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刀具在汽车模具加工中的应用
2008-01-03 13:30:19
本文结合当今欧美各国及日本的加工技术现状,从加工条件的设定和加工刀具的选配的角度对汽车模具制造进行阐述。
  随着中国汽车工业竞争不断激化,汽车模具产业也逐渐向高起点、高投入方向迅速扩大。各种大型高精设备被大量引进。在此针对如何更好地利用这些设备,高品质、高效率、低成本地制造出一流的模具产品,已经成为普遍关注的焦点。
1.各国汽车模具加工状况
(1)美国
  受日本、亚洲低价格,高质量模具大量涌入的影响,全行业面临非常严峻的局面。如何缩短供货周期成为企业面临的关键问题。为了降低毛坯采购成本,在交期上发挥地理优势,因而多采用镶块构造设计模具。另外,由于工会等约束,除BIG3相关大型厂家有开2班,一些日资厂有3班倒的之外,其余厂家基本上只上一班。因此,在有限的时间里,如何更快地进行加工,也就是说提高生产加工性为最优先课题。与日本相比,美国相对来说切削加工条件非常严酷。一般来说,切削速度较高,为日本的1.5倍左右,而进给则达2~3倍。切削深度与中国相近,为日本的2~5倍。
  从冲压模行业来看,粗加工,由于设备更新极其缓慢,以10年左右的龙门机床为主流。铸件开粗加工刀具以球头铣刀为主,刀柄多采用侧固形式。因此要求刀具具有极高的耐崩刃性。同时比较注重高的切屑排出以及高效的加工性能。
  而精加工也是普遍以陈旧设备为主,转速和进给速度都相对较低。最近有部分采用日本、欧洲产的高速加工机床(MAX25,000/min),采用KM刀柄以及热胀夹持硬质合金刀杆的方式进行高速加工。其目的是“取消打磨”工序,缩短加工周期。
  塑料模行业,现在仍然大部分采用EDM进行精加工。电极大多内部制作,故用于电极加工的20,000~40,000 min-1的高速加工中心渐渐被看好,其刀具多采用金刚石涂层为主。最近,黛杰产整体烧结金刚石“比梦”铣刀非常有人气。另外,直接用于高硬度加工的粗/精加工设备投资也逐渐活跃。出现了一大批大量使用15,000min-1左右加工中心的厂家,被加工材料多为P20预硬钢。粗加工用刀具,一般偏向于使用多功能高效加工刀具。精加工刀具与冲压模相同,以高速加工达到“取消打磨”直接加工成镜面效果的目标。
(2)欧洲
  严峻的局面与美国相似,但EU圈内相互供给关系,相互连带感很强,其模具制造有其一定的封闭性,所以行业的危机感并不很强烈。
冲压模多以铸件为主,深冲模,落料模一般采用GGG70(QT700),也有采用铸钢和高硬度材料。相对来说比较注重模具的耐久性能。同一付模具功能单一,但刚性非常好,进而模具本体非常庞大。从加工设备而言,均拥有较先进的机床,大型汽车厂附属模具厂均有产FMS生产线(带有ATC+AWC+AGV)。保证从星期天1PM到星期六7PM进行无人运转。
粗加工与精加工设备分别配备,设备以龙门机床配置MT刀柄为主流。刀具则渐渐从球头刀向圆角刀盘转移。尽管一次的切深虽然不大,但刃数多,可获取较高的进给。同时对机床的负担也比较小。
  精加工则普遍采用欧洲产5轴高速加工中心(HSK63,max25,000min-1),实际加工采用10,000/min,F=12,000mm/min左右的加工条件),以及热胀刀柄和硬质合金刀杆,通过高速加工达到“取消打磨”的目的。
  塑料模则多从方块毛坯开始加工,以P20类预硬钢为主,设备多为12,000-15,000 min-1左右的加工中心。粗精加工在同一台设备上一次装夹中完成。粗加工刀具以圆角刀片为主,精加工则以球头刀和圆角端铣刀为主。同样期望采用高速加工达到“取消打磨”,直接加工成镜面。
  锻造、压铸模则主要以预硬钢(45-55HRC)为主,大多采用机夹式圆角端铣刀进行高速直接加工,刀具材料多采用K03+TiAL涂层刀片。
(3)日本
  日本的汽车冲压模主要以铸件为主,材质多为FC300(HT300)和GM材质(合金铸铁),随着最近车体表面普遍采用高张力钢板,模具的材料也渐渐开始使用HPM/NAK/SKD等模具钢。并均以镶块的形式运用在铸造基体上。但无论是整件铸件,还是镶块,其制作水平大大优于其他国家,即便是大余量部分,其量亦比较均匀固定。加工编程控制及提高走刀速度都比较容易。
  加工设备以龙门机床为主,粗精加工分别配备。粗加工多采用较老的设备,特别是俄罗斯、捷克产设备,价格低廉,刚性高,为广大客户所青睐。而精加工均采用日本产的龙门加工中心。最高转速在10,000~12,000mm-1左右。与欧洲相比有较大的差异。这主要是由于考虑到刀具寿命以及加工精度可靠性的原因。
  塑料模多从方块材开始加工、材料以NAK等预硬钢为主,设备多为15,000-25,000min-1的加工中心。粗精加工在一台设备上进行、要求刀具切削阻力低、进给快,以提高加工效率。粗加工刀具以大进给方角刀盘为主,切深不大,但进给非常快。精加工主要以球头刀和圆角端铣刀为主,多数是将模具直接加工成镜面。
  锻造模、压铸模多从方块材开始加工、材料以SKD、NAK、HPM淬硬钢(HRC4
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