深度解析|從DMC看我國模具技術的發展趨勢

中國模具工業協會DMC2016模具技術和設備評述專家組對DMC2016展出的各類模具、模具標準件及模具材料等展品進行了評述，介紹了我國模具、模具標準件、模具材料和模具 CAD/CAM/CAE 技術的發展現狀和技術水平，分析了我國模具技術的發展趨勢。

DMC2016是一屆世界領先水平的先進模具、設備、技術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、模具標準件、模具材料、模具CAD/CAM/CAE、模具智能化以及互聯網 + 等技術與產品中，有161副模具和10個標準件角逐“精模獎”，基本反映出了我國模具及其相關技術的發展狀況與前沿水平，本文就塑料模具的技術及其發展水平進行評述。

一、塑料模具篇

本屆參展的塑料模具企業展出了兩年來在技術創新、產品創新、模式創新方面的最新成果，模具行業的轉型升級促進了塑料模具技術水平的提升，主要體現在 4 個方面。

1.塑料模具的智能化

模具智能化能夠給模具用戶提供最佳的使用體驗，參展塑料模具企業在智能化模具技術的研發和應用方面有了較大突破，如模具型腔壓力感知與反饋、模內在線感知系統等，能夠把模具這個“黑匣子”里面的信息及時顯示出來，為模具生產提供真實的塑料工藝數據，提高了模具工藝調試和生產的制造水平。因此，模具智能化相關技術的研發和應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方面，可以更好地滿足模具生產的高效率、高質量要求。

群達模具（深圳）有限公司開發的帶有模內在線感知系統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在線質量感知系統，對注塑過程各個階段的關鍵質量參數進行在線實時檢測。該模具的關鍵技術主要包括在線質量傳感器的硬件設計與軟件設計、高精度的電容信號測量與智能處理等。利用模具在線質量感知系統實現了注塑成型模具型腔內填充速度、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的實時在線感應、控制和優化，提升了注塑生產的效率和質量。

江蘇澤恩汽車部品制造有限公司開發的博世高壓電噴系統部件注塑模具，用于生產高壓電噴系統的噴油嘴零件，采用KISTLER 壓力傳感器對模具型腔壓力進行可視化監控，產品合格率達到99.95%，達到德國同類模具水平。

浙江賽豪實業有限公司開發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測技術，控制制件變形量，保證了制件良好的裝配效果。

2.模具結構的復雜化和柔性化

塑料模具企業不再著眼同質化的低成本模具技術的競爭，而是越來越注重用戶的個性化與復雜高難度需求。如轉印定制模具技術、疊層模具、雙色雙物料模具、高光注塑模具、微發泡工藝模具等，參評的模具結構新穎，工藝成熟，應用也越來越廣泛，很好地滿足了用戶產品的性能要求。

青島海爾模具有限公司開發的精密轉印定制注塑模具，在模內轉印技術方面實現了突破，采用創新的膜片夾持吸附結構，實現較深型腔的圖案轉印和精確的圖案定位。采用先進的膜片 3D 數碼打印技術，能夠為產品用戶提供個性化圖案的制品。該模具的相關技術已推廣應用到洗衣機、空調、冰箱、清潔機器人等產品的外觀圖案定制領域，產業化效果顯著。

近年來，行業內骨干模具企業在疊層模具、雙色雙物料模具等新技術方面實現了突破。同時，面向行業開展了技術示范、標準起草等工作，帶動新技術在模具行業的推廣應用。從本屆展會的參評模具來看，部分模具企業已經掌握了這些新型模具技術，并打造成了企業新的增長點。

天津銀寶山新科技有限公司開發的大型汽車前保護板疊層注塑模具，屬于大型雙疊層模具，用于生產汽車前保護板零件，生產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效率、成本、設備利用率的需求，符合高效模具的發展方向。

青島海瑞德模具制品有限公司開發的雙色法蘭注射模具，所生產的水泵法蘭制件由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。由于制件的特殊結構，該模具采用創新的滑塊式雙色注塑模具結構，不僅解決了傳統雙色模具結構無法解決的 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，結合長軸類零件的精密加工、倒扣形狀強脫結構、復雜零件冷卻等解決方案，使模具和制件超過國外客戶的質量標準，并取得了制件的供貨權。

