超越模具加工
<p> 两年前，D&M工具公司(位于印第安纳州史普林维尔市)决心加大模具加工业务的投资。这个决定并不容易下。公司的基本业务为注塑模制造，主要提供给汽车生产供应商。该业务两年前还不见起色，而且没有好转的迹象，但是公司仍然决定，不管如何，必须加大投入，使公司能赶在市场需求复苏前有机会提高生产能力。D&M公司购买了一台36,000转的高速加工中心，可以说，该加工中心是公司历史上所拥有的最尖端的机床设备。</p><p> 在机床的投资之后，公司接着投入了大量的时间和精力，使得模具车间学会了如何有效地使用高速加工手段。虽然付出了大量试验和失败的代价，但是经过对失败的总结，公司意识到并非每次都需要使用高转速的加工。</p>
<p> 所有这些努力的付出换来的最重要的结果是总结出了模具加工的更为有效的工艺。D&M公司在对淬硬钢的高速加工过程中使用轻刀作为结束动作，从而有效地形成最终面，并良好地生成复杂细节。相应地，手工精磨该动作，则因为耗时太长以及大量人力投入，被很大程度地减少。而曾经一度被用来加工结束动作的EDM，如今被深入关注。EDM现在被用来加工铣削无法完成的细节部分。</p>
<p> 然而，对于此项高速加工的投资还有一个重要收获，尽管这个收获的全部意义仍然未被定性。模具车间获取的经验被证明可以运用到另一种完全不同的加工过程之中。具有了这种加工能力，该模具车间发现了另一个完全没有预料到的发展机遇。</p>
<p> 保护刀具</p>
<p> D&M公司的高速加工中心购自Roeders of America公司(位于纽约的奥兰治堡)。D&M公司的CAD/CAM程序设计师Mike Baker，也是该模具车间最早使用加工中心的人员之一，在谈到加工中心的采购情况时说，公司本打算从其他公司购买加工中心，但是由于Roeders公司销售人员的坚持，终于选择了现在的设备。由于具备更高的转速，该设备保证了更高的加工速度。而且，更重要的是，该加工中心似乎是为高速铣加工模具而专门设计的。</p>
<p> 该机床的另一个重要特征，也是对于模具车间非常重要的一个特征，就是其非接触式刀具的装置。刀具沿着激光标明的路径进刀，同时自身高速旋转。刀具的偏心测量系统不仅能精确地计算出细小的偏移值，也能计算出高速旋转使刀具和主轴产生的偏移值。</p>
<p> “保护刀具”的宗旨概括了Baker先生关于高速加工的主要经验。在购买该加工中心时，D&M公司一并采购了用于该机床的热套配合系统。该热套配合刀架可以刚性，低偏转地夹紧刀具。Baker先生强调必须非常仔细地编程，以防止刀具在工作中停顿。</p>
<p> “千万别让刀具停下来，”他如此建议。刀具一停顿，就会产生摩擦。在高转速底下，刀具摩擦即意味着磨损。因此，他总是使用思美创(Cimatron)的CAD/CAM软件最优化刀具路径，防止刀具在运动过程中产生的任何变慢或停顿的现象。</p>
<p> 采用了刀具保护措施的结果之一就是公司比预期减少了对刀具的投资。</p>
<p> Baker先生称：“刚买来加工中心的时候，每个人都拿来刀具测试其热套刀具系统-都说那是很贵的东西”。但是，最终还是肯定了机床和热套刀具系统的确提供了非常稳定的加工能力。非接触式刀具系统解决了刀具与刀具之间因为偏转、离心力和不匹配产生的变化现象。Baker先生在编程中对此也特别小心。综合考虑了所有这些因素，刀具的经济性问题得到了很好的解决。从长远讲，很贵的东西其实并不贵。</p>
<p> 仿照模具加工</p>
<p> D&M公司副总裁Bill Maddox先生称：“加工的精确度是真正让我们惊叹之处。”在购入该高速加工中心之前，车间最快的加工中心速度为每分钟10,000转。如今，高速铣削一如既往地保证三维尺寸的准确和表面公差的合格，但是，能在比过去高的多的走刀速度下保证同样的加工质量就不容易了。当车间开始掌握在高走刀速度下进行轻铣，就标志着公司已经能既快又好地生产复杂部件。</p>
<p> 那么简易件怎么加工呢？</p>
<p> D&M公司位于的母公司Specialty制造公司有很多医疗行业的客户。其中一家客户急于解决其最新研发的外科手术仪器的试生产加工工作。尽管并非模具制造工作，D&M公司仍然接下了任务。但是，怎样使用高速加工中心既快又省地完成此项任务呢？</p>
