2021年—2023年模具成形技术水平与能力评述报告

中国模具工业协会模具评定评述专家组

在全球疫情结束以及国内外制造业产业链重构、生态圈建设、经济形势变幻莫测的背景下,代表着全球装备及模具行业产业链发展的重要方向,也是中国模具工业高质量发展与产业生态圈构建的新方向的模具技术展示的展品,在2023年6月11日至6月14日的第二十二届中国国际模具技术和设备展览会(DMC 2023)强强亮相。DMC 2023以“聚焦高端制造,支撑产业优化升级”为主题,以模具为核心与纽带的成形产业链高质量协同发展,促进制造业产业优化升级为目标,围绕“精密加工”和“模具制造”两大板块,是打造模具制造的上下游产业链、供应链、信息链的技术产品高效对接平台,其推动我国模具行业快速适应后疫情时代的新发展、制造业产业链重构的新需求以及制造业发展新局面。为国内、国外两个市场的联动,服务国家制造业高质量发展的战略,实现模具行业产业链与水平的整体提升,显示了中国模具的技术水平实力与产品品质的支撑力。

DMC 2023在上海新国际展览中心展出面积7万平方米,分为先进制造与自动化、智能化技术与设备和先进模具及成形一体化二大模块,倾力打造“精密制造装备与自动化、智能制造技术”和“一体化成形与精密模具制造”新水平,以及模具材料、模具CAD/CAM/CAE、以及互联网+等,吸引了法国、奥地利、德国、以色列、意大利、韩国、美国、日本、瑞典、瑞士、中国香港特别行政区、台湾以及中国大陆等24个国家和地区的企业共计752家企业展商参展。与展会同步,开展了代表模具行业最高技术水平的“2023精模奖”的评定,召开了全行业瞩目的“2023中国模具行业大会”,举办了“2023中国模具行业产业高峰会”、“2023模具行业技术高峰论坛”以及“2023中国模协模具材料委员会年会”等11个产业、学术会议,是一场国际先进模具、装备、材料的技术交融“展”与“会”的高品质盛会。

DMC 2023参展模具企业400余家,涵盖了华东六省一市、京津冀环渤海、长三角、珠三角大湾区、川渝等30多个省市模协,展出的模具类别有塑料模具、精密冲压模具、汽车覆盖件模具、精密铸造模具、模具标准件、大型铝合金挤出模具、智能化模具;展现了“十四五”提出的高水平、高质量、高效率的“三高”,和智能化、复合化、集成化的“三化”模具最新技术方向,引领我国模具成形产业链服务中国制造的同时,供应全球。

有170副模具和标准件角逐2021年—2023年度中国模具行业“精模奖”,最终评出“精模奖”一等奖33项、二等奖51项、三等奖37项,代表着我国模具及其相关技术的发展现状与趋势。下面就塑料模具、汽车覆盖件车身冲压模具与精密冲压模具、压铸模具、模具标准件等技术及其发展水平进行评述。

一、 塑料模具

本次展会展示了三年来塑料模具的创新发展水平。可以看出,参展的塑料模具技术进步明显,特别是在模具的集成化、先进成形工艺、模具结构创新以及全生命周期数字化等四个方面特色明显,精彩纷呈,代表着塑料模具技术的发展方向。

1. 新技术与模具多功能复合的集成化

产品开发周期的加速对模具生产效率的要求越来越高,同时产品结构和模具结构的复杂性也大幅度增加了提效难度。通过模具的多工位注塑、四面旋转注塑与配套装备的集成、模具注塑与部件装配的集成、模具与零件产线的集成等创新,实现模具的高效生产。其代表性技术包括多工位多物料注塑、四面旋转双物料注塑、模内成型及装配、产线集成模具、多嵌件一体注塑等。

浙江赛豪实业有限公司参评的“24腔三物料三工位汽车翼灯饰圈注塑模具”,制件包括非透明红色、透明红色、非透明黑色三种颜色,结合区域不允许出现结合亮线、结合开裂、覆盖结合的边界缩痕等缺陷。黑色区域正表面为皮纹,不允许出现皮纹亮斑、色差缺陷,红色面为镜面,透光率>92%,表面不能出现划伤、流痕、形偏、熔接线等缺陷。制件尺寸长729mm、宽183mm、高291mm,全尺寸变形≤0.8mm,背面倒扣的装配尺寸公差要求±0.02mm。模具采用三色三工位一次成型,1模8个制件。动模设计成三工位旋转式结构,采用CAE对三色流动状态、多工位旋转运动、模具结构强度与刚性进行系统化分析,对制件进行了结构优化,解决了不同材料结合处开裂、缩痕、变形等缺陷,通过合理支撑和锁紧结构保障模具刚强度。型腔加工用五轴高速加工工艺结合在机3D扫描测量,各区域加工精度控制在0.02mm以内,为多腔平衡成型提供精度保证。模具重量约19t,模具设计寿命100万次。

台州市点睛模业有限公司参评的“六工位分层注塑汽车车灯透镜注塑模具”用于成型汽车前照灯的双光透镜,制件厚度达21mm,材料采用PMMA。产品光学性能要求制件翘曲变形不超过0.05mm～0.15mm,反光弧面精度±0.005mm,表面粗糙度:Ra0.08,成型需解决缩痕、气泡、变形等缺陷。该模具采用六工位分层旋转注塑方法,将透镜21mm壁厚分为六层,每层壁厚3.5mm。该分层注塑技术基于高分子链定向行为的成因,研究了通过降低成型塑料核心层的拉伸应力,提升制件致密度的措施。成型过程内部需要控制五个结合面的高分子链定向行为,分层注塑的保压时间为1min,而整个厚壁一次成型为10min。模具透镜光学表面型腔精度达±0.002mm,表面粗糙度:Ra0.01,模具成型周期60s,制件合格率99%。分层注塑技术解决了厚壁零件的成型难、残余应力大、生产周期长等痛点问题,为厚壁零件成型提供了优秀的技术方案。

鸿利达模具(深圳)有限公司参评的“三工位三物料成形汽车空调调节器注塑模具”,是用于成形汽车空调调节器精密制件,采用三工位三物料注塑工艺,实现了一副模具生产三种材料的制件。该模具采用新型结构,包括A板、B板、顶芯旋转组件以及旋转镶件等主要零件。顶芯旋转组件用于驱动旋转镶件相对于B板靠近或远离,并且顶芯旋转组件用于驱动旋转镶件旋转,改善了三色注塑模具在生产过程中存在生产周期较长,不良率高和效率低等问题。模具零件采用3D打印工艺和新型高导热材料,显著减少冷却时间,避免了因材料受高温影响产生发黄发黑等缺陷,生产良率达到98%以上。