寧波錦隆電器有限公司開發的 DW300 曲線鋸外殼模具，采用雙色雙物料注塑工藝，制件內部形狀復雜，制件配合精度要求高，模具分型曲面形狀復雜，要求模具的加工研配精度高，實現型腔的精密互換，消除飛邊、銳邊等引起手感不適的缺陷。軟膠為多區域形狀，為保證充填質量，采用新穎的多點進料澆口。

高光注塑模具技術已比較成熟，應用也比較廣泛，但本屆參評模具在加熱方式方面又出現了新的創新。四川長虹模塑科技有限公司開發的電視面框電水復合高光注塑模具，用于生產 55 寸電視高光面框，采用電水復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生蒸汽泄露、電水復合模具的加熱系統植入模具內部，加熱不需要外圍蒸汽、模具加熱、冷卻與注射過程的聯機控制等關鍵技術。電水復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；與傳統的蒸汽高光模具相比，電水復合模其蒸汽在模具內部產生，能節約 50%的能源費用，提高生產效率 10% ～ 15%，具有節能安全、提升產品質量等優勢，同時擺脫了高光模具對外部蒸汽源的依賴。

微發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，大大降低設備的鎖模力，并具有內應力和翹曲小、平直度高、尺寸穩定等優勢，特別是由于微孔尺寸小于材料內部的缺陷，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力作用下擴展，從而改善塑料的力學性能。下面兩副模具采用微發泡工藝，結合制品的結構進行了創新，獲得用戶的高度認可。

寧海第一注塑模具有限公司開發的大型復雜骨架微發泡注塑模具，用于生產中央通道骨架零件。該模具的研制首先針對微孔發泡的工藝特點，對產品結構設計進行了優化。運用 CAE模流分析，對模具澆注系統的設計方案進行比較論證，運用分析結果優化模具的冷卻和排氣設計。針對微孔發泡注射成型工藝的要求，抽芯斜頂都精心設計了冷卻溫控回路，保證模具溫度穩定，機構動作可靠順暢。經驗證，模具設計合理，工作可靠，制品微發泡特征良好，泡孔細密均勻，制品減重率在 6% ～ 10% 范圍內可調。模具成型周期約 50s內，比傳統工藝縮短 20%，翹曲變形明顯改善，尺寸和變形均達到客戶標準要求。

青島海泰科模具有限公司開發的微發泡注塑模具，用于生產微發泡工藝的副儀表板骨架零件。該模具設計采用 CAE模流分析，研究了微發泡工藝、澆口等相關參數對氣泡大小和密度的影響，針對微發泡模具的鼓包缺陷進行了模具結構優化，避免了制件的鼓包現象，提高了成品率。優化了水路、排氣等系統，擴大了微發泡的工藝窗口。

3.模具設計制造趨于精細化

模具的設計與制造更加精細化。模具企業已不再局限于研究產品零件的質量要求，而是更加重視滿足產品的質量、性能、成本要求，表現為在傳統模具上探索新的模具研制模式和方法，滿足或超越產品質量、性能、成本標準，提升企業自身的市場競爭力。

模具及制品精度方面，寧波貝隆精密模塑有限公司開發的車載 HUD 抬頭顯示模組投影鏡筒精密注塑模具，所生產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，產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，精度要求非常高。該模具的關鍵技術主要包括兩方面，一是高精度加工工藝，如齒輪傳動機構的軸承孔選用了超精密坐標磨床加工，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，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的創新，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，全自動生產，保證了制件螺紋精度和量產的穩定性。廈門唯科模塑科技有限公司開發的10ml 酒精擦拭器注塑模具，所生產的制品為細長薄壁精密醫療用零件，壁厚僅為 1mm，要求壁厚均勻。為了防止注塑過程中，發生盲孔型芯偏移的問題，模具采用細長型芯定位機構，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，通過高精度旋轉與移動，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，采用傳統的模具開發方法很難滿足用戶的需求，部分模具企業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、產品結構優化、預變形設計、試驗模具驗證、三坐標數據測量、預變形修正等方法，確定制件的最終結構尺寸，然后再進行正式模具的設計與制造。寧波遠東制模有限公司開發的FIAT553 汽車行李架支持座注塑模，用于生產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。青島英聯精密模具有限公司開發的“汽車天窗支架模具”，用于生產汽車天窗支架零件，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，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量風險，保證制件質量達到產品標準，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的自行車前叉塑料模具 , 所生產制件材料為PA66+40%GF，需要滿足抗沖擊性和高強度的產品性能要求。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，可依據產品需求的強度更改易熔型芯的形狀，從而達到改善產品強度的要求。相比傳統吹塑工藝，沒有縫隙和焊接借口，強度好，成型周期短，壁厚均勻，產品尺寸精度高，且外觀美觀。

