寧波喬士橡塑有限公司技術(shù)總監(jiān) 姜黎章

模具應(yīng)用廣泛，處于制造業(yè)的高端，現(xiàn)代制造業(yè)中的產(chǎn)品構(gòu)件成形加工，幾乎都需要使用模具來完成。寧波喬士橡塑有限公司主要研發(fā)制造氣體輔助注射成型模具、精密復(fù)雜高效及全自動脫模模具和高光無痕注塑模具、電鍍類產(chǎn)品注塑模具和多腔多款快速更換成型鑲件的熱流道模具等（見圖1）產(chǎn)品，是一家集模具設(shè)計研發(fā)、制造和汽車零部件產(chǎn)品制造等諸多功能于一體并具有現(xiàn)代化企業(yè)管理模式的高新技術(shù)企業(yè)。

圖1 公司某產(chǎn)品、模具圖

模具加工設(shè)備及智能制造

模具制造技術(shù)正向著智能化的趨勢迅速發(fā)展，與傳統(tǒng)模具相比，智能模具具有技術(shù)含量高和市場空間大等明顯優(yōu)勢。因此，提高模具加工的數(shù)字化、智能化水平，對模具行業(yè)持續(xù)發(fā)展具有十分重大的現(xiàn)實意義。

數(shù)控機床的普遍應(yīng)用，保證了模具零件的加工精度和質(zhì)量，經(jīng)過智能數(shù)控機床加工的零件可直接進行裝配，使裝配鉗工的人數(shù)大為減少。

德國進口放電成型機通過旋轉(zhuǎn)軸不僅方便校正電極，而且可以實現(xiàn)模仁局部角落電火花清角加工，局部修飾拋光，對深腔類工件還可以實現(xiàn)電火花放電加工到局部小區(qū)域，直接加工復(fù)雜模具，有效地解決了汽車飾件表面要求和型腔加工精度要求較高的現(xiàn)實問題。

由于加工中心工作時，刀具姿態(tài)一直在變化，而且旋轉(zhuǎn)運動與直線運動完全是一種非線性關(guān)系，通過對刀具吹氣清理程序的延時啟動控制，使得機床換刀用氣的峰值被有效降低，可實現(xiàn)將換刀過程中的儲氣壓力控制在正常工作壓力范圍內(nèi)；同時，通過機床控制器對進給軸相對于機床坐標(biāo)系的位置數(shù)據(jù)進行讀取和判斷流程，區(qū)分不同區(qū)段，使得進給軸采取相應(yīng)的速度回歸機床坐標(biāo)參考點，避免進給軸回位過程中可能出現(xiàn)的撞機事故。

高精密級多軸聯(lián)動復(fù)合數(shù)控加工中心是集智能化控制、高性能伺服驅(qū)動和精密加工技術(shù)于一體的智能型數(shù)控機床，其在數(shù)控系統(tǒng)、編程技術(shù)和智能化程度方面有著諸多優(yōu)勢，不但加工精度高，而且可靠性、穩(wěn)定性好。采用工件一次裝夾就可完成零件復(fù)雜面的加工，解決了連續(xù)平滑和復(fù)雜空間曲面進行高精度加工的難題，實現(xiàn)了加工中的高速、高精度、柔性、智能、環(huán)保和復(fù)合化目標(biāo)。

多軸聯(lián)動復(fù)合數(shù)控加工中心具備人性化操作和智慧化的功能，在FANUC系統(tǒng)用FANUC PICTURE軟體二次開發(fā)人機界面，在刀庫資料管理、機床維護、高效加工模式方面，可在觸摸屏上直接設(shè)定控制。觸摸屏上設(shè)置主菜單畫面，可以方便地進行菜單操作，并對監(jiān)控的對象進行參數(shù)的設(shè)定、修改和查詢，實現(xiàn)全過程的智能控制。如：智能化主軸監(jiān)控功能-對主軸的溫度、位移和振動等狀況進行自我監(jiān)控，可預(yù)先判斷主軸故障，將停機時間降到最短；智能化熱位移補償功能-對熱位移進行高精度補償，獲得長期穩(wěn)定的加工精度；智能化維護監(jiān)控功能-監(jiān)控單元運行狀況，預(yù)防故障發(fā)生或故障發(fā)生時迅速修復(fù)；智能化防止干涉功能-通過與機床同步的三維模型進行干涉檢查，防止干涉發(fā)生。從而保證較高的重復(fù)定位精度和工件的空間精度與表面粗糙度。

