超越模具加工

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tags:    時間:2014-03-11 23:29:35
超越模具加工簡介
    兩年前,D&M工具公司(位於印第安納州史普林維爾市)決心加大模具加工業務的投資。這個決定並不容易下。公司的基本業務為注塑模製造,主要提供給汽車生……
超越模具加工正文
    兩年前,D&M工具公司(位於印第安納州史普林維爾市)決心加大模具加工業務的投資。這個決定並不容易下。公司的基本業務為注塑模製造,主要提供給汽車生產供應商。該業務兩年前還不見起色,而且沒有好轉的跡象,但是公司仍然決定,不管如何,必須加大投入,使公司能趕在市場需求復甦前有機會提高生產能力。D&M公司購買了一台36,000轉的高速加工中心,可以說,該加工中心是公司歷史上所擁有的最尖端的機床設備。


在機床的投資之後,公司接著投入了大量的時間和精力,使得模具車間學會了如何有效地使用高速加工手段。雖然付出了大量試驗和失敗的代價,但是經過對失敗的總結,公司意識到並非每次都需要使用高轉速的加工。


所有這些努力的付出換來的最重要的結果是總結出了模具加工的更為有效的工藝。D&M公司在對淬硬鋼的高速加工過程中使用輕刀作為結束動作,從而有效地形成最終面,並良好地生成複雜細節。相應地,手工精磨該動作,則因為耗時太長以及大量人力投入,被很大程度地減少。而曾經一度被用來加工結束動作的EDM,如今被深入關注。EDM現在被用來加工銑削無法完成的細節部分。


然而,對於此項高速加工的投資還有一個重要收穫,儘管這個收穫的全部意義仍然未被定性。模具車間獲取的經驗被證明可以運用到另一種完全不同的加工過程之中。具有了這種加工能力,該模具車間發現了另一個完全沒有預料到的發展機遇。


保護刀具


D&M公司的高速加工中心購自Roeders of America公司(位於紐約的奧蘭治堡)。D&M公司的CAD/CAM程序設計師Mike Baker,也是該模具車間最早使用加工中心的人員之一,在談到加工中心的採購情況時說,公司本打算從其他公司購買加工中心,但是由於Roeders公司銷售人員的堅持,終於選擇了現在的設備。由於具備更高的轉速,該設備保證了更高的加工速度。而且,更重要的是,該加工中心似乎是為高速銑加工模具而專門設計的。


該機床的另一個重要特徵,也是對於模具車間非常重要的一個特徵,就是其非接觸式刀具的裝置。刀具沿著激光標明的路徑進刀,同時自身高速旋轉。刀具的偏心測量系統不僅能精確地計算出細小的偏移值,也能計算出高速旋轉使刀具和主軸產生的偏移值。


「保護刀具」的宗旨概括了Baker先生關於高速加工的主要經驗。在購買該加工中心時,D&M公司一併採購了用於該機床的熱套配合系統。該熱套配合刀架可以剛性,低偏轉地夾緊刀具。Baker先生強調必須非常仔細地編程,以防止刀具在工作中停頓。


「千萬別讓刀具停下來,」他如此建議。刀具一停頓,就會產生摩擦。在高轉速底下,刀具摩擦即意味著磨損。因此,他總是使用思美創(Cimatron)的CAD/CAM軟體最優化刀具路徑,防止刀具在運動過程中產生的任何變慢或停頓的現象。


採用了刀具保護措施的結果之一就是公司比預期減少了對刀具的投資。


Baker先生稱:「剛買來加工中心的時候,每個人都拿來刀具測試其熱套刀具系統-都說那是很貴的東西」。但是,最終還是肯定了機床和熱套刀具系統的確提供了非常穩定的加工能力。非接觸式刀具系統解決了刀具與刀具之間因為偏轉、離心力和不匹配產生的變化現象。Baker先生在編程中對此也特別小心。綜合考慮了所有這些因素,刀具的經濟性問題得到了很好的解決。從長遠講,很貴的東西其實並不貴。


仿照模具加工


D&M公司副總裁Bill Maddox先生稱:「加工的精確度是真正讓我們驚嘆之處。」在購入該高速加工中心之前,車間最快的加工中心速度為每分鐘10,000轉。如今,高速銑削一如既往地保證三維尺寸的準確和表面公差的合格,但是,能在比過去高的多的走刀速度下保證同樣的加工質量就不容易了。當車間開始掌握在高走刀速度下進行輕銑,就標誌著公司已經能既快又好地生產複雜部件。


那麼簡易件怎麼加工呢?