降低成本方面，東明興業科技股份有限公司開發的 HM2X 前殼小型化精密注塑模具，采用模具小型化設計方案，運用堆疊和緊湊排布的設計理念，減小模具的外形尺寸，減小注塑設備規格，從而節約模具和生產成本。運用力學計算分析的方法，校核模具零件的剛強度，保證模具結構的可靠性。模具零件加工采用自動在線檢測設備，實現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模具縮小 40%左右，產品料把重量比傳統模具料把重量減少 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的 38kV 固封極柱模具，所生產的制品為高壓電器元件，成型材料為環氧樹脂，模具成型溫度為150 ～ 180℃。該模具自帶加熱系統，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，解決了傳統機臺加熱方式成型零件加熱不均勻、產品氣泡多、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位置，大幅度縮短了嵌件的安裝時間。

4.模具的新技術水平不斷提高

參評的模具企業不再局限于傳統模具專業領域，出現了很多高新技術模具。如寧波方正汽車模具有限公司開發的新型汽車油箱吹塑模具，其關鍵技術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品吹塑成型過程中直接把功能閥焊到油箱內部，油箱表面無需打孔，解決了油箱汽油滲透的問題。模具在不同區域設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。該模具的主要技術參數與國外同類模具比較，碟形機構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，其它指標達到國外進口模具水平。所生產的油箱吹塑技術燃料系統的排放量明顯低于傳統吹塑成型的燃油系統，可以實現油箱重要零部件在油箱成型過程中內置，使油箱滲透性能達到 PZEV 要求，屬于塑料燃油箱系統領域目前最先進的技術。

廈門超日精密模具有限公司開發的 G5-397 機架模具，制件為 CPU 水冷散熱器的核心部件，服務器的散熱、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境下容易產生蠕變，導致使用壽命下降等。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晶過程中進行融合固定，同軸度達到 0.01mm 以內，蠕變系數小，耐磨損系數高，減少使用過程的磨損量，保證零件的穩定性。模具零件采用 YG20 材質，解決了放置陶瓷軸芯導致的模具磨損而產生的毛邊問題。采用雙向多級脫模機構，分段頂出，對結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。為提高塑件結晶效果，模具采用前后模獨立的雙組加熱、雙組冷卻控溫設計，模溫均勻，使塑件在成型過程中充分結晶，提高結晶致密性，減小蠕變，提升了尺寸的穩定性。該模具生產的制品使用壽命達到 5 億次以上。

二、沖壓模具篇

本屆展會的沖壓模具與往屆展會相比，無論是模具品種與規模，還是模具技術水平和品質都有新的亮點，盛況空前。標志著沖壓模具先進水平的多工位多功能和高效智能化模具發展趨勢強勁。展品涵蓋了電子、通信、汽車、電機電器、儀器儀表、醫療器械、自動化裝備、軌道交通、航空航天、軍工機械、新能源和家電等產品領域。從展品的水平分析，模具在復雜程度、結構優化創新、制造精度與粗糙度、使用壽命、性能、技術含量、制品質量和加工周期等方面兩年來進步顯著。部分國產高檔模具在品質和性能上與國外先進模具相比水平相當，不僅替代進口，而且有相當一部分模具出口到工業發達的國家和地區，模具的出口量大幅度增加，模具的國產化程度越來越高。縱觀本屆參展和申報的模具項目中，沖壓模具的特點是：大型復雜級進沖壓模具技術進步顯著，精密高效長壽命級進模具精品薈萃，多功能自動化模具精彩紛呈，在展會上引起了廣大參觀者和相關人員的極大關注。

