大型模具加工问题的解决方案

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大型模具加工问题的解决方案
当今社会，大型模具的需求量迅速增长，从纯平电视机到汽车的仪表板，设计者一直在推进模具的尺寸和复杂性。鉴于这个事实以及巨大的市场需求，许多工厂都在大型模具加工这一领域寻求全球竞争的良机。那么，为什么不是每个厂家都生产大型模具呢？这是因为其中有很多准入的障碍，最重要的一点就是大型模具的加工非常困难。原有的技术导致了循环周期长，进步速率缓慢以及长时间的手工抛光。然而，高性能的加工技术却能够使得大型模具加工和小型模具加工变得更加相似。随着新技术的出现，关于大型模具的加工问题的解决方案也将随之出现了。
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1 B2 d& s; W5 U9 K# E1 大型模具的问题
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6 r3 r4 [1 z  C) F& g8 ]; `处理大型模具的尺寸和重量是一个巨大的挑战。这意味着经常要付出额外的劳动、对专用工具的需求、多样的设备以及潜在的误差。如果选择合适的加工中心来生产大型模具，许多问题就可以减轻或者避免，同时也能够简化设备，完全转变潜在的精确性问题。
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生产大型模具最大的花费是机械成本。能够生产大型模具的机器都非常昂贵，因此，拥有多功能的机器是进入这一市场的首要条件，例如，加工毛坯和抛光。一旦选择了合适的机器，即使在同一台设备上，也能够进行毛坯加工和抛光，且保持精确性。

+ V! u/ r; |0 p6 X1 Z; o2 大型模具的机器设计
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1 i- h& ~4 @4 _9 H7 d为了计量普遍的精确度和关注大型机器，我们必须研究一台大型模具加工中心必要的几个设计特性。

（1）钢铁铸件和能够处理热量的心轴

任何一台用来打磨大型部件的机器首要的设计就是大型的钢铁铸件和一根能够处理热量的心轴。在机器成型、增强硬度和降低热量等方面，钢铁铸件仍然是最稳定的材料。
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至于心轴，则必须采用内部技术来进行冷却，以确保心轴不会自燃或者由于高温产生误差。

7 ?2 R- [' t2 H; V# N为了使大型模具的表面达到最好的质量要求，需要一台机器和工具来大幅度减少二次放电加工和手工抛光的时间。加工大型模具通常都需要几天的时间，由于在加工的时候，外部条件会发生变化，要达到必要的精确度，就必须考虑到这些变化。一台不是用来切割大型模具的机器在室温10摄氏度的情况下会改变6度机器圆柱的温度，也会导致轴心角平面发生0.070mm的改变。

（2）热量稳定技术
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. R7 A+ l8 b3 s# |从另一个方面来说，如果应用了热量稳定技术，相同的环境变化会导致3度柱体的温度变化，或者轴心角平面改变0.030mm。然而，机器的设计以包括了环境热量影响，避免外部空气影响部件的加工。如果选择的机器是热量恒定的，就会减少配料混合的难题，从而减少手工抛光的需要。

（3）速度
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  q' M: |: q; q) j0 b; K( }需要考虑的第二个特性就是速度。轴心的转速应该至少20,000 rpm，金属更新的速度应该至少为30 ipm.。例如，一台大型模具的加工中心的切割速率应为787 ipm。
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4 r( o, E& G/ h8 p（4）精确度
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. k: e) ]7 D0 d! h, D& \4 T如果想要在同一台机器上完成大型模具的抛光和毛坯加工，精确度是很重要的。选择的加工中心必须能够进行类似的精确定位和小型机器的可重复性。

使用一台大型模具加工中心，其精确定位为±0.000060英寸（±0.0015 mm），可重复性为± 0.000040 英寸 (±0.001 mm)。还需要提及的一点是， 的精确度也是很重要的，必须保证在5微米之内。

9 u& H. q( _1 n( S( f0 ?  Q+ y* a（5）回馈反映

为了测量加工的精确度，必须清楚的意识到机器的反馈。标准为1微米的反馈是很常见的。当反馈为0.050微米的时候，此时的抛光是近乎完美无瑕的。控制和规定反馈，细分螺钉都能够改进表面抛光。

) O  E4 t% p, `5 V/ q; r$ C（6）轴心

8 Z, j8 S$ H6 f% C另一个需要考虑的问题就是机器的轴心。大型模具机器的轴心应该能够预先进行毛坯加工，半抛光和高质量抛光。作为一个基准，表面抛光的误差应该在2微米左右。这种细小的抛光特性在切断和划分直线的时候尤为重要，许多模具厂家为了弥补工具的误差而不得不进行手工抛光。由于大型机器要更加昂贵，购买能够完成这三个任务的多用机器是不太现实的。

$ L7 U* ^, x/ O& F可变几何形状卧式机器，可用于2+3加工大型的复杂模具。具有极高的精确度和免钳表面抛光。

' h' l8 V' P: c# e6 G除此之外，轴心还应该以最小的震动来实现工具寿命的最大化。例如，用一台大型模具加工中心加工招牌，必须能够有30多个小时的寿命和一个速率为314 ipm 的16mm CBN 插入式抛光工具，这样才能达到表面抛光0.336 micron Ra, 3.02 micron Rmax。在加工大型模具的时候，工具的成本飞速增加，从工具成本上来看，每加工一个模具，能够使得工具寿命最大化的机器能够节省数千美元。
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（7）可移动的，多轴头