四川宜宾普什模具公司参评的“4×48腔四面旋转双物料瓶盖注塑模具”,用于成型双物料瓶盖制件,所采用两种物料相融性差,PP材料层为透明卡片,后工序可透过透明物料在产品内部增加图像识别技术,阻隔了内容物对图像的接触,避免了表面激光打码带来的污染,保障了食品安全,升级了产品的可追溯性和防伪性。模具重达12t,单面48腔,四面共192腔结构的多工位、多副型腔配合的四面旋转结构。采用同步开模及从动技术,全伺服电机控制,可360°旋转,其旋转系统的重复定位精度控制在0.01°以内,解决了多组型腔配合的重复定位精度难题。用特殊镶拼焊接工艺,实现随形冷却,成型周期缩短至12s,生产效率是普通单面模具的300%以上。关键零部件制造精度达到0.005mm以内,模具寿命超过1500万模次。

青岛海泰科模具有限公司参评的“七组件模内成型及装配注塑模具”用于生产汽车主动进气格栅叶片模块,包括5个PC+ABS材料的叶片,1个PA6+GF50材料的连杆,1个PP+GF30材料的连杆七个组件,实现零件注射成型后在模具内部装配成模块。5个叶片之间的距离要既要满足关闭时,相互搭接不漏风,又要满足叶片旋转一定角度开模时,在开模方向上不重叠,自身无倒扣。该模具模具结构复杂,在提前考虑各组件的装配公差的前提下,将两侧制件装配到正确的位置上,装配后的制品公差和装配要求符合客户图纸和检具要求,由之前的三副模具合成一副模具,大幅减少了模具数量和相应的生产成本,模内自动装配替代了人工装配,实现节能降耗、高效生产。

东明兴业科技股份有限公司参评的“产线集成动平衡高一致性涡流风扇注塑模具”用于成型新型空气净化器涡流风扇制件,替代原来的涡流扇+混流风扇,为保证产品的静音和风量、空气净化效果的性能指标,制件需具有很高的动平衡性能和高一致性,如制件与电机轴配合的中心孔成型公差0～0.02mm;动平衡(0/180°)<0.1g等。该模具采用创新的以两端燕尾槽精密固定,冷却、顶出等布置完全一致的多扇叶镶件结构型式,每个扇叶镶块均布置冷却水路,模具温度控制均衡。扇叶镶块两端均采用燕尾槽固定在主镶块上,可以避免在成型过程中注射压力过高造成的偏移,提高制件质量一致性。以涡轮风扇模具为核心的全自动注塑成型产线,制件合格率较之前同类产品提升15%,成型周期由80s缩短到50s。经测算,生产50万套制件可节约原材料约20t,节电约3万度,是典型的“低碳”塑料件生产工艺。

青岛英联精密模具有限公司参评的“钢骨架多嵌件一体成型汽车水箱支架注塑模具”成型制件长1700mm,宽670mm,高350mm,材质为PA6+GF30,内部嵌入3个0.7mm厚的大尺寸金属嵌件,21个螺母嵌件。模具要求嵌件自动安装,一体注塑成型,需解决两个关键技术问题,一是变形问题,制件形状复杂,三个侧边有金属嵌件,不会产生收缩形变,剩下一侧边没有金属嵌件支撑,会向内收缩,造成制件两侧变形。二是制件带有二十多个嵌件,其中包含3个形状各异的大尺寸嵌件,保障嵌件的安装效率和可靠性对于自动化生产大尺寸制件至关重要。该模具采用预变形技术,结合模流CAE分析,对产品结构进行了优化设计,增加反向1°预变形,解决了成形制件没有金属嵌件一侧向内收缩变形的问题,保证制件整体尺寸精度达到设计要求。自主开发多嵌件自动放置系统和专用工装夹具,实现金属嵌件、螺母在模具型腔的自动安装、一体成形。多嵌件一体成形模具为产品零件制造省去了热熔、焊接和铆接等二次处理工序,优化工艺链,实现多嵌件注塑成形量产的自动化,生产效率提升40%。

2. 先进成形工艺促进产品的高品质

先进成形工艺的创新和应用为产品升级迭代提供了差异化解决方案,获奖模具在原有工艺的基础上持续创新和优化,在外观、轻量化、变形控制等方面促进了产品的高品质,代表性技术包括气体反压微发泡、大型表面饰布一体成型、免喷涂高光成形、细长尺寸双物料注塑等,模具推动绿色制造的成熟程度进一步增强。

深圳市银宝山新科技股份有限公司参评的“气体反压微发泡汽车门板注塑模具”要求制件表面质量美观、隔热、吸音、缓冲性能优良、轻量化。模具采用微发泡成形工艺,合模后,注入氮气90%和二氧化碳10%混合的反压气体,采用高速高压注射,塑料熔体在1.31s内充满型腔,动模打开1mm,型腔进行发泡和抽真空。该模具浇注系统采用9点针阀式流道和侧浇口进胶,安装了3个传感器与注塑机进行信号联接,实时反馈型腔喇叭网孔区域充填情况、反压信息,便于实时调控发泡进展。气体反压微发泡结合模具微开方案解决了制件表面气纹、破泡、缩水等缺陷,平整度更高,尺寸更稳定,在保证产品使用强度的条件下,成形制件重量由1310g减重至900g左右,减重约30%。注塑机锁模力从2000t降低至1600t,成形周期35s,大幅度降低生产能耗。

宁海县第一注塑模具有限公司参评的“大型表面饰布一体成型汽车天窗顶棚注塑模具”,制件外形尺寸为长1380mm,宽1008mm,高239mm,制件表面覆盖大面积织布,一体注塑成形,模具要求注塑生产周期不高于70s,合格率不低于98%,塑料材料的废料率不高于0.5%,寿命不低于60万模。模具采用整体式动定模倒装结构,浇注系统采用13点针阀式热流道系统,无废料设计,并在大拉伸区域设计特殊倾斜式固定长针,解决了超大尺寸织物面料在合模过程中的预紧和褶皱问题。通过采用斜顶内嵌直顶的脱模结构,同步实现脱倒扣和挡产品的功能,规避了粘模问题,解决了低刚性处密集筋与柱脚的倒扣脱模问题,达到全自动化生产要求。该模具注塑生产周期65s,已量产50余万件,质量稳定,各项指标超过国外同类模具水平。

台州精超力模塑有限公司参评的“大型垂直旋转双物料成型汽车仪表板氛围灯注塑模具”用于成型汽车仪表板一体式贯穿式氛围灯,制件为一体式细长结构,取代传统三个制件组装结构,长度1.44m,可视面折射灯光效果要求发光无断线,对成型过程中熔体流向和取向一致性要求很高。产品要求外围电镀、内部透光,通过夹心结构设计,采用ABS和PC两种材料双物料,需解决应力翘曲变形问题这一模具成形的难点。该模具采用大型垂直旋转双物料注射成型结构。结合CAE模流分析,确定浇注系统合理的浇口数量和位置。分析了产品预变形图形,采用预变形量补偿方法,得出了最优的预变形量和结构形状。PC导光区采用9点阀式热流道,ABS支架采用20点阀式热流道,顺序进胶。随形冷却水路的冷却系统保障了模温均布,控制了成形过程中的流痕、熔接线、应力痕等影响灯光效果的缺陷产生。通过排气结构、排气槽、排气镶针等多种排气方式,避免注塑过程出现因困气引起的缺料、烧焦、透明件表面开裂、气泡等缺陷。为防止顶出不均衡影响光饰效果,采用了多组顶块、油缸驱动的顶出结构,保障制件顶出的平稳性。模具采用2800t大型垂直旋转双色注塑机生产,工艺调试后解决了制件的翘曲变形问题,满足氛围灯的装配要求和无断线发光的可视面折射灯光效果,合格量产。该模具体现系统性整体的开发思路和实施工艺过程的精细化,其浇注系统冷却系统及预变形补偿设计方面的经验,具备有很好地行业推广应用价值。

