均勻性差，塑件表面溫度為73~118.6℃，兩端的溫度高于中間部分的約40℃，容易造成塑件翹曲變形。
（a）鑲件與塑件的位置關(guān)系
（b）傳統(tǒng)工藝?yán)鋮s水道冷卻效果
（c）3D打印隨形冷卻水道冷卻效果
圖6 汽車手套箱冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)如圖6（a）所示的隨形冷卻水道，冷卻模擬效果如圖6（c）所示，塑件表面溫度為57.6~67.8℃，整個(gè)塑件表面溫度均勻，冷卻效果良好。
（a）鑲件及安裝在塑件上的位置
（b）隨形冷卻水道設(shè)計(jì)
（c）3D打印模具鑲件
圖7 隨形水道在鑲件上的應(yīng)用
另一款汽車手套箱鑲件安裝在塑件上的位置如圖7（a）所示，塑件外形尺寸523mm×310mm×317mm，材料為：ABS/PC，注射成型時(shí)模具溫度為75~85℃。利用3D打印的隨形冷卻水道如圖7（b）所示，打印完成的隨形冷卻水道模具鑲件如圖7（c），鑲件尺寸為172.26mm×62.2mm×23mm，材料為1.2709金屬粉末，硬度為52~54HRC。
（a）隨形水道
（b）傳統(tǒng)水道（鈹銅材料）
（c）傳統(tǒng)水道（模具鋼材料）
圖8 3種工藝?yán)鋮s效果對(duì)比
圖8為側(cè)面加強(qiáng)筋處3種不同冷卻方式的冷卻模擬結(jié)果，由圖8（a）可知，采用隨形冷卻水道冷卻的塑件，表面溫度為59.34~76.4℃，表面溫度均勻，成型效果良好。圖8（b）為傳統(tǒng)冷卻方式（鈹銅材料）的冷卻模擬結(jié)果，塑件表面溫度為65.81~78.45℃，表面溫度均勻，但是采用鈹銅材料作為冷卻介質(zhì)的塑件表面會(huì)產(chǎn)生痕跡，不適用于外觀表面要求嚴(yán)格的塑件生產(chǎn)。圖8（c）為傳統(tǒng)冷卻水道（模具鋼材料）的冷卻模擬結(jié)果，塑件表面溫度為82.35~106.8℃，塑件溫差大，容易造成翹曲變形，影響塑件外觀質(zhì)量，同時(shí)塑件成型周期長(zhǎng)，不符合塑件生產(chǎn)要求。
貳
排氣設(shè)計(jì)
利用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)制造的排氣系統(tǒng)有2大優(yōu)勢(shì)：①可任意構(gòu)筑材料內(nèi)部氣孔，應(yīng)用于模具內(nèi)部排氣和氣輔成型；②氣孔與水道可自由交錯(cuò)設(shè)計(jì)，互不干涉。
（a）汽車門板CAE氣泡分布
（b）冷卻水道與排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（c）鑲件底部3D打印效果
圖9 3D打印冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
以汽車門板喇叭網(wǎng)孔位的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，汽車門板CAE氣泡分布如圖9（a）所示，常規(guī)排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是推桿（塑件推出）+水道（塑件冷卻）+鑲針（用于排氣），為滿足塑件的成型質(zhì)量要求及合理的注射生產(chǎn)周期，排氣系統(tǒng)通常需要經(jīng)過(guò)多次試模確定。運(yùn)用3D打印技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)冷卻水道和排氣系統(tǒng)共存，達(dá)到最佳的注射成型效果，得到良好的塑件外觀質(zhì)量。
汽車門板喇叭網(wǎng)孔位的冷卻水道和排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖9（b）所示，打印時(shí)，通過(guò)工藝參數(shù)的設(shè)置，在模具零件成型喇叭網(wǎng)孔區(qū)域的一定厚度上降低材料打印的致密度，在鑲件底部形成透氣微孔，型腔填充成型時(shí)氣體由鑲件底部的透氣微孔匯集到鑲件排氣孔處，通過(guò)排氣孔排出，經(jīng)驗(yàn)證3D打印設(shè)計(jì)的鑲件的排氣效果與透氣鋼的排氣效果一致，鑲件底部的3D打印效果如圖9（c）所示。
3D打印工藝有整體式和嫁接式2種，整體式加工是指直接在基板上進(jìn)行激光燒結(jié)，完成之后進(jìn)行分割。嫁接式加工是指通過(guò)傳統(tǒng)工藝加工好基座，把基座固定在基板上，再在基座上進(jìn)行激光燒結(jié)，嫁接式加工工藝在成本上更具優(yōu)勢(shì)。目前3D打印在模具制造中主要應(yīng)用于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具零件，如型腔板、型芯等的制造，其中應(yīng)用于打印隨形冷卻水道的較多，主要應(yīng)用于：局部高溫區(qū)域如噴嘴、熱嘴等，薄形零件，特殊結(jié)構(gòu)零件如斜頂塊鑲件和頂塊鑲件的冷卻。
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UG全3D模具設(shè)計(jì)、CAD模具排位、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工廠常規(guī)模具全套案例實(shí)戰(zhàn) (適合零基礎(chǔ)）
16周
（約4個(gè)月）
汽車模具設(shè)計(jì)中級(jí)實(shí)地班
DFM，UG曲面分模，汽車模排位，常規(guī)汽車模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工廠汽車模具全套案例實(shí)戰(zhàn)
(適合1-2年常規(guī)模設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)）
12周
（約3個(gè)月）
汽車模具設(shè)計(jì)高級(jí)實(shí)地班
汽車復(fù)雜模具結(jié)構(gòu)，工廠汽車模全套案例實(shí)戰(zhàn)(適合1-2年汽車模設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)）
汽車模分模強(qiáng)化實(shí)地班
UG曲面分模，汽車模排位
(適合1-2年常規(guī)模設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)）
6周
（約1個(gè)半月）
汽車模結(jié)構(gòu)強(qiáng)化實(shí)地班
汽車模具各種類型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)化
(適合1-2年常規(guī)模設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)）
常規(guī)模具設(shè)計(jì)初級(jí)網(wǎng)絡(luò)班
UG全3D模具設(shè)計(jì)、CAD模具排位、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工廠常規(guī)模具全套案例實(shí)戰(zhàn) (適合零基礎(chǔ)）
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▍內(nèi)容來(lái)源：《模具工業(yè)》2017年第3期