通過應(yīng)用高速加工和五軸技術(shù)，刀路出現(xiàn)撞刀、過切的概率幾乎為零，在加工過程中，可以按照產(chǎn)品的形狀產(chǎn)生流線型刀路。同時，將計算機輔助技術(shù)（CAX，如CAD/CAE/CAM等）與人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術(shù)集成，為優(yōu)化注塑模具的智能制造提供最佳解決方案，從而提高精密、高性能模具的質(zhì)量。另外，為確保理論模型與實際加工模型的最小差異值，采用數(shù)字化精密高速切削制造、研配技術(shù)和檢測技術(shù)，使整體配合公差滿足模具運動配合需要，以確保模具壽命極限提高到100萬次及以上，同時實現(xiàn)更換鑲件的尺寸精度和配合的一致性。五軸加工設(shè)備及加工中心群分別如圖2、圖3所示。

圖2 五軸加工中心

圖3 加工中心群

氣體輔助成型技術(shù)在轎車后視鏡外殼模具上的創(chuàng)新

轎車后視鏡外殼（見圖4）產(chǎn)品底部壁厚局部最大處14mm，最小處3mm，邊緣6～8mm不等。該產(chǎn)品的外觀要求極高，不允許出現(xiàn)熔接線、縮影、紊亂痕跡、飛邊等注塑缺陷，要求表面光滑圓潤。

圖4 轎車后視鏡外殼

該模具需要注意以下幾個問題：①分析進料位置，解決熔解塑料可能在產(chǎn)品上產(chǎn)生熔接痕和流動遲滯現(xiàn)象。②分析進氣位置，精確預(yù)測氣體滲透及對熔融塑料流動的影響。③分析氣體滲透可能產(chǎn)生手指紋的現(xiàn)象及解決方案。④產(chǎn)品內(nèi)面分析顯示，6個自由度空間，有4個自由度方向存在倒扣。

模具實現(xiàn)：綜合考慮該模具的特點，采用滑塊溢料方式的氣體輔助成型技術(shù)，自動脫模。相對于一般溢料方式的氣體輔助成型技術(shù)和缺料法氣體輔助技術(shù)，其優(yōu)勢是可以任意在產(chǎn)品的外表面設(shè)置溢料點，解決異向溢料的技術(shù)難題，克服厚壁形狀遠(yuǎn)端堆積的料較厚、冷卻成型周期長、表面質(zhì)量不穩(wěn)定、人工成本高、注塑成型工藝穩(wěn)定性差的問題。

（1）斜頂與活動鑲件的運用。產(chǎn)品的內(nèi)壁斜頂脫模，采用直頂塊與活動鑲件活動連接的方式進行預(yù)復(fù)位，上、下模合模的斜面和產(chǎn)品側(cè)面滑塊的斜鍥面進行精確復(fù)位和鎖模。

一般模具上的斜頂脫模方法在此模具上根本無法實現(xiàn)，因此采用了改進后的斜頂，應(yīng)用二級運動提供原動力的功能（即斜頂上的活動鑲件在斜頂滑槽上的斜面運動），利用注塑產(chǎn)品凝固后產(chǎn)生的倒扣力和斜頂復(fù)合運動所產(chǎn)生的抽拔力來實現(xiàn)活動鑲件向下運動的脫模方式。斜頂上活動鑲件的復(fù)位，采用了直頂塊穿過斜頂與活動鑲件活動配合，斜頂復(fù)位時，活動鑲件由于直頂塊限位作用，活動鑲件只能上、下移動，由于活動鑲件與斜頂由斜向梯形槽連接，因此活動鑲件在直頂塊提供的動力下，相對于斜頂?shù)男泵孢\動，而預(yù)復(fù)位。

（2）氣體輔助成型中的溢料機構(gòu)和溢料頂出機構(gòu)的運用。由于氣體輔助成型的工藝方法不同，采用100%的完全注塑+溢料方式的氣體輔助成型技術(shù)，以及滑塊內(nèi)設(shè)置溢料系統(tǒng)和輔助頂出系統(tǒng)，克服了氣輔技術(shù)中溢料位置的限制。氣體輔助成型及溢料結(jié)構(gòu)的工作原理圖如圖5所示。