四川长虹模塑科技有限公司参评的“大型薄壁多点顺序控制成型电视后盖注塑模具”,既是电视的主要外观覆盖件,产品四侧面采用零度拔模斜度设计,达到轻薄、方正的外观设计效果,同时侧面及背面网孔还起到机器散热和扬声器传音作用。材料采用PC+ABS,表面蚀纹,免喷涂。模具采用大面积高光免喷涂技术,型腔采用蒸汽模水路结构形式,浇注系统采用45点针阀式顺序进胶,通过温控系统精准控制模温,结合多点延时分段注塑技术,有效解决产品外观熔接线及流痕等缺陷问题。采用四面滑块抽芯,滑块采用双层水路设计,保证了制件侧面的外观质量。模具尺寸重量超过27t,预计寿命50万次,合格率95%,并实现机械手自动取件。

台州市凯华汽车模具有限公司参评的“以塑代钢微发泡汽车前端框架注塑模具”是一副以塑代钢的前端框架强量化注塑模具。为解决塑料制件产品强度不足、变形严重、尺寸超差等技术难题,该模具采用微孔发泡技术,通过精确的模内温度控制和基于CAE的工艺及成形缺陷分析预测,使这些技术难题得到了有效改善和控制。模具型芯采用铍铜镶块的结构,加上高效的冷却水路设计,实现模温控控制在±5℃以内,模具的成型周期从常规的75s降低至65s,制品强度增加15%,变形减少40%,尺寸一致性提升10%。在保证产品强度的条件下,使得产品减重10%,模具需要的注塑机锁模力从1600t降低至1000t。大幅度减少了产品成形加工过程中的能耗,具有实的模具成形绿色制造发展总体思路。

3. 模具结构创新带来产品性能升级

复杂、精巧的模具结构是模具成形工程智慧的结晶,最能代表模具艺术性的精湛技术。对产品制造业来说,复杂结构的模具型腔能够容纳更多的元器件中单产品,使终端产品功能得到提升,同时降低制造成本,提升生产效率。

成都宝利根创科电子有限公司参评的“九螺纹多级链结构抽芯集线器注塑模具”,被成形材料为PA12透明尼龙,缩水率为0.8%,制件尺寸长115.60mm、宽50.0mm、高30.50mm,尺寸要求高,有近200个必检尺寸,尺寸公差分布在+/-0.05至+/-0.1范围,平均壁厚1.5mm,制件上有8个M12×1.0细牙内螺纹和1个M12×1.0细牙外螺纹,螺纹型面不允许出现分型线。受空间限制,模具螺纹特征间距仅25mm,需放置9套驱动螺纹脱模的机构,旋转抽芯圈数较多。该模具结构采用3层链条链轮传动的螺纹抽芯机构,带动9组螺纹抽芯机构旋转抽芯。驱动元件选用伺服电机,依靠脉冲定位,最高定位精度可达0.001mm,从而精确控制螺纹抽芯的速度、位置,同时增加1∶50比率的减速器,将电机的扭矩放大50倍,满足了脱螺纹所需的扭矩。

宁波日跃模塑有限公司参评的“多级分型脱模洗衣机TPE门封注塑模具”,被成形材料为TPE,制件尺寸长455mm、宽430mm、高95mm,倒扣形状复杂。该模具采用倒装式结构,依据材料特性开发了多层滑块和隧道滑块组合分层顺次抽芯结构,解决了多重内部倒扣形状脱模问题。模具抽芯结构和运动次序依靠安装的动作传感器装置,实现生产过程中的监控信号的传递,与注型机控制系统形成闭环,控制各抽芯运动的时序,实现模具自动化生产。该模具结构创新解决了在复杂倒扣结构强制出模过程中拉伸撕裂、拉伤等问题,实现了TPE材料替代传统EPDM橡胶,降低零件成本40%～60%,实现此类模具的国产化。

成都航天模塑股份有限公司成都模具分公司参评的“内藏式无痕分型汽车扰流板注塑模具”,一副模具生产两个制件。制件材料为PC+ABS,尺寸长1178、宽320、高156,外观分型线段差需控制在0.02mm以内,尺寸公差控制在±0.2以内,浇口自动去除,修剪痕迹不损伤外观表面,制件喷漆后合格率要求达到90%以上。该模具采用分型线内藏式结构,将分型线内移到制件非外观边缘,外观部分为完整圆弧表面,无段差,分型线以上外观胶位形状注射成型后留在外观面侧半模,脱模间隙来自制件凝固后的收缩量。采用机械手按设定动作程序自动取件,解决了外观分型线的段差问题,达到外观无分型线的效果。模具整体采用倒装式结构,从制件B面进胶,热流道采用顺序阀系统,阀针控制采取电动缸系统,能精准控制阀针的开合时间、位置及开合速度,保证流动平衡,控制制件的变形量,热喷嘴采取独立的温度控制系统,保证热喷嘴位置模具的充分冷却,使制件外观表面无太阳斑、缩痕等缺陷。前后模温控系统采取独立分区域进行控制,水路结构为随形冷却方式,达到调整制件变形的目的。模具采取无顶出结构形式,制件表面无顶出应力痕缺陷。模具成型周期不超过40s,实现自动化生产。制件实现外观面无分型线,量产合格率达到了95%以上,相比常规模具,缩短制件生产周期约30%,模具成本降低约20%。此模具整体技术方案为国内外首创,在提质增效方面具有示范作用。

宁波富佳实业股份有限公司“四面抽芯大斜度双面顶出吸尘器机身注塑模具”,被成形材料采用流动性好的ABS,零件表面为一级外观表面,模具表面纹饰要求较高,需解决模温高导致型腔表面发黄或粘附塑料小颗粒从而影响产品表面质量的问题。外观形状变形控制在±0.05mm,并与尘杯零件配合有气密性要求。制件存在多个方向的倒扣特征,需满足功能性要求。该模具结构上采用四面滑块抽芯、前后模大斜度双面顶出斜顶、多级脱模机构的技术方案,解决了前模大抽距斜顶顶出、滑块脱模力大、滑块与顶出机构干涉、模具开合模与多滑块运动防撞等问题,满足模具安全自动化生产要求。模具采用三点顺序阀热流道系统,解决制件表面熔接线及外观应力痕等缺陷。模具设计有刚性防撞机构和顶出系统强制拉回机构,上下两侧滑块采用感应油缸驱动,与注塑机动作自动识别,解决了滑块开合顺序的安全问题。采用氮气弹簧和钢制开模机构双动力结构保障顶出稳定性,解决单用钢制开模机构影响机械手取件问题。采用先进的高精度可视化工业红外监测系统,多角度监控,解决制件脱模、机械手取件、人工操作等异常导致的压模风险,保障了模具自动化生产的安全性。成形周期由同类模具的70s提升到了56s,生产效率提升了20%。

