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高速铣削--锻模加工新策略 |
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作者：Bill Dundas |
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从本质上来说，生产操作是影响生产战略发生根本变革的阻力。因此，在重新调整大批量生产的工艺时，错误的计算结果往往会给管理人员造成十分重大的影响，使他们感觉好像爬上了高大的、摇摇欲坠的树枝上，处于这一场景中，当他们的目光注视地下时，就会意识到他们正在没有安全保护网的条件下工作。
TRW Automotive汽车公司（位于加拿大安大略省St. Catharines地区）的转向和悬挂系统部工具车间经理们，在开始调研锻模的加工替代方法时，就面临这一类型的挑战。这项调研结果表明，要开发一项高速加工工艺，最高投资总计为400万美元。该公司之所以开始向这一方向过渡，他们觉得这一技术比较新颖，然而，可供选择的适当加工机床却十分有限。今天，能支持这一工作的现有网络也相当缺乏。正因为这一原因，该公司的经理们都觉得有责任在开发这一技术的能力方面，开辟他们自己的道路。
TRW Automotive汽车公司的锻模生产从EDM加工工艺转换到高速铣削加工工艺后，其工具车间为公司提供生产服务的能力大大提高
TRW Automotive汽车公司是世界第八大汽车供货商，生产一系列原始设备和市场售后服务用的产品，其中包括制动系统、底盘零件、转向系统、固有的安全系统、发动机元件及工程标准紧固件。该公司在北美有25000名雇员，2002年的销售总额为106亿美元。位于Catharines的工厂约有雇员800人，其锻造工段每天三班作业，每班工作8 h。
改变工具车间生产工艺的推动力来自于工厂内部，因为锻造加工作业的需求不断增加。公司需要更换现有成熟的生产工艺，因为其灵活性不够，无法满足上述工作节奏。现有的工艺包括创建所有锻件的样板模型、复制这些样板的电极以及通过EDM放电加工机床的模腔加工。这一工艺共需12台滑枕式EDM放电加工机床、5台复制机、1台研磨机和相当数量的操作工。
TRW公司工具车间加工的大部分模具用于生产汽车的悬挂臂、上控制臂和球关节组件。由感应加热锻造件进行加工的连续生产中，这些压模暴露于很高的温度之中。模具由硬度为45 HRC的H13号钢锻造加工而成。该公司的锻造厂同时采用立式压力机和卧式（墩锻）压力机。
为了寻找一种更加有效的加工工艺，该公司安排了一项示范操作，将锻模在高速铣床上铣削加工，以代替EDM机床的加工工艺。示范结果说服了经理们，公司可以采用高速机床加工从本质上可提高模具生产工艺的流水线作业水平。CNC数控编程员Robert Chausse先生说：“毫无疑问，这一示范证明，采用这一加工工艺可以大大增加机床的进给速度和提高我们的生产能力。”但是要说服工具车间的雇员们接受这一全新的加工战略，需要一个相当长的、循序渐进的过程。从公司第一台机床投入运行的时候开始，一般需要花费一年左右的时间，才能让工具车间投入全面的生产。
达到预期目的
对于TRW Automotive汽车公司而言，将工艺改变成高速加工生产，涉及到改变模具制造厂有关机床生产能力的基本观念。采用新型高速切削机床，能以更高速度更有效地切削金属，但最初，公司的一些老机械师们很难接受这一表面的价值观。而且，在只具有普通切削刀具经验的模具制作者面前，要选用适合于高速加工的速度参数和进给参数似乎也相当困难。在安装四台HMC高速金属切削机床中的第一台机床后不久，公司碰到了一些障碍，以至增加了以下这些疑虑。
首先是因为在那个时候还没有一个从本质上可以遵循的加工历史纪录，TRW Automotive汽车公司需要对各种加工参数进行试验，然后才能决定其生产工艺的最佳条件。Chausse先生说：“在开始试验的时候，我们损坏了几根主轴，因为我们原先以为机床可以比其实际所证实的情况能更有效的运行工作。”
在初期碰到的第二个障碍是：可供高速机床加工选用的刀具十分有限。工具车间的调度员Norm Macleod先生说：“当时只有很少几家供货商可以提供这类刀具，而且刀具的价格昂贵。由于我们在开始几个月里采用的加工工艺还不够完善，我们当初购置的一些刀具，后来发现没有什么用处。”
