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摘 要： 摘要：通過詳細分析和論述主要機加工工序CNC、EDM、WEDM、GRI及TUR在實際生產(chǎn)加工中的提效方法和精度控制手段，實現(xiàn)高精密多腔模具的加工質(zhì)量和效率保證，特別是創(chuàng)新性的在機檢測手段，簡單實用，可解決因尺寸超差而導(dǎo)致的重復(fù)上機返工問題。 關(guān)鍵詞：模具;
摘要：通過詳細分析和論述主要機加工工序CNC、EDM、WEDM、GRI及TUR在實際生產(chǎn)加工中的提效方法和精度控制手段，實現(xiàn)高精密多腔模具的加工質(zhì)量和效率保證，特別是創(chuàng)新性的在機檢測手段，簡單實用，可解決因尺寸超差而導(dǎo)致的重復(fù)上機返工問題。
關(guān)鍵詞：模具;精密;多腔;夾具;檢具;坐標磨床
近年來，模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐加快，大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具發(fā)展速度明顯高于行業(yè)的總體發(fā)展速度。模具的質(zhì)量和壽命相互關(guān)聯(lián)，影響模具壽命的主要因素有模具的材質(zhì)和坯料處理、相關(guān)的熱處理、模具的加工精度(輪廓精度和位置精度等)以及模具的表面質(zhì)量(包括表面粗糙度、硬度和表面層金相組織結(jié)構(gòu))等，其中最關(guān)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(zhì)的工藝方案，以提高零件的加工精度和加工效率，適應(yīng)市場需求。
1.加工現(xiàn)狀及改善目標
已加工完成的1出8腔試驗?zāi)Ｈ鐖D2所示，各工序加工機床生產(chǎn)過程工時數(shù)據(jù)記錄見表1。此加工工藝方案模具加工總工時達到1304h，由此推算1出128腔模具加工總工時需要20864h，以45天為一套模具加工周期，共需要208臺加工設(shè)備，設(shè)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見表2。
2.原方案的分析與優(yōu)化
通過分析1出8腔試驗?zāi)＞呱a(chǎn)過程出現(xiàn)的低效問題記錄，制定對應(yīng)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)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(yù)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。
相關(guān)期刊推薦：《金屬加工(冷加工)》雜志創(chuàng)刊于1950年。是我國建國以來率先面向金屬加工工藝及裝備領(lǐng)域出版的發(fā)行量大、影響面廣、社會效益顯著的優(yōu)秀科技期刊。設(shè)有：特別策劃、專家視點、展會報道、本刊專訪、新產(chǎn)品新技術(shù)、工藝、刀具、機床/附件/工裝、模具、測量、設(shè)備與維修、機電一體化、CAD/CAM/CAPP應(yīng)用、技術(shù)講座、管理經(jīng)驗等欄目。
設(shè)計專用工裝夾具可有效縮短停機等待時間，提高機床稼動率。根據(jù)零件特性，設(shè)計排位6個槽可裝夾6個零件的工裝，其質(zhì)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(cè)共4面的特征，優(yōu)化之前現(xiàn)場的低效操作，實現(xiàn)了快速裝夾、批量加工，大幅縮短了現(xiàn)場操作導(dǎo)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(yù)留15mm工藝腳，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)化后可提效35%，見表6。
1)采用組合備料，一次裝夾完成加工分件，減少去除工藝腳線切割工時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(diào)整為0.15mm，減少熱處理后車床半精加工工時0.5h/件。
4)材料成本縮減25%，加工8件原來需要340mm，新工藝加工8件只需260mm。
(3)GRI工序設(shè)計工裝原加工方案單件加工尾部預(yù)留藝腳，新加工方案使用專用工裝夾具，無需每件都用校表找正，優(yōu)化后可實現(xiàn)快速切換加工，提效30%，見表7。
1)使用專用工裝夾具，實現(xiàn)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(shè)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(xiàn)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(xiàn)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，單件裝夾難以實現(xiàn)連續(xù)加工，大大降低設(shè)備稼動率。
(5)CNC-RDS精銑工序設(shè)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(xiàn)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(shù)，單件裝夾校正時間減少0.2h/件。
2)配合程序串聯(lián)軟件實現(xiàn)加工程序串聯(lián)，減少刀具切換時間(精加工刀具預(yù)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(yù)熱的精加工刀具3支，可減少3次對刀和3次主軸預(yù)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(xiàn)24h無人化高效加工。
2)電極設(shè)計優(yōu)化：合并電極，優(yōu)化放電參數(shù)，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(shè)計理念，優(yōu)化電打加工方案，由單一銅或單一石墨，轉(zhuǎn)換成混合電打的方式，細顆粒石墨粗打，高純度純銅精打(見圖4)。
4)調(diào)整加工參數(shù)，電打加工到VDI-14#紋號(表面粗糙度值Ra為0.56µm)，實現(xiàn)加工后不拋光(見圖5)。
5)優(yōu)化電極加工程序，調(diào)整電打參數(shù)(模型號E、起始段號I、結(jié)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4.58h，現(xiàn)加工方案僅耗時2.4h。
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(shè)計了各類零件的裝夾工裝，實現(xiàn)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(zhuǎn)換。各工序加工均使用專用工裝夾具固定，不僅大大縮短了零件加工時間，提升了設(shè)備稼動率，而且能更好地控制零件加工質(zhì)量。
1)CNC批量裝夾高效加工，實現(xiàn)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(xiàn)一次裝夾加工多個零件，如圖7所示。
3)如圖8所示，GRI實現(xiàn)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，還需要高精度模架來保證，因此坐標磨床尤為重要。坐標磨床是近代在坐標鏜床加工原理和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種精密機床，它是精密模具加工的關(guān)鍵設(shè)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、難磨且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(shù)、很好的導(dǎo)熱性和耐熱性，可承受1400～1500℃的高溫，能將磨削點上產(chǎn)生的熱迅速地轉(zhuǎn)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(yīng)力。因此“坐標磨床+CBN砂輪”可以很好地保證模架導(dǎo)柱、導(dǎo)套等關(guān)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(shè)計開發(fā)之初，應(yīng)該考慮到其完整性、人機工程、穩(wěn)定性及成本等方面。根據(jù)零件精度要求，結(jié)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(xiàn)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，同時避免因尺寸超差而重復(fù)上機帶來的重復(fù)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 該檢具適用于側(cè)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(shè)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(nèi)為通規(guī);另一個為13.02mm，無法放入φ13mm圓孔特征內(nèi)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(xiàn)并在機重新加工，直到達到公差要求。
(2)檢具“側(cè)面斜度檢規(guī)”的發(fā)明運用 該檢具適用于精度要求極高的側(cè)壁斜面特征(如公差0～0.003mm)。如圖11所示，側(cè)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，則側(cè)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(xiàn)并在機重新加工，直到達到公差要求。
6.結(jié)語
通過優(yōu)化CAM編程方法、電極設(shè)計合并方案、優(yōu)化放電參數(shù)、設(shè)計裝夾工裝等一系列的研究改善，達到了各工序平均提效30%、合格率達到90%的初期目標，較好地解決了精密模具零件加工過程中的實際問題，并提高了生產(chǎn)效率，保證了加工質(zhì)量。同時，這種實用工藝方法也可為精密模具零件加工提供有益的借鑒參考，適合在實際生產(chǎn)加工中運用推廣。——論文作者： 鐘曉鷗 林松福 曾增權(quán) 鄭啟貴