精密多腔模具零件加工 - 副本

近年來，模具行業(yè)結構調整步伐加快，大型、精密、復雜、長壽命模具發(fā)展速度明顯高于行業(yè)的總體發(fā)展速度。模具的質量和壽命相互關聯，影響模具壽命的主要因素有模具的材質和坯料處理、相關的熱處理、模具的加工精度（輪廓精度和位置精度等）、模具的表面質量（包括表面粗糙度、硬度和表面層金相組織結構）等，其中最關鍵的影響因素是模具的精度，特別是模具的裝配精度。因此，要制作高精度模具，特別是多腔精密模具（見圖1），最重要的就是采用優(yōu)質的工藝方案，以提高零件的加工精度和加工效率，能適應市場需求。

1加工現狀及改善目標已加工完成的1出8腔試驗模如圖2所示，各工序加工機床生產過程工時數據記錄見表1。此加工工藝方案模具加工總工時達到1304小時，由此推算1出128腔模具加工總工時需要20864小時，以45天為一套模具加工周期，共需要208臺加工設備，設備需求量過大，加工方案低效，無法滿足客戶實際訂單周期需求。從成本、周期、資源綜合考慮，必須進行加工提效，才能滿足模具交付周期。目標是各工序平均提效30%，加工合格率達到95%，各工序提效目標分解如下，見表2。2原方案的分析與優(yōu)化通過分析1出8腔試驗模具生產過程出現的低效問題記錄，制定對應的、可行性的優(yōu)化方案，見表3。（1）CNC粗銑工序優(yōu)化CAM程序策略優(yōu)化使用的PowerMILL軟件是由英國Delcam公司開發(fā)的專業(yè)的CAM編程軟件，該軟件安全性能高且粗、精加工策略多，運用靈活。利用軟件特性，加工方法由原來的“偏置粗銑策略”優(yōu)化為“預鉆孔＋等高策略”后，切削刀路軌跡化繁為簡，效率提升較明顯，可提效32%，見表4。設計專用工裝夾具可有效降低停機等待浪費，提高機床稼動率。根據零件特性，設計排位6個槽可裝夾6個零件的工裝，其重量剛好適合手工安全搬運，裝夾后單個零件不需要再分中和校表找正，一次裝夾可加工6個零件的正、反兩側共4面的特征，優(yōu)化之前現場的低效操作，實現了快速裝夾、批量加工，大幅縮短了現場操作導致的停機等待時間。原加工方案是單件加工，每件需要4次裝夾，6件共需24次裝夾，6件加工總工時達12.6h。新加工方案使用專用工裝夾具，6件共需4次裝夾，單件零件的切削時間是1.3h（不含刀具切換時間），以每個工位裝夾時間是0.2h計算，加工總工時為8.6h，可提效46%，見表5。（2）TUR工序原加工方案單件加工尾部預留15mm藝腳，新加工方案采用長圓坯料，一次裝夾車削8個零件，批量加工優(yōu)化后可提案35％，見表6。1）采用組合備料，一次裝夾完成加工分件，減少去除工藝腳線割工時0.5h/件。2）密封圈槽和擋水片槽車削工序加工完成，減少熱處理后磨床精加工工時0.3h/件。3）車削余量由原來的0.3mm調整為0.15mm，減少熱處理后車床半精工工時0.5h/件。4）材料成本縮減25％，原出8件需要340mm，新工藝出8件只需260mm。（3）GRI工序設計工裝原加工方案單件加工尾部預留藝腳，新加工方案使用專用工裝夾具，無需每件都校表找正，優(yōu)化后可實現快速切換加工，提效30%，見表7。1）使用專用工裝夾具，實現批量快速切換加工，減少零件裝夾校正時間0.3h/件。2）密封圈槽、擋水片槽采用車削直接加工完成，減少精磨時間0.3h/件。（4）WEDM工序設計工裝原加工方案為單件裝夾加工，每件需2次裝夾，6件共12次，6件總裝夾校正時間2.4h，6件總加工時間需7.2h。新加工方案使用專用工裝夾具實現批量快速切換加工，無需每件都校正，6件總裝夾校正時間0.2h，6件總加工時間為5h，優(yōu)化后提效44%，見表8。1）使用專用工裝夾具，實現批量快速裝夾加工，減少零件裝夾校正時間0.2h/工位。2）零件切削時間只有0.4h/工位，單件裝夾難于實現連續(xù)加工，大大降低設備稼動率。（5）CNC-RDS精銑工序設計工裝原加工方案采用單件裝夾加工，每件需在機校正，6件加工總工時為7.2h。新加工方案使用專用工裝夾具實現快速切換加工，無需每件都校正，6件總加工時間為5.3h，優(yōu)化后提效36%，見表9。