新的機(jī)床和模具加工方法使傳統(tǒng)加工黯然失色
發(fā)布日期:2012-08-29 蘭生客服中心 瀏覽:3080
Eclipse Mold模具公司為高端加工中心進(jìn)行有效的零公差加工樹(shù)立了一個(gè)良好的榜樣。
對(duì)于模具制造商來(lái)說(shuō),都強(qiáng)烈希望模具的切削加工能夠達(dá)到無(wú)余量的零公差切削水平,而Eclipse Mold模具公司就恰恰證明了這一事實(shí)。該公司有一個(gè)模具加工車間,每年大約能生產(chǎn)140套左右的模具,其中還包括相當(dāng)數(shù)量的模具維修服務(wù),但這一業(yè)務(wù)只占其總工作量的約40%。該公司其他60%的收益來(lái)自于它的3個(gè)注塑模工廠,這些廠房坐落在底特律的郊區(qū)。事實(shí)上,該公司的廠房?jī)?nèi)共有42臺(tái)注塑機(jī),其工作壓力范圍從22~750t不等。
這一汽車模具的型芯表面經(jīng)過(guò)精加工以后,不留任何余量。除了采用很輕的介質(zhì)進(jìn)行拋光以外,
實(shí)際上模具不需要手工拋光。圖中可以看到型腔的側(cè)面,在其閉合面上可以看到其酷似經(jīng)過(guò)加工的表面質(zhì)量
在Eclipse Mold模具公司這些注塑壓力機(jī)上使用的模具都由該公司Clinton Township總部的總廠生產(chǎn)制造,該工廠位于底特律的西北方向,離市區(qū)約20英里。從某種程度而言,該公司對(duì)所有這些模具的加工生產(chǎn)幾乎都采用了零公差切削加工工藝。該公司的副總裁兼總經(jīng)理Steve Craprotta先生說(shuō):“采用無(wú)公差切削加工的模具運(yùn)行更快速、使用壽命較長(zhǎng)、維修費(fèi)用低廉,其模壓成型的零件質(zhì)量和清潔度良好。我們每天依靠這些成果為生,因此我們深知這些加工方法的珍貴意義。”
對(duì)于Cra-protta先生的說(shuō)法,他的顧客也深表同意。Eclipse模具公司每年生產(chǎn)的模具,只有15%應(yīng)用于該公司自己的工廠內(nèi),其余的模具發(fā)運(yùn)到大型的Tier 1汽車供貨商使用,其中包括許多大家所熟悉的美國(guó)和日本汽車制造廠。Craprotta先生毫不夸張地說(shuō):“我們所有的客戶都認(rèn)為我們公司的模具車間是最優(yōu)秀的。”他之所以強(qiáng)調(diào)這一觀點(diǎn),其主要原因是要讓人們確信:如果想要使一個(gè)加工車間在市場(chǎng)中保持其競(jìng)爭(zhēng)的地位,達(dá)到零公差加工的水平是其不可缺少的一個(gè)部分。
1976年,Steve先生的父親—Fred Craprotta先生創(chuàng)建了Eclipse模具公司,到目前為止,其父親還在積極地領(lǐng)導(dǎo)和管理著這一公司。公司曾經(jīng)擴(kuò)建過(guò)好幾次,1989年,公司才搬遷到現(xiàn)在的這個(gè)總部所在地。該公司三個(gè)工廠的雇員人數(shù)加在一起有150人。
Eclipse模具公司專門(mén)從事二次注塑模的模具生產(chǎn)。這類模具一般由一個(gè)型芯或型腔組成,但必須與其他兩個(gè)半拉模具或旋轉(zhuǎn)180°的側(cè)模配合,以適應(yīng)模具的第二次注塑。Craprotta先生解釋說(shuō):“如果這些模具采用普通的工藝加工,然后再采用手工拋光和逐點(diǎn)打磨作業(yè),那勢(shì)必會(huì)花費(fèi)我們的許多寶貴時(shí)間,即難以滿足交貨時(shí)間要求也無(wú)法滿足我們自己的生產(chǎn)進(jìn)度要求。”如果能夠?qū)⒛>叩拈]合面加工到零公差尺寸(在許多情況下,甚至加工到負(fù)余量的程度),就可以大大節(jié)約模具的逐點(diǎn)打磨工時(shí)。他說(shuō),這樣當(dāng)模具的一面與另一面配合時(shí),以及當(dāng)模具旋轉(zhuǎn)或與另一半模具配合時(shí),幾乎可使其配合面達(dá)到完美無(wú)缺的程度。
Eclipse模具公司所生產(chǎn)的大部分模具都是高精密、多型腔的復(fù)雜模具,最大型的模具尺寸為40×50 in,小型模具的尺寸為8×8 in,而最通用的中型模具應(yīng)用于300~700t的注塑壓力機(jī)上。在這些模具中,大約有70%到80%的模具采用機(jī)械動(dòng)作的方式工作,例如采用滑板、提升機(jī)、伸縮式型芯及其它相類似的一些工具。
