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「精密模具」腔体及表面精密加工,打造高精度零部件!

国际金属加工网 2024年02月22日

精密加工技术在提高模具腔体质量、确保最终产品品质、满足复杂多变市场需求的同时,将推动整个模具制造行业整体竞争力的提升。

——PME观点

模具被誉为“工业之母”

高质量的模具,

生产高质量的产品。

模具制造能力是衡量一个国家精密制造与工业设计实力的体现,同时也是评估该国制造业发展水平的关键指标。

模具是制造业中不可或缺的基础工艺设备,主要用于各种工业产品的零部件和制件的高效批量生产,一般分为普通和精密两种类型,广泛应用于汽车、家电、交通和国防等重要行业。

模具作为赋予材料精确尺寸和形状的加工工具,在电子、汽车、电气和通讯等行业的产品制造中起着核心作用,其中60%到80%的零件是通过模具成型的。特别是在汽车制造业,超过95%的零部件依赖模具来成型,生产一辆普通轿车大约需要1000至1500套冲压模具

根据2022年的统计数据,中国模具行业的市场规模达到了约3467.73亿元,实现了12.6%的同比增长;产量方面,全国模具产量约为2631.17万套,同比增长了7.4%。市场结构分析显示,得益于汽车轻量化的持续推进和塑料工业尤其是工程塑料等新型材料工业的发展,塑料模具市场快速扩张,占据了模具市场近45%的份额,成为最大的细分市场。

紧随其后的是冲压模具和铸造模具,市场份额分别约为37%和9%。由此可见,模具的质量直接影响着最终产品的质量,其中精密模具的质量是生产效率和产品质量的关键因素。

数据/图片,来源:“智研咨询”公众号

零部件表面质量决定模具质量,

精密加工技术影响零部件标准。

精密模具通常指的是具有复杂结构工艺和高精度成型能力的模具,它们能够保证成型产品的尺寸精度和一致性。尽管精密模具体积往往不大,但由于其制造要求高,成本也相对更高。这些模具在生产光学仪器、电器设备、医疗器械、汽车零部件以及航空航天等领域的产品时扮演着至关重要的角色,特别是在那些对精度、形状复杂度和细微细节有严格要求的行业中。精密模具可以通过注塑、吹塑、挤出、压铸、锻压成型、冶炼、冲压等多种制造方法来生产各种精细的模子和工具。

精密模具的核心组成部分包括型腔、型芯、浇注系统、温控系统和排溢系统等,型腔也称为模具腔体或前模,是塑件形状形成的空腔部位。作为构成产品形状的空间构件,有整体式与组合式两种类型,其设计与制造的精度对成品的精确性和一致性有着直接影响。此外,腔体的精确度、表面平滑度及耐久性是衡量精密模具质量的重要指标。

近年来,我国精密模具行业迅猛增长,总产量跃居世界前列。行业发展正逐步满足对大型、高精度、复杂结构及长寿命模具的市场需求。值得关注的是,提升模具制造精度是行业发展的关键所在。

精密模具要求极高的制造精度和复杂的技术工艺,因为每一套模具都是由众多零部件构成,这些零部件的质量直接影响着模具的总体质量,而精密加工技术是确保零部件质量及其性能的基础。其中包括磨削、去毛刺&打磨抛光、清洗以及表面处理等。精密模具的核心特征在于其高工作精度,这就要求制造和加工过程必须采用更先进的设备和技术,以确保模具能够达到生产过程中对精确度和质量的严格要求。


精密模具腔体

精密加工技术解决方案

精密磨削技术解决方案

精密模具腔体的加工涉及多种磨削方法和工艺,如砂带磨削、珩磨和CNC铣削等。这些方法通常结合先进的高效精密磨床和自动化技术,以提高加工效率和精度。在模具制造过程中,磨削工作约占总制造工时的25%至45%。其中,设备与工艺的选择尤为重要,否则容易产生磨削裂纹、磨削痕迹以及产生磨削应力等问题,不仅损害模具的表面质量,还可能缩短其使用寿命。

砂带磨削是一种独特的弹性磨削技术,也是综合了磨削、研磨和抛光等多种加工作用的一种复合加工工艺,以其高效的生产率、出色的表面处理质量以及广泛的适用性而受到青睐。

珩磨是一种利用由油石砂条组成的珩磨头来进行的加工技术。在一定的工作压力下,珩磨头沿着工件表面做往复运动,主要用于处理铸铁和钢质模具腔体。能够有效降低工件的表面粗糙度,实现光滑的表面处理效果。