<p> 答案就是将此项生产加工任务转化为模具制造-至少看起来如此。</p>
<p> 更确切地说，答案就是通过长路径铣削，将一批零部件转变成一个简单而复杂的部件进行加工处理。</p>
<p> 每个零件本身的几何形状也许都很简单，但是把10个甚至更多部件放在一块大部件之内，就可以充分发挥高速加工中心的能力，即在快速走刀的情况下，精确地铣削出复杂的形状。不同的只是，这个优势被运用到一批零件上面，而不仅仅是一个芯或者一个洞。车间加工的任务主要是铝零件，可以使走刀速度达到750ipm。这种循环加工的最后一步，是通过细小的末端铣，将每个部件从整体的大块中分离开。</p>
<p> 下一个学习阶段</p>
<p> 该模具车间迄今为止已经为三个客户提供过类似的加工服务，但是学习的过程仍在继续。这次，学习的并非技术，而是相关的商业领域。这是因为车间常常不清楚自己的工作和另外一些专业车间相比，如何才能更吸引市场。尽管如此，车间还是日益认识到通过自己的高速加工中心和累积的使用的经验，可以为小批量的紧急任务提供高效加工。</p>
<p> 有趣的是，D&M公司，如同美国其他模具制造公司一样，仍然在与国外具有廉价劳动力优势的模具制造厂商苦苦竞争。但是现在，通过对新转机的开创，模具公司反而可以为海外的紧急任务提供生产加工。</p>
<p> 模具热处理技术</p>
<p> 模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程，对模具的制造精度、模具的强度、模具的工作寿命、模具的制造成本等有着直接的影响。20世纪80年代以来，国际模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术、模具的表面强化技术和模具材料的预硬化技术。</p>
<p> 模具的真空热处理技术</p>
<p> 真空热处理技术是近些年发展起来的一种新型的热处理技术，它所具备的特点，正是模具制造中所迫切需要的，比如防止加热氧化和不脱碳、真空脱气或除气，消除氢脆，从而提高材料(零件)的塑性、韧性和疲劳强度。真空加热缓慢、零件内外温差较小等因素，决定了真空热处理工艺造成的零件变形小等。</p>
<p> 模具真空热处理中主要应用的是真空油冷淬火、真空气冷淬火和真空回火。为保持工件(如模具)真空加热的优良特性，冷却剂和冷却工艺的选择及制定非常重要，模具淬火过程主要采用油冷和气冷。对于热处理后不再进行机械加工的模具工作面，淬火后尽可能采用真空回火，特别是真空淬火的工件(模具)，它可以提高与表面质量相关的机械性能，如疲劳性能、表面光亮度、耐腐蚀性等。</p>
<p> 模具的表面处理技术</p>
<p> 模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧性的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。模具的表面处理技术，是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术，改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的系统工程。目前在模具制造中应用较多的主要是渗氮、渗碳和硬化膜沉积。</p>
<p> 由于渗氮技术可形成优良性能的表面，并且渗氮工艺与模具钢的淬火工艺有良好的协调性，同时渗氮温度低，渗氮后不需激烈冷却，模具的变形极小，因此模具的表面强化是采用渗氮技术较早，也是应用最广泛的。</p>
<p> 模具材料的预硬化技术</p>
<p> 自上个世纪70年代开始，国际上就提出预硬化的想法，但由于加工机床刚度和切削刀具的制约，预硬化的硬度无法达到模具的使用硬度，所以预硬化技术的研发投入不大。随着加工机床和切削刀具性能的提高，模具材料的预硬化技术开发速度加快，到上个世纪80年代，国际上工业发达国家在塑料模用材上使用预硬化模块的比例已达到30%(目前在60%以上)。<A href="http://www.mechnet.com.cn" >【MechNet】</a></p>
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