Eclipse模具公司認(rèn)為其加工中心的剛性是零公差加工中的一個(gè)關(guān)鍵因素
牧野公司的V55型立式加工中心,其主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)20000 r/min,帶有HSK接口和利用熱配合安裝的刀柄。
從插圖中可以看到在這臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行半精加工的情況
采用零公差加工工藝不僅取代了大量的模具逐點(diǎn)打磨工時(shí),同時(shí)也提高了機(jī)械零件的流水生產(chǎn)作業(yè)水平。例如,提升機(jī)可以直接落放到隱窩內(nèi),而且只需要少量的調(diào)節(jié),或者干脆不需要任何調(diào)節(jié)。
模具的零公差加工主要依賴于車間內(nèi)安裝的3臺(tái)最新式的加工中心,其中V55型和V56 型立式加工中心由牧野公司(在俄亥俄州的Mason地區(qū))提供,另一臺(tái)DMC-1500型加工中心由Johnford公司提供。所有這些機(jī)床都通過(guò)密歇根州Auburn Hills地區(qū)的經(jīng)銷商—Single Source
Craprotta先生說(shuō):“牧野公司機(jī)床的剛性和精度特別適合于我們的模具零公差加工。”而Johnford公司提供的機(jī)床,配有30×50 in的大型工作臺(tái),可滿足我們車間日益增長(zhǎng)的加工大型模具的需要。按照Craprotta先生的說(shuō)法,這一機(jī)床的零公差切削加工水平不亞于小型的立式加工中心。
硬質(zhì)材料的銑削加工
Eclipse模具公司于1992開(kāi)始與SST技術(shù)公司合作,當(dāng)時(shí)該公司從牧野公司引進(jìn)了第一臺(tái)高速銑床,用于石墨電極的加工生產(chǎn)。Craprotta先生回憶說(shuō):“我們從這一機(jī)床的加工經(jīng)驗(yàn)中,學(xué)到了有關(guān)高速加工的新概念。”當(dāng)該經(jīng)銷商開(kāi)始推銷這種用硬銑削加工模具零件的零公差加工概念時(shí),引起了Eclipse模具公司的注意。2001年,該公司通過(guò)這一經(jīng)銷商購(gòu)置了第一套加工中心,用于硬質(zhì)材料的銑削加工。
與普通的銑削工藝相比較,當(dāng)我們第一次碰到硬質(zhì)材料的銑削加工時(shí),似乎感到有一定的困難并具有一定的冒險(xiǎn)性。如果發(fā)生刀具斷裂或燒損而導(dǎo)致昂貴的模具報(bào)廢,這將成為令人難咽的苦果。每天要面臨這樣的高精度硬質(zhì)材料銑削加工的壓力,這對(duì)機(jī)床操作人員而言實(shí)在是難以想象的。他說(shuō):“壓力實(shí)在是太大了。”
Craprotta先生說(shuō):“我們公司是最早涉足這一工藝領(lǐng)域的,我們走在了其他加工車間的前面,對(duì)于向這種工藝過(guò)渡,我們留有一定的回旋余地。”最初,加工車間根據(jù)其對(duì)機(jī)床、刀具和刀具路徑的確信程度,開(kāi)始降低模具的加工余量,將其從原來(lái)的0.003 in降低到0.002 in和0.001 in。
對(duì)零公差加工的一切適當(dāng)?shù)募夹g(shù)支持力量經(jīng)過(guò)深入調(diào)研以后,證明我們的做法也是比較明智的。例如,加工車間開(kāi)始采用熱脹冷縮刀夾的平衡刀具及HSK接口,并且將CAM編程軟件升級(jí)。當(dāng)操作人員看到采用這種新的操作原理和操作程序非常舒適時(shí),并且感受到該工藝如何能夠得心應(yīng)手地工作時(shí),終于改變了他們?cè)鹊墓ぷ鲬B(tài)度。
Craprotta先生說(shuō),后來(lái),他們不但更急切地希望參與模具的零公差切削加工,而且還開(kāi)始對(duì)模具的閉合面試行負(fù)公差切削。這一態(tài)度的轉(zhuǎn)變大概經(jīng)歷了一年的時(shí)間。最后,Craprotta先生得出了這樣的結(jié)論:“在這一時(shí)期內(nèi),加工車間曾出現(xiàn)過(guò)一些緊張、不安和焦慮的情緒,這的確是一件很不容易的事情。”
