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第一時(shí)間接收汽車(chē)及模具行業(yè)最前沿技術(shù)及最新動(dòng)態(tài) 打造汽車(chē)內(nèi)外飾及模具人都愛(ài)看的行業(yè)公眾號(hào)品牌 近年來(lái)，汽車(chē)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(kāi)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(chē)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(chēng)“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(chē)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(chē)、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(chē)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(chē)注塑模具以及方向盤(pán)等鑄造類(lèi)模具的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造經(jīng)驗(yàn)，在汽車(chē)保險(xiǎn)杠、翼子板、儀表板、門(mén)板、 前端模塊、進(jìn)氣格柵、方向盤(pán)、安全氣囊蓋等汽車(chē)內(nèi)外飾件和功能件模具方面積累了大量生產(chǎn)案例。 我們專(zhuān)注于大型精密注塑模具的開(kāi)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(chē)和通訊領(lǐng)域的國(guó)際品牌客戶(hù)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(hù)的制造基地為客戶(hù)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(kāi)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(kāi)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(jiàn)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(chē)手套箱模具鑲件隨形水路設(shè)計(jì) 圖6（a）為汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)門(mén)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(chē)門(mén)板喇叭網(wǎng)孔位的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，汽車(chē)門(mén)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(mǎn)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(chē)門(mén)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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▍內(nèi)容來(lái)源：《模具工業(yè)》2017年第3期 |
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