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大型復雜模具的簡(jiǎn)單加工

文章來(lái)源: 科翔模具 人氣:8850 發(fā)表時(shí)間:2020-01-02 14:54:31

[導讀]:在大型模具加工中,為了獲得盡可能高的表面質(zhì)量,我們需要選擇合適的機床并配置必要的刀具,只有這樣,才能減少EDM的后續加工時(shí)間和鉗工的手工打磨時(shí)間。各種大型模具的生產(chǎn)已成為許多加工企業(yè)尋求機會(huì )進(jìn)行全球競爭的新領(lǐng)域。

大型模具加工中,為了獲得盡可能高的表面質(zhì)量,我們需要選擇合適的機床并配置必要的刀具,只有這樣,才能減少EDM的后續加工時(shí)間和鉗工的手工打磨時(shí)間。各種大型模具的生產(chǎn)已成為許多加工企業(yè)尋求機會(huì )進(jìn)行全球競爭的新領(lǐng)域。但是,要想進(jìn)入這一領(lǐng)域并不是一件容易的事情。在落后的加工技術(shù)下,機床進(jìn)給速度緩慢、操作者需要對工件進(jìn)行多次調試裝夾,而且還需要幾個(gè)小時(shí)的手工拋光作業(yè),所以加工周期很長(cháng)。因此,必須尋求更先進(jìn)的加工技術(shù)使大型模具的加工如同加工小型模具那樣簡(jiǎn)單容易。
大型模具加工中存在的主要問(wèn)題:
1.巨大的尺寸和重量
    在加工大型模具時(shí),如何應付其自身的巨大尺寸和重量是加工企業(yè)面臨的一大挑戰。大型模具的加工往往需要大量的勞動(dòng)力、專(zhuān)用設備和多次調試裝夾,而加工精度也受到多方面潛在因素的影響而不易保證。
2.購置成本問(wèn)題
    加工生產(chǎn)各類(lèi)大型模具直接相關(guān)的最大費用就是機床的購置成本。能夠生產(chǎn)大型模具的機床是相當昂貴的,尤其是在復雜工藝安排下,需要使用多臺機床才能完成從模具粗加工到精加工的全部工序。這樣的先期高投入成本也是很多企業(yè)進(jìn)入這一市場(chǎng)的最大障礙。由此,我們可以看出,如果可以在一臺合適的機床上實(shí)現大型模具的粗加工和精加工,甚至僅需一次調試裝夾,那么很多問(wèn)題將迎刃而解,加工精度也可以得到保證。
    考慮到大型機床的通用加工精度和調試裝夾的問(wèn)題,我們必須探討一下大型模具加工中心所必備的一些設計特點(diǎn)。
1.鑄鐵床身結構,機床主軸具有散熱功能
    鑄鐵材料具有很高的剛性和散熱特性,因而是制造機床結構件最穩定的材料。對于銑削大型零件用的任何機床,首先需要具有非常結實(shí)的鑄鐵結構,并裝備有具有散熱功能的主軸。就機床的主軸而言,它必須采用內置冷卻技術(shù),從軸承外面來(lái)冷卻主軸,保證在長(cháng)時(shí)間加工過(guò)程中,主軸本身不會(huì )被燒壞或不會(huì )因熱膨脹而造成精度損失。這些因素是非常重要的,因為大型模具的加工需要消耗很長(cháng)的時(shí)間,同時(shí)在重切削條件下,這會(huì )增加模具的熱量和應力。所以,機床的結構部件必須具有良好的剛性和散熱特性,這是加工出大型優(yōu)質(zhì)模具的前提。因此,必須最大程度地限制加工過(guò)程中機床的振動(dòng),并快速擴散加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。選擇合適的加工機床和刀具可以實(shí)現成本和周期的雙贏(yíng)。
2.熱穩定技術(shù)
    由于加工時(shí)間過(guò)長(cháng),環(huán)境溫度的影響也是必須要考慮的。例如,在普通機床上加工大型模具,當環(huán)境溫度變化10℃時(shí),將會(huì )導致機床立柱發(fā)生6℃的溫度變化,從而引起主軸角板平行度發(fā)生0.07mm的變化。因此,機床的設計必須考慮到環(huán)境溫度的效應,避免環(huán)境溫度影響到加工零件的精度。
3.速度
