以高端加工中心為基礎的零公差加工

發(fā)布日期：2012-11-18    蘭生客服中心    瀏覽：2978

 

Eclipse Mold模具公司以高端加工中心為基礎，為有效地實現(xiàn)零公差加工樹立了一個良好的榜樣。

Eclipse Mold模具公司的模具工已明顯地感覺到，模具的零余量切削加工具有很多優(yōu)點，他們可以用事實證明。目前，該公司有一個模具加工車間，每年大約可以生產(chǎn) 140套模具，在這項業(yè)務中還包括大量的模具修復服務，約占總業(yè)務量的40%左右。該公司其余的60%收入來自于3個注塑成型工廠，所有這些工廠都坐落在底特律市郊。事實上，該公司共擁有42臺注塑機，其壓力范圍從22~750t不等。

 


圖1 這一汽車模具在精加工以后，其型芯一側的表面已沒有多余的余量。除了采用較輕介質(zhì)進行拋光處理之外，實際上模具不需要手工拋光。從圖中可以看到型腔的一個側面，其中還可以看到閉合面的加工表面質(zhì)量

Eclipse Mold模具公司的工廠設立在Clinton Township，上述注塑機使用的模具都是由其工廠生產(chǎn)的。該公司幾乎在所有的這些模具上，都不同程度地采用了零公差加工方式。該公司的副總裁兼總經(jīng)理 Steve Craprotta先生說：“采用凈切削加工的模具，其工作速度較快、使用壽命較長、維護保養(yǎng)費用較低，其生產(chǎn)的零件質(zhì)量較好，而且非常清潔干凈。我們每天就是以這樣的生產(chǎn)成果維持生存，因此我們深知，這種方法對我們來說是何等的寶貴。”

Eclipse公司每年生產(chǎn)的模具，只有15%是在他們自己的工廠內(nèi)使用的。其余的模具都發(fā)運到那些大型的一級汽車供貨商那里，他們的客戶包括人們所熟悉的美國和日本汽車制造商。Craprotta先生毫不夸張地說：“我們的所有客戶都認為我們的模具加工車間是最棒的。”他之所以強調(diào)這一點的目的是為了進一步讓人們確信：零公差加工是確立其加工車間在這一市場競爭地位中不可缺少的一部分。

為滿足模具生產(chǎn)的需要，Eclipse公司專門提供二次注射模具。這類模具通常只有一個型芯或一個型腔，它們必須適合其他兩半模具的安裝，或其一側需要旋轉(zhuǎn)180°，以滿足第二次注塑的需要。Craprotta先生解釋說：“如果這些模具采用普通的方法加工，那么接著還需要手工加工和手工打磨，花費的時間實在太長，無法滿足交貨期或滿足我們自己的生產(chǎn)計劃。”如果能將模具的閉合面加工到零公差尺寸（在很多情況下，甚至加工到負公差余量），那么就可以使手工打磨時間減少到幾個小時。他說，其中一面可以與另一面配合，當其旋轉(zhuǎn)或與另一半配合時，其配合的緊密度幾乎是十全十美的。

Eclipse公司生產(chǎn)的大部分模具是非常復雜的多型腔、高精度模具，雖然用于300~700t壓力機的中型模具非常普遍，但其最大的模具可達40 in ×50 in(1in=25.4mm)，最小可達到8 in×8 in。其中70%~80%的模具與機械動作的零件有關，如滑板、推桿、可收縮型芯以及與此類似的零件。

采用零公差加工不但削減了大量的逐點打磨時間，而且提高了機械零件的流水線生產(chǎn)水平。例如，推桿直接安裝在模具的隱窩之內(nèi)，其調(diào)節(jié)量很少甚至無需調(diào)節(jié)。

該車間的零公差加工主要依靠3臺最新型的加工中心，其中包括由牧野公司（在俄亥俄州的Mason市）提供的V55型和V56型VMC立式加工中心以及一臺Johnford公司的DMC-1500型加工中心。

