以整車(chē)內(nèi)飾作為著力點(diǎn)， 創(chuàng)新性的構(gòu)建了面向小批量塑件的模具技術(shù)支持規(guī)范， 通過(guò) “模具型腔型芯分塊式加工” 、 “斜頂滑塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化” 、 “冷卻系統(tǒng)構(gòu)建” 、 “表面處理簡(jiǎn)單化” 、 “標(biāo)準(zhǔn)化借用” 以及 “熱流道模塊化選用” ， 對(duì)小批量塑件的模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)踐證明， 采用小批量塑件的模具技術(shù)有效降低了模具的開(kāi)發(fā)周期與開(kāi)發(fā)成本， 是助力內(nèi)飾件價(jià)值突破的有效途徑。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)；小批量；模具技術(shù)；價(jià)值突破

1 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展放緩， 繼2018年我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的首次負(fù)增長(zhǎng)以來(lái)， 我國(guó)汽車(chē)的產(chǎn)銷(xiāo)數(shù)量連續(xù)兩年下滑 [1] 。盡管車(chē)企通過(guò)自身調(diào)節(jié)產(chǎn)能、 終端促銷(xiāo)去庫(kù)存等措施， 銷(xiāo)量下滑有收窄趨勢(shì)， 但整體銷(xiāo)量仍處于低迷狀態(tài)。同時(shí)， 購(gòu)車(chē)的主體也從70、 80后逐步轉(zhuǎn)移到90后以至00后中， 消費(fèi)者對(duì)個(gè)性化和多樣化的需求越來(lái)越高 [2] 。面對(duì)這一趨勢(shì)， 傳統(tǒng)的大批量策略已經(jīng)無(wú)法滿足消費(fèi)者的個(gè)性化需求， 為消費(fèi)者進(jìn)行小批量個(gè)性化定制汽車(chē)產(chǎn)品將為企業(yè)帶來(lái)新的機(jī)遇與競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì) [3] 。

模具作為塑件的母體， 是一切創(chuàng)新的根源， 好的模具是保證好的質(zhì)量的前提， 同時(shí)模具也是投資的大頭、 整車(chē)開(kāi)發(fā)成本中重要的組成部分。常規(guī)的模具策略一般以滿足數(shù)十萬(wàn)量綱為前提 （例如PP注射模要求滿足50萬(wàn)次量綱 [4] ） ， 要求模具壽命較高， 穩(wěn)定性較好， 但模具投資較大， 開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)， 面對(duì)小批量生產(chǎn)時(shí)無(wú)法滿足項(xiàng)目開(kāi)發(fā)進(jìn)度， 同時(shí)也會(huì)造成成本與資源的浪費(fèi)。如何在保證塑件質(zhì)量的同時(shí)， 控制小批量個(gè)性化定制過(guò)程中的模具投資成本以及模具開(kāi)發(fā)時(shí)間， 是提升競(jìng)爭(zhēng)力有效的途徑。本文以汽車(chē)內(nèi)飾為例， 探討小批量塑件的模具技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用。

2 面向小批量塑件的模具開(kāi)發(fā)技術(shù)

隨著車(chē)企車(chē)型策略的調(diào)整， 部分高配及限量定制版車(chē)型只有幾千輛的需求， 如果采用常規(guī)模具成型，則是大大的過(guò)設(shè)計(jì)和浪費(fèi)。因此需要根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃，若是小批量車(chē)型， 則需要構(gòu)建小批量塑件的模具技術(shù)規(guī)范。結(jié)合具體的塑件壽命需求， 打破常規(guī)模具設(shè)計(jì)方法， 將模具的結(jié)構(gòu)大幅簡(jiǎn)化， 避免以往模具一刀切的概念， 助力開(kāi)發(fā)成本的大幅降低。

2.1 大中塑件型腔、 型芯分塊式加工

一般型腔型芯有整體式和組合式兩種類(lèi)型。整體式型腔和型芯由模具鋼整體加工而成， 如圖1所示，整體式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 無(wú)拼接位置、 強(qiáng)度大、 剛性好， 不易發(fā)生變形， 適用于形狀簡(jiǎn)單的中小型產(chǎn)品。組合式型腔和型芯通常采用鑲嵌的方式進(jìn)行組合， 鑲件可單獨(dú)加工， 提高模具整體的加工速度。鑲件組合式能夠改善模具的加工工藝性， 節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材。鑲件可以使用與動(dòng)模/定模不同的鋼材， 可以解決因產(chǎn)品復(fù)雜， 模具整體無(wú)法加工的難題， 提高模具可加工性。針對(duì)成型過(guò)程中容易磨損的部分， 可以做成鑲件進(jìn)行組合， 以便于后期產(chǎn)品成型過(guò)程中可及時(shí)更換。此外， 采用組合式模具還可以實(shí)現(xiàn)較容易的控制溫度， 減少熱處理變形等等。圖2所示為組合式模具型芯， 鑲件組合式適用于形狀復(fù)雜的塑件。