他自己首先起到模范帶頭的作用,對(duì)編程人員非常信任。當(dāng)編程人員對(duì)模具閉合面編制出越來(lái)越高的加工公差精度時(shí),保證使機(jī)床操作員確信刀具的加工路徑是值得信賴的。加工車間采用PowerMill軟件,該軟件由Delcam 公司(在安大略省的Windsor地區(qū))提供,用于生成零公差切削的刀具路徑。
加工車間內(nèi)經(jīng)驗(yàn)最豐富的一位編程員John Zube先生說(shuō),編程人員與機(jī)床操作人員之間的良好聯(lián)系和交流是十分關(guān)鍵的。作為車間內(nèi)的一位編程人員,Zube先生說(shuō):“在技術(shù)過(guò)渡時(shí)期,我曾在車間內(nèi)度過(guò)了很長(zhǎng)的時(shí)間,而且現(xiàn)在還在從事這一工作。”他還補(bǔ)充說(shuō),從車間內(nèi)得到的一些評(píng)價(jià)和建議告訴他應(yīng)該做些什么工作,怎么做才可能使工作干得更加出色。“我們彼此之間需要相互學(xué)習(xí)。”
從模具制造業(yè)務(wù)部門(mén)獲得相應(yīng)的反饋意見(jiàn)也是非常重要。來(lái)自這些工作中的報(bào)告給編程人員和機(jī)床操作人員帶來(lái)了很大的幫助,有利于進(jìn)一步提高他們的工作成績(jī)。
機(jī)床的剛性、精確及高效的加工
Craprotta先生對(duì)硬質(zhì)材料銑削加工用的機(jī)床選用要求歸納如下:盡量購(gòu)置剛性最好和加工精度很高的機(jī)床。機(jī)床的剛性是十分關(guān)鍵的,因?yàn)閯傂愿叩臋C(jī)床,可以使機(jī)床上刀尖的振動(dòng)降到最低限度。他補(bǔ)充說(shuō),當(dāng)然,刀具其他部分的設(shè)計(jì)也必須十分合理,而且還要求其徑向跳動(dòng)率低,穩(wěn)定性好。牧野公司提供的立式加工中心,除了其良好的剛性結(jié)構(gòu)以外,還包括其裝有線性滾珠軸承的箱式導(dǎo)軌、其床身和立柱具備適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量,及其兩端帶有支撐的絲杠。
牧野公司的機(jī)床其主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20000 r/min。當(dāng)機(jī)床上小型刀具在高速進(jìn)給和低切削深度的條件下運(yùn)行工作時(shí),為了達(dá)到適當(dāng)?shù)那行钾?fù)荷,采用這樣高速旋轉(zhuǎn)的主軸是十分必要的。Craprotta先生解釋說(shuō):“在這些機(jī)床上加工時(shí),我們可以看到主軸上的熱量不會(huì)迅速增加。我們的這些機(jī)床每天連續(xù)工作10h,從來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)Z軸的深度問(wèn)題。”
Craprotta先生補(bǔ)充說(shuō):“機(jī)床必須具有很高的精度—不但包括機(jī)床的中心范圍,而且整個(gè)機(jī)床的任何工作范圍都必須保持同樣足夠的精度。”為了確保超小型刀具的微小移動(dòng),機(jī)床上還必須配置分辨率達(dá)百萬(wàn)分之一英寸的玻璃光柵尺。刀具精加工時(shí)的切削精度可達(dá)0.010 in,一般可達(dá)0.030 in。Eclipse模具公司日常切削加工型芯和型腔表面時(shí)的公差精度可達(dá)±0.0004 in。其表面粗糙度的范圍可達(dá)到16~24 rms。
這臺(tái)注塑壓力機(jī)上的二次注塑?梢栽趬喊迳闲D(zhuǎn)180°,然后對(duì)軟性塑料進(jìn)行第二次注塑成形。
由于模具的閉合面必須在兩個(gè)方向上同時(shí)密封,因此在模具完工后,其無(wú)手工作業(yè)的精密加工可保證使模
具的逐點(diǎn)打磨時(shí)間降低到最低限度