D&M公司位於的母公司Specialty製造公司有很多醫療行業的客戶。其中一家客戶急於解決其最新研發的外科手術儀器的試生產加工工作。儘管並非模具製造工作,D&M公司仍然接下了任務。但是,怎樣使用高速加工中心既快又省地完成此項任務呢?


答案就是將此項生產加工任務轉化為模具製造-至少看起來如此。


更確切地說,答案就是通過長路徑銑削,將一批零部件轉變成一個簡單而複雜的部件進行加工處理。


每個零件本身的幾何形狀也許都很簡單,但是把10個甚至更多部件放在一塊大部件之內,就可以充分發揮高速加工中心的能力,即在快速走刀的情況下,精確地銑削出複雜的形狀。不同的只是,這個優勢被運用到一批零件上面,而不僅僅是一個芯或者一個洞。車間加工的任務主要是鋁零件,可以使走刀速度達到750ipm。這種循環加工的最後一步,是通過細小的末端銑,將每個部件從整體的大塊中分離開。


下一個學習階段


該模具車間迄今為止已經為三個客戶提供過類似的加工服務,但是學習的過程仍在繼續。這次,學習的並非技術,而是相關的商業領域。這是因為車間常常不清楚自己的工作和另外一些專業車間相比,如何才能更吸引市場。儘管如此,車間還是日益認識到通過自己的高速加工中心和累積的使用的經驗,可以為小批量的緊急任務提供高效加工。


有趣的是,D&M公司,如同美國其他模具製造公司一樣,仍然在與國外具有廉價勞動力優勢的模具製造廠商苦苦競爭。但是現在,通過對新轉機的開創,模具公司反而可以為海外的緊急任務提供生產加工。


模具熱處理技術


模具熱處理是保證模具性能的重要工藝過程,對模具的製造精度、模具的強度、模具的工作壽命、模具的製造成本等有著直接的影響。20世紀80年代以來,國際模具熱處理技術發展較快的領域是真空熱處理技術、模具的表面強化技術和模具材料的預硬化技術。


模具的真空熱處理技術


真空熱處理技術是近些年發展起來的一種新型的熱處理技術,它所具備的特點,正是模具製造中所迫切需要的,比如防止加熱氧化和不脫碳、真空脫氣或除氣,消除氫脆,從而提高材料(零件)的塑性、韌性和疲勞強度。真空加熱緩慢、零件內外溫差較小等因素,決定了真空熱處理工藝造成的零件變形小等。


模具真空熱處理中主要應用的是真空油冷淬火、真空氣冷淬火和真空回火。為保持工件(如模具)真空加熱的優良特性,冷卻劑和冷卻工藝的選擇及制定非常重要,模具淬火過程主要採用油冷和氣冷。對於熱處理后不再進行機械加工的模具工作面,淬火后儘可能採用真空回火,特別是真空淬火的工件(模具),它可以提高與表面質量相關的機械性能,如疲勞性能、表面光亮度、耐腐蝕性等。


模具的表面處理技術


模具在工作中除了要求基體具有足夠高的強度和韌性的合理配合外,其表面性能對模具的工作性能和使用壽命至關重要。模具的表面處理技術,是通過表面塗覆、表面改性或複合處理技術,改變模具表面的形態、化學成分、組織結構和應力狀態,以獲得所需表面性能的系統工程。目前在模具製造中應用較多的主要是滲氮、滲碳和硬化膜沉積。


由於滲氮技術可形成優良性能的表面,並且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協調性,同時滲氮溫度低,滲氮后不需激烈冷卻,模具的變形極小,因此模具的表面強化是採用滲氮技術較早,也是應用最廣泛的。


模具材料的預硬化技術


自上個世紀70年代開始,國際上就提出預硬化的想法,但由於加工機床剛度和切削刀具的制約,預硬化的硬度無法達到模具的使用硬度,所以預硬化技術的研發投入不大。隨著加工機床和切削刀具性能的提高,模具材料的預硬化技術開發速度加快,到上個世紀80年代,國際上工業發達國家在塑料模用材上使用預硬化模塊的比例已達到30%(目前在60%以上)。

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