Tin tức công ty

Từ đột phá công nghệ đến chuyển đổi thông minh

• 2025-07-07

Từ đột phá công nghệ đến chuyển đổi thông minh

Khuôn ép phun, như thiết bị cốt lõi trong sản xuất hiện đại, đóng vai trò không thể thay thế trong các lĩnh vực như ô tô, điện tử, chăm sóc y tế và hàng không vũ trụ. Với sự xuất hiện liên tục của vật liệu và công nghệ mới, cũng như nhu cầu thị trường ngày càng tăng về độ chính xác, hiệu quả và thân thiện với môi trường, ngành công nghiệp khuôn phun đang trải qua một sự chuyển đổi sâu sắc từ sản xuất truyền thống sang sản xuất thông minh, xanh lá cây và độ chính xác cao. Bài viết này sẽ khám phá một cách có hệ thống sự phát triển đột phá của khuôn phun trong những năm gần đây từ các khía cạnh như đổi mới vật liệu, tối ưu hóa cấu trúc, nâng cấp quy trình, ứng dụng thông minh và xu hướng trong tương lai, trình bày một con đường kỹ thuật và hình ảnh công nghiệp khác với sự hiểu biết truyền thống.

Khuôn đúc Ô Tô Công ty TNHH khuôn đúc jiefeng thái Châu (jfmoulds.com)

I. Cách Mạng Vật liệu: Vượt qua ranh giới hiệu suất của thép đúc truyền thống

Khuôn ép truyền thống chủ yếu dựa vào thép khuôn cổ điển như CR12 và s136. Tuy nhiên, khi đối mặt với điều kiện làm việc khắc nghiệt như nhiệt độ cao, độ ăn mòn cao và khả năng chống mài mòn cao, hiệu suất của chúng dần dần cho thấy những hạn chế. Trong những năm gần đây, những tiến bộ Trong Khoa Học Vật liệu đã mang lại khoảng ba vật liệu cách mạng cho khuôn phun, biến đổi hoàn toàn các kịch bản ứng dụng và tuổi thọ của khuôn.

(1) bột thép tốc độ cao: "chịu mài mòn" trong môi trường nhiệt độ cao

Bột thép tốc độ cao được thực hiện thông qua quá trình luyện kim bột. Cacbua của nó được phân bố đều và các hạt được tinh chế ở mức MICROMET, giải quyết vấn đề hao mòn cục bộ do phân biệt thành phần trong thép Khuôn truyền thống. Lấy ASP-60 của công ty ssab ở Thụy điển làm ví dụ. Độ cứng của nó có thể đạt đến HRC65-67, và khả năng chống mài mòn của nó gấp ba lần so với s136. Hơn nữa, nó vẫn có thể duy trì tính chất cơ học ổn định ở nhiệt độ cao 300 ℃. Loại vật liệu này đặc biệt thích hợp để ép phun nhựa kỹ thuật với thêm sợi thủy tinh và sợi carbon, chẳng hạn như khuôn mui xe động cơ ô tô. Tuổi thọ sử dụng đã tăng từ 500,000 lần Khuôn truyền thống lên hơn 3 triệu lần.

(2) vật liệu tổng hợp ma trận kim loại (MMC): sự cân bằng giữa Trọng lượng nhẹ và độ bền cao

Vật liệu tổng hợp ma trận kim loại sử dụng hợp kim nhôm hoặc hợp kim Magiê làm ma trận và kết hợp các hạt gốm (như SIC, alcome) hoặc sợi carbon để tạo thành một cấu trúc tổng hợp của "khung kim loại + Pha gia cố". So với thép Khuôn truyền thống, mật độ của nó giảm 40% xuống 60%, và độ dẫn nhiệt của nó tăng lên 2 đến 3 lần, có thể rút ngắn thời gian làm mát khuôn hơn 30%. Khuôn vật liệu tổng hợp alsic do BASF của Đức phát triển đã giảm chu kỳ đúc một mảnh từ 15 GIÂY xuống còn 9 giây trong quá trình ép phun vỏ điện thoại di động. Đồng thời, do hệ số giãn nở nhiệt của nó gần bằng nhựa, nó đã làm giảm đáng kể khiếm khuyết của sản phẩm.