CNC铣削是一种高度自动化的加工技术,通过计算机数控系统精确控制铣刀的移动轨迹,从而满足模具腔体高精度和复杂形状加工的严格要求。塑胶模具的关键型腔和型面,通常采用该工艺进行加工。

作为市场领先的CNC磨床制造商,ANCA的MX7 ULTRA高性能磨床所批量生产的球头、圆角、桶形球头和双圆角立铣刀刀具广泛应用于模具行业,对于生产具有精细特征和优异表面质量的模具腔体至关重要。MX7 ULTRA的CNC铣削技术结合了高速铣削能力和五轴联动加工的优势,使得复杂模具几何形状的精密加工和高质量表面的实现更为便捷。此外,其自动换刀系统提高了自动化水平,进一步优化了生产效率。

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3M公司的柔性研磨盘能够在复杂或不规则形状上实现均匀的磨削压力,适用于模具腔体精细磨削和抛光处理工序。此外,砂带和砂纸产品系列覆盖了不同的硬度和粗糙度级别,能够满足模具腔体打磨过程中对表面精处理的各种需求。

去毛刺技术解决方案

在精密模具腔体的生产过程中,飞边毛刺和尖角毛刺的产生不可避免,不仅损害模具的外观,还会对模具的寿命和制品的使用性能产生直接影响。因此,选择合适的去毛刺技术对于确保精密模具腔体的质量至关重要,常用的工艺包括磨粒流去毛刺、电解去毛刺和磁力研磨去毛刺技术等。

磨粒流去毛刺,使用半固态或液态的磨料通过压力挤压的方式,针对内孔或端面进行去毛刺,可有效去除毛刺并提升表面光洁度。该工艺效果彻底、均匀、精度高,由于磨料可循环利用,不会产生粉尘、高热或有害气体和液体,符合现代工业生产的环保标准。适用于处理形状复杂且要求高精度的零件,如汽车零部件内弯曲孔件和模具腔体表面。


图源:易趋宏

易趋宏是AFM磨粒流工艺的发明者,通过使用研磨磨料来去除零件上的毛刺并进行抛光处理。磨料在工况高压下,改善被加工零件的表面特性。对于要求精密处理的模具腔体,如需要倒圆角或特定成型的情况,磨粒流工艺能够应对复杂的内部结构与形状,满足挑战性的表面加工需求。该工艺不仅能够彻底清除毛刺,还能提高模具腔体表面的一致性和光洁度,实现隐蔽部位的高精度抛光,特别适应于模具制造行业中的精细抛光工作。

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去毛刺&打磨抛光是模具及其铸造零件表面处理的核心工序,降低了表面粗糙度,提高了形状精度并增强了表面光泽。随着现代模具表面精度要求的日益提高,高精度、高寿命模具的需求已经达到μm级。模具的精确度直接决定了零件的质量,进而影响整机组装的品质,因此受到了各大铸造厂商的重视。

引入自动化抛光打磨机器人已成为传统制造业节约成本和提升效率的重要手段。利用机器人的柔性化特点进行模具型腔的抛磨作业,可以实现更加光滑如镜的表面处理效果。



盈连科技自主研发的力位柔顺补偿器和配套的力控打磨设备。补偿器安装在CNC机床或六轴机械臂的末端,安装过程快捷,使其具备误差补偿和打磨能力。在处理不同工件表面时,补偿器能够自动调整其伸缩尺寸,以适应表面轮廓的变化,实现对接触力的实时反馈、调整和精确控制。该设备打磨零件的良品率显著提升,从50%增加至约70%。同时,机器人的负载能力从原本的50公斤降低至20公斤,直接提高了耗材的使用效率,为客户节省了原材料成本。

相关技术详解,请点击 在PME CHINA 2023第二届精密加工技术及应用国际高峰论坛中,哈尔滨工业大学的索来春教授介绍了适用于去毛刺&打磨抛光环节的大面积镜面混粉电火花加工机:

大面积镜面混粉电火花加工技术在处理锻模和压铸模的复杂曲面型腔方面表现出色。该技术能够实现加工后表面的高光泽度和均匀性,从而减少手工抛光的需求,显著提升模具表面品质和最终产品的质量。此外,工作效率得以提高30%至40%,并且根据模具表面积的不同,加工时间可缩短至原来的2至3倍。

模具制造流程

在模具制造行业,这项技术以其对产品质量(包括降低表面粗糙度、提高硬度、耐磨性及耐腐蚀性)的改善,以及其加工方法、工艺流程和应用范围的广泛性,被视为一项革命性的前沿技术,有力补充了现有的加工工艺。

其次,试验测试和生产厂家应用验证表明,采用混粉镜面电火花加工技术能显著提升加工表面的耐磨性和耐蚀性,有效增强模具的耐用性和延长其寿命。该技术能够在一台机床上完成模具表面的中精加工与镜面处理,减少因二次装夹带来的精度损失和额外辅助时间,同时节约专用电火花加工设备的成本。

此外,哈尔滨工业大学开发的金属电解质等离子去毛刺机床能够满足精密模具腔体对加工精度和表面质量的严格要求,克服了传统机械加工在此类应用中可能遇到的限制。该机床相较于机械抛光,能将生产效率和经济性提升5-6倍;与酸化抛光技术相比,效率和成本优势更是提高了3-4倍。它不仅能够高效去除金属表面毛刺,还能显著提高工件的耐磨度和光亮度。

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工业清洗技术解决方案

随着模具使用时间的增长,表面会积累大量的油渍和污物,继而降低模具使用寿命和生产效率,并潜在影响最终产品的质量。因此,在模具腔体制造和维护过程中可以采用超声波清洗、激光清洗、化学清洗、干冰清洗等方式来保持模具的性能和精度。

干冰清洗技术采用固态二氧化碳作用于需清洁的表面,通过其升华反应实现高效清洁。具有不磨损、无损表面、无需拆卸停机处理、无残留环保等优势,死角、盲孔、细孔等也能高效清洗。适用于轮胎模具、橡胶模具、泡沫模具、注塑模具以及合金压铸模具等的清洗。

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德国ICS是一家基于干冰喷射原理的工业清洁系统复杂创新技术的制造商和供应商,产品包括颗粒干冰清洗机和液体干冰清洗设备等。其干冰清洁系统应用范围广泛,遍及整个工业领域,例如:航空航天领域各类复合模具的维护;模具行业中轮胎模、聚氨酯模、橡胶模和合金压铸模的油污、积碳和其他污垢的快速去除,以此提供一种既高效又环保安全的清洗解决方案。

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表面处理技术解决方案

表面质量对模具的工作性能和耐久性极为关键,尤其是涉及模头型腔、定型模型腔以及真空槽等部位的处理。为了提升这些模具零件的表面性能,可以采用电镀、热喷涂、喷砂、喷丸等多种精密加工技术手段。不仅能增强耐磨性、强韧性、疲劳断裂性能以及抗高温氧化能力,还可改善模具的外观和实用性。

电镀是一种利用电解原理在导体表面沉积金属层的工艺。通过电镀工艺,模具型腔表面可以覆上一层均匀且附着力强的金属,从而提升表面的硬度和光滑度。

热喷涂技术通过使用电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等热源,将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态,并以一定速度喷射到预处理过的模具表面。从而增强模具部件的耐磨性和耐腐蚀性,延长模具使用寿命等。

综上所述,我国模具产业在全球市场的竞争力持续增强。此外,据海关数据显示:2023年上半年(1月至6月),我国模具行业的进出口总额达到45.32亿美元,同比增长4.22亿美元、增幅10.27%。特别值得注意的是,同期我国模具出口额突破了40亿美元的大关,较2022年上半年增加了4.78亿美元。


   

数据/图片来源:“模具工业”公众号

为了继续在激烈的全球市场中保持领先地位,我国模具行业也需积极引进包括精密机床、机器人技术等在内的高端设备和技术。促使我国能够制造出传统工艺难以实现的复杂模具腔体结构,推动行业转型升级,更好地满足市场的需求。

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第二届国际精密加工博览会

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磨削、去毛刺、清洗、表面处理

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2024年9月3-5日

上海新国际博览中心

与您相约,不见不散

统筹/审校 | 刘昊宇

撰文/排版丨仲凤元

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( PME精密加工博览会)

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