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精密模具加工--數(shù)控設(shè)備與技術(shù)

來源:合肥精密模塑 時間:2017/11/13 瀏覽:0

精密模具加工--數(shù)控設(shè)備與技術(shù)

精密模具的制造離不開那些先進(jìn)的加工設(shè)備與技術(shù)。模具制造的主要工藝有CNC銑削、慢走絲線切割、電火花、磨、車、測量、自動化等等。國外先進(jìn)的制造商已開始從單純的設(shè)備提供商,發(fā)展為成套解決方案的供應(yīng)商。從目前來看,無人化的模具制造成套方案還只能適應(yīng)專業(yè)類模具制造廠商,對于品種繁多,各式各樣的復(fù)雜模具的制造,由于需要花費更多的前期預(yù)調(diào)與準(zhǔn)備時間,還未得以很好的推廣,但自動化發(fā)展是一個趨勢,一定會有更完善的發(fā)展。一起來看看吧,這些工藝的先進(jìn)設(shè)備與技術(shù)。

一、CNC銑削加工

可以說塑膠模具制造行業(yè)的迅猛發(fā)展主要得益于CNC銑削技術(shù)的革新。從傳統(tǒng)的普通銑床到三軸加工中心,再發(fā)展到如今的五軸高速銑削,使得再怎么復(fù)雜的三維型面零件的加工幾乎都可成為現(xiàn)實,材料的硬度也不再是局限問題。塑膠模具的主要型腔、型面都由CNC銑削加工來完成。

高速銑加工采用小徑銑刀(典型刀具是整體硬質(zhì)合金球頭銑刀,端銑刀和波紋銑刀),高轉(zhuǎn)速(主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)40,000 rpm)、小周期進(jìn)給量,使得生產(chǎn)效率大幅度提高,精度能穩(wěn)定達(dá)到5μm;同時由于銑削力低,工件熱變形減少,銑削深度較小,而進(jìn)給較快(直線電機(jī), 高達(dá)80m/min的快移速度,高達(dá)2g的加速度),表面光潔度可達(dá) Ra<0.15 μm。高速銑可加工60HRC的淬硬模具鋼件,因此高速銑加工允許在熱處理以后再進(jìn)行切削加工,使模具制造工藝大大簡化。國外先進(jìn)的CNC銑削設(shè)備制造商有瑞士GF加工方案、德國DMG、德國哈默、日本牧野、德國羅德斯、德國OPS、德國巨浪、德國因代克斯、日本山崎馬扎克、日本大偎、美國哈斯等等。

二、慢走絲線割加工

慢走絲線割加工主要用于各種沖模、塑料模、粉末冶金模等二維及三維直紋面零件的加工。其中加工沖壓模所占的比例要多,沖壓模的凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等眾多精密型孔的加工,慢走絲線割加工是不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。在注塑模具制造中,常見應(yīng)用有鑲件孔、頂針孔、斜頂孔、型腔清角及滑塊等加工,一般來說加工精度要求沒有沖壓模具那么高。

慢走絲加工是一種高精密的加工方法,高端的機(jī)床可達(dá)到小于3μm的加工精度,表面粗糙度可達(dá)Ra0.05μm。目前已可實現(xiàn)0.02~0.03 ㎜的電極絲的自動穿絲切割,實用的切割效率可達(dá)200㎜2/min左右。國外先進(jìn)的慢走絲設(shè)備制造商有瑞士GF加工方案、日本三菱、日本西部、日本沙迪克、日本牧野、日本法蘭克等等。

三、電火花加工

電火花加工適用于精密小型腔、窄縫、溝槽、拐角等復(fù)雜部件的加工。當(dāng)?shù)毒唠y于夠到復(fù)雜表面時,在需要深度切削的地方,在長徑比特別高的地方,電火花加工工藝優(yōu)于銑削加工。對于高技術(shù)零件的加工,銑削電極再放電可提高成功率,相比高昂貴的刀具費用相比,放電加工更合適。另外,在規(guī)定了要作電火花精加工的地方,用電火花加工來提供火花紋表面。