(3) vật liệu tổng hợp ma trận gốm: "tiên phong ăn mòn" trong môi trường khắc nghiệt

Vật liệu tổng hợp ma trận gốm cho thấy những lợi thế độc đáo trong các yêu cầu đúc phun của nhựa ăn mòn có chứa Flo, clo, vv (như polytetrafluoroethylene và polyvinyl clorua). Khuôn được làm bằng cách kết hợp Zirconia (zroμ) và Silicon nitride (si₃n₄) có khả năng chống ăn mòn gấp mười lần so với thép không gỉ, và độ nhám bề mặt của nó có thể được kiểm soát dưới ra0.02μm, đạt được hiệu ứng giống như gương mà không cần đánh bóng tiếp theo. Trong khuôn ống Truyền Dịch y tế, vật liệu composite gốm không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm sản phẩm do ăn mòn thép truyền thống bằng thuốc lỏng, nhưng cũng kéo dài chu kỳ bảo trì khuôn từ một tháng đến một năm.

Khuôn đúc xe máy Công ty TNHH khuôn đúc jiefeng thái Châu (jfmoulds.com)

Ii. Đổi mới Cấu trúc: từ khoang đơn đến thiết kế tích hợp đa chức năng

Khuôn ép truyền thống chủ yếu có cấu trúc đơn giản của "lõi khoang", và chức năng của chúng được giới hạn trong việc đúc. Khuôn mẫu hiện đại, thông qua đổi mới cấu trúc, đã đạt được sự tích hợp của nhiều quy trình như hình thành, kiểm tra và sửa đổi, nâng cao đáng kể hiệu quả sản xuất và giá trị gia tăng sản phẩm. Hướng đổi mới của họ chủ yếu được phản ánh trong ba chiều.

(1) Cấu trúc làm mát đồng bộ: in 3D để tái tạo lại hệ thống quản lý nhiệt

Các đường nước làm mát của khuôn truyền thống chủ yếu là thẳng hoặc ngoằn ngoèo, rất khó để phù hợp với các bề mặt khoang phức tạp, dẫn đến làm mát không đồng đều của sản phẩm. Cấu trúc làm mát phù hợp dựa trên công nghệ SLM (chọn lọc Laser nóng chảy) có thể thiết kế xoắn ốc và lưới đường thủy theo đường viền của bề mặt khoang, giữ khoảng cách giữa môi trường làm mát và bề mặt khoang trong phạm vi từ 5 đến 8mm. Trong khuôn cản xe ô tô, làm mát đồng thời làm giảm chênh lệch nhiệt độ sản phẩm từ ± 8oC đến ± 2oC, giảm 60% độ cong và giảm 25% chu kỳ đúc. Quan trọng hơn, in 3D cho phép tích hợp cảm biến lưu lượng và Đầu dò nhiệt độ theo đường thủy để theo dõi hiệu quả làm mát trong thời gian thực và đạt được điều khiển vòng kín.

(2) cấu trúc lắp ráp trong khuôn: phá vỡ nút cổ chai của "lắp ráp sau khi đúc"

Đối với các sản phẩm kết hợp đa thành phần (như vỏ máy tính xách tay và kẹp), các quy trình truyền thống yêu cầu ép phun riêng trước và sau đó lắp ráp thủ công, không hiệu quả và có độ chính xác kém. Khuôn lắp ráp trong khuôn, thông qua một cơ chế liên kết cơ học, hoàn thành việc đúc và giao phối của nhiều thành phần trong một chu kỳ ép phun duy nhất. Hệ thống lắp ráp trong khuôn hai màu do TOYOTA keiki của Nhật Bản phát triển Sử dụng lõi xoay và bàn tay cơ khí để phối hợp. Trong việc hình thành khung giữa và phím của điện thoại di động, nó nhận ra sự tương tác tự động của cả hai, với độ chính xác vị trí được kiểm soát trong phạm vi ± 0.01mm. Hiệu quả sản xuất tăng 40%, đồng thời giảm thiệt hại do va đập trong quá trình lắp ráp.