浙江万豪模塑股份有限公司参评的“双框刀片滑块双物料汽车主动进气格栅注塑模具”,被成形硬胶材料为PP-GF30,软胶材料TPV,制件结构复杂,倒扣形状多,软硬件结合强度满足耐久性指标,软胶密封性要求高。模具外形尺寸长1940mm、宽1600mm、高1426mm,重量20.3t,模具设计寿命为50万次。该模具采用封闭式双框刀片滑块结构实现双物料软硬胶注塑成型,通过定模浮动式弹块机构,实现模具开模时同步弹出、多角度弹出,解决常规结构无法脱模的问题。采用阀门式全封闭刀片滑块结构,刀片滑块在滑块中间滑动来封闭和开启软胶模腔。刀片材料采用铍青铜,经过淬火时效处理后,满足了高耐磨性和导热性要求,防止了运动卡滞。浇注系统采用双独立顺序阀式热流道系统,上下双层分流板结构型式,硬胶采用6点进胶,软件采用13点进胶,由单向进胶改为双向、双角度进胶,顺序控制进胶时间,解决熔接线等缺陷。热流道系统、双色注塑机控制系统、刀片滑块动作实现联动,通过软件程序进行时序控制,实现软硬胶的一体成形,合格率超过99%。

4. 模具全生命周期的数字化给用户带来了效益

模具行业“十四五”发展纲要提出促进模具产业向深层次数字化、信息化制造的方向发展,包括知识库和数据库建设、核心工艺算法开发、大数据分析技术、模内监控及控制系统等,以模具全生命周期的数字化赋能,为用户带来效益。

卡奥斯模具(青岛)有限公司参评的“大型深腔工艺物联桶类注塑模具”,制件带有深筋复杂结构,腔深超过800mm。需解决模具生产过程中抱模、流动不平衡、表面质量不稳定、工艺调试效率低等问题。该模具设计安装了3个压力传感器、14个温度传感器,监测型腔内塑料熔体的压力和温度数据,通过设定的标准曲线和边界条件,实现制件品质的自动监控,不良品自动分拣。基于工艺物联的最佳型腔压力和温度控制,显著提升了高收缩率PP材料制件的表面光亮度质量水平。采用自主开发的试模工艺算法软件,自动计算首试工艺参数和工艺数据库校验,解决了深腔零件因工艺调整原因充填不满造成的抱模、粘模、无法取件等难题。同时,实现不同设备换产工艺的自动换算,提升换产效率。试模次数降低40%,试模效率提升80%。物联管理模块可以对模具生产进行远程监测,通过对生产节拍和周期等数据分析,实现提质增效。通过对模具定位、文档查询、云平台数据分析,实现模具资产管理的物联化。模具使用寿命50万次、注塑周期约115s,合格率超过98%,以数字化手段提升了模具竞争力。

二、 汽车覆盖件与冲压模具

本次参展的汽车车身冲压模具企业主要有一汽模具、天汽模、东风模具冲压、成飞集成科技、湖北十堰先锋、柳州广菱、河北兴达、兴林、金环、金健、山东泰利、豪尔沃、宁波合力、东莞中泰等近50家,展示了近三年的汽车冲压模具技术的进步与成果。这些成果表明,我国的车身覆盖件模具企业围绕绿色制造、智能制造、双碳目标、产业链拉动、高质量发展等发展战略都做了积极的探索,取得了良好效果。

1. 数字化制造技术支撑了模具技术的发展

以一汽模具、成飞集成科技等企业为代表的龙头企业通过多年的技术跟踪、创新研发、数据积累,在模具开发过程中已能够熟练运用产品设计同步工程、智能化设计、全流程CAE、虚拟调试、无少研合技术、运动仿真以及模具开发全过程闭环控制技术等数字化与控制技术,实现了对车身大型覆盖件模具的企业内部作业流程体系的标准化,完成了高精度大型车身模具快速开发的响应与制造,这些先进制造技术对于行业技术进步和发展具有普遍指导作用。

2. 模具的复合集成及精细化制造技术越来越普及

以东风模具为代表的多家参展商本着为客户低成本着想,通过控制顺序动作、拉压复合等工艺技术使用,实现了大型车身模具的多种冲压工艺复合集成,减少了成形工序与模具,在降低成本同时实现了节能减排。在精细化制造方面,参展企业广泛使用了面品成形前期预测和改善技术,开展了成形和回弹的稳健性分析和A面及特征线的重构。NC加工普遍选择凹R角避让和强弱形面区分,通过定向(五轴)高速高精度加工+在线检测,大大提升模面的加工精度,大幅降低了钳工的研修工作量。另外,将过去梁柱类等成形复杂类模具形面进行了精确补偿,使得修模整改次数降到2次以内。本届展出的汽车模具精度指标和性能指标都普遍提升,开发工期大幅缩短,达到国际先进水平的模具越来越多。

3. 先进成形技术成为企业追求的目标

(1) 激光熔覆再制造应用。北京机科国创等企业在模具镶块激光熔覆再制造方面,通过多年的研发,在3D打印设备、工艺、熔覆粉末材料成套解决方案等技术日臻成熟,已广泛开展应用服务。

(2) 服务低碳、减排的模具。近几年新能源车快速发展促使各汽车主机厂对低碳、减排热切追求,如格致汽车、宁波合力、东莞正泰、湖南晓光、天汽模湘潭工厂等参展企业近三年都在着力围绕热成形工艺和热成形模具开展了创新研发,取得长足进步。宁波合力成功为某企业开发的一体化门环热成形模具,成形零件板料由不等厚、补丁(Patch)板、软硬区、不等强度等多类型金属板材激光拼焊而成,在为主机厂车身减重同时,大大提升了材料的利用率和更低的制造成本。目前一体化门环已成为新能源车企业的普遍车身设计要求,对其模具开发提出了极高的技术要求。国内宁波合力、凌云模具等模具企业已具备丰富的开发经验和数据,实现了热成形模具完全替代国外进口。此次模具也展示出国内有多个模具企业已成功预研了一体化双门环的热成形模具开发技术。

(3) 为降低激光切割能耗及低效率的实践。格致科技等模具企业跟踪国际前沿技术,大胆开创模内热切工艺,实现了免激光切割工艺,并已成功为吉利等汽车企业提供了量产模具。

(4) 轻量化材料铝镁合金板料成形模具与技术。成飞集成、十堰先锋等企业在成功开发翼子板、发动机盖板、门外板的基础上,开发了6、 7系高强铝在结构件(如A柱下部、B柱、门框止口)的成形模具,取得很好的效果。特别是成飞集成还成功开发了一体化铝板门环的温热成形模具,并开始为高端车型供货。

