模具的负余量加工技术及应用

目前，在高技术迅速开发与应用、产品的高质量要求、高保险值和高工资费用等造成市场竞争日益激烈的经济大环境下，制造商正在经受高生产成本给企业造成巨大压力的考验。这种较长时间的巨大压力，已使许多模具制造厂无法适应而被迫关门停业。

几年来的市场激烈竞争态势表明，投资和应用高技术是摆脱目前困境的唯一出路。但如何通过应用高技术等途径，使模具制造车间达到提高生产效率、降低加工成本的要求呢？

正确的回答是，使用目前全球最先进的加工设备和加工工艺。这些加工设备和工艺可在加工出第一个零件后，快速、连续地加工出尺寸、精度都一致的完整零件。由于实现了高效率、高质量生产，因而可使生产成本下降。但是，这并不意味着只要购买、安装和启动一台先进设备，就能像使用一台老式普通机床一样顺利完成加工。

模具制造商必须懂得，为了达到预期的加工效果，需要完美无缺地使用整个生产系统，它将要求正确的零件设计与制造，和在加工中使用先进的CAD/CAM软件、及先进的刀具夹头等。

一.高质量即高效益

日本汽车制造商，如丰田汽车公司，要求在模具加工好后直接交付用户使用，实现了“零调整”的产品验收方式，即保证加工好的模具主要零件不再留有加工余量（称为“零/负余量加工”），可直接置于压塑机上进行生产，而不必像以往那样，加工好的模具还留有许多研修余量，需要进行一次、两次甚至三次试模及返修加工。对于形状复杂的高精度模具，最多只进行一次试模，且要求一次试模即验收合格。

当日本汽车制造商实施这种高效率生产方式时，美国汽车制造商还不能像日本制造业那样，通过使用最先进的技术使企业从中获利。在美国，许多模具制造商还把关注重点仅仅放在减少刀具使用成本、缩短产品研制周期和交货期限、降低产品价格上。他们总觉得，质量固然重要（尤其是涉及合同签订的首次加工），但似乎没有以上因素重要。这主要因为许多美国制造商还没有像日本制造商那样，对产品质量有从严要求的思想意识。

二.为高技术进行投资

模具制造企业的零件加工工艺，一般是由投资先进技术和正在赢利的公司负责制定，在设计的工艺方案中，都尽量采用先进的制造技术，因为一直沿袭落后工艺进行加工的企业，迟早会被激烈竞争的市场所淘汰。

先进的负余量加工技术，是首先加工出零件一侧的尺寸作为零基准，不留加工余量，然后再加工零件另一侧尺寸至-0.02mm公差，过去必须进行的对型腔（或型芯）轮廓的大量手工研磨加工、修理装配、试模等后续工序将被取消。通过取消这些额外工作量，可以缩短生产周期，节省加工费用，大大降低生产成本。

为了提高零件加工精度，一个模具制造厂通常一开始需要为机床产品以及包括CAM软件在内的先进制造技术大量投资（至少需要约20-40万美元）。通过使用CAM技术，产生出与加工要求相匹配的微米级分辨率（每转100万个脉冲）的刀具轨迹。

选用的3-5轴加工中心，必须能加工出高精度的大型零件，能在高主轴转速（20000-30000rpm）下具有高刚度、低振动和显著的冷却效果。以上切削参数和要求达到的加工精度之所以非常重要，是因为它可以保证模具零件不再需要在手工钳台上进行加工和调试，即可进入装配和使用。

三.转变到高技术生产

由普通的模具制造厂转变为能进行负余量加工的高技术企业并不容易，需要花费大量时间。首先需要用两个星期时间对操作者和企业管理人员进行培训，教会他们如何装夹零件、校验和操作新设备，以充分发挥先进机床的高效加工能力。经过以上基本培训后，还需经过半年到一年时间，进一步扩大和提高他们的知识和技能，进行熟练使用先进机床和CAM软件加工复杂形状零件的能力和提高生产效率等高级培训。

先进的负余量加工技术的优点是，可以大大提高模具制造厂的自动化程度，并由高自动化进一步发展到无人化加工，以延长设备加工时间，节约人工成本。一般能使生产效率提高1.5-10倍。

这样，包括先进的机床、刀具的加工系统本身就变成了车间的增值资产，在传统加工方式中难以避免的、加工结果的不可预知性、需要增加零件手工加工和返修费用等缺陷，将随之消失，从而为企业带来良好的商业机会。

四.高技术要求

使用先进的负余量加工技术的模具制造厂，必须设法满足以下高技术要求：

（1）对于由CAM软件汇编的加工程序，必须经过计算机模拟校验。对于高精度零件的加工，必须选择在配置有每秒钟能产生一百万个脉冲以上的译码器的机床上进行。

（2）在机床主轴的超高转速下，对刀具夹头必须经过高精度的平衡处理。

（3）设计制造的热缩套筒夹头，应具有高的尺寸精度和几何形状精度，同时保证与主轴的高同轴度要求。

（4）需对刀具的长度尺寸进行自动测量。在装备有激光测量仪的机床上，实时检测并保证主轴的变形量在2μm之内，并将有关振动的振幅、频率等指标控制在很小的允许范围内。刀具的半径公差必须保证在2-3μm以内。

五.充分发挥高技术的优势

目前，模具制造厂的关注重点应该放在加工过程（程序），而不是传统观念的产品本身上，这是模具制造商需要既快又好完成的一种战略性转变。

在这一转变过程中，制造厂需要将加工方法、工艺流程和机床设备、切削刀具等经标准化后归档保管，这样可使知识和经验在以后整个车间的生产中实现资源共享。

技术资源共享和标准化，也使在线测量技术的应用成为可能，最终可使整个加工过程得以改进。它代表着一个向缩短加工周期、提高生产效率和经济效益的可预测加工和无人化加工方向发展的趋势。

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