(3) cấu trúc khoang thích ứng: Điều chỉnh thông minh cho co rút vật liệu

Co ngót làm mát bằng nhựa là nguyên nhân chính gây ra độ lệch chiều sản phẩm. Khuôn mẫu truyền thống bù đắp bằng cách đặt lượng co rút, nhưng chúng khó thích ứng với sự biến động hiệu suất của các lô vật liệu khác nhau. Khuôn khoang thích ứng được trang bị Trình điều khiển bằng gốm áp điện bên trong, có thể tự động điều chỉnh kích thước khoang dựa trên dữ liệu Kích thước sản phẩm được phát hiện theo thời gian thực (với độ chính xác điều chỉnh lên đến 0.001mm). Trong khuôn bánh răng chính xác, cấu trúc này làm giảm sai số cao độ của sản phẩm từ ± 0.02mm đến ± 0.005mm, và tăng tốc độ truyền từ 85% đến 99%. Nó đặc biệt thích hợp cho việc đúc các vật liệu nhạy cảm với tỷ lệ co ngót như polyoxymethylene (POM) và Polyamide (PA).

III. Nâng cấp Quy trình: Tích hợp công nghệ liên ngành tạo ra các khung mẫu mới

Hiệu suất của khuôn phun không chỉ phụ thuộc vào thiết kế riêng của họ, mà còn liên quan chặt chẽ đến sự đổi mới của quá trình đúc. Trong những năm gần đây, sự tích hợp của các công nghệ đa ngành (như khoa học vật liệu polymer và cơ học chất lỏng, kỹ thuật cơ khí và trí tuệ nhân tạo) đã tạo ra nhiều quá trình đột phá, vượt qua các rào cản kỹ thuật của khuôn ép phun truyền thống.

(1) khuôn phun vi bọt: thực hiện Hiệp Đồng Trọng lượng nhẹ và độ bền cao

Khuôn phun microfoaming làm giảm mật độ sản phẩm từ 10% đến 30% bằng cách tiêm coño siêu tới hạn hoặc n≤0 vào tan chảy, tạo thành các bong bóng có đường kính từ 5 đến 50μm. Đồng thời, do sự hấp thụ căng thẳng của bong bóng, sức mạnh tác động được tăng lên 20%. Chìa khóa cho loại khuôn này nằm trong việc kiểm soát hạt nhân bong bóng và tăng trưởng. Bằng cách đặt Van tiết lưu và cảm biến áp suất ở đầu vào khoang, áp suất tan chảy và độ hòa tan khí có thể được điều chỉnh chính xác. Trong khuôn Vỏ ắc quy cho xe năng lượng mới, cấu trúc vi tạo bọt giúp giảm 25% Trọng lượng sản phẩm. Trong khi đó, thông qua "hiệu ứng đệm" của bong bóng, hiệu suất chống rung của vỏ được tăng cường, đáp ứng các yêu cầu an toàn của pin điện.

(2) khuôn phun hỗ trợ laser: khắc phục thử thách đúc của vật liệu tinh thể cao

Đối với nhựa tinh thể như Polyethylene (PE) và Polypropylene (PP), khuôn ép phun truyền thống dễ bị các vết và vết co rút bề mặt do Tốc độ kết tinh không đồng đều. Khuôn phun hỗ trợ Laser nhúng Laser sợi quang trên bề mặt khoang để làm nóng cục bộ bề mặt khoang trong giai đoạn làm đầy tan chảy (với nhiệt độ được kiểm soát trong phạm vi ± 5oC của điểm nóng chảy của nhựa), do đó làm chậm quá trình kết tinh. Trong khuôn trống bên trong của máy giặt, hệ thống sưởi bằng Laser đã làm tăng độ bóng bề mặt của sản phẩm từ 80gu đến 95gu, loại bỏ nhu cầu xử Lý Sơn tiếp theo. Đồng thời, do kết tinh đồng đều hơn, độ bền va đập của sản phẩm đã tăng 15%.

(3) khuôn phun từ tính: điều chỉnh động lực hành vi dòng chảy tan chảy

Chất lỏng từ tính (MRF) có thể ngay lập tức thay đổi từ chất lỏng sang bán rắn dưới tác động của từ trường. Cổng từ trường được thiết kế dựa trên đặc tính này có thể điều chỉnh tốc độ dòng chảy và áp suất nóng chảy trong thời gian thực. Khuôn nhúng một cuộn dây điện từ ở cổng. Bằng cách thay đổi cường độ dòng điện, cường độ từ trường được kiểm soát, do đó điều chỉnh điện trở dòng chảy của cổng. Trong khuôn nhiều khoang, công nghệ này có thể giải quyết vấn đề đổ đầy tan chảy không cân bằng trong các khoang khác nhau, giảm độ lệch trọng lượng của sản phẩm trong Mỗi khoang từ ± 3% đến ± 0.5%. Nó đặc biệt thích hợp cho việc sản xuất hàng loạt các đầu nối điện tử chính xác.