1.大型復雜級進沖壓模具技術進步顯著

祥鑫科技股份有限公司研制的管道式換熱器集液管整體級進成形模具，用于沖制汽車散熱器產品。該模具重量 12t，21 工位，8000kN 沖床，模具使用壽命 100 萬沖次，沖次 25 次 /min，屬大型復雜精密級進模具，產品形狀復雜，精度要求高，技術難度大，在一副模具內實現異形復雜雙管道式零件的多工位卷圓成形、側翻成形，扁管槽采用整體沖一次成形和模內自動鉚裝產品組合一體化功能，特別是一模雙列，替代了國外分工序沖壓模具。模具結構工藝優化和技術創新顯著，獲國家專利 3 項，并取得了重大的社會效益和經濟效益。該模具已通過中國機械工業聯合會科技項目的技術鑒定，模具技術達到國際先進水平。

寧波鴻達電機模具有限公司研制的 Y2-255 芯片套裁大型級進模具，用于工業電機鐵芯片產品。該模具長 3m，重量 10t，制造精度 5µm，在 4000kN高速沖床上使用，沖速達 100 沖次 /min，使用壽命5000 萬沖次以上。該模具的主要特點是一模多列，套裁和自動化程度高，在一副模具內能同時生產 2P、4P、6P 等不同極數的落料圓片，套裁提高材料利用率5% ～ 10%，一模多列產品輸出采用 12 條自動化裝置。該模具實現了大步距高速多列套裁和節材等技術（已受理發明專利）。獲得寧波市重點工業新產品獎，并通過省市級科技項目的技術鑒定。該項目的技術研發已不僅僅局限于模具制造企業的努力，而是從模具上下游產品、產業鏈和產業聯盟，聯合研發提升競爭力。

南通超達裝備股份有限公司研制的剪切式地毯•切模具，用于沖制汽車內飾件產品。該模具重量 8t，使用壽命 50 萬沖次以上。模具通過結構優化和技術創新，解決了組合導向系統的設計制造關鍵技術，實現剪切式刀口進行沖切，既提高了導向精度又提高了產品邊緣的沖切質量和效率。該模具屬大型復雜沖模，形狀復雜曲面起伏大，技術難度相當大，創新成效顯著，切斷率從 90% 提高到 98%，掌握“零間隙”的工藝創新等技術獲國家專利 4 項（其中 1 項已受理發明專利）。該模具的技術水平屬國內領先水平。

2.精密高效長壽命級進模精品薈萃

廈門特克模具工業有限公司研制的 SOP016L（94×150）-12P 引線框架模具，用于沖制 IC 集成電路產品。該模具屬精密高效級進模具，制造精度達1µm，細小凸模數量多達 800 個以上，模具在高速沖床使用，沖速達 400 沖次 /min，使用壽命 5000 萬沖次以上。為解決產品尺寸小、腿數多（16 腿）、多排列（12 排）、材料薄（0.23mm）和共面性要求很高在 0.01mm 之內等關鍵技術，模具結構與工藝進行優化和創新，生產的產品很好地滿足用戶要求，替代了日本進口模具，并獲國家專項 2 項。引線框架是分立器件和集成電路的載體，其主要特點是種類多、數量大、精度高、形狀復雜、尺寸細小、材料薄、表面需要局部電鍍、外觀要求嚴格。近幾年，隨著科技的發展，國內高速精密沖壓引線框架生產技術有了很大提升，國產模具的技術水平已經接近或達到國外同類模具的先進水平。

昆山嘉華電子有限公司研制的連接器精密高速級進模具，形狀復雜精度要求高。該模具結構優化和精準制造，采用鍍氮化處理（PVD）提高超硬合金凸模壽命 2 倍以上。模板深冷處理，上下模座材料采用了高強度高硬度合金鋁（A7075），滿足了重量輕而強度要求高的需要，實現模具在 300kN 高速沖床上的沖速達 800 次 /min，一次出 16 件產品，使用壽命 3 億沖次，模具技術水平已達到或接近國外同類模具先進水平，替代了進口模具。