(5) 开始向其他轻质材料成形领域延伸。本次模具送评产品,多家汽车模具企业围绕碳纤维、复合材料等的轻质车身零部件的开发技术做了很好地探索,并在成形工艺方面以及提升零件的合格率方面做了大量的研发工作,积累了很好地模具成形与开发经验。

(6) 重视开展先进成形工艺开发。多个企业展出了超高强钢热成形、铝板的温热成形、内高压成形、充液成形、复材与金属嵌合成形、3D打印等先进制造成形模具与技术,为极限成形、绿色制造等发展方向提供了多种可能和强力支撑。

4. 产业链的联动更加频繁

本届展会上众多汽车模具企业都在跟上游的宝钢、首钢、钢研院、高校等针对新材料、新工艺等的研发开展协同合作,加快了新材料新工艺的推出和应用。并开展了与设备、软件、检测等供应商的实时沟通,与下游的整车厂、物流、零部件用户等企业联动,加大提质降本、增效双赢,促进全产业链共同发展。

本次精密冲压模具参展产品可以明显感觉到显著的技术进步,很多精密冲压模具已经稳居国际领先水平,基本完成了从模仿创新到自主创新的转型,并展示出极高的创新活力。

(1) 运用领域交叉技术与基础理论,实现模具寿命和产品质量的双提升。在分析研究冲压及成形原理的基础上,将塑料模具的冷却水道结构运用到高速冲压模具中,以消除模具高速冲压时产生的热量。通过微调冲裁形状来分解应力,实现避免细小形状在冲裁时发生扭曲变形的问题等。例如铜河精密模具(常州)有限公司的“双定子微米级气隙电机铁芯精密高速冲压级进模”将两种产品“9级内定子”和“外定子”在同一套模具中经过自动叠铆200层后制出成品的一套高精度模具。其中9级内定子结构特殊,产品形状特征中最窄处只有0.35mm,与材料厚度0.3mm的比例几乎为1∶1,在冲压过程中极易造成材料翻转扭曲变形。对此模具设计将产品内孔分成预冲、精修两次冲裁保证了内孔尺寸和形状精度,并将产品外形的9个齿形宽度方向形状做特殊处理,从而分解了冲裁时产生的应力,使产品最窄处变形得以控制,从而保证了产品精度。该产品尺寸、形状精度均达到国际领先水平,工艺技术稳定可靠,模具每分钟冲压400次,预计模具寿命可达到1.5亿冲次。宁波震裕科技股份有限公司的“T76型铁芯片高速冲模”是一副一出四的带有冷却系统的电机铁芯精密级进模。该模具利用凹凸模板的水冷结构和冲头的油冷结构来减少模具热变形引起的精度损失和模具磨损,模具步距精度±0.002mm,采用上模自弹压的方式以及轻量化设计来提升模具的运动精度与平顺性,上模实现减重约25%,冲次从常规300—400次/分钟提升至800冲次/分钟,制件质量好,生产效率高,模具综合寿命大于2亿冲次。

(2) 模具功能复合化和集成化的一体化制造单元向智能制造中心方向发展。自动化、智能化技术的高速发展,使单一的模具转向多功能制造单元,并正在向多功能智能制造中心发展。即在模具及配套装备中完成多种制件的制造并进行精密组装,同时实现自动在线检测等功能。例如天津津荣天宇精密机械有限公司的“灭弧室组件冲铆一体化自动成形设备”是一种高度自动化的,可完成高精度复杂组装动作的自动化制造中心。设备由灭弧片冲压模具、冲压设备、灭弧片凸轮输送机、纸带输送机、灭弧片定位安装工装、特殊铆接装置等部分组成。是一套智能组合生产单元。设备将冲压出的金属灭弧片按照固定数量输送到定位工装中,由特制的纸质连接片从侧面将灭弧片按相同间隔整齐地连接在一起,并在设备中自动地铆接成一体,形成完整的灭弧室组件。整套组件在设备中一次性全自动完成,实现了无人化操作,提高了生产效率和降低了生产成本,该技术已超越了德国现有的半自动化生产模式,达到国际领先水平。宁波美高五金科技有限公司的“动簧组模内视觉智能检测筛选与模内铆接精密冲压级进模”是一副继电器动簧组产品制造级进模,在一副模具内同时完成料带自动送进与成形、银触电送进与铆接、衔铁送进与铆接等三个零件的冲压与组装。利用模内设计的CCD视觉智能检测模块,实现0.02mm高差的自动检测。结合四组光纤传感器单元模块,完成不良品智能筛选和实时自动切除剥离。该模具工艺复杂、集成度高,产品质量稳定性好,是一副达到国际先进技术水平的智能化多工序精密冲压与模内装配级进模具。成都宏明双新科技股份有限公司的“弹片双带料模内装配、焊接多工位精密级进模”为多弯镀金弹片精密级进模,难点在于一副模具成形两个产品,并完成模具内装配与激光焊接。模具采用子模结构、模内激光焊接实现及在线监控。通过模具智能化,实现了在线实时检测、监控关键尺寸和焊接状态,保证了镀金弹片的打弯尺寸精度以及镀金区域的外观等级,确保产品合格生产。缩短了生产流程,降低模具成本,产品焊接由40件/分钟提升到70件/分钟,提高生产率75%以上。

(3) 新能源燃料电池冲压模具崭露头角。三佳机械(上海)有限公司的“超薄燃料电池金属双极板成形技术与模具”是一套具有代表性的典型新能源燃料电池冲压模具,该模具的难点在于将金属板料的平面状态成形为多条精细凸筋组成的平板产品,表面积比原有平面材料增加愈两倍。由于双极板产品的流场区的轮廓精度和翘曲度是决定双极板与膜电极能否有效贴合以及影响工作介质有效传递和电化学反应发生的重要因素。因此,燃料电池金属超薄双极板(厚度0.1mm)制件对平整度、尺寸一致性、减薄均匀性等有极高的要求。另外,该模具制造难度大,是高硬度高精度加工,一次加工就需要70把刀具。该模具结合金属板材力学性能分析,开发了二次成形工艺、二次高精度成形模具以及等料厚间隙控制成形技术,实现412×150mm尺寸极板二次成形后高度偏差<10μm,达到模具国际领先水平。

总之,我国的汽车模具与精密冲压模具近三年进步显著,在实现企业“专精特新”方面积极寻求技术与产品的突破,减少同质化竞争。精密级进冲模总体水平居国际先进水平,单项模具技术领先的企业越来越多,为中国模具工业高质量发展做出了重要的贡献。

三、 压铸模具

2015年9月当北美特斯拉将自行研发的一体化车体结专利公布在公众号上,并供全球业内免费使用时,整个汽车世界炸响了一个惊雷。国内新能源车企纷纷跟进。据不完全统计,至今一体化结构件压铸市场上6000t以上大型压铸机接近七十台(含计划投入),且还在不断增加。随之而来的一体化结构件大型压铸模具的需求将倒逼压铸模具行业发展。

