发展中的模具加工工艺 - 文章

发展中的模具加工工艺

作者：Mark Albert 来源：MM《现代制造》

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在金属加工行业中，很少有几个部门能像模具制造企业那样具有活力，因此对任何模具加工车间而言，为了保持其领先的地位，需要横向扫描新出现的技术和创新的概念。这里给大家介绍一些新的发展动态，这或许会对模具加工行业创造新的机遇或起到抛砖引玉的作用。

并行加工

概念：采用一台多功能机床，在单一工件的左右面上，以并列的方式加工模具的型芯和型腔。

背景：在IMTS 2004国际机床博览会上，Mazak公司（在肯塔基州的Florence市）在其e系列Integrex加工中心上演示了这一新的概念。该机床利用其倾斜式铣削主轴（B轴）的灵活性及其相对立的车削主轴（C轴）在长方形工件的四面和背面上铣削加工冷却孔。在加工型芯和型腔细节的时候，该工件仍然是一个独立的整体零件。如果对车削主轴的旋转与倾斜式铣削主轴的关系能很好地协调处理，就可以使刀具获得最佳切削方向，从而提高工件的表面光洁度，并延长刀刃的使用寿命。而且有利于工件的翻转，以便定期清理切屑。

然后将型芯和型腔两部分分离，使每一个部分在其对立的车削主轴中保持夹紧的状态。同时，将两个新的剖分面进行端面铣削加工，并在一次装卡调试过程中，完成模具两半部分的冷却孔钻削加工任务。

与传统的加工工艺相比，采用这种加工方法大大减少了工件的装卡次数和操作程序。同时，模具的加工精度可以进一步提高，因为模具的两半始终保持着完美的方向定位，直到相互分离。

技术应用：在这一应用领域中，旋转轴的定位精度是非常关键的。在该多功能机床的铣削主轴中，采用滚子凸轮，其分辨率精度为0.0001°。车削主轴和副轴的分度精度也为0.0001°。按照机床制造商的标准，转速为12000 r/min的铣削主轴，其振动精度为1.5μm（0.00006 in）。其极低的主轴振动，保证了小直径刀具在高速运转应用时的加工精度。

并联加工

概念：大型模具零件在小型加工中心上分成几部分加工。然后将加工以后的各部分零件组装到一个整体型芯或型腔。在某些情况下，将各部分零件设计成插接件的形式，然后将它们安装到模具基座的隐窝内。

背景：大型模具的零件经肢解分离以后，其每一个部分都可在小型的加工中心上加工，而且优于将其放到带有延伸式床身的大型立式机床上加工。一般来说，采用小型卧式加工中心比较理想，因为其在清除切屑和产能方面具有很大的优势，当然采用小型立式机床也是可行的。

因为它们的工作范围相对较小，而小型机床的容积精度相对较高。由于其移动轴的质量较轻，因此小型机床在加工过程中，可以获得较高的加速度和减速度（acc/dec）。较高的acc/dec速度可大大节约机床的整体加工时间—由于其较高的acc/dec速度，如果需要20h的加工，一般可以在15h内完成。在小型机床上，刀具的更换问题也比较容易解决。例如，在大部分情况下，只要使用一把精加工刀具，就可以完成模具一个零件的加工，而且也不需要更换刀刃。

而最重要的是，两台或三台小型机床同时运行甚至可以超过一台大型机床的工作量。例如，需要20h加工的工件，可以在两台小型机床上花费7.5h的时间完成加工（将其除以工作时间，就可得出acc/dec速度系数）。一组小型机床要比一台大型机床更能灵活地制定工作进度计划。由于大型模具可以分成几个部分来进行设计，这有利于模具分成多个零件进行加工生产。这样，即使只有小型机床的模具加工车间也可以承担其原先没有能力加工的工件。

而且，小型机床的投资较低。一个模具加工车间必须将两台或更多小型机床的成本，再结合小型机床的整体综合能力，然后与一台大型加工中心的成本进行比较。

最后，一副按并联加工设计的模具也许有更多的机会进一步提高其维护和更新水平。例如，可以将模具中比较容易磨损的部分单独设计。这样，当模具进行维修或翻新时，可先更换这一部分，从而使工厂的停产时间降低到最低限度。

技术应用：小型机床必定具有极高的容积精度，因此，其生产的模具各部分零件精度也非常之高，实际上，零件组装面之间达到了没有缝隙的水平。

模具的型芯和型腔通过一个单体、实心的工件加工而成。
这些模具零件四个面上的冷却孔加工可在同一次装卡调试中完成

5轴深孔钻

概念：在复合角度钻削水平线的能力可以使大型模具的冷却性能得到进一步提高。采用5轴深孔钻床可以非常经济地达到这一目标，而且也不需要对工件进行多次复杂的装卡调试。

背景：生产汽车前保险杠、仪表控制板和其他塑料件所使用的这类模具需要依靠快速有效的冷却，以缩短其工作周期，达到竞争水平。

当带有固定式工作台和固定式主轴的深孔钻床成为惯例时，模具设计人员可以有两种选用方式来提高大型模具的冷却速度。一种方式是在模具块之中，添加更直接的水平线；另一种方式是以复合角度钻削水平线，并使这些水平线接近型腔的表面。如采用第一种方式，可能会大大增加深孔钻加工操作的时间。如采用第二种方式，钻孔加工所需的时间不会太长，但会大大增加工件调试装卡所需的时间，因为对于模具零件每一个所需的角度，需要采用手工定位。每一操作步骤所需的调试时间往往要比钻削加工的时间长得多。

总之，这两种方式都不尽如人意，尤其是对于价格较低的模具而言，这两种方法更不能满足客户的要求。

在展示时，可将机床的防护罩卸除，这样就可以很清楚地看
到5轴深孔钻床在复合角度上钻削加工冷却孔的详细情况

事实证明，最好的答案是采用5轴深孔钻床。采用这类机床可以加工钻削深孔，其角度并不是与机床的轴平行的，而且也不需要采用特殊的夹具。这种加工能力大大减少了完成一个模具加工所需的多次装卡调试的次数。如果在带有固定式工作台和固定式主轴的深孔钻床上加工，生产汽车仪表板使用的模具型腔模块需要装卡调试60次，才能完成复合角度的水线钻削加工。但是开发人员声称，采用5轴深孔钻床，完成同样的工作只需要三或四次的调试装卡。

技术应用：Ixion Auerbach IA TLF-1300.5型5轴深孔钻床引起了人们极大的关注。该机床装有可编程旋转工作台和CNC数控主轴头，在标准以下可回转25°，在标准以上可回转15°。这一机床既可配置普通的深孔钻头也可配置STS（单管系统）式钻头或两者得兼。当采用直径1 in的钻头钻孔时，后者的钻孔速度可高达9 in/min。按照北美Ixion Auerbach Inc. 公司（在纽约州的Monroe地区）总裁Barry Speller先生的说法，该机床的工艺控制系统可以用图像的方式显示油压、油流量、进给力和扭矩等实时数据。这意味着对于钻削加工可以以最佳的钻削速度进行监控，以减少钻头断裂的风险。该机床的刚性设计使其能够进行高速铣削、钻削和攻丝等操作，而且还配有一个可供选用的刀具更换装置。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/8/2007)


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