1）使用專用工裝夾具，配合CMM機外抄數，單件裝夾校正時間減少0.2h/件。2）配合程序串聯軟件實現加工程序串聯，減少刀具切換時間(精工刀具預熱時間為300s)、零件切削時間0.8h/件(不含刀具切換時間)，涉及需要預熱的精工刀具3支，可減少3次對刀和3次主軸預熱。（6）EDM工序進行放電優(yōu)化。1）如圖3所示，采用自動化刀庫加工，實現24小時無人化高效加工。2）電極設計優(yōu)化：合并電極，優(yōu)化放電參數，減少電極切換時間，提升電打效率83%，見表10。3）變更傳統(tǒng)電極設計理念，優(yōu)化電打加工方案，由單一銅或單一石墨，轉換成混合電打的方式，細顆粒石墨粗打，高純度紫銅精打（見圖4）。4）調整加工參數，電打加工到VDI-14#紋號（表面粗糙度值Ra為0.56μm），實現加工后不拋光，見圖5。5）優(yōu)化電極加工程序，調整電打參數（模型號E、起始段號I、結束段號J、精修段號O、跳躍幅度S、跳躍周期T、跳躍速度F、精修開始段號M、精修時間U），提升電打效率，EDM放電代碼詳見表11。原加工方案需4h35min，現加工方案僅耗時2h24min。3夾具的開發(fā)運用為提高機床加工效率，縮短停機等待時間，設計了各類零件的裝夾工裝，實現批量加工，將模具傳統(tǒng)單件加工理念向批量零件加工理念轉換，各工序加工均使用專用工裝夾具固定，大大縮短了零件加工時間，提升了設備稼動率，同時能更好控制零件加工質量。1）CNC批量裝夾高效加工，實現一次裝夾加工多個零件，如圖6所示。2）WEDM批量裝夾高效加工，實現一次裝夾加工多個零件，如圖7所示。3）如圖8所示，GRI實現一次裝夾、多面磨削加工。4坐標磨床的使用高精密模具，除了需要高精密鑲件，還需要高精度模架的保證，因此坐標磨床尤為重要。坐標磨床是近代在坐標膛床加工原理和結構的基礎上發(fā)展起來的一種精密機床，它是精密模具加工的關鍵設備，可用于磨削模具中的精度很高的各類模具零件特征、各種精密機械零件和各類坐標孔（見圖9）。坐標磨床上常磨削各種淬硬鋼，模具加工中常磨削一些韌性好、難磨、高硬度的模具鋼材料，對砂輪要求較高。CBN砂輪有很高的硬度與耐磨性，硬度達到8000～9000HV，僅次于金剛石，有較低的摩擦系數，有很好的導熱性及很高的耐熱性，可耐1400～1500℃的高溫，能將磨削點上產生的熱迅速地轉移到砂輪上，把對工件的熱損傷抑制在最小限度，還可使工件增加壓縮殘余應力。因此“坐標磨床＋CBN砂輪”可以很好地保證模架導柱、導套等關鍵特征的位置精度和形狀精度，為整套模具提供高精度的裝配保證。5在機檢測精度管控在檢具設計開發(fā)之初，應該考慮到其完整性、人機工程、穩(wěn)定性、成本等方面。根據零件精度要求，結合檢具開發(fā)需注意的問題點，開發(fā)制作適合零件檢測的檢具。并配合CMM首檢，實現精密零件在機批量檢測，提升一次加工合格率，降低加工成本，縮短加工周期，同時避免由于尺寸超差而重復上機帶來的重復定位誤差和加工操作錯誤的風險。（1）檢具“通、止規(guī)”的發(fā)明運用適用于側壁90°面特征。如圖10所示，零件圓特征為φ13mm，公差要求0.01～0.02mm，設計制作兩個高精度的圓柱，一個為13.01mm，可以放入φ13mm圓孔特征內為通規(guī)；另一個為13.02mm，無法放入φ13mm圓孔特征內為止規(guī)。如果用通規(guī)檢測能進入、止規(guī)檢測不能進入，代表零件特征加工合格；如果不合格，檢后可以即時發(fā)現并在機重新加工，直到達到公差要求。（2）檢具“側面斜度檢規(guī)”的發(fā)明運用適用于精度要求極高的側壁斜面特征（如公差0～0.003mm）。如圖11所示，側壁為3°的圓凹槽特征，把“緊配高度規(guī)”徒手摁進去后（不能用工具敲），在CNC機床用千分表測量“緊配高度檢規(guī)頂面”和“零件頂面”的高度差，如果兩平面高度差在0～0.02mm范圍內，則側面間隙為0.001mm，達到公差要求。如果不合格，檢測后可以即時發(fā)現并在機重新加工，直