Craprotta 先生說：“牧野公司機床的剛性和精度是達到零公差加工能力的根本保證。”Johnford公司機床的30 in × 50 in大型工作臺可滿足該車間加工大型模具的需要。按照Craprotta先生的說法，該機床已經(jīng)實現(xiàn)了零公差切削，幾乎可以與小型的VMC立式加工中心相媲美。

圖2  Eclipse公司認為，其加工中心的剛性對零余量加工是十分關鍵的。上圖所示的牧野V55型VMC立式加工中心，其主軸轉(zhuǎn)速高達20 000r/min，配有HSK接口。從圖中可以看到，該機床正在進行半精加工

適合銑削硬質(zhì)材料

Eclipse Mold模具公司于1992年開始與SST公司合作，當時該車間剛剛從牧野公司購置了第一臺高速銑床，用于生產(chǎn)石墨電極。Craprotta先生回憶說：“我們通過這些機床的生產(chǎn)經(jīng)驗，學會了高速加工。”當牧野開始銷售零余量加工模具零件的硬質(zhì)材料銑床時，引起了Eclipse公司的注意。于是在 2001年，該公司購置了第一臺用于硬質(zhì)材料銑削加工的加工中心。

與普通的銑削加工相比，硬質(zhì)材料銑削具有一定的“風險”，而且在初次加工的時候，會碰到一定的困難，可能會引起刀具斷裂或燒蝕，也有可能造成昂貴模具材料的報廢。每天要進行硬質(zhì)材料的高精度銑削加工，對于一名機械操作工而言，確實是難以想象的，他們幾乎想放棄這種加工方法。

Craprotta先生敘述說：“由于我們在很早的時候就開始應用這一加工工藝，我們比其他加工車間早走了一步，因此我們有一定的轉(zhuǎn)換余地，易于過渡。”首先，車間開始逐漸減少通常所需的加工余量，從0.003 in減少到0.002 in和0.001 in，在這一過程中，加工車間對機床、刀具和刀具路徑等方面的經(jīng)驗逐步積累。

事實證明，直接向零公差加工有關的一切輔助技術投資也是一種明智的做法。例如，加工車間開始使用HSK接口以及經(jīng)過平衡的刀具。公司的CAM編程軟件也進一步升級。當操作人員看到這一工藝產(chǎn)生了如此好的效果以后，他們的態(tài)度也開始轉(zhuǎn)變，樂于接受新的訓練和新的操作規(guī)范。Craprotta先生說，最后他們不但急切地希望采用零公差切削工藝，而且開始在模具的閉合面上實施負公差切削。采用這一工藝約花費了一年左右的過渡時期。

隨著編程人員對模具表面的編程越來越精密，從而保證了機械操作人員對刀具路徑的充分信任。該加工車間應用了由Delcam公司（在安大略省的Windsor市）提供的PowerMill軟件來生成零公差切削的刀具路徑。該車間一名最有經(jīng)驗的編程員John Zube先生說：“編程員與機械操作員建立良好的關系是十分關鍵的，來自車間的意見和建議告訴他應該如何去工作，如何工作才能做得更好。”

模壓成形車間的反饋意見也很重要。來自這些業(yè)務部門的報告對編程員和機械操作員都很有幫助，有利于他們進一步改進工作。

 


圖3  在這臺注塑機上二次注射模具可在壓板上旋轉(zhuǎn)180°，以便于軟性塑料件的二次注塑成形。由于兩個方向上的閉合面必須密封，因此采用了精密加工工藝，無需手工加工，這就保證使模具完工時所需的逐點打磨時間降低到最低限度

機床的剛性好、精度高，加工效率高

Craprotta 先生選購銑削硬質(zhì)材料銑床的原則可歸結如下：應盡量購置剛性最好的精密機床。機床的剛性是一個非常關鍵的因素，因為它可使刀尖的振動降低到最低限度。他補充說，當然，刀具其他部分的設計也非常重要，穩(wěn)定性要好、徑向跳動誤差要低。牧野公司的VMC立式加工中心具有以下特點：機床結構的剛性好，包括其主軸箱和導軌、線性滾子軸承，質(zhì)量過硬的基座和立柱，還有兩端支撐的滾珠絲杠。