在滑塊上設(shè)置溢料閥機構(gòu)：通過滑塊上液壓油缸的抽拔動作，控制溢料閥機構(gòu)的開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)氣體輔助成型的溢料工序。

滑塊上設(shè)置輔助頂出系統(tǒng)：通過模具上主頂出系統(tǒng)提供的動力，完成對滑塊上的溢料頂出動作。

溢料點的位置設(shè)計在滑塊上，根據(jù)產(chǎn)品要求，溢料機構(gòu)的設(shè)置必須滿足氣體充填時，溢料機構(gòu)的溢料閥打開，多余的塑料熔體流出；氣體保壓時，溢料閥關(guān)閉，熔融塑料覆蓋溢料閥口。溢料閥的控制機構(gòu)，采用微型油缸與滑塊連接，滑塊內(nèi)設(shè)置溢料閥的機構(gòu)，油缸提供溢料閥機構(gòu)的開啟和關(guān)閉動力，油缸的工作信號由氣體控制閥的電信號傳遞給注塑機的油泵電信號。

溢料采用模具頂出機構(gòu)和滑塊內(nèi)的輔助頂出機構(gòu)頂出，由于滑塊在開模時斜導(dǎo)柱的作用，而產(chǎn)生運動，因此滑塊上需設(shè)置單獨的溢料頂出機構(gòu)。該獨立頂出機構(gòu)為輔助頂出系統(tǒng)，頂出機構(gòu)具備完整的頂出、復(fù)位功能。主頂出系統(tǒng)提供輔助頂出系統(tǒng)的動力，即滑塊打開后，主頂出系統(tǒng)運作，通過滑塊下面的頂出桿，提供輔助頂出系統(tǒng)的動力，從而將溢料頂出。

圖5 氣體輔助成型及溢料結(jié)構(gòu)的工作原理圖

精密模具設(shè)計制造過程的智能化技術(shù)

圍繞精密模具的多個環(huán)節(jié)，應(yīng)用智能化為核心的先進制造技術(shù)，攻克其中的關(guān)鍵技術(shù)問題，將其應(yīng)用到模具領(lǐng)域。

（1）采用典型、標(biāo)準(zhǔn)工藝匹配與人工智能決策相結(jié)合的方法進行工藝決策與排序優(yōu)化，CAPP事務(wù)處理過程中通過COM和進程通信技術(shù)利用CAD軟件完成部分工作（如刀具選擇、毛坯生成等）。

（2）三維毛坯CAD模型生成：根據(jù)零件最小包圍尺寸與加工余量，自動生成圓形毛坯、方形毛坯或符合企業(yè)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)毛坯。也可以直接在設(shè)計CAD模型上添加加工余量、去除小孔、倒角等細(xì)小特征等，獲得復(fù)雜的鑄型毛坯。

（3）工序計算與檢查工具：包括進行加工面積、加工余量體積計算，工時計算，用設(shè)定顏色標(biāo)識各種加工面、粗糙度面等。

（4）在模具制造中，型腔的加工最為復(fù)雜和普遍，其中刀具選擇的好壞不僅直接關(guān)系到模具零件的表面質(zhì)量，還影響到整個加工成本和加工效率，是模具加工過程中十分重要的一環(huán)。應(yīng)用一種綜合考慮總切削時間和總切削體積的模具型腔粗銑加工刀具選擇多目標(biāo)優(yōu)化模型，獲得模具型腔加工效率最高的刀具類型與組合。

（5）在塑性成形過程中，產(chǎn)品的功能需求與產(chǎn)品的形狀特征、產(chǎn)品的形狀特征與成形件形狀特征、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計都有著密切的內(nèi)在關(guān)系與映射關(guān)系。如考慮材料特性（收縮、翹曲和回彈）后模具的結(jié)構(gòu)形狀和產(chǎn)品形狀（特征）的凹凸映射、比例映射關(guān)系等。因此，通過研究、分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀、所采用的成形工藝，以及具體工藝條件、工藝過程和材料特性等，可揭示產(chǎn)品的功能需求與形狀特征、產(chǎn)品形狀特征與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計的映射或轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而總結(jié)出產(chǎn)品的形狀參數(shù)與模具結(jié)構(gòu)形狀和合理成形工藝參數(shù)等的模型與公式。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)基于特征知識（KBE）的CAD系統(tǒng)，結(jié)合CAE分析，實現(xiàn)由產(chǎn)品形狀到模具成形工作部件的準(zhǔn)確映射。