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成都市精密模具制造公用服务平台的建设 |
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作者：成都敏捷制造技术有限公司 黄海基 |
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目前，成都市模具行业及相关企业有近1000余家。 然而随着工业产品向多样化发展，精密模具的开发周期和生产周期变得越来越短，单个企业满足市场的快速反应变得越来越困难。精密模具企业对公用共性技术的需求迫在眉睫。精密模具制造公用服务平台用专业的高新技术，加强企业间的相互协作，降低企业产品成本，树立市场品牌，在成本和生产周期等方面大大提高了企业的竞争力。
精密模具制造公用服务平台建成后，实行全面开放、建立面向省内模具企业的技术服务体系，将提高精密模具的加工精度，缩短精密模具的生产周期，延长精密模具的使用寿命，加快了新产品换代速度。
建设好开放式精密模具制造公用共性技术平台，将满足精密模具产业公用共性技术发展的需求，促进精密模具产业链的完善和专业化发展。以精密模具加工技术共性技术服务为主体，并定位于：模具制造企业、使用企业以及精密机械行业，根据模具产业链中本地企业的需要，开展技术的研究、推广工作，将会给更多的企业带来共性技术服务。
在广泛调研的基础上，成都敏捷制造技术有限公司确定了①激光焊接模具修复技术、②模具及精密零件PVD表面强化处理技术、③3R模具工艺基准定位系统技术、④模具型面精整加工技术、⑤激光快速成形（RP）技术、⑥“三维柔性焊接夹具”六项工艺技术为公共技术服务平台的项目。其中一期建设包括前四项，第五、六项为二期计划。
激光焊接模具修复技术
激光加工是一门21世纪发展极快的制造新技术，各国政府和工业部门都非常重视激光器和激光加工技术设备的发展。中国政府一直将激光作为“先进制造技术”列为国家重点发展项目，随着中国经济快速发展和国内“全球制造基地”规模的迅速扩大，中国也将迅速成为全球激光器和激光加工设备应用的重要市场。激光制造应用技术已经形成了激光焊接、激光表面处理、激光切割、激光打孔、激光合金化、激光熔覆、激光快速原型制造、金属零件激光直接成型、激光刻槽、激光标记、激光掺杂和激光微制造等十几种应用工艺。随着激光加工技术的发展，目前激光焊接已被广泛应用于手机、数码、电子等模具的修补。可焊接各种模具钢、铍铜、紫铜和高硬合金材料，并且可以焊接修复抛光、镜面、表面皮纹及热处理的模具，激光焊接是大型工艺装备和模具制造产业链中重要的一环，弥补了传统氩弧焊和冷焊的不足之处。激光焊补的优点有：1、无须预热处理；2、热影响区小；3、无变形和塌陷；4、无气孔和沙眼；5、焊点直径至0.1～2.0mm；6、适用于所有大小的模具；7、后续加工要求简单而容易；8、焊接后直接进行磨削、抛光加工及皮纹处理；9、准确而且可焊接小而精细的零件；10、无基材结构变形的影响，以及焊接后强度减小和龟裂现象；11、使用方便快捷，可直接在工件上焊接和现场的机器上进行修理工作，所以不用对工件或修理部分做昂贵的分离工作。已建成的公共技术服务平台引进德国激光焊接机，用于电子类模具和汽车类大型模具修补，延长模具使用寿命, 完善模具产业链的空白环节。
激光加工模具修复技术在欧洲一些工业大国得到了广泛的应用，提高了模具的使用寿命和生产效率，取得了良好的经济效益。目前我国模具制造产业领域采用激光加工系统对传统工业进行技术改造和提升的需求空间巨大。我国沿海工业发达地区已有200多家激光加工（服务）中心，其中激光热处理占50%，激光切削占30%，激光加工模具修补、焊接、刻标占20%。
模具及精密零件PVD表面强化处理技术