在大中型塑件小批量模具設(shè)計(jì)中， 型腔型芯宜設(shè)計(jì)為組合式結(jié)構(gòu)， 采用分塊式加工， 以便達(dá)到縮短周期的目的。此外， 小批量塑件通常無(wú)軟模對(duì)塑件進(jìn)行驗(yàn)證生產(chǎn)， 實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中易出現(xiàn)設(shè)計(jì)或工程更改。采用鑲件組合式模具在有工程更改的情況下可以及時(shí)更換鑲塊， 避免模具型腔、 型芯的整體報(bào)廢或更換，大大的節(jié)省了后期因工程變更導(dǎo)致的模具修模費(fèi)用。但如果會(huì)在塑件表面留下鑲拼線的痕跡， 那么在塑件模具設(shè)計(jì)時(shí)， 需要和塑件設(shè)計(jì)師溝通， 確認(rèn)是否會(huì)影響塑件的外觀質(zhì)量。

圖1 整體式 圖2 組合式

2.2 斜頂、 滑塊簡(jiǎn)單化

針對(duì)塑件的倒扣位置， 在大批量生產(chǎn)時(shí)需要設(shè)計(jì)能夠自動(dòng)頂出的斜頂機(jī)構(gòu)， 如圖3所示， 以降低塑件的成型周期。小批量生產(chǎn)時(shí)為了簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)， 可以用直頂 （見(jiàn)圖 4） 代替斜頂， 避免了復(fù)雜的斜頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。產(chǎn)品成型后直接由頂桿頂出， 倒扣位置的直頂隨著塑件一起運(yùn)動(dòng)， 由工人對(duì)倒扣位置采取手工脫模取件的方式進(jìn)行。通過(guò)直頂代替斜頂， 簡(jiǎn)化模具的結(jié)構(gòu)， 降低模具開(kāi)發(fā)的成本。

圖3 硬模斜頂設(shè)計(jì) 圖4 小批量塑件的模具斜頂設(shè)計(jì)

2.3 簡(jiǎn)化冷卻水路設(shè)計(jì)

為了簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)， 加快小批量塑件的模具生產(chǎn)制造周期， 建議小批量塑件的模具水路一般設(shè)計(jì)為直通水路+水井方式， 如圖5所示。大批量生產(chǎn)時(shí)， 為了縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期， 水路排布的設(shè)計(jì)通常較為復(fù)雜，會(huì)結(jié)合使用多種水路形式， 如圖6所示， 包括采用皮銅等價(jià)格昂貴的材料達(dá)到快速冷卻目的。

圖5 小批量塑件的模具冷卻水路 圖6 硬模冷卻水路

簡(jiǎn)化水路的設(shè)計(jì)要求如下：水嘴用普通 12mm快換水嘴， 不沉入模板；水路到產(chǎn)品表面的距離為1.5D~2.0D （D為水路直徑值， 不小于8mm） ；水路與水路之間的距離為3~5D；水路建議全部直通水， 減少內(nèi)部串接。小模具可以串接為一進(jìn)一出；大模具， 串接長(zhǎng)度不大于2m。

2.4 表面處理簡(jiǎn)單化

為了避免模具壽命周期內(nèi)分型面壓塌、 成型表面磨損等問(wèn)題， 常規(guī)注射模通常會(huì)對(duì)模具鋼材進(jìn)行熱處理以提高其表面硬度， 減少模具的磨損， 延長(zhǎng)模具使用壽命。模具鋼材的熱處理根據(jù)加熱冷卻方式等的不同， 可以分為普通熱處理以及化學(xué)熱處理兩類(lèi) [5] 。普通熱處理主要為退火、 回火、 淬火、 退火等工藝， 使得鋼材的組織成分發(fā)生一定的轉(zhuǎn)變；化學(xué)熱處理主要為鋼材的表面處理， 如滲碳、 滲氮、 碳氮共滲等等， 改變模具鋼表面的化學(xué)成分， 使其達(dá)到需要的性能要求。

小批量生產(chǎn)時(shí)， 由于模具使用次數(shù)在幾千次以內(nèi)， 模具型腔表面無(wú)需像大批量模具一樣進(jìn)行熱處理（調(diào)質(zhì)、 淬火、 滲碳、 發(fā)黑） ， 即可滿足模具使用的壽命等要求。常規(guī)模具加工工序通常包括粗加工、 半精加工 （表面處理） 、 淬火熱處理加硬、 精加工、 配模、 拋光、蝕紋、 氮化、 后處理等工序。與之相比， 小批量塑件的模具可以省去淬火、 氮化等工序， 同時(shí)因?yàn)槟＞哂捕炔蝗绯Ｒ?guī)模具高， 模具的拋光、 蝕紋等加工變得更容易。通過(guò)簡(jiǎn)化模具的表面處理工藝， 能夠節(jié)省20%~30%的模具加工成本以及10~15天的模具加工周期。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)化借用