IV. Chuyển đổi thông minh: Quản lý Vòng đời toàn bộ điều khiển dữ liệu

Sự tiến bộ của ngành công nghiệp 4.0 đã biến khuôn phun từ các công cụ "thực hiện thụ động" thành thiết bị đầu cuối thông minh "nhận thức chủ động". Thông qua việc tích hợp các cảm biến, Internet Of Things (iot), và Artificial Intelligence (Ai), nó đã đạt được quản lý thông minh trong toàn bộ quá trình thiết kế, sản xuất và bảo trì. Hệ thống cốt lõi của nó bao gồm ba cấp độ.

(1) Khuôn Đôi kỹ thuật số: Thiết kế và tối ưu hóa ánh xạ thực ảo

Công nghệ Twin kỹ thuật số xây dựng một mô hình ảo của khuôn để Lập Bản Đồ các thông số như trường nhiệt độ, trường ứng suất và trạng thái hao mòn của khuôn vật lý trong thời gian thực. Trong giai đoạn thiết kế, sự mài mòn của khuôn sau một triệu chu kỳ đúc có thể được dự đoán thông qua mô phỏng ảo, và cấu trúc của các bộ phận dễ bị tổn thương có thể được tối ưu hóa trước. Trong giai đoạn sản xuất, mô hình ảo được so sánh với dữ liệu thời gian thực được thu thập bởi các cảm biến để cảnh báo các lỗi tiềm năng. BMW Group đã áp dụng cặp song sinh kỹ thuật số trong khuôn khối động cơ, giảm số lượng thử nghiệm nấm mốc từ 5 đến 8 đến 2 đến 3 truyền thống, rút ngắn chu kỳ phát triển vào năm 40%. Đồng thời, thông qua bảo trì dự đoán, thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến đã được giảm 50%.

(2) Hệ thống theo dõi sức khỏe khuôn mẫu: từ "sửa chữa lỗi" đến "bảo trì Dự Đoán"

Khuôn mẫu hiện đại được trang bị nhiều loại cảm biến: Đồng hồ đo biến dạng theo dõi áp suất khoang, cặp nhiệt điện thu thập nhiệt độ và cảm biến âm thanh phát hiện rung động bất thường. Dữ liệu được truyền đến nền tảng đám mây thông qua Mô đun 5g. Thuật toán ai phân tích dữ liệu để thiết lập mô hình chỉ số sức khỏe khuôn mẫu. Khi chỉ số giảm xuống dưới ngưỡng, nó sẽ tự động phát ra cảnh báo bảo trì. Thông qua hệ thống này, xưởng ép phun của Gree Electric applicances đã kéo dài thời gian trung bình giữa các khuôn hỏng (MTBF) từ 300 giờ đến 800 giờ, giảm chi phí bảo trì 35%, và đồng thời tránh được việc loại bỏ các sản phẩm hàng loạt gây ra bởi Thất Bại đột ngột.

(3) Hệ thống tham số quá trình thích ứng: Ai cấu trúc lại Hệ Thống Thông số sản xuất

Các thông số của quy trình ép phun truyền thống được thiết lập dựa trên kinh nghiệm và khó thích ứng với các yếu tố can thiệp như biến động trong nguyên liệu và thay đổi nhiệt độ môi trường. Khuôn mẫu thông minh, thông qua thuật toán học máy, thiết lập mối quan hệ Lập Bản Đồ giữa các thông số quá trình và chất lượng sản phẩm dựa trên dữ liệu sản xuất lịch sử và tối ưu hóa các thông số như Tốc độ phun, áp lực giữ, và thời gian làm mát trong thời gian thực. Trong khuôn ép phun của tấm Ốp lưng kính điện thoại di động, hệ thống này vẫn có thể kiểm soát độ chính xác kích thước của sản phẩm trong phạm vi ± 0.01mm ngay cả khi tốc độ dòng chảy tan chảy (mfr) của nguyên liệu thô dao động ± 2g/10 phút, và tỷ lệ truyền vẫn ổn định ở mức trên 99.5%.

