關(guān)于棉纖維氈高精度快速冷卻成型模具的研究

摘 要：棉纖維隔音氈的生產(chǎn)效率和成型精度，一直是棉纖維隔音氈的發(fā)展軟肋，棉纖維成型模具的工作效率和成型精度都一直是備受高度關(guān)注，對于這兩個技術(shù)難點，本文給出的解決方案是：棉纖維預(yù)成型模具與網(wǎng)眼成型模具組合實現(xiàn)棉纖維隔音氈零件型面高精度成型和快速冷卻。為了方便闡述本方案觀點，本文在給出解決方案的同時，也對隔音氈零件模具的發(fā)展過程和發(fā)展階段作了介紹，這樣更方便讀者理解和接受，以便讀者引用和發(fā)展本文的技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：冷卻;精度;合模時間;預(yù)成型模具;網(wǎng)眼模具;快速冷卻

隨著我國近10年乘用汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，汽車質(zhì)量的直線提升，乘用汽車的舒適性越來越受到人們的關(guān)注，人們要求車內(nèi)噪音越來越低，甚至是無，而汽車的噪音源：發(fā)動機噪音、輪胎噪音、風(fēng)的噪音等，而這三大塊噪音源是客觀存在，就目前的技術(shù)是不可消除的，因此勢必讓大家都關(guān)注到車的隔音方面。但各大乘用車主機廠車型的多樣化，車型的流水線條化，車的鈑金曲面化，要求隔音件與鈑金0間隙接觸才能保證隔音效果，也就是說隔音件的曲面造型越來越復(fù)雜，之前平坦的隔音氈通過壓敏膠粘合到車身上已經(jīng)不能滿足汽車鈑金的復(fù)雜曲面的要求，同時平坦件也無法填充汽車的很多縫隙，這勢必需要棉纖維通過模具成型，才能與車身鈑金和內(nèi)飾外觀件之間做到無間隙填充，有效的隔音，因此棉纖維成型模具也就順勢而生，本文研究的是棉纖維成型模具的發(fā)展過程、和高精度快速成型模具技術(shù)難點的解決方案，以及快速冷卻高精度成型模具生產(chǎn)中帶來的巨大效益。

1、對于棉纖維隔音氈成型技術(shù)內(nèi)容概括和闡述

1.1、棉纖維氈的材料組成和特性簡述

棉纖維氈在汽車隔音氈中被廣泛應(yīng)用，其主要原因是，棉纖維氈的低碳環(huán)保和其優(yōu)越的隔音性能。棉纖維氈為什么是低碳環(huán)保的材料，看一下棉纖維氈的材料組成：棉纖維氈是服裝廠棉材料布的邊角料通過加工成纖維，然后和ED纖維以一定的比例進行均為混合，通過機械成網(wǎng)技術(shù)或者氣流成網(wǎng)技術(shù)，使混合均勻的棉纖維和ED纖維形成棉餅，然后通過烘箱加熱使得ED纖維半熔化，熔化的ED纖維有粘結(jié)作用，讓棉纖維和ED纖維進行粘合，最后通過冷卻成棉纖維氈。

目前汽車隔音材料主要有兩種，一種是，棉纖維氈件;一種是PU聚氨酯發(fā)泡件，這兩種材料在隔音上都很不錯，但是從氣味上評價，棉纖維氈要優(yōu)勝于PU聚氨酯發(fā)泡，2010年德國就開始在研究棉纖維氈代替PU聚氨酯的生產(chǎn)工藝，所以棉纖維被廣泛應(yīng)用在乘用車的隔音上，作為汽車隔音件首先材料。

1.2、棉纖維氈在汽車隔音件的應(yīng)用

棉纖維隔音氈在汽車上應(yīng)用常以兩種形態(tài)：一種是平坦隔音件，平坦件隔音氈，絕大多數(shù)用于造型簡單，車身曲面很少的汽車車型中，比如說20世紀(jì)末隨乘用車的興起，乘用車開始剛剛發(fā)展，那時間的汽車造型簡單，就拿桑塔納來說，整輛車沒有曲面造型，桑塔納的隔音件就是平坦的隔音氈，就可以滿足要求。另一種是成型隔音件，大眾推出POLO車型，汽車上開始出現(xiàn)了曲面，為了讓隔音氈件填充鈑金和內(nèi)飾之間空隙后間隙最小，必然需要隔音氈能夠隨著車身鈑金貼合，那么這里第一次出現(xiàn)了隔音氈零件型面要求，也是這個年代的技術(shù)難點，我們稱之為曲面成型，解決的辦法是對隔音氈進行模具成型沖切，得到有曲面造型的汽車棉纖維隔音零件。