加工模具，尤其是复杂的大型模具，能够移动轴头，多轴是最好的特性。一个可变几何形状的顶部设计能够同时进行三轴加工，能够深度打磨模具的孔和冷却洞，同时也能在同一个设备上进行其他的组合切割。因为工件的尺寸和重量都转化为很长的设备时间，运用三轴来减少设备能够大幅度提高厂家加工大型模具的能力而不影响精确度。并且多头的设计能够进行斜孔加工，轴头可以被倾斜到一个恰到好处的角度以便让铣削点更好的进入。

多轴设计也能够运用更短小的工具。短小的工具通常都会更坚硬，更精确，也能够防止轴心和工具粘着在工作台上。最后，多轴的设计能够运用半径边缘来替代工具的顶端来改进表面抛光。

（8）碎片管理

碎片管理是加工大型模具的一个严重的问题。一些大型模具的加工中心在台面下有18个孔来接收这些碎片，4条内置的链状传送带朝着机器的前端高速倾泄碎片。机床和柱体都有罩子覆盖着，以避免新切割好的滚烫的碎片和冷却剂直接接触到钢铁铸件的表面。柱体和机床以及机床下面周围的部分都是相互隔离的，这样就能消除由于车间温度变化而引起的钢铁铸件结构的温度变化。

5 l  Q5 _  e9 F8 Q/ V, _5 ]如果没有有效的碎片管理体系，大型模具机器就必然会出现故障或导致热量问题。
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( ]0 S$ B! `& S% S# N6 h9 A% ^+ l" O高压冷却剂
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选择一个大型模具加工中心最后一个重要的特性就是高压冷却剂。例如，用2+3的方法钻有角度的孔，需要1000psi的冷却剂来保证有效的碎片排放和更精确的切割。如果没有高压冷却剂，工具就会阻挡碎片出孔，碎片就会再被切割一次。如果能够有效的加工有角度的孔就能够消除装备时间，也不再需要多余的机械来钻洞。

( |. m2 r4 @4 b3 J8 e3 大型模具的例子
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（1）形状的例子
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9 R3 S7 a% }1 Y7 h这个例子的目的就是在多重地点中展示机械切削的简单的几何原理。用于机械制造中的零件常常被要求在不同的地点都可以实现加工的精度化。

. p" T* e, }. _8 P5 ~& ~- i) d9 S在普通的加工控制中，刀路往往会被保持成简单而常规的圆形（顺时针方向GO2 和逆时针方向G03）。这样就使得机械可以围绕核心来进行高精度工作而且不受其他操作软件的影响。这也是机械使用多重进给率来进行精度机械加工的案例展示。

很典型地，机械设备常常被局限于单一进给率来进行精度加工。侧间隙和补偿被用来使单一进给率达到最大化，而这种进给率可能会被使用得最普遍。这样我们可以预见，如果使用单一的进给率来进行生产，其产生的错误马上就会暴露出来。
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# A, T! u9 c- e# ^（2）成角度的钻孔例子
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8 H1 y! B8 \: K1 P5 k这一例子的目的就是显示当钻大型孔时所使用的2＋3的硬度。一个标准的、成型的高速钢钻孔机常常被用于材料的钻孔。对于买家来说，他们不希望他们花钱买大型碳化钻孔机时出任何差错。因为这种规模炭化钻孔机价格太昂贵了。

- F0 Z' p: z- `; ]& u7 @" w2 l& n: ~高速钻孔机不能达到炭化钻孔机的加工水平，但对大多数生产厂家来说还是可以使用的。它可以用于大型钻孔的标准加工。

2 F8 P, A" O+ x8 X8 i（3）合作加工的例子
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这个例子是一个关于大型模具加工中心工作能力的测试。测试的目的就是通过一步的设定在动用所有能力的情况下来加工出一个大型的网络。这个加工要求一步设置、一台设置。

这种情况下的零件需要在尽可能的情况下利用一台三轴加工机床进行毛坯加工、半抛光和高质量抛光。显然这有些困难。多轴加工用于要倾斜工具角度来缩短加工长度的加工领域。不使用多轴加工机床来完成全部工作的原因是设备的坚硬程度以及不具备这样多的功能。所以这个问题很简单，就是要使用多台多轴加工机床来完成整个加工工作。

上面这些不同的例子以及是否有多轴加工机床的参与使得每个例子的决定因素都不相同。但是我们可以看出来，在所有案例中有一个共同的因素，那就是在使用更小直径的时候更高的轴心速与更简短的加工工序的结合都是必需的。
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4 a* r+ t* p; [4 M多轴加工机械可以取代单一的机械加工机械来完成更复杂难度更高的加工工作。
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这仅仅需要花费整个加工中的5％到10％的加工时间。

当零件的加工由一个三轴加工机床转移到多轴加工机床时，零件的加工时间也随之增加了。
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- q- P! S/ M% a! [+ k评：新技术的出现为大型模具的加工提供了很好的解决方案，在实际的生产操作中，只要您心中始终考虑着大型模具的加工问题以及本文所为您介绍的有关机械设计要点，那么大型模具和小型模具的加工将越来越相似，越来越简单。