V. Xu hướng tương lai: công nghệ tiên tiến định hình hệ sinh thái công nghiệp mới

Sự phát triển của khuôn phun đang phát triển theo hướng chính xác hơn, màu xanh lá cây và tích hợp. Những đột phá trong công nghệ tiên tiến sẽ tiếp tục định hình lại hệ sinh thái công nghiệp. Xu hướng đáng chú ý trong tương lai chủ yếu nằm ở ba khía cạnh.

(1) Khuôn thích nghi với vật liệu sinh học: Đột Phá kép trong bảo vệ và hiệu suất môi trường

Với sự tiến bộ toàn cầu về tính trung lập carbon, việc áp dụng các chất dẻo sinh học (như polylactic acid PLA và polyhydroxyfatty acid Este pha) ngày càng trở nên phổ biến rộng rãi. Tuy nhiên, các vật liệu này có khả năng chịu nhiệt kém và tỷ lệ co ngót cao, tạo ra các yêu cầu đặc biệt cho khuôn. Trong tương lai, khuôn sẽ sử dụng lớp phủ chất bôi trơn có thể phân hủy (như sáp thực vật) để giảm ma sát, đồng thời, các khoang linh hoạt sẽ được thiết kế để thích ứng với các đặc tính co rút cao của vật liệu. Dự kiến đến năm 2030, thị phần khuôn mẫu đặc biệt cho nhựa sinh học sẽ tăng từ 5% hiện tại lên 25%.

(2) màu trong khuôn chấm lượng tử: xác định lại quy trình xuất hiện sản phẩm

Các chấm lượng tử (qds) có đặc tính quang học tuyệt vời. Tích hợp chúng vào khuôn có thể đạt được màu trong khuôn, thay thế quy trình sơn phun truyền thống. Khuôn nhúng một màng chấm lượng tử trong suốt trên bề mặt khoang. Bằng cách điều chỉnh độ dày của màng và bước sóng của ánh sáng kích thích, sản phẩm có thể trình bày bất kỳ màu nào từ Đỏ sang xanh dương, và độ bão hòa màu lớn hơn gấp đôi so với sơn phun truyền thống. Công nghệ này đã bước vào giai đoạn thử nghiệm trong khuôn quay số SmartWatch và dự kiến sẽ được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng trong vòng 5 năm, giảm đáng kể lượng khí thải VOCs.

(3) khuôn tạo hình quy mô ngang: bao phủ toàn bộ từ cấu trúc Nano đến các thành phần khổng lồ

Một mặt, khuôn phun micro-nano có thể tạo thành các sản phẩm có kết cấu quy mô Nano (chẳng hạn như nhãn chống giả mạo và ống kính quang học), và các khoang được sản xuất thông qua công nghệ in thạch bản chùm điện tử có thể đạt được độ chính xác lên đến 10nm. Mặt khác, các khuôn mẫu siêu lớn (như khuôn lưỡi tuabin gió) đang phát triển theo hướng mô-đun, giải quyết các vấn đề vận chuyển thông qua sản xuất phân đoạn và lắp ráp tại chỗ. Trong tương lai, khuôn mẫu sẽ đạt được sự tích hợp quy mô chéo của "cấu trúc siêu nhỏ nano kích thước", đáp ứng nhu cầu của hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác cho các thành phần lớn chính xác.

Kết luận

Lịch Sử phát triển của khuôn phun là một vi mô của sự tiến bộ phối hợp của khoa học vật liệu, công nghệ sản xuất và công nghệ kỹ thuật số. Từ thép bột tốc độ cao đến Cặp song sinh kỹ thuật số, từ làm mát chính thức đến tối ưu hóa Thông số ai, mọi sự đổi mới đã vượt qua ranh giới nhận thức truyền thống. Trong tương lai, với sự tích hợp sâu sắc của sản xuất xanh và sản xuất thông minh, khuôn phun sẽ không chỉ là công cụ sản xuất mà còn trở thành các nút lõi kết nối thiết kế, vật liệu và quy trình, thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất để hướng tới hiệu quả cao, chính xác và bền vững. Đối với các học viên ngành công nghiệp, chỉ bằng cách theo sát xu hướng thay đổi công nghệ, họ mới có thể đạt được ưu thế trong vòng nâng cấp công nghiệp mới và đạt được Bước Nhảy Vọt từ "sản xuất" sang "sản xuất thông minh".