本届展会国内知名的压铸模具企业积极参展,如宁波合力模具科技股份有限公司、广州型腔模具制造有限公司、一汽铸造有限公司铸造模具设备厂、宁波天正模具有限公司、共立精机(大连)有限公司、浙江辉旺机械科技有限公司等,代表了国内压铸模具成形行业的领先水平。

2023年压铸模具特点:①新能源汽车一体化大型压铸产品以及结构件、电池壳、电动变数箱、曲轴箱等往届很少能看到的压铸模具制件产品纷纷登场。②一体化锌合金产品、一体化附属部件、电子器件等,也表现出很强的发展势头。③在参选的精模奖压铸模具项目中,体现出高精尖一体化大型压铸件旺盛的市场需求特点,展现出其先进性和前瞻性。

具体来说,比较突出的有广州型腔模具制造有限公司的“电动车后仓压铸模具”、宁波合力科技股份有限公司的“尾门压铸模具”和“新能源车新型集成式主箱体注射压铸模具”、宁波君灵模具技术有限公司的“纯电动车电变壳二合一抽真空压铸模具”等。

其中,广州型腔模具制造有限公司的“电动车后仓压铸模具”在目前大型新能源车压铸模具中非常具有技术先进的代表性。这套模具是电动汽车底盘后底板的高真空压铸模具,铸件最大外形尺寸达到了1456.0mm×812.2mm×619.0mm,性能要求其延伸率δ(L0=50)≥10%,抗拉强度σb≥250Mpa,屈服强度≥120Mpa,模具主体外形尺寸2820mm×3795mm×2693mm,重量83.5t,使用6000t压铸机生产。压铸件的超大型化给模具设计与运行质量控制带来极大的问题,包括长充型的填充流态、排气、凝固顺序控制问题,模温容易失衡问题,型腔泄漏严重导致真空度难以满足要求问题等。该模具方案应用了Flow-D模拟分析优化技术,合理布局真空系统以及充填、排气等。超大型成型结构在设计上采用了镶块的优化分割拼接和精确定位,利于装配和后期维修。创新性地将型腔抽真空改为在流道末端抽真空,抽气时间更长、效率更高。采用新型推杆密封技术与分型面密封、拼接面密封相结合,解决了泄漏问题,保证真空度达到50Mbar。温控系统采用精准细化控制,设计了分区独立油、水控温系统,保证了模温平衡,改善了铝液流动性能,实现凝固顺序控制,从而控制了压铸件的应力分布与微观组织,保证了压铸件力学性能,减少压铸件变形。这是国内首套自主研发的超大型压铸模具,技术难度很高,创新性强,模具各系统设计合理,运行稳定可靠,达到世界领先水平。

宁波合力科技股份有限公司的“尾门压铸模具”为轿车尾门的结构件高真空压铸模具,压铸件壁厚2mm,尺寸要求公差-0.2/+0.4mm,产品呈现开放式结构,没有加强筋设计,变形控制难度很大。另外,铸件产品有B级面要求,需要AlSi10MnMg+T7热处理,机械性能要求抗拉强度≥200MPa,屈服强度≥120MPa,延伸率≥10%等。该压铸模具采用三板模结构、高真空结构标准(4组真空阀)、中心进浇方式、四组挤压机构、六组弹顶销结构的定模设计、32路模温控制。实现模具生产的30Mbar高真空作业及压铸件热处理的要求。中心进浇方式保证了全壁厚的层流同步有序填充,铸件工艺出品率达到67%。四组挤压机构的设计保证了内部组织质量。六组弹顶销结构,大大降低了模具结构难度,并很好的解决了定模上压铸件的留模问题。模具高效的模温系统,动定模具共计32路模温控制,匹配客户的模温机系统,实现对模具温度的整体调整可控,从而保证了压铸件的组织机械性能,并实现压铸87s的生产节拍。该压铸模具设计的单块模芯材料尺寸达1700mm×1200mm×450mm,模具整体尺寸达到2200mm×1700mm×1600mm,重量达40余吨,匹配压机吨位4200t。

随着一体化压铸以及新能源汽车的发展,压铸件的集成化、大型化使压铸模具的尺寸越来越大,结构越来越复杂,模具成形的压铸件的成品率、生产效率、模具的可靠性及模具寿命就成为大型压铸模具主要设计和制造目标。大型压铸零部件的前期设计、压铸模具的设计、模拟分析、制造与加工、压铸机成形工艺的掌控等都是目前进一步研究与开发的课题。

低压铸造模具、重力铸造模具及粉末冶金精密模具

今年低压铸造模具、重力铸造模具及粉末冶金精密模具也在这次展会中也亮点突出。如宁波舜邦模具科技有限公司粉末冶金齿轮模具,采用先进设计技术,精准控制材料收缩,生产出超精密粉末冶金齿轮,用该齿轮模具生产出的齿轮,其齿形、齿向、单齿、累积齿距偏差和径跳偏差圴达到4级,为国际领先水平。镁合金的低压铸造、反重力铸造、钛合金的粉末冶金等成型工艺与模具也在不断创新。

总体来看,压铸模具/铸造模具行业的发展上还需注重在技术创新、模具研发以及人才培养等方面加大投入,提升空间仍十分广阔,加强模具新材料、新工艺等方面的研发与创新并使模具实现其功能技术要求。展望未来,中国已经有成熟的压铸、铸造工业基础与应用需求,特别是新材料、新工艺、新装备的出现与快速运用,迫使压铸模具/铸造模具行业在产业链上不断提升,以瞄准世界新材料成形前沿、积极创新、以产业链的上下游协同不断开拓国内外市场,不断冲击本领域国际运用智高点与制高点。

四、 模具标准件(零件)

从本次参展的模具标准件厂商和展品中,可以看出标准件产业与模具产业并行发展,外资企业与内资企业的部分新颖展品让人眼前一亮,展示出新的发展方向。下面就模具标准件行业的亮点、行业状况以及发展动态等分别进行阐述。

1. 模具标准件“精模奖”亮点

本届展会上的模具标准件在不同角度反映出新能源汽车所带来的新变化,模具标准件企业展出的产品具有很大的变化,模具标准件“精模奖”申报的项目也有不同。本届模具标准件“精模奖”申报项目比上届增加45%,涉及的行业从单一的汽车冲压模具扩展到医疗、注塑、电机铁芯模具标准件及产品,模具标准件申报的领域在扩展、细化,在技术方面突显了很多亮点。①标准件产品的标准化、系列化设计开发。如湖南博云东方的电机铁芯硬质合金环形凹模标准化、系列化开发,突破了“一模一件、以大改小”的传统生产方式。武汉科尔在高速高强板斜楔系列开发中,综合利用CAD/CAM/CAE技术提升了企业的数字化、自动化水平。②加工工艺和设备的突破。如黄岩炜大的可伸缩标准件采用5轴+2轴联动加工替代线割、电火花加工,效率提升,表面质量提高。③创新性技术的突破。如大连盘起的随行水路成形镶件,采用了P-Bas技术将两个以上的带有部分水路的金属镶拼件进行加热加压焊接,并达到原材料90%以上的接合强度,使随形水路金属镶拼件一体化成形,从而获得随形水路冷却系统。