牧野公司的機床主軸，其最高轉(zhuǎn)速可達20 000r/min。對于小刀具加工而言，當其在高進給速率和低切削深度的條件下工作時，如要達到適當?shù)那行钾摵�，采用這樣高的轉(zhuǎn)速是完全必要的。 Craprotta先生認為：“在這些機床上我們可以看到這樣一個現(xiàn)象：在高速運行下，機床主軸的熱量并沒有升高。這些機床每天一直運行10h以上，從來沒有發(fā)生過Z深度的問題。”

Craprotta先生補充說：“機床加工必須保持精度，不光是保持其中心范圍內(nèi)的精度，而且還必須保持其整個工作范圍內(nèi)的全面精度。”當亞微型級的刀具在做微型運動時，也需要使用百萬分之幾英寸分辨率的玻璃光柵尺。最終的精加工切削采用小至0.010in的刀具，但比較典型的刀具是0.030in。Eclipse公司在切削型芯和型腔表面時，其公差精度常常達到±0.0004in，其表面光潔度在 16~24rms的范圍之間。

Craprotta先生說，Johnford公司機床的主要優(yōu)點是比較經(jīng)濟。他說：“這種機床在價格和功能方面具有突出的價值優(yōu)勢。”這一機床配置了90°的龍門式橋架和Y軸偏置導軌，在加工大型模具時，可使其延伸行程的偏差降低到最低限度。Y軸和Z軸方向上的主軸箱導軌有助于提高剛性，而X軸上則采用線性導軌，有助于較重工件的精確移動。

然而，Craprotta先生說，該加工車間從這臺機床上獲得了最佳成果，因為在該機床發(fā)貨前SST公司對機床的各軸進行了調(diào)整，因此其對硬質(zhì)材料的銑削加工十分理想。Craprotta先生聲稱：“我們從這臺機床獲得了大量好處，該機床特別適合于高精度切削加工。那就是說，采用這臺機床可以滿足零公差切削加工的需求。”更重要的是，這臺機床的延伸行程可以讓車間生產(chǎn)多模腔模具，用于汽車內(nèi)部大型儀表板一類零件的注塑成形。Craprotta先生說：“對我們來說，這一直是一個大有發(fā)展前途的領域。”最后，他進一步強調(diào)了硬質(zhì)材料銑削加工的重要性，每天至少需要有一個班次從事無人化操作。一般來說，在每天的第一班和第二班上班時間，Eclipse Mold模具公司有一名操作員值班，負責監(jiān)控7臺CNC數(shù)控機床的加工生產(chǎn)，但根據(jù)生產(chǎn)負荷的變化情況，并不是經(jīng)常需要有一名操作員值班。

圖4 Steve Craprotta先生（右）和模具生產(chǎn)經(jīng)理John Montalbano先生正在檢查由這一4型腔模具注塑成形的一個零件。零件的表面和機械零件采用零余量方式切削加工

進一步擴大業(yè)務

由于零公差加工工藝幫助Eclipse公司進一步提高了生產(chǎn)率，因此Craprotta先生確信，他的車間必須擴大加工范圍，在傳統(tǒng)客戶的基礎上承擔它能夠承攬的一切業(yè)務工作。該加工車間的努力目標是，為醫(yī)療和宇航工業(yè)的客戶提供高品質(zhì)、高精度模具加工服務。Craprotta先生并沒有像他們汽車工業(yè)中的同行那樣，急切地向海外制造商尋求模具的外協(xié)加工，特別是在密執(zhí)安州的東南部地區(qū)，其他的模具加工車間完全有能力承擔這一加工業(yè)務。他說：“零公差加工為我公司達到目前的這一地位作出了巨大的貢獻。”現(xiàn)在，該加工車間已開始將其注意力轉(zhuǎn)移到精益生產(chǎn)技術方面，以進一步提高生產(chǎn)效益。