標(biāo)準(zhǔn)化是行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)， 能逐漸提升模具標(biāo)準(zhǔn)化、 數(shù)字化， 進(jìn)一步提升創(chuàng)新能力。標(biāo)準(zhǔn)化借用的主要意圖是盡可能選用通用結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)， 避免不必要的加工及采購(gòu)成本， 可以實(shí)現(xiàn)快速高效開(kāi)發(fā)模具， 并做到成本最優(yōu)。但是由于產(chǎn)品千變?nèi)f化， 模具塑件完全標(biāo)準(zhǔn)化比較困難， 所以通常是把與產(chǎn)品無(wú)關(guān)的模具塑件標(biāo)準(zhǔn)化， 模具標(biāo)準(zhǔn)化主要體現(xiàn)在模架和常用結(jié)構(gòu)配件上 [6~7] 。模架的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)模具制造， 特別是對(duì)生產(chǎn)批量小， 品種較多， 生產(chǎn)急用的塑件生產(chǎn)， 其優(yōu)越性更為明顯。模具標(biāo)準(zhǔn)化借用對(duì)縮短設(shè)計(jì)和制造周期、 降低模具成本有積極作用， 同時(shí)使用通用模架等標(biāo)準(zhǔn)化塑件的模具能夠大大地減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

為了保證模具質(zhì)量， 對(duì)模具標(biāo)準(zhǔn)件有如下要求：所有重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)件不得低于批量產(chǎn)品模具標(biāo)準(zhǔn)的要求， 為了保證安全生產(chǎn)， 吊環(huán)參照大批量產(chǎn)品模具標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行， 不得簡(jiǎn)化， 油缸系統(tǒng)組件盡量考慮共用。

2.6 熱流道模塊化

熱流道模塊化開(kāi)發(fā)的核心理念是用相同的零部件， 通過(guò)不同形式的組合， 實(shí)現(xiàn)多樣化的熱流道設(shè)計(jì)。熱流道模塊化能夠增加零部件的共享， 提升塑件通用性， 提升塑件在生產(chǎn)和裝配環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，從而加速新產(chǎn)品上市速度， 提升運(yùn)營(yíng)效率并降低成本。如圖7所示， 采用傳統(tǒng)的整體式熱流道時(shí)， 流道板位置開(kāi)框較大， 模具整體承壓面積較少；分流板為非標(biāo)件， 整體結(jié)構(gòu)需要依據(jù)熱嘴位置調(diào)整；新項(xiàng)目開(kāi)發(fā)或模具進(jìn)膠位置變更， 流道板均不可重新使用， 需重新定制；大塊分流的流道加工時(shí)間較長(zhǎng)， 可能存在一定的誤差及流道壁光潔度缺陷；所有新項(xiàng)目開(kāi)發(fā)均需重新評(píng)估溫度平衡狀況， 存在一定的誤差。采用模塊化熱流道后， 分流板整體尺寸縮減， 模具開(kāi)框相對(duì)較少， 模具承壓面積較大。模塊式分流板可配合一定范圍內(nèi)熱嘴位置的變動(dòng)調(diào)整， 模具進(jìn)膠位置變更， 新項(xiàng)目開(kāi)發(fā)， 均可在舊模具中挪用該部件重新利用。標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)， 小尺寸部件加工， 流道加工難度相對(duì)較低， 可控性較高， 可確保流道壁光潔度， 可回收度高。通過(guò)熱流道模塊化開(kāi)發(fā)能有效的保證資源重復(fù)利用， 同時(shí)降低模具及塑件的開(kāi)發(fā)成本。圖8所示為模塊化熱流道的兩種互換狀態(tài)。

圖7 傳統(tǒng)熱流道-整體式

圖8 模塊化熱流道

a — —模塊化熱流道互換前 b — —模塊化熱流道互換后

3 應(yīng)用效果分析

基于上述小批量塑件的模具開(kāi)發(fā)策略， 針對(duì)部分高配及限量版車(chē)型只有幾千輛這一需求， 泛亞將其應(yīng)用到了某小批量高端車(chē)型的開(kāi)發(fā)中， 從模具設(shè)計(jì)、 加工、 冷卻系統(tǒng)構(gòu)建、 表面處理、 標(biāo)準(zhǔn)化沿用及熱流道選用等方面進(jìn)行了模具設(shè)計(jì)的優(yōu)化。通過(guò)打破原始塑件模具 “一刀切” 的做法， 根據(jù)具體產(chǎn)品的需求制定具體的模具開(kāi)發(fā)技術(shù)策略及技術(shù)規(guī)范， 實(shí)現(xiàn)模具成本下降35%~50%， 模具開(kāi)發(fā)周期縮短1~2個(gè)月， 提升了小批量塑件的競(jìng)爭(zhēng)力， 具有非常大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

通過(guò)模具型腔型芯分塊式加工、 斜頂滑塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、 冷卻系統(tǒng)構(gòu)建、 表面處理簡(jiǎn)單化、 標(biāo)準(zhǔn)化借用以及熱流道模塊化選用， 對(duì)小批量塑件的模具結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。通過(guò)近兩年的實(shí)踐證明， 采用該小批量塑件的模具策略能夠大大縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期， 降低塑件及模具開(kāi)發(fā)成本， 通過(guò)大幅助力開(kāi)發(fā)降本來(lái)實(shí)現(xiàn)價(jià)值突破， 對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾價(jià)值乃至整車(chē)價(jià)值突破有著較為深遠(yuǎn)的意義。