智能模具标准件显现智能雏形。如东风科尔的自感应斜锲,在摩擦板上加上温度传感器,实现了摩擦副表面温度的在线检测与报警。还有氮气弹簧压力自感应报警系统的动态演示等,展现出模具标准件企业对数字化、智能化的追求。

2. 模具标准件行业现状

参加本届展会的模具标准件厂家数量比2020年展会增加了约27%,主要的模具标准件厂家都展示了他们最具代表性的产品。可以看出,新能源汽车的迅猛发展,对模具标准件提出低成本、短周期、多品种、高品质的要求,几家实力强的模具标准件厂家都感到常规标准件产品的同质化现象仍然比较严重。本届展会上重点展出了一些产业模具特需的新的模具标准件,如盘起大量展出医疗、注塑模具、电池盒模具标准件。优德主要展出了高精度齿轮、齿条和基于直线传动技术的自动化设备传动零部件等。另外,海外的FIBRO、 OMCR、 GSB模具标准件厂家加大了进入到中国市场的产品推销,国内的一些OEM模具标准件工厂也从后台走向前台,如河北沧州的正美、鹏达、丰久、松旭等模具标准件厂逐步形成了标准件产业集群,推动了模具标准件产业的发展壮大。

模具标准件厂家通过展会带来新的驱动力,海外模具标准件厂家争夺的是高端产品市场,而国内实力强的标准件厂也开始进入了医疗、FA、新能源汽车模具领域,中低端标准件产品的竞争进入了白热化的降本内卷阶段。产品同质化、品质低水平已经影响到了模具标准件行业的发展,使国内的模具标准件厂家不断寻求新的出路。如河北沧州的模具标准件产业正在努力打破这种格局,构建大的模具标准件产业集群和区域优势,并结合周边大批模具厂的产业和技术优势,开展降本提质,在常规标准件产业中独树一帜,不断提升产品质量,模具标准件企业也变得越来越强大。

3. 模具标准件行业的发展动态

国内实力较强的标准件企业,如盘起、米思米、优德在逐步淡化对常规模具标准件的生产、销售与同质化竞争,如减少了导向类、斜楔类、定位类等同质化产品的销售份额,这类产品正逐步扩散到河北中小型的模具标准件企业。米思米转向FA、盘起转向医疗、注塑、新能源汽车标准件,优德转向自动化直线传动机构(直线导轨、齿轮齿条)、自动控制字码,科尔转向高速高强板的高端斜楔系列产品,各厂家增加或升级了自动化生产线,努力加快实现柔性制造系统的能力,实现降本增效。同时,重视产品的创新开发和知识产权的保护,形成了大量的产品专利。河北沧州形成的区域产业集群,走“专精特新”之路,正在向精细化、专业化生产挺进,逐步形成冲压模具标准件的集群生产优势、价格优势,已经在我国常规模具标准件产品中具有不可替代的作用。其标准件的制造精度、外观质量、一次性装配合格利率都在不断提升,正在闯出一条精细化、专业化产业集群的发展之路。

模具的低成本需求促使模具标准件企业开展了经济型氮气弹簧、经济型斜楔等新产品的研发,看上去是迎合模具市场降成本,实际上起到了扩大模具标准件的新产品系列,助推专业化、规模化模具制造效果。目前,国外整车企业的降本需求,使得汽车模具标准件的标准体系也在发生改变,如FORD、 GM、 FCA融入了JIS的部分标准件成为自己的企业标准,日产NISSAN也大量收录了雷诺RENAULT标准,不同标准在相互融合,而国内的很多标准件厂家很难进入到这类标准的制造体系。

另外,氮气弹簧产品国内的同质化使得一些厂家难以生存,各企业生产工艺上有较大差距,没有形成专业化集群合力,对产品的安全性研究还没有走的更高和更远,部分原有的氮气弹簧厂家则转向液压、热成形产品。尽管广东的欣悦、耐力特、大通,江浙的力戈、耐玛鑫、极固、湖南邵阳的兴达、重庆的特力普尔都在努力提升自己的能力。

但关键的主密封件及材料上还高度依赖进口,这类密封件产品在基础研究方面还较落后,柱塞杆润滑油在提高使用寿命方面也是薄弱环节。延时氮气弹簧起步晚,还不能完全替代进口产品,技术上还不是非常成熟,可靠性和寿命不稳定,模具厂家主要还需要依赖进口。

五、 我国模具技术发展的趋势

2023年3月13日李强总理指出:“要集中力量推动高质量发展,牢牢把握高质量发展这个首要任务”。我们国家已经进入中国制造从大到强的新阶段,构建高质量的制造业是提升我国综合国力与核心竞争力以及保障国家经济安全和可持续发展的必由之路。我国制造业要努力提高自己的核心竞争优势,实现在新一轮的产业革命中,由“并跑者”变成“领跑者”。制造业的“高质量发展”已经成为现阶段我国制造业发展的基本国策。显然,模具作为制造业的高端定制化专用成形装备,其高质量发展的好坏直接影响了制造业的高质量发展水平,是首要的高质量发展领域。

今天的模具技术是应用新一代通讯技术、网络技术、云技术和人工智能技术、超算技术的数字化、网络化、智能化的模具设计、制造、工程服务、产线量产、实时交互等制造生态的集成应用。作为工业母机等材制造的成形核心,模具所具的是新材料、新工艺、新技术实现下游制造业零件制造属性的载体作用;随着工业用材和成形工艺的不断创新需求,在以轻金属带钢、以塑带木、以塑带金属;模具在替代电镀工艺(绿色制造),复合材料成形等制造领域发挥的创新属性的工程化作用;以及提供实现模具为下游零件成形提供一体化的解决方案,为成形产线的规模化制造降本增效,更具有制造效能属性的放大作用,是工业母机等材制造最有典型性的运用场景。

此外,今年特斯拉的降价吹响了汽车领域低成本竞争的号角,同时也启动了我国模具制造业“低成本制造”的按钮,模具的“低成本制造”既包括了模具低成本、成形工艺的低成本、物流及管理的低成本等,还包括了制件及相关制造领域的低成本,是模具及其相关装备全产业链上的“低成本制造”,“低成本制造”将成为我国模具制造业未来一段时间的主旋律。由此可见,模具的高质量发展以及低成本制造将成为摆在我国模具企业面前的两大发展课题,也是我国模具行业发展的重要机遇与挑战。

1. 智能化推动了模具产业链延伸,以模具为核心的智能集成制造系统开始走向成熟

模具的数字化与智能化已经被广大模具企业所接受,模具骨干企业纷纷组建模具数字化、智能化中心或部门,有的甚至计划建立模具智能化平台公司。本届模展中出现了多条以模具成形为核心的制造生产线和制造单元,传感器的应用已经开始快进,模具的智能化控制已经出现成熟的应用。如天津津荣的“灭弧室组件冲铆一体化自动成形设备”、宁波美高的“动簧组模内视觉智能检测筛选与模内铆接精密冲压级进模”、赛豪的“车灯层叠模”以及卡奥斯模具(青岛)有限公司的“大型深腔工艺物联桶类注塑模具”等都是这类模具智能化的代表。说明以模具成形为核心的智能制造生产线和制造单元发展迅速,模具产业链在不断延伸,模具智能制造生产线已经成为模具产业的一个重要组成,模具行业的边界由单纯的模具延伸至装备生产线领域,这也是近五年模具行业发展的重要方向。