隨著高速銑加工迅速發(fā)展,電火花加工發(fā)展空間受到了一定的擠壓。在此同時,高速銑也給電火花加工帶來了更大的技術(shù)進(jìn)步。如:采用高速銑來制造電極,由于狹小區(qū)域加工的實現(xiàn)和高質(zhì)量的表面結(jié)果,讓電極的設(shè)計數(shù)量大大降低。另外用高速銑來制造電極也可以使生產(chǎn)效率提高到一個新的層次,并能保證電極的高精度,這樣使電火花加工的精度也提高了。如果型腔的大部分加工由高速銑來完成,則電火花加工只作為輔助手段去清角修邊,這樣留量更均勻、更少。

精密放電機(jī)在加工面積小于20平方厘米的情況下,可實現(xiàn)Ra<0.1μm的鏡面電火花加工,及實現(xiàn)均勻一致的亞光表面及各級紋面加工。對于微細(xì)零件,如連接器,可實現(xiàn)清角小于0.02mm、加工精度在5μm以內(nèi)的結(jié)果。機(jī)床的工藝專家系統(tǒng),針對大眾化的加工情況,智能生成的放電參數(shù)即可實現(xiàn)優(yōu)異的加工結(jié)果,對于特殊、復(fù)雜零件的放電,提供了專用的工藝模塊,如IC、LED、連接器、大型腔、窄縫、RSM紋面等,這些優(yōu)化的工藝是專家經(jīng)驗的集成。在機(jī)床配以快速裝夾定位夾具與電極自動更換裝置的情況下,即可長時間的無人化自動放電加工。

四、磨床加工

磨床是對零件表面進(jìn)行精加工的精密設(shè)備,尤其是淬硬工件。模具加工使用的磨床主要是平面磨床、內(nèi)外圓磨床、坐標(biāo)磨(PG光學(xué)曲線磨床)。

小平磨床主要用來加工小尺寸的模具零件,如精密鑲件、精密模仁、滑塊等。大水磨床常用于較大尺寸的模板加工?,F(xiàn)在,平面磨床砂輪線速度和工作臺運動高速化已成為普遍潮流,由于采用了直線導(dǎo)軌、直線電機(jī)、靜壓絲杠等先進(jìn)的功能部件技術(shù),運動速度有很大進(jìn)步,另外還不斷完善了砂輪修整技術(shù)。磨頭的垂直進(jìn)給量最小可達(dá)到0.1μm,磨削表面粗糙度Ra<0.05μm,加工精度可控制在1μm以內(nèi),實現(xiàn)了超精磨削加工。

模具回轉(zhuǎn)體零件,并且精度要求高,表面光潔度要好的情況,甚至是復(fù)雜的曲面零件,就需要使用高精度外圓磨床來完成,比如瓶胚注塑模具的哈夫鑲塊零件。使用高速旋轉(zhuǎn)砂輪進(jìn)行磨削加工,可加工硬度較高材料,如淬硬模具鋼、硬質(zhì)合金等。瑞士斯圖特內(nèi)外圓磨床為中型單一部件和批量工件磨削所設(shè)計的,適用于為個性化需求定制方案(外圓磨削,非圓成型磨削,螺紋磨削,內(nèi)圓磨削)。

光學(xué)曲線磨床可以磨削孔距精度很高的孔以及各種輪廓形狀。用繪圖儀配合加工,繪圖儀刻畫出所需加工的圖形在膠片上,膠片貼在投影幕上并校正,加工者將根據(jù)膠片上的成型來進(jìn)行成型加工。光學(xué)投影研磨適合高硬度材料的成型研磨,例如材質(zhì)為鎢鋼件或硬質(zhì)合金的工件,偶爾也加工一些高速鋼工件。一般加工連接器沖模用刀口及沖頭,端子,精密的半行程沖子,下模入塊和脫料板入子等之類的工件。

比較有名的光學(xué)曲線磨床有瑞士HAUSER、美國MOORE、日本AMADA。日本AMADA光學(xué)曲線磨床機(jī)其主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)到30000轉(zhuǎn),加工的精度在2μm以內(nèi),加工的最小內(nèi)R角為R0.03mm,外R角為R0.02mm,加工異形沖子最薄處可達(dá)到0.06mm,其加工的溝槽深徑比在2:1左右,表面粗糙度Ra可達(dá)0.025μm。