加工車間對(duì)于有效切削的定量分析還存在一定的困難。與其他機(jī)床的加工情況相比較,很少有機(jī)會(huì)能看到牧野公司機(jī)床上的刀具究竟能以多快的速度執(zhí)行刀具的路徑程序。Craprotta先生對(duì)小型機(jī)床控制系統(tǒng)中使用的軟件遵循SST技術(shù)公司的說(shuō)法。超幾何智能軟件(Super Geometric Intelligence)的特點(diǎn)使這些機(jī)床能夠在最小限度前瞻性的條件下高速處理伺服指令,可避免表面受到影響,并且不妨礙處理速度。
Craprotta先生說(shuō),Johnford公司的機(jī)床具有很大的優(yōu)點(diǎn)。他說(shuō):“其突出的價(jià)值就在于其有很高的性價(jià)比。”這一機(jī)床裝有90°的橋式橫梁和偏置式Y(jié)軸導(dǎo)軌,從而使延伸行程的偏差降低到最低限度,這是加工大型模具所需要的一個(gè)條件。Y軸和Z軸上的箱體式導(dǎo)軌有利于增加機(jī)床的剛性,但X軸上使用的則是線性導(dǎo)軌,有利于較重工件的精確移動(dòng)。
然而,Craprotta先生說(shuō),該加工車間從這臺(tái)機(jī)床上獲得了最佳的效果,因?yàn)樵诎l(fā)貨前,SST技術(shù)公司對(duì)機(jī)床各軸進(jìn)行了調(diào)試,從而使其更適合于硬質(zhì)材料的銑削加工。Craprotta先生聲稱:“我們已經(jīng)充分發(fā)揮了這臺(tái)機(jī)床上的大部分優(yōu)勢(shì),因?yàn)檫@臺(tái)機(jī)床適合于高速精密切削加工。這就是說(shuō),我們還必須對(duì)這臺(tái)機(jī)床作些小小的改進(jìn),以使其能夠滿足零公差切削加工的要求。”而更為重要的是,這臺(tái)機(jī)床的延伸行程可使加工車間生產(chǎn)多型腔模具,以滿足大型的汽車內(nèi)飾件的生產(chǎn)要求。Craprotta先生說(shuō):“對(duì)于我們而言,這一直是一個(gè)發(fā)展最快的領(lǐng)域。”
模具的表面和機(jī)械零件采用零公差工藝切削加工。有關(guān)模具的細(xì)節(jié)如上面的近視圖所示
最后,在硬質(zhì)材料的銑削加工方面,他強(qiáng)調(diào)了采用無(wú)人化操作模式的重要性,每天至少有一個(gè)班次采用無(wú)人化操作模式。一般來(lái)說(shuō),Eclipse Mold模具公司每天的第一班和第二班工作,由一名操作員值班,負(fù)責(zé)7臺(tái)CNC數(shù)控機(jī)床的監(jiān)控。在第三班工作時(shí),凡是立式加工中心上的硬質(zhì)材料銑削加工操作均采用無(wú)人化運(yùn)行模式,盡管車間內(nèi)實(shí)際工作的負(fù)荷并不總是對(duì)此提出這樣的要求。
希望以此帶來(lái)更大收益
由于采用零公差加工使Eclipse模具公司提高了生產(chǎn)效率,因此Craprotta先生確信,在其原有傳統(tǒng)的客戶基礎(chǔ)上,他的加工車間還能夠全面承接其它類零件的加工生產(chǎn)。該加工車間的目標(biāo)是為醫(yī)療器械或航空航天行業(yè)的客戶提供高型腔、高精度的工件加工服務(wù)。Craprotta先生確信,他們不需要像汽車行業(yè)的同行那樣,急于尋求海外模具制造商來(lái)提供模具,而且對(duì)密歇根州東南部地區(qū)先進(jìn)的模具加工車間及其生產(chǎn)能力表示特別的贊賞。
Craprotta先生代表Eclipse Mold模具公司和該地區(qū)的其他模具制造商說(shuō):“這個(gè)州的許多模具加工車間已經(jīng)開(kāi)發(fā)了具有全球性競(jìng)爭(zhēng)能力的模具制造工藝。我們并不想成為保密最好的公司,而一些大型模具制造廠往往忽視了這一問(wèn)題,他們認(rèn)為,只有低成本國(guó)家才能提供成本效益最高的方案。”
當(dāng)然他確信,Eclipse Mold模具公司在加工質(zhì)量和提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)方面能夠勝過(guò)其他任何加工車間。他說(shuō):“零公差加工為我們公司爭(zhēng)取到這一地位作出了很大的貢獻(xiàn)。”現(xiàn)在,該加工車間為了進(jìn)一步提高效率,開(kāi)始將其注意力轉(zhuǎn)移到公司的精益生產(chǎn)技術(shù)上來(lái)
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