模具加工技术的最新发展

　　Mark Albert

　　很少有金属加工的分支行业能像模具制造这样具有活力，因此，不断寻求最新的技术和创新的观念是任何模具厂处于领先地位必不可少的部分。这里介绍一些利于创造机会或为模具加工提供领先地位的技术进展。

　　并行加工

　　观念：模具的型芯和型腔合并成一个零件在多任务机床上被并行加工。

　　背景：这个观念由Mazak公司(Florence, Kentucky)的e系列Integrex加工中心在IMTS 2004展会上进行演示。使用具有柔性的倾斜铣削主轴（B轴）和反向的车削主轴（C轴），长方形工件的四个侧面和背面上的冷却孔由铣削完成。型芯和型腔零件在工件仍合并成一体时被加工。通过车削主轴的旋转和铣削主轴倾斜的协调，优化刀具的定向能获得表面粗糙度的改善和刀具寿命的提高。工件还可周期性地反转以利倾倒切屑。 

　　模具的型芯和型腔在合并成一个零件时被加工。这些模具四个侧面上的冷却孔在一次装夹中被钻出。然后型芯和型腔被分离，每个部分仍被牢固地夹持在反向的车削主轴。对两个部分各自露出两个新的侧面进行平面铣削，而模具两个部分上的冷却孔在一次装夹中被全部钻出。

　　与传统加工相比，这个方法极大地缩减了装夹次数和工序。由于模具的两个部分相互之间保持极好的定向直到被分离，所以精度也提高了。

　　使能技术：在这个应用里，旋转轴的位置精度是关键。多任务机床在铣削主轴上使用一个提供0.0001度分辨率的滚子凸轮。主、从车削主轴的分度增量也是0.0001-度。据机床商介绍，转速12,000 rpm的铣削主轴的振幅为1.5微米 (0.00006 英寸)。极低的主轴振幅可保护高速铣削应用的小直径刀具。

　　平行加工

　　观念：大型模具零件被分割后在较小的加工中心上加工。加工完后的部件再装配成一个完整的型芯或型腔。在某些情况下，部件被设计成镶嵌件以装配到模架上的型腔里。

　　背景：在分割一个大型模具零件之后，每个部件可能在较小的加工中心上加工，而不需要放到具有大工作台的大型立式机床上加工。虽然也可应用较小的立式机床，但较小的卧式加工中心更加理想，因为它具有排屑和生产能力方面的优势。

　　因为它们的工作范围相应地更小，较小的机床倾向于具有更高的形位精度。由于移动轴的质量小，较小的机床对于等高线切削能获得更高的加速度和减速度(acc/dec)。更高的acc/dec速率能显著地减少整个加工时间-因为更高的acc/dec，通常需要20小时的加工能在15小时内完成。 在较小的机床上，换刀问题能很容易处理。例如，一把精加工刀具不用换切削刃就能完成模具部件精加工是很有希望的。

　　最重要的是，两台或三台机床同时运转能在生产上超过一台大型机床。例如，20小时的加工在两台小机床上能在7.5小时内完成（分担工时，然后是更快的acc/dec速率的因素）。一组较小的机床还可安排得比一台大型机床更有柔性。当大型模具能设计成适合于分块加工，仅拥有较小机床的模具厂仍能承接那些原本超出其加工能力的任务。

　　此外，较小的机床代表了一种更低的资本投资。模具厂必须把两台或更多小机床的总成本同具备相同能力的大型加工中心的成本进行比较。

　　最后，设计用于平行加工的模具也许表现了改善维护和修复的机会。例如，分割模具也许是可行的，所以易于磨损剧烈的区域可以被单独分割开来。通过移开这块需要被替换、维修或修补的部件，停机时间可降到最小。

　　使能技术：较小的机床必须具有极高的形位精度，以便组装的模具部件的接合面能真正做到无缝连接。

　　五轴枪钻加工

　　观念：钻削具有复合角的水管线路的能力使得提高大型模具的冷却性能成为可能。五轴枪钻加工机床通过消除多次复杂装夹从而获得良好的经济性成为可能。

　　背景：用于汽车保险杠、汽车仪表板和其它塑料件的那些模具依靠快速而有效的冷却来获得有竞争力的生产周期。

　　当只拥有固定工作台和固定主轴的枪钻加工机床时，模具设计者有两个途径来提高大型模具的冷却速率。方法之一是增加穿过模架的直线水管线路。另一种方法是钻削具有复合角的水管线路，以便管线更贴近型腔表面。第一个方法意味着显著增加花在枪钻加工上的时间。第二个方法未必意味着更长的钻削时间，但它大量增加装夹时间，因为模具部件必须对于每个要求的角度进行手动定位。每个加工的装夹时间通常要比钻削时间长得多。

　　当因显示的用途需要去除监护时，五轴枪钻加工机床加工具有复合角冷却孔的能力变得更为明显。这些方案都不是很有吸引力，而且它们甚至不能满足客户希望降低模具价格的需求。

　　五轴枪钻加工机床被证明为一个好的解决方案。这使得加工不平行于机床轴线的有夹角的深孔而且无需专用夹具可以变得可行。这个能力极大地缩减了完成一个模具所需的装夹次数。在固定工作台和固定主轴的枪钻加工机床上钻削具有复合角的水管线路时，对于汽车仪表板模具的阴模可能需要多达60次的装夹。在五轴枪钻加工机床上做同样的工作需要三或四次装夹，研发人员说。

　　使能技术：Ixion Auerbach IA TLF-1300.5 五轴枪钻加工机床在IMTS 2004展会上相当引人注目。该机床的特色是有一个可编程的旋转工作台和比正常旋转范围下限多25度、上限多15度的CNC主轴头。该机床能装备传统枪钻、STS (单管系统)型式的钻头，或两种钻头都装备。使用直径为1英寸的后一种钻头在深孔钻削时，其速度高达每分钟9英寸。据美国Ixion Auerbach Inc.公司(Monroe, New York)总裁讲，该机床的工艺控制系统能实时地以图形方式显示油压、流量、进给抗力和扭矩。这意味着在钻削时能监控最优的钻削速度、减少刀具破坏的风险。该机床的设计刚性好还能进行高速铣削、钻削和攻丝加工，需要装备一个换刀装置选件。

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