2. 创新引领,不断挑战国际前沿技术

我国制造业的模仿创新时代已经过去了,原始创造创新已经成为新的主流。目前的国际形势使得“引进—消化—吸收—再创新”的技术引进模式遭遇空前阻力,很难走下去了。在新一轮科技革命和产业变革的档口,创新突围成为唯一的选择。而原始创新(从0—1)如果没有基础科学的支撑是不可能实现的,必须做到知其然,并知其所以然。因此,“科学制造”是推动制造业高质量发展的必然选项。本届展会中获精模奖一等奖的模具中,有通过模具成形过程的控制、修改局部结构和尺寸公差来实现成形过程中应力分布的调整,从而获得成形件的高精度。还有通过冷冲压模具刃口冷却来控制冲压过程中的温升,从而获得成形件的高精度尺寸公差控制。此外,哈尔滨工业大学的“实时调控应力状态的双向加压成形工艺”、中国运载火箭技术研究院的“基于成分与能场调控消减大尺度效应的大型铸锭制备技术”以及上海交通大学的“燃料电池金属极板近百根流道同步成形和回弹控制的工艺图谱”等。说明国内模具企业和大学已经开始将“科学+成形”应用到模具成形技术、模具设计与制造中,代表着下一代模具及其成形技术发展的新动向。

3. 极端成形技术与模具已经成为模具技术发展的重要方向

极端成形一直是世界成形技术的前沿。极端成形模具的设计与制造不仅要求模具设计结构的合理、精准,还要突破制造加工领域的难题,其中涉及了大量的设计成形基础理论和技术,是“科学+成形”的典范。近几年,随着特斯拉一体化压铸、一体化成形技术的推广应用,迫使国内模具企业纷纷跟进,向极端成形技术与模具方向发展。小鹏汽车G6的“扶摇”架构采用前后一体式铝压铸车身,集成零件数161个,其整车扭转刚度大幅提升至42000N·m/deg,比传统车身提升50%。华人运通高合汽车一体化压铸后座舱将应用于第三款车型SUV HiPhi Y上。然而,“一体化承载式车身压铸成形工艺与装备”也作为“高性能制造技术与重大装备”重点专项入选国家重点研发计划,说明还有很多难题需要攻克。如一体化压铸件模具寿命低、铸件合格率低以及生产成本与精度控制等难题。

本次国内模具的集体亮相,也出现了不少极端成形工艺为代表的模具成形技术,超薄、超厚、超微、超大型成形件的模具,代表着我国极端成形模具正在成为我国模具技术的制高点。如三佳机械(上海)有限公司的“超薄燃料电池金属双极板成形技术与模具”、豪斯特的“超大型精密级进冲压模具”、成飞集成的“高强铝合金门环一体化温热成形模具”以及多个企业开发的“汽车双门环拼焊板一体化成形技术”等,展示出极端成形技术与模具旺盛的发展势头。

4. 模具产业链同质化现象依然严峻,“专精特新”之路任重而道远

我国制造业高质量发展的基础是更高水平、更有竞争力的制造产业链,模具成形产业链是制造业产业链上的重要一环。从本届展出的模具中,可以明显感到模具产业链的“胖瘦不均”,低端产品的同质化现象依然严峻,特别是汽车模具、模具标准件行业的产品尤为严重。如何破解这一长期存在的难题是模具全行业和企业必须面对的问题,国家提出了发展“专精特新”的企业,培育各个领域的单打冠军、“专精特新”小巨人企业、以及协同配套的专家型企业,给我国模具行业的企业指明了方向。模具企业只有按照实现成形工艺及模具控性、控型功能的“强链、固链、补链、延链”的方向发展,走“专精特新”之路,才是破解这一难题的重要途径。

5. 低碳经济迫在眉睫,模具低碳仍在探索路上

“中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,2060年前实现碳中和”,这是我们国家对世界的承诺,也说明我国2025—2030年将出台一系列的“碳”政策。实际上,目前很多整车企业已经要求在提供零部件的同时,提交相应的零件碳值,说明低碳经济迫在眉睫。模具作为零部件制造的母机,“低碳”包括使用模具生产的零部件以及模具设计制造本身两个方面的“低碳”。因此,低碳成形工艺与方法、低碳模具设计与制造就成为我国“双碳”政策实现的重要环节。本届展会已经出现了轻量化模具,模具实现减重20—30%,不但减少了模具材料的使用量,还减少了模具生产中的能量损耗。然而,低碳模具、低碳制造要求更科学的设计、制造和理论支撑,这也对模具行业提出了新的挑战。模具企业还需要不断地探索低碳的实现方式和途径,结合高质量发展与低成本制造,闯出一条中国模具的低碳发展实现之路。

6. 轻质材料将给模具发展带来巨大的挑战与机遇

新材料需要新工艺,新工艺则要求开发新装备。模具作为材料成形的基础成型工艺装备,是受材料影响最大的制造装备。“双碳”以及飞行汽车的出现将使轻质材料飞速发展,轻质材料的成形技术与模具技术是模具发展的重要方向。模具行业需要紧盯轻质材料的发展,特别是在模具成形中成形成性的材料以及光学要求、磁性能要求、残余应力控制及可靠性要求等的零件。制造出来的零件不仅仅是形状、精度达到要求,其组织性能、力学性能、光学性能以及电磁性能等也需要达到要求。因此,模具成形中必须考虑材料组织、性能变化、应力变化、电磁性能变化等,给轻质材料的成形与模具设计带来了巨大的挑战。同样,挑战伴随着机遇,模具企业可以抓住这一个机遇,发展专项模具及其成形技术,完成向“专精特新”企业的转型。

当今国际制造业竞争版图正在重构,发达国家对我国制造业的围堵加剧,后起的发展中国家又紧逼追赶,国际产业链和供应链呈现出区域化、分割化以及专业集群化倾向,使我国制造的产业链和供应链受到严峻的挑战。模具行业将如何应对这一局面?丁文江院士指出:“企业制胜首先要有核心科技,有核心技术企业才能活下来,如果只是简单拼装,活下来的概率很小。只有掌握核心技术,企业才能在激烈的市场竞争中脱颖而出;只有战略先人一步,跨入高门槛行业,才能赢得发展优势”。这一段话也清晰地指出了我国模具企业发展的核心问题,关键核心技术是买不来、拿不到的,模具企业只有自主创新,利用好数字化、信息化和智能化,抓住当前的发展机遇,在产业链上做文章,发展上走“专精特新”之路,成为模具领域的单项冠军和协同配套供应链专家的小巨人企业,才能在未来的竞争中立于不败之地。