这一工艺主要涉及到如何决定切削刀具的直径和大小，以最大程度地满足公司加工的需要。当高速加工工艺得到进一步完善以后，TRW Automotive汽车公司工具车间的经理们发现其所需的刀具尺寸范围并不象原先预期的那么大。不久以后，情况就一目了然了，1/4 in和1/2 in直径的刀具使用量最大，工具车间中的大部分工作都需要这类刀具。
公司还需要确定一种新的CAD/CAM系统，以适应高速加工的需求。Chausse先生说：“我们那时候使用的软件无法使原材料的粗加工生成刀具轨迹。我们的软件也无法生成凸进操作的Z轴刀具轨迹。”
因此，原先的软件供应商在开发新版本的合适软件前2年内，公司需要找到一种替代系统，并需学会如何进行操作。在过渡阶段，这代表了另一种路障。然而，TRW Automotive汽车公司工具制造商学会了高速机床、软件和控制器的操作方法，他们还将新的材料处理系统与刀具管理系统结合起来，共同支持这一新的工艺。例如，车间安装了托盘系统，以用于传送其HMC电池之间的模具，而在过去的实践中，车间内的人员采用人工方式一个一个地装卸EDM机床上的加工工件。
用于锻造汽车悬挂零件的压印模具，由淬硬的钢块加工制成，可以承受连续锻造作业中的高温和磨损
将大量所需完成的任完交给高速加工机床以后，TRW Automotive汽车公司的价码大大提高。Chausse先生说：“我们一旦作出决策，决不允许失败。”由于得到管理、信息服务、工程设计以及工具制造商团队的大力支持，公司创建了一个有效的、功能交叉的团组来开发其新的生产工艺。由于该公司已上升到高速加工的阶段，因此它将继续面临满足现有生产需求的挑战。正是由于这一原因，公司在单一零件的模具生产中，创立了它的高速加工工艺，然后将其逐步推广到整个工具生产线中。
获得应有的回报
在成功地过渡时期后，该公司在提高生产率方面已经获得了明显的进步。依靠体力劳动而创建的样板和电极现已成为一种历史的回忆，工具车间整个模具生产所需的加工工艺时间已经降低了50%。制造工具所需的加工步骤已经从9步降低到6步，劳动率大大提高。Macleod先生说：“与以前古老的办法相比较，今天，我们可以相当少的人力生产更多的模具。”
所取得的这些成绩大大扩大了公司在生产计划和客户服务中可选用的方案。现在，由于完成和翻新模具的周期缩短，因此可以使工具车间更迅速地适应变化，以满足生产的需求。工具生产交货时间的缩短使工具车间能够采用JIT生产计划，处理好与公司锻造部门的关系。采用过去的EDM加工工艺不可能体现出这类灵活性。而且，工具车间也能够更迅速地适应零件设计的发展。
对于大型或小型金属加工企业而言，TRW Automotive汽车公司的工艺过渡体现出了新技术调研和早期采用新工艺的重要性。为满足生产需求，公司的经理们深知，他们不能一直等待下去，直到他们的锻造工作面临严重的拦路虎。因此，不管会遇到什么样的风险和不确定因素，公司已经为满足这些需要而做好准备，他们必须提前几年采用这一技术。
当公司的人员获知更多关于高速加工技术的方法及其要求时，他们最初的疑问已被他们的高度热情和新工艺的效率所代替。尽管今天的生产厂在采用这一工艺时，仍然必须经历一段相当时间的边试边改的阶段，但是手段进一步改进，这一切缩短了整个学习曲线，减少了初始成本。
高速HMC机床的工具车间电池由托盘系统提供服务，而托盘系统则能在加工工艺中有效地传送庞大的工件
在这一脉络中，适于今日高速切削加工工艺的刀具价格，只占早期采用这一技术所支付费用的一小部分。例如，与今天的价格相比，TRW Automotive汽车公司在开始使用高速加工工艺时，为某些刀具所支付的费用超过8倍以上。此外，公司自开始向新技术过渡以来，在指导高速切削刀具的各种应用方面，已经获得了更加丰富的经验。
TRW Automotive汽车公司的成功，显示了其目的一致性和组织的灵活性，它们代表了生产企业的特点，表明它们能成功地适应和符合全球竞技场的需要。然而，就在金属加工专业人员认识到新技术的优点前，必然会在思想上和组织上发生某些基本转变。在这一过程中，至关重要的是团队的成员并没有因此感觉到这些变化会带来威胁，而是觉得为提高他们的整体生产系统带来了机会。因此，对于经理们而言，通过这些变化，其满怀信心地指导企业应对挑战远远胜过迎接掌握这一新技术本身的挑战。
MM《现代制造》杂志(end)
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(投稿)
(9/10/2006) |
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