1.3、普通的棉纖維成型模具

汽車車型的流線型、曲面化的發(fā)展，汽車成型隔音件越來越多，零件必須通過模具成型才能滿足有曲面造型的車型，因此出現(xiàn)了隔音氈成型模具、沖切模具、成型沖切模具等各種各樣模具，這些模具被廣泛的用于汽車隔音氈零件的生產(chǎn)。零件的型面和車身貼合度情況，主要反映在模具的加工水平上。

隨著后來的CAE、CAD、CAM數(shù)控技術(shù)快速發(fā)展，模具加工質(zhì)量也越來越好，做成出的零件外觀質(zhì)量也越來越好，默認(rèn)這樣的模具已經(jīng)是很好，既能滿足型面貼合的要求又能滿足尺寸要求，就這樣第一批有著型面精度和尺寸精度要求的模具，在隔音氈生產(chǎn)方式上延續(xù)生產(chǎn)了近20年，這期間的模具雖然有些進步，但沒有實質(zhì)性的技術(shù)進步，技術(shù)革新。

2、隔音氈零件快速成型的必要性

2.1、普通成型模具的生產(chǎn)效率

普通模具的結(jié)構(gòu)：上模架、上模仁、刀口、下模仁、下模架。

普通模具的生產(chǎn)工藝：（1）、棉纖維隔音氈烘箱加熱;（2）、加熱的棉纖維氈送入模具;（3）、模具合模成型沖切（約4-5分鐘）;（4）、開模取件。

從此模具生產(chǎn)工藝上不難看出制約著生產(chǎn)效率的此模具合模具時間，合模成型時間在4-5分鐘，一個7小時班的產(chǎn)能是85件，一天的產(chǎn)能是255件，這樣產(chǎn)能的模具是不能滿足如今快速發(fā)展的車時代的，比如說：上海大眾國產(chǎn)化的LAVIDA朗逸的上市，月產(chǎn)量從2000件、到3000件、到8000件、到10000件、到50000件，按此模具產(chǎn)能，需要7付模具來生產(chǎn)才能保證供貨，為了安全起見，模具會開發(fā)到8付模具，這里面不單是一個模具數(shù)量的增加，而且是人工、設(shè)備、工位等成本的增加與投入，因此模具能夠快速進行隔音氈的成型是非常的有必要。

2.2、水冷卻方式模具

研究制約模具產(chǎn)能的因素，發(fā)現(xiàn)模具的合模具冷卻時間是整個零件生產(chǎn)過程中占比最長的時間段，根據(jù)零件厚薄尺寸不同合模冷卻時間一般在4-5分鐘，就這樣長的合模具時間生產(chǎn)的零件也只能滿足基本表面冷卻成型，然后再在模具邊上再配上一個冷卻定型的托架，讓零件慢慢冷卻后再裝箱，實際在模具里成型4-5分鐘后零件還是沒有完成冷卻的，怎么讓零件冷的快一些，減少合模具時間，開始在模具上加入了水冷，水路是在模具上設(shè)置可以循環(huán)的運水管道，冷水機將冷水從模具上的進水口注入冷水，再把從模具出水口的熱水通過管道送入冷水機，通過冷水的循環(huán)帶走模具中的熱量。在設(shè)置了水冷模具的合模時間明顯減少，從之前的4-5分鐘（8小時班產(chǎn)85件），減少到3-4分鐘（8小時班產(chǎn)110件），就這樣模具投產(chǎn)的數(shù)量減少了1/3。