無錫國盛精密模具有限公司、黃山三佳誼華精密機械有限公司等研制的變薄拉伸換熱器翅片高效級進模具，具有以下技術特點：

(1) 模具結構設計功能模塊化。根據制品要求，集成眾多結構復雜的功能模塊于同一模具，并可適當進行柔性化組合，達到三步進和四步進。
(2) 精度高、設計制造技術難度大。通過采用現代高精密制造工藝技術，關鍵零件尺寸精度達 1µm，可互換。
(3) 高速高效。在配套進口高速沖床上使用，沖速達 280 沖次 /min，并實現 60 列三步進或四步進自動送料，完全滿足高效規模化生產需求。
(4) 使用壽命長。采用了 HP40 粉末冶金鋼、硬質合金等新型模具材料，刃口件單次刃磨壽命達 3000萬沖次以上，模具使用壽命 5 億沖次以上。
(5) 技術創新顯著。不僅通過對厚度為 0.095mm的鋁箔進行多步拉深成型，還對沖孔翻孔后的成型孔再次進行變薄拉深和二次翻邊，并采用了多項自主知識產權專利技術，改善了空調換熱器的高能效比指標，有利于節能降耗，具有較高推廣價值，技術水平與國外同類模具先進水平相當。

3.多功能自動化模具精彩紛呈

集機電技術為一體的電機鐵芯自動疊片級進模具，該模具在高速沖床上使用，具有自動沖壓、疊片、扭槽、回轉、厚度分組、安全保護和產品輸出等功能，模內實現疊鉚組裝，鐵芯組合件厚度達 90mm 以上，計量監控智能化、自動化。本屆展會的鐵芯自動疊片級進模中有大型鐵芯自動疊片，三列鐵芯自動疊片、鐵芯雙回轉自動疊片、雙列鐵芯大回轉自動疊片、筆型鐵芯自動疊片等展品，給人們留下了深刻印象。如寧波震裕科技股份有限公司研制的筆型點火器鐵芯級進模具，用于汽車發動機產品。該模具采用伺服電機驅動精密絲杠進行凸、凹模移動，實現控制凸、凹模在不同位置沖出不同寬度截面，模內疊鉚組裝和自動出件。采用移動式凸、凹模技術和兩組凸模可任意多種片型，解決了由于片型大導致級進模具過長、送料穩定性差等難題。該模具涉及一種非等截面鐵芯在級進模具中的沖裁方式，在級進模具中兩個工位內實現12 種不同截面鐵芯的成形技術，縮短了模具長度，降低了生產成本，獲國家發明和實用型專利各 1 項。

廈門捷昕精密科技股份有限公司研制的端子框架雙觸點自動鉚接模具，用于沖制微動輕觸開關產品。該模具的特點是在多工位模具上研制了自動輸送觸點機構，通過輸送系統精確定位到料帶上進行模內鉚接組裝成品，并研制了成品切斷和氣電組合裝置，實現了一出 4 件，沖床速度達 150 次 /min，模具使用壽命可達 5000 萬沖次以上。該模具通過生產工藝和模具結構創新優化，提高了產品質量和生產效率，解決了原來的單個沖件后，再與觸點進行成品鉚接，工序繁多、單個生產效率低下、不良率高的生產問題。獲國家專利 1 項，創新點突出，替代了進口模具。

寧波美高五金科技有限公司研制的 22F 動簧組合（銜鐵及銀觸點）模內鉚接多工位級進模具，用于沖制電磁繼電器動簧組合產品。該模具通過結構優化和技術創新，實現了在一副模具內完成動簧片組合的動簧片料帶沖制、銀觸點鉚接、動簧片彎曲成形、銜鐵鉚接等全部工序，大幅度降低了生產成本，提高了品質和生產效率。同時在模具內設計兩組防漏鉚檢測裝置，分別檢測銀觸點、銜鐵有否漏鉚。當有漏鉚發生時，檢測裝置發送沖床傳輸停機信號，沖床自動停機，有效地控制了漏鉚次品的產生，提高了產品合格率。該模具包括了沖壓成形和鉚裝成品一體化技術、銀觸點及銜鐵漏鉚檢測裝置技術，成效顯著，模具水平與國外模具水平相當。

成都宏明雙新科技股份有限公司研制的屏蔽罩模內裝配多工位精密級進模用于沖制屏蔽罩產品。該模具通過結構優化和技術創新，在一副模具內實現兩種材料和兩種厚度的自動沖壓成形和模內組裝，沖床速度達 150 次 /min，模具使用壽命預計 6000 萬沖次，模具技術水平屬國內領先水平。