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        模具加工行業的發展方向

        作者:來源:日期:2017-2-14 13:16:50人氣:2473
            把塑性材料加工成大批的、統一形狀部件的生產方式是現代制造業的基石,實際上每一種市場化的商品都至少有一種由模具限定出的外形。然而隨著制造業的不斷發展,模具變得越來越復雜,要求的牢固程度也越來越高。技術難度越來越高,產品的生命周期卻越來越短,用戶對模具產品也提出了更多的要求,如:免維護就可運行較長的時間、耗能低、抗磨損、便于安裝更換以及具有更大的柔性等等。
            迫于市場競爭及用戶要求不斷提升的壓力,模具生產廠家不得不選擇更加實用有效的模具加工方式,采取更為有利的市場策略,由此,模具加工業已呈現出了以下發展趨勢。

            ●全球化
            模具市場和發展的全球化是當今模具工業最主要的特征之一。模具的購買者是遍布全世界的,而模具生產商也同樣無處不在。模具工業的全球化發展使生產工藝簡單、精度低的模具加工企業向技術相對落后、生產率較低的發展中國家遷移。而仍然保留在美國、歐洲和日本的模具生產企業則定位在生產高水準的模具上,這不僅是技術上的要求,更是競爭的結果。模具生產企業必須面對全球化的市場競爭,這正是模具生產商追求高效應用技術的驅動力。
            
            ●高速加工
            近年來發展起來的“高速加工”對模具制造業產生了重要的影響?!案咚偌庸ぁ笔怯煞浅P〉牟竭M距和較大的進給率來實現的,通常高主軸轉速能使刀具獲得足夠的切屑抗力。在粗加工時,使用斜置的刀具進行小寬度的切削往往金屬去除率較高,即使采用小型刀具也能達到這樣的效果。在很多情況下,經過高速粗加工后的工件表面精度已經很接近于要求的水平,因而半精加工操作就可省去了。
        高速加工使工件獲得了光滑的表面,也節省了加工時間,典型的步進距僅有0.001in,而尖點只有0.00005in高,經過高速加工的工件表面大多數都非常光潔,無需鉗工的進一步加工。
            在精加工的過程中,通過增大進給率可避免由于步進距的減小而造成的工期延長,而后續的拋光或磨削工序的廢除或減少則有利于在加工表面的保護。
        一般情況下,機加工工具每分鐘至少應達到1200表面英尺,主軸轉速也不會低于8000r/min。老式機床的主軸經過修整轉速也能達到這樣的水平,但是其穩定性卻受到一定的限制。目前,機加工工具制造商都熱衷于生產為高速加工而專門設計的加工中心。在美國,采用高速加工技術以減少或省去鉗工工序是一種效益相當可觀的措施,這種技術在歐洲和日本也頗受歡迎。

            ●生產周期縮短
            眾所周知,在同樣的條件下,用戶都愿意選擇交貨期更短的產品,因為這樣用戶可以節約更多的生產時間,因此模具生產廠家不得不千方百計地加快生產進度,并努力簡化和廢除不必要的生產工序。
            
            ●自動化
            模具加工的另一個重要發展趨勢是自動化,這聽起來似乎有些不可思議,因為大多數模具都是單件生產的,它似乎應該需要柔性的加工系統,而非自動化的加工系統。但事實上,模具加工在諸多方面都表現出了小批量生產的特征。
            近來許多廠家都對一種自動化系統表現出了濃厚的興趣,這種自動化設備在制造加工過程中能連續地自動執行操作步驟,而很少需要人的干涉,利用機器人自動化系統裝載和卸載工件和刀具是許多模具廠家自動化發展的下一個目標。
            美國新澤西州3R系統公司的總裁尼克說:“眾多公司都在尋找能夠提高企業生產效率和產量而不增加固定成本的途徑。由于勞動市場的緊俏及熟練操作工的缺乏,企業的固定生產成本大為提高,自動化卻能通過固有的生產工藝而不是利用操作工來提高產量?!?br />
            ●硬銑削
            用充分硬化的材料加工模具的型腔是模具加工業發展的另一個重要趨勢。這對鍛模尤其有價值,因為與其它模具相比,鍛模往往需要更高的硬度。粗加工和精加工是在一臺機床上連續完成的,在粗加工過程中,高主軸轉速及小的刀具半徑所進行的輕度切削形成了足夠的轉矩,可以用來加工硬度高達64RC的金屬材料;在精加工過程中,較小的步進距保證工件能夠獲得極佳的表面光潔度。
            由于材料本身具有一定的硬度,所以放電加工(EDM)就可以減少或全部省去。因為材料已經足夠硬了,而不需要再進行熱處理,不僅如此,熱處理后的回火以及抵消熱由處理引起的幾何變形所進行的磨削加工也都不需要了。該技術在日本倍受青睞,如今在美國也受到了廣泛的關注并正向歐洲傳播。
            硬化材料的高速加工給加工工具提出了更高的要求。 因此,許多機床工具生產商為這種加工專門設計開發了特種磨床。在高主軸轉速及高進給率的情況下,刀具需要進行輕切削,但熱穩定性和較高的力學硬度也是十分必要的。在此類加工中,高壓冷卻液是另一個必要的條件,但也有一些刀具制造商采用干切削的方式來防止對刀具的熱沖擊。同時干切削也可減日本雅士達公司生產的用作制造操作桿的鍛模就是硬化材料經過典型的高速加工而制成的。該工件的尺寸為164mm×106mm×32mm,材料硬度為60RC。采用硬質合金銑刀和油霧冷卻液,模具型腔銑削耗時109min。雖然包含了硬銑削技術,此類機床的價格偏高,但是僅使用一臺這樣的機床就可完成粗加工、精加工和放電加工的全過程,這無疑對像日本這樣的發達國家有相當的吸引力。值得注意的是,此類機床的加工方向正逐步趨于水平式而非豎直式,這也是新的特點。