2.3、抽氣冷卻方式模具

在效率工廠的今天，效率提升一直是工廠追求的價值，因為“降本無底限”是在不斷的要求技術(shù)進步，技術(shù)對于成本的降低始終是起著重要作用，任何一次技術(shù)革命帶來都是市場的一次洗牌。怎么讓合模時間從3-4分鐘能否變成2-3分鐘，通過冷水管間距從100mm變成60mm，實踐下來沒有太大改變，時間沒有縮短;調(diào)整水管與型面距離大小，從第一次試制的40mm變?yōu)?0mm，合模時間也沒有縮短，就這樣反反復(fù)復(fù)沒有什么大的進步，后來發(fā)現(xiàn)這個問題是：模具型面的冷卻只能冷卻零件的表面，不能冷卻到零件內(nèi)部，怎么樣才能冷卻零件的內(nèi)部，向零件內(nèi)部插入冷卻水管，想來不現(xiàn)實……水作為冷卻介質(zhì)是不行了。能不能在對模具中的零件通過風(fēng)來實現(xiàn)冷卻，通過簡易模具試驗結(jié)果是可以的，批量生產(chǎn)模具上開始實施抽氣，在模具型面上打上抽氣孔，在不影響零件的形狀的前提下盡量多的打孔，通過深孔和氣管將這些吸氣孔連接到一個總的抽氣口上，然后通過真空風(fēng)機抽走零件內(nèi)部的熱量，從而實現(xiàn)零件的快速冷卻，后來把這個冷卻方式叫做“抽氣式冷卻”，合模時間減少一半，從3-4分鐘縮短到1-2分鐘，這就是技術(shù)帶來的生產(chǎn)效率，成本的下降。就這樣一個新的冷卻方法被引用的隔音氈冷卻模具中。在模具即有水冷又有了抽氣式冷卻，使得模具生產(chǎn)效率大大提升，拿公司的LAVIDA投產(chǎn)模具來說，單個模具7小時班產(chǎn)能達到200件，之前5萬件/月需要7付模具同時生產(chǎn)，通過模具冷卻方法的改進，模具投產(chǎn)的數(shù)量只要3付。

2.4、網(wǎng)眼模具抽風(fēng)冷卻方式模具

汽車產(chǎn)量飛速提升，模具產(chǎn)能問題顯得尤為突出，什么樣的模具才能滿足銷量特別大的車型隔音件的生產(chǎn)要求，抽氣冷卻是棉纖維隔音氈最有效的方法，這樣能快速的帶走零件上的熱量實現(xiàn)對零件的冷卻定型，這些熱量是通過模具型面上的孔被抽到外面的，基于抽氣冷卻的基礎(chǔ)上，繼續(xù)深化發(fā)展，最終“網(wǎng)眼模具”被定義為棉纖維成型冷卻定型的最佳模具結(jié)構(gòu)，簡易結(jié)構(gòu)為：上網(wǎng)眼模，上模低壓氣室，下網(wǎng)眼模，下模高壓氣室。即上下模具型腔表面都是孔，孔直徑4mm，孔間距15mm，任3個孔都能組成一個等邊三角形，這樣保證了零件表面印跡孔整齊美觀，不影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量;上模型腔背面設(shè)置一個負(fù)壓氣室，通過對負(fù)壓氣室的空氣抽真空，讓下模具背面設(shè)置的高壓室里的空氣迅速穿透面纖維隔音氈零件，通過空氣的流動對零件實行對零件的冷卻，通過分析和實踐驗證，這才是棉纖維隔音氈零件的真正意義上的全方位冷卻，通過大量零件的生產(chǎn)驗證，實現(xiàn)了公司內(nèi)棉纖維隔音件的快速冷卻成型，合模具時間實現(xiàn)了30-50秒冷卻任何厚度零件的冷卻效率。還是拿之前的LAVIDA車型月產(chǎn)量5萬件來說，在網(wǎng)眼模投產(chǎn)后，網(wǎng)眼模具的產(chǎn)能提升到600件/8小時班，模具投產(chǎn)的數(shù)量只要1付模具。

2.4.1網(wǎng)眼模具的結(jié)構(gòu)介紹

抽氣卻網(wǎng)眼成型模具的結(jié)構(gòu)（如圖A）：上模架、上模仁、[模腔帶有孔的上模仁（如圖B）]、下模仁（模腔帶有孔的下模仁）、模具進風(fēng)口、出風(fēng)口，高壓氣室、低壓氣室等主要組成部分。

綜上分析，網(wǎng)眼模具抽風(fēng)冷卻模具，是真正意義的超快速冷卻成型模具，體現(xiàn)了快速冷卻網(wǎng)眼模具價值，其實在網(wǎng)眼模技術(shù)應(yīng)用之前，“水冷”，“水冷+抽芯”，都存在一定技術(shù)問題，“水冷”只能冷表面，“水冷+抽芯冷”也存在冷卻死角，同時水冷在模具表面存在冷凝水，對棉纖維隔音氈有霉變的影響。而網(wǎng)眼模具以空氣作為冷卻介質(zhì)，冷卻過程不存在冷凝水的問題，也不存在冷卻死角的問題。

