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發展中的模具加工工藝

在金屬加工行業中,很少有幾個部門能像模具制造企業那樣具有活力,因此對任何模具加工車間而言,為了保持其領先的地位,需要橫向掃描新出現的技術和創新的概念。這里給大家介紹一些新的發展動態,這或許會對模具加工行業創造新的機遇或起到拋磚引玉的作用。

并行加工概念:采用一臺多功能機床,在單一工件的左右面上,以并列的方式加工模具的型芯和型腔。   

背景:在IMTS 2004國際機床博覽會上,Mazak公司(在肯塔基州的Florence市)在其e系列Integrex加工中心上演示了這一新的概念。該機床利用其傾斜式銑削主軸(B軸)的靈活性及其相對立的車削主軸(C軸)在長方形工件的四面和背面上銑削加工冷卻孔。在加工型芯和型腔細節的時候,該工件仍然是一個獨立的整體零件。如果對車削主軸的旋轉與傾斜式銑削主軸的關系能很好地協調處理,就可以使刀具獲得最佳切削方向,從而提高工件的表面光潔度,并延長刀刃的使用壽命。而且有利于工件的翻轉,以便定期清理切屑。

然后將型芯和型腔兩部分分離,使每一個部分在其對立的車削主軸中保持夾緊的狀態。同時,將兩個新的剖分面進行端面銑削加工,并在一次裝卡調試過程中,完成模具兩半部分的冷卻孔鉆削加工任務。

與傳統的加工工藝相比,采用這種加工方法大大減少了工件的裝卡次數和操作程序。同時,模具的加工精度可以進一步提高,因為模具的兩半始終保持著完美的方向定位,直到相互分離。

技術應用:在這一應用領域中,旋轉軸的定位精度是非常關鍵的。在該多功能機床的銑削主軸中,采用滾子凸輪,其分辨率精度為0.0001°。車削主軸和副軸的分度精度也為0.0001°。按照機床制造商的標準,轉速為12000 r/min的銑削主軸,其振動精度為1.5μm(0.00006 in)。其極低的主軸振動,保證了小直徑刀具在高速運轉應用時的加工精度。

并聯加工概念:大型模具零件在小型加工中心上分成幾部分加工。然后將加工以后的各部分零件組裝到一個整體型芯或型腔。在某些情況下,將各部分零件設計成插接件的形式,然后將它們安裝到模具基座的隱窩內。

背景:大型模具的零件經肢解分離以后,其每一個部分都可在小型的加工中心上加工,而且優于將其放到帶有延伸式床身的大型立式機床上加工。一般來說,采用小型臥式加工中心比較理想,因為其在清除切屑和產能方面具有很大的優勢,當然采用小型立式機床也是可行的。

因為它們的工作范圍相對較小,而小型機床的容積精度相對較高。由于其移動軸的質量較輕,因此小型機床在加工過程中,可以獲得較高的加速度和減速度(acc/dec)。較高的acc/dec速度可大大節約機床的整體加工時間—由于其較高的acc/dec速度,如果需要20h的加工,一般可以在15h內完成。在小型機床上,刀具的更換問題也比較容易解決。例如,在大部分情況下,只要使用一把精加工刀具,就可以完成模具一個零件的加工,而且也不需要更換刀刃。

 而最重要的是,兩臺或三臺小型機床同時運行甚至可以超過一臺大型機床的工作量。例如,需要20h加工的工件,可以在兩臺小型機床上花費7.5h的時間完成加工(將其除以工作時間,就可得出acc/dec速度系數)。一組小型機床要比一臺大型機床更能靈活地制定工作進度計劃。由于大型模具可以分成幾個部分來進行設計,這有利于模具分成多個零件進行加工生產。這樣,即使只有小型機床的模具加工車間也可以承擔其原先沒有能力加工的工件。

而且,小型機床的投資較低。一個模具加工車間必須將兩臺或更多小型機床的成本,再結合小型機床的整體綜合能力,然后與一臺大型加工中心的成本進行比較。

最后,一副按并聯加工設計的模具也許有更多的機會進一步提高其維護和更新水平。例如,可以將模具中比較容易磨損的部分單獨設計。這樣,當模具進行維修或翻新時,可先更換這一部分,從而使工廠的停產時間降低到最低限度。   技術應用:小型機床必定具有極高的容積精度,因此,其生產的模具各部分零件精度也非常之高,實際上,零件組裝面之間達到了沒有縫隙的水平。

5軸深孔鉆概念:在復合角度鉆削水平線的能力可以使大型模具的冷卻性能得到進一步提高。采用5軸深孔鉆床可以非常經濟地達到這一目標,而且也不需要對工件進行多次復雜的裝卡調試。   背景:生產汽車前保險杠、儀表控制板和其他塑料件所使用的這類模具需要依靠快速有效的冷卻,以縮短其工作周期,達到競爭水平。   當帶有固定式工作臺和固定式主軸的深孔鉆床成為慣例時,模具設計人員可以有兩種選用方式來提高大型模具的冷卻速度。一種方式是在模具塊之中,添加更直接的水平線;另一種方式是以復合角度鉆削水平線,并使這些水平線接近型腔的表面。如采用第一種方式,可能會大大增加深孔鉆加工操作的時間。如采用第二種方式,鉆孔加工所需的時間不會太長,但會大大增加工件調試裝卡所需的時間,因為對于模具零件每一個所需的角度,需要采用手工定位。每一操作步驟所需的調試時間往往要比鉆削加工的時間長得多。

總之,這兩種方式都不盡如人意,尤其是對于價格較低的模具而言,這兩種方法更不能滿足客戶的要求。

事實證明,最好的答案是采用5軸深孔鉆床。采用這類機床可以加工鉆削深孔,其角度并不是與機床的軸平行的,而且也不需要采用特殊的夾具。這種加工能力大大減少了完成一個模具加工所需的多次裝卡調試的次數。如果在帶有固定式工作臺和固定式主軸的深孔鉆床上加工,生產汽車儀表板使用的模具型腔模塊需要裝卡調試60次,才能完成復合角度的水線鉆削加工。但是開發人員聲稱,采用5軸深孔鉆床,完成同樣的工作只需要三或四次的調試裝卡。

技術應用:Ixion Auerbach IA TLF-1300.5型5軸深孔鉆床引起了人們極大的關注。該機床裝有可編程旋轉工作臺和CNC數控主軸頭,在標準以下可回轉25°,在標準以上可回轉15°。這一機床既可配置普通的深孔鉆頭也可配置STS(單管系統)式鉆頭或兩者得兼。當采用直徑1 in的鉆頭鉆孔時,后者的鉆孔速度可高達9 in/min。按照北美Ixion Auerbach Inc. 公司(在紐約州的Monroe地區)總裁Barry Speller先生的說法,該機床的工藝控制系統可以用圖像的方式顯示油壓、油流量、進給力和扭矩等實時數據。這意味著對于鉆削加工可以以最佳的鉆削速度進行監控,以減少鉆頭斷裂的風險。該機床的剛性設計使其能夠進行高速銑削、鉆削和攻絲等操作,而且還配有一個可供選用的刀具更換裝置

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