            ●數據庫系統
            對于很多刀具生產廠家來說,能最終為他們帶來實際利益的自動化CAD/CAM才是更重要的。在模具設計方面,一些CAD/CAM系統銷售商如美國的Cimatron技術公司、英國的Vero國際公司及美國的本特里系統公司已經在系統中增加了相應的模塊,使常規的CAD/CAM系統實現了自動化功能。
            在加工過程中的任一時刻,由于實體模型是一直存在的,所以CAM系統能夠隨時把在加工工件與實體模型進行比較。使用數據庫系統,CAM系統能夠識別出兩條刀具軌跡之間的區域內,哪里的步進距過寬。這些步進距過寬的區域要沿與原始加工軸線垂直的方向進行再加工,以確保獲得最佳的表面質量。而且,實體數據庫的連續存在對高速加工是極為重要的,而對于半精加工來說,存在一種永恒的實體庫是最理想的事情。
            數據庫系統是一種高度自動化的專家系統,它包含了近10余年的CAM專家經驗,它由資深的開發人員、機加工工具制造商以及大量的用戶反饋共同完成。作為一種以豐富經驗為基礎的系統,該程序庫也為用戶提供柔性的存儲功能,以便用戶添加自己的制造技術。

            ●CAD/CAM趨于快速化和智能化
            CAD/CAM有三大明顯的發展趨勢,即:混合模型、設計制造系統數據庫以及車間現場3D程序編制。
            工業企業對混合模型的需求在近幾年來尤為顯著。采用實體模型益處很大,它使結構復雜的材料實體能夠容易地以一個獨立實體的形式進行表達和調整,并且它允許實體之間的相加和相減,以生成新的實體模型。對于機械工程師來說實體模型的主要優點在于它能使工程師設計的產品全部由相對標準化的實體元素構成,如標準的孔、凸臺、套、凸緣等。
            實體模型對刀具設計師也大有用途。在某些情況下,插入的3D產品模型能夠通過單次操作簡單地從模具的型腔中減去?;旌夏P驮试S使用者在一個單獨的幾何模型中建造實體、表面及其它圖形元素。采用某些CAM系統,使用者可以將這些實體模型自如地分解,或把所有的實體都組合到一起,并作為一完整的實體進行加工。
            許多美國廠商已經習慣于處理由用戶提供的實體模型,而歐洲和日本在這方面還相對落后,但產品的迅速更新要求美、歐、日三方共同支持實體模型技術的發展。

            ●放電加工(EDM)
            放電加工以其處理模具型腔的卓越能力而著稱。有線放電加工在模具生產中也應用廣泛,只要是模具生產廠家幾乎至少都有一臺放電加工設備。在過去的幾年中,放電加工技術發展迅速,這使得放電加工技術在模具加工業中的作用和地位更加突出。
            與前幾年相比,無論是沖壓放電加工還是有線放電加工,發展變化都是相當迅速的,它們的“燃燒”時間已經減少了很多。為實現無人照管連續操作,放電加工系統必須提供工件自動化換位和電極轉變功能,這是模具加工廠在放電加工單元上安裝自動化機器人操作系統的主要目的。
            快速燃燒放電加工單元所采用的機器人自動化系統會很快地消耗電極,因而電極需求量大大增加,結果造成了電極缺乏。在美國,石墨電極的高速加工技術日漸受到人們的歡迎。鉗工和拋光工藝的減少和廢除使電極加工贏得了寶貴的時間,更重要的是手工工作的廢除意味著在加工的和CAD限定出的幾何模型永遠不會丟失,而高速加工允許廠家按照用戶的實際設計要求來生產電極,如果要生產不只一個電極,還可以由加工系統“復制”出一模一樣的產品。有了充足的電極,在模具加工方面EDM就可以大顯身手了,這是在多型腔模具加工方面的一個重要進步。

            ●車間現場編程
            近幾年來,CAM系統正逐步趨于更容易使用,因為CAM系統正由CAM設計室重新回到車間現場。北美底特律地區和安大略地區的自動化刀具生產廠家在這方面顯示出了最明顯的優勢。
            在過去的20年中,許多廠家最初試圖把程序編制轉移到編程更易控制的CAD/CAM設計室中,但隨著切削工具的日趨復雜化,NC編程反而成了制約工業發展的瓶頸。程序編制重新轉移到車間現場后,這種發展障礙很快被消除了,這樣與實踐結合起來,編程工具也變得非常容易使用。
            在底特律地區,這種新型的現場編程方式使車間程序編制得到了迅猛的發展。編程工具的適當使用削減掉了大量的NC程序編制時間,因為大多數刀具路線都是與加工工藝同步創造的。它省去了CAD和CAM之間的反復修正過程,使生產部分獲得了有效的NC程序,并能充分發揮生產線上工人和設備的作用。更重要的是,現在創造刀具軌跡的人就是執行加工的人。這也使機械師獲得了實施其加工方法的機會,這令他們感到非常滿意。這有助于他們作出更好的現場決定,選擇最優化的加工方法,并及時地對加工方法進行修正。
        下一個: 木模加工的工藝流程

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