近年来，PVD镀膜技术在模具的工作表面强化处理中的应用越来越多，其突出的优点是可有效提高模具使用寿命，同时镀膜温度低，在250℃～500℃左右，可减少工件型面的变形。PVD表面涂层处理技术在成都地区尚属空缺，成都敏捷引进瑞士PLATIT公司先进的涂层设备及技术，用于精密零件及模具表面处理，提高模具型面硬度、耐磨性、抗热性、抗腐蚀性等，可使零件及模具使用寿命提高3-5倍，大大提高了模具材料的利用率。该技术目前已在省内外企业获得应用和认同，涉及的模具包括冷冲模、塑料模、热锻模、挤压模等，涉及的零件有各种易磨损的部件。例如录音机磁头外壳拉伸模，对其材料为YG20硬质合金的模具工作零件进行PVD涂覆TiN处理，寿命从原来的13万次提高到45万次以上。物理气相沉积技术是通过加热或离子轰击（喷射）使坚固的高纯度涂层材料（金属，如钛、铬和铝）蒸发。同时，加入反应气体（例如氮或含碳气体），这些气体与金属蒸气反应生成化合物，然后沉积在工具或模具上形成薄而高度粘附的涂层。我公司联合四川西华大学探索该技术各个涂覆层如TiN、TiAlN、TiCN-MP、TiCN、 TiAlCN、GRADVIC 、ZrN、CrN、CROMVIC 、AlTiN、DLC(类金刚石涂层)等材料对模具型面的硬度、耐磨性、抗热性、抗腐蚀性、自润滑性等的影响，研究开发综合性能更好的复合涂层和纳米涂层。
PVD复合涂层性能优良，具有不可轻视的应用潜力。国内PVD技术在模具产业的应用与推广才处于起步阶段，主要以单层TiN系涂层为主。手机行业已将模具的涂层写入标准条件中，目前国内只有少数大型企业获得初步应用，模具包括冷冲模、塑料模、热锻模、挤压模等多类模具，使用寿命平均提高3-5倍以上。成都地区大部分模具企业的产品都是进行了常规的表面处理，其硬度、耐热性、抗腐蚀性等性能远不及有PVD复合涂层的模具，但这项技术不是一家企业能吃下的，正是精密机械行业和模具产业的共同需求，它对提升成都地区模具产业的品质是事关重要的。
3R模具工艺基准定位系统技术
随着现代工业的不断发展进步，生产厂商面临着客户不断提出的新的需求：更短的供货周期，更小的生产批量，更高的精度要求和更低的生产成本。传统制造业解决此矛盾往往采取的方式是：购买更多更高精度的机床，延长工人劳动时间等等，但是仍然存在下列的共性问题无法解决：零件精度差—— 寿命短、质量差；工装数量大、周期长——效率低、浪费大；同批量产品一致性差——无互换性；设备实动率低而且忙闲不均——无柔性。究其原因，主要是因为工件必须找正后才能开始加工，浪费了大量的宝贵时间；工件加工过程中的人为误差无法消除，直接影响工件的整体精度；机床和工件之间没有统一的工艺定位基准，不能够实现中断加工。针对传统制造业存在的此共性问题，从零件加工工艺路线入手，进行工艺分析，从工艺上对零件加工存在的矛盾进行解决，引进瑞典“System 3R工艺基准定位系统”技术，3R工艺基准定位系统的概念，是在所有机床上建立统一的标准的基准系统，使每个工件或电极在每道工序的机床上实现“一分钟换装！”，并且达到微米级的定位精度。这样通过3R基准接口，将所有加工机床连成敏捷制造柔性生产线，这是一种被世界上8万多个制造企业接受的生产策略，也是一种“整体解决方案”。从而实现在任何工序中，无论换装多少次，无论什么人操作，工件的定位精度始终保持±1祄，也就是说通过3R工艺基准定位系统，将企业常用的数控、数显机床，包括立式/卧式加工中心、车床、座标镗床、座标磨床、电火花机床、线切割机床、三座标测量机等连接成统一的基准平台，将这些设备集成为一个柔性的制造系统，保证了模具和零件的成功制造。