    對于一臺行程能夠快速移動(dòng)的大型模具加工中心來(lái)說(shuō),大型模具加工機床的主軸轉速應至少達到20000r/min,金屬的切削速度應滿(mǎn)足762~20000mm/min。
4.精度
    精度控制始終貫穿于模具加工的各個(gè)階段,如果需要在一臺加工中心上實(shí)現對大型模具的粗加工和精加工,那么必須嚴格控制機床的定位精度和重復定位精度。大型模具專(zhuān)用的加工中心,一般其定位精度可以達到±1.5μm,重復定位精度應達到±1μm。同時(shí),其節距精度應保持在5μm之內。
5.反饋分辨率
    機床自身的反饋分辨率對于檢測加工零件的精度是十分重要的。采用標準的1μm反饋分辨率,通常所獲得的結果并不十分理想。如果分辨率能夠達到0.05μm,那么其精加工結果幾乎沒(méi)有任何瑕疵。而且,通過(guò)對機床分辨率、標尺反饋和小節距滾珠絲杠的控制可進(jìn)一步提升零件表面的加工質(zhì)量。
6.主軸
    大型模具加工中心上使用的主軸必須達到進(jìn)行粗加工、半精加工和高質(zhì)量精加工的要求,而且作為一個(gè)參考標準,其能夠實(shí)現的表面加工質(zhì)量應該控制在2μm的水平。通常,對于模具閉合面和分型線(xiàn)部分的精加工十分重要,但在傳統工藝下,許多模具制造商不得不采用手工拋光的方式,以彌補刀具加工精度不足的問(wèn)題。因為,大型加工機床的造價(jià)昂貴,如果為此項工序購置多功能機床,顯然是不切合實(shí)際的。
    此外,合理的主軸設計必須能夠最大程度地延長(cháng)刀具的使用壽命,使其能夠在加工周期內以低振動(dòng)、低溫升的狀態(tài)持續工作。例如,在大型模具加工中心上加工汽車(chē)儀表板模具時(shí),如采用16mmCBN鑲刀片精加工刀具,加工速度可以達到8m/min,使用壽命超過(guò)30h,可以將加工表面質(zhì)量控制在0.336~3.2μm。由此可知,考慮到加工大型模具時(shí)的刀具成本增加,采用專(zhuān)門(mén)設計的大型模具加工機床,不僅可以延長(cháng)刀具使用壽命,而且可以大量節約加工每付模具的刀具使用成本。
7.可移動(dòng)的多軸加工頭
    由于模具尺寸和重量的限制,一般裝夾工件需要花費很長(cháng)的時(shí)間。因此,采用3軸聯(lián)動(dòng)加工中心不僅減少了工件的調試裝夾次數,而且又不影響機床的加工精度,從而使車(chē)間加工大型模具的生產(chǎn)能力大大提高。
    可移動(dòng)的多軸加工頭可以用于加工結構特別復雜的大型模具,按可變幾何形狀設計的加工頭可允許3軸聯(lián)動(dòng)加工,僅需一次裝夾工件,便可銑削加工型腔很深的模具和冷卻孔,以及切削加工許多其他幾何形狀復雜的部位。例如,當主軸以最佳的角度傾斜時(shí),可提高加工頭對銑削加工點(diǎn)的接近程度,這樣便可實(shí)現利用多軸加工頭完成對斜孔的加工。
    此外,由于多軸加工頭加工工件表面時(shí),采用的是刀具的半徑刀刃而不是刀具的刀尖,因此可提高表面粗糙度。
8.切屑管理
    金屬切削加工時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的切屑,如果不能及時(shí)排除,必然會(huì )導致二次切削,以及造成機床結構部件或者工件表面的溫升。大型模具加工中心的工作臺下面通常具有18個(gè)排屑孔,不管工作臺移動(dòng)到什么位置,都能夠可靠地排除切屑。機床上有4條內置鉸鏈式切屑傳送帶,以很高的速度將切屑排送到機床前面。
9.高壓冷卻液
    在大型模具加工時(shí),高壓冷卻液有著(zhù)非常重要的作用。例如,在采用2+3軸的加工方法鉆削斜孔時(shí),需要壓力為1 000psi(1psi=6 890Pa)的冷卻液才能有效地排除切屑,并達到更高精度的切削。而如果沒(méi)有這種高壓冷卻液,則在加工斜孔時(shí),需要增添額外的機床,需要二次裝卡,降低加工精度,而且增加周期成本。根據以上分析可以看出,實(shí)現對大型模具的簡(jiǎn)單加工需要機床具有更多、更好的功能。

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