五、數(shù)控車床

數(shù)控車床也是模具車間常用的加工設(shè)備。其加工范圍是所有回轉(zhuǎn)體零件。由于數(shù)控技術(shù)的高度發(fā)展,復(fù)雜形狀的回轉(zhuǎn)體可以通過編程來簡易實現(xiàn),并且機(jī)床可以自動更換刀具,大幅度提高了生產(chǎn)效率。數(shù)控車床的加工精度與制造技術(shù)日趨完善,甚至有以車代磨的趨勢。常用來加工模具中的圓形鑲件、撐頭、定位環(huán)等零件,在筆模、瓶口模具中應(yīng)用較多。事實上,先進(jìn)的數(shù)控車床其功能已不再局限于“車”,已拓展為車銑復(fù)合一體機(jī)床,一個復(fù)雜、多工序的零件,甚至可以一次性全部加工搞定。國外先進(jìn)的數(shù)控車削機(jī)床制造商有德國DMG、瑞士托納斯、日本山崎馬扎克、德國舒特、美國哈挺、美國哈斯等等。

六、測量

從模具設(shè)計初期所涉及的數(shù)字化測繪,到模具加工工序測量,到模具驗收測量和后期的模具修復(fù)測量,高精密測量設(shè)備發(fā)揮著重要的作用。主要有三坐標(biāo)測量機(jī)、影像測量儀,還有適合大型模具現(xiàn)場測量的便攜式關(guān)節(jié)臂測量機(jī)等等。

三坐標(biāo)檢測是檢驗工件的一種精密測量方法。運用三坐標(biāo)測量機(jī),基于空間點坐標(biāo)的采集和計算,對工件進(jìn)行形位公差的檢驗和測量,判斷該工件的誤差是不是在公差范圍之內(nèi)。探測系統(tǒng)一般由測頭和接觸式探針構(gòu)成,探針與被測工件的表面輕微接觸,獲得測量點的坐標(biāo)。在測量過程中,坐標(biāo)測量機(jī)將工件的各種幾何元素的測量轉(zhuǎn)化為這些幾何元素上點的坐標(biāo)位置,再由軟件根據(jù)相應(yīng)幾何形狀的數(shù)學(xué)模型計算出這些幾何元素的尺寸、形狀、相對位置等參數(shù)。坐標(biāo)測量機(jī)很容易與CAD連接,把測量結(jié)果實時反饋給設(shè)計及生產(chǎn)部門,借以改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計或生產(chǎn)流程。三坐標(biāo)檢測有時也運用到逆向工程設(shè)計。國外典型的設(shè)備制造商有瑞典??怂箍?、德國蔡司、德國萊茲、日本三豐等等。

影像測量儀利用影像測頭采集工件的影像,通過數(shù)位圖像處理技術(shù)提取各種復(fù)雜形狀工件表面的坐標(biāo)點,再利用坐標(biāo)變換和資料處理技術(shù)轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)測量空間中的各種幾何要素,從而計算得到被測工件的實際尺寸、形狀和相互位置關(guān)系,可以對復(fù)雜的工件輪廓和表面形狀進(jìn)行精密測量。典型的設(shè)備有瑞典海克斯康、日本尼康、日本三豐等。

七、快速裝夾定位系統(tǒng)與自動化

以上介紹了六種模具制造的工藝。事實上,一個模具零件往往需要使用多種工藝才能得以制造完成。這個過程中,零件要進(jìn)行不斷的裝夾與校正,花費了大量的時間,機(jī)床也是處于閑置狀態(tài),昂貴的設(shè)備其加工能力并未得到充分的利用。隨著制造業(yè)領(lǐng)域的競爭日益激烈。更短的生產(chǎn)周期是這一發(fā)展趨勢。國外的夾具制作商,采用一套穩(wěn)定而精確的基準(zhǔn)系統(tǒng),實現(xiàn)了銑削、車、測量、電火花加工等工藝的統(tǒng)一基準(zhǔn)互換,在機(jī)床上只需一分鐘左右快速完成電極的裝夾與找正,重復(fù)定位精度在3μm以內(nèi),有效地縮短了設(shè)定時間,大幅度提高了機(jī)床的實際運行時間。事實證明,這是現(xiàn)代化生產(chǎn)的一項必不可少的條件。國外先進(jìn)的快速裝夾定位系統(tǒng)制造商主要有瑞士GF加工方案System 3R夾具、瑞士EROWA夾具等等。