3R工艺基准定位系统技术目前已被德国、日本和美国等工业大国广泛采用，并且取得了显著的经济效益。解决了制造业在加工过程中高效率、高精度、高柔性的工艺传递问题，促使该技术90年代在全球迅速发展，并在世界制造业500强中广泛采用，也成为当前世界先进制造技术中广泛需要的共性技术。3R工艺基准定位系统解决了模具及精密零件制造在加工过程中的工艺传递问题，是当前世界先进制造技术中所广泛应用的公用共性技术。3R系统有适用于模具行业小型零件加工的Macro、Refix等系统，还有适用于装备行业的Delphin&Delphin Big大型工件定位系统，最大工件承重量可达10吨，零件加工均可实现托盘化作业，通过机外预装，减少工件安装找正时间达90%以上，实现设备有效生产时间的最大化，增强了机床的加工柔性，提高机床实动率。工件夹紧及松开均通过液压或气动完成，换装快捷（仅数秒钟完成），减轻劳动强度，易于实现自动化；系统夹紧力13000/15000N，满足工件正常切削加工和强力切削加工的需要。
3R工艺基准定位系统技术在国内以每年20%～25%的速度在递增，在珠三角和长三角已有300余百家企业采用了该技术，成都敏捷公司从1998年开始引进吸收研究3R工艺基准定位系统技术，同时在四川地区推广该技术，同时以公共技术服务平台为基准，开展3R定位系统的租赁服务，为进一步达到设备资源，区域共享作好基础工作。
模具型面精整加工技术
模具制造的成品质量与模具制造精度密切相关，特别是与模具型腔面的精度和表面粗糙度有着密切关系。如果模具型腔面与制件间的摩擦系数小，不仅模具磨损小，而且模具的使用寿命也相应提高，同时可提高制品的光泽和尺寸精度。特别对塑料模具来说，塑料制品表面粗糙度除了在成形工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点外，主要是模具型腔表面粗糙度来决定。光滑的型腔面使塑料成品容易脱模，而且不会产生粘结现象。模具的型腔面精度和表面粗糙度与模具的制造精度密切相关。模具的制造主要由电加工技术完成，而电加工技术的精度则取决于电极的精度。所以，电极制造的精度直接影响着模具的产品质量。目前，国内模具加工的制造精度和表面粗糙度，与国外模具产品水平仍有很大差距，一般模具型腔面经机械加工或电火花加工后，往往留下了刀痕和电火花的“白亮层”，而且在模具使用过程中，由于模具型腔面的磨损加大了表面粗糙度。为了提高模具型腔的表面质量和表面组织的完整性，必须采用精整加工的方法加以解决。成都模具工程技术中心选用瑞典的阻尼振动VDP托盘技术（对于一个精度只能达到Ra1.8的机床，用VDP来夹装工件，在同等切削条件下，工件粗糙度立刻可达到Ra0.5，从而延长模具的使用寿命。）和磨料流加工技术以及高速铣削为手段，为电子模具制造企业承担电极的加工，从而提高电极制造的度，同时与第三项技术相结合，最终达到提高模具型腔面精度和粗糙度的目的。 
图1 无阻尼装置加工效果图 图2 有阻尼装置加工效果图
图1、图２展示了在相同机床、相同材料和相同工艺参数条件下切削加工后零件的表面质量。图１显示：工件安装在普通的托盘上，切削加工后的表面可视明显刀痕，表面质量差，几何尺寸精度低。图２显示：工件安装在配有阻尼系统的托盘上，切削加工后的表面质量和尺寸精度均为良好。实践证明，切削系统中，考虑工件安装系统的动态稳定性是十分必要的，可以完美的解决电极型面的加工。
总结
公共技术服务平台是一项新生事物，是现代制造中不可缺少的“中场产业”，公共技术服务平台的定位是：1、模具制造企业；2、模具使用企业；3、精密机械行业。它将建设成现代生产型服务业，成为一个没有硬件产品而致力于高新工艺技术的高新技术企业。 (end)
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(8/14/2008) |
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