3、型面高精度對于隔音的意義

3.1、型面精度要求為什么越來越高

隨著汽車高速發(fā)展，人們對汽車的隔音要求越來越高，越來越關(guān)注駕車和乘車的舒適性，人們要求車內(nèi)噪音越來越低，甚至是無，從業(yè)的角度分析，就是要求汽車隔音氈件在車內(nèi)任何縫隙都要填滿，要求隔音氈零件型面精度更高。

3.2、普通工藝生產(chǎn)的隔音氈型面精度不高的原因

從之前的隔音氈零件生產(chǎn)工藝分析，不難看出，之前的隔音氈工藝還是有一些零件的型面、特征不到位的問題，即精度不高。[工藝過程：（1）、半成品隔音氈片通過烘箱加熱;（2）、加熱的隔音氈被送入模具;（3）、合模具成型沖切]。第一步將半成品隔音氈加熱送入模具，因為這時隔音氈已經(jīng)從棉纖維被制作氈片半成品，因為棉纖維是有長度的，故纖維間在模具成型過程中存在相互摩擦，拉扯，導(dǎo)致材料不能進入模具型面小特征中去，和一些角落里，導(dǎo)致成型特征不全，型面尺寸不到位 ，型面存在誤差等問題，（棉纖維成型不可以像注塑件那樣充滿模具型腔），那么怎么解決這方面的難點，什么樣的模具才能讓纖維充滿模具型腔。

3.3什么樣的模具才能使零件型面精度更高

什么樣的模具生產(chǎn)工藝才能解決這個技術(shù)難點，將原材料棉纖維和ED纖維氈無限蓬松化，即沒有制成半成品氈片，根據(jù)零件各個區(qū)域厚度的不同，通過計算每個區(qū)域的材料用量，將這些材料按計算結(jié)果分布在一個預(yù)成型模具內(nèi)，然后加熱預(yù)成型模具中的原材料，加熱后的原材料接著迅速送入網(wǎng)眼模具，接著上下模具都同時抽真空形成負(fù)壓氣室，使棉纖維在空氣強定向運動，類似液體的流動，使松軟的棉纖維在空氣動力下運動，充滿模具型腔，實現(xiàn)纖維在空氣流動的作用下貼合上下模具型面，此方式高壓空氣是從零件周邊被吸入的，從而得到零件的上下型面高精度。（之前的網(wǎng)眼模具的抽氣方式是：上模設(shè)置低壓氣室進行抽真空，下模具高壓氣室的空氣迅速向上模低壓氣室移動，進而實現(xiàn)快速冷卻，而在高精度的隔音氈件生產(chǎn)時，我們采用了上下模具都同時抽真空形成負(fù)壓氣室，高壓空氣從上下模具之間進入，實現(xiàn)快速冷卻定型）。由于這樣零件成型過程中材料是緊緊貼合模具型面的，所以零件安裝到車身上與鈑金和內(nèi)飾件之間也是緊密貼合，使隔音氈的隔音效果發(fā)揮到極致，同一個零件，同樣的材料消耗，不同的模具生產(chǎn)工藝，快速冷卻高精度網(wǎng)眼模具生產(chǎn)出來的零件隔音效果比對半成品棉纖維氈片二次加熱成型的零件好很多，實驗測定數(shù)值，同一個零件使用不同的模具生產(chǎn)，車內(nèi)噪音下降1.2分貝。

一幅預(yù)成型模具（材料通過計算分布，故也成為材料分布模）和網(wǎng)眼模具（上下模具同時抽真空）的組合，成功解決了棉纖維氈零件的高精度超快速生產(chǎn)技術(shù)難題。

結(jié)束語

通過本文的隔音氈零件快速成型的必要性和型面高精度對于隔音的意義的研究分析，驗證了預(yù)成型模和網(wǎng)眼模具的組合生產(chǎn)是目前棉纖維隔音氈最有效率、型面精度最高的生產(chǎn)模具，當(dāng)然技術(shù)前進的道路不會停，在棉纖維隔音件的高精度和快速成型的方向上，會有更多新的想法，相信在不久的時間內(nèi)，通過技術(shù)的革新能再一次提升棉纖維隔音件的成型精度和效率，實現(xiàn)更大的經(jīng)濟價值。

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