高速切削成为模具制造的主流

发布时间:2010-07-13
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在美国、德国和日本等工业发达国家,其模具工业近年来正在进行一场大规模的技术革命,这就是逐步用高速切削机床替代电加工设备,对模具型腔进行高效精密加工。这些机床主要包括各种高速数控铣床、加工中心等。 目前在模具加工制造过程中,主要以普通机加工和电火花加工为主。普通机床加工模具型腔一般都是在热处理前进行粗加工、半精加工和精加工,然后磨削,打磨抛光,费时又费力。电火花加工是在退火后进行切削加工,然后进行热处理、电火花加工,最后经过打磨、抛光。 随着消费类产品更新换代速度的加快,对模具的生产效率和制造品质提出了越来越高的要求,电火花加工模具的生产效率低下和品质不稳定的缺点逐渐暴露出来。要缩短制造周期并降低成本,必须广泛采用先进切削加工技术。而代表先进制造技术的高速切削技术的出现,满足了现代模具加工的要求与特点。
高速切削技术用于加工模具的优势主要体现在: (1)大大提高了加工效率,不仅机床转速高、进给快,而且粗精加工可以一次完成,极大地提高了生产效率,再结合数控技术,模具的制造周期可缩短约40%。 (2)高速切削加工模具既不需要做电极,也不需要后续研磨与抛光,还容易实现加工过程自动化,提高了模具的开发速度。 (3)采用高速切削技术可加工淬硬钢,而且可得到很高的表面质量,表面粗糙度低于Ra0.6μm,取得以铣代磨的加工效果,不仅节省了大量的时间,还提高了加工表面质量。 为了实现模具型腔及其相关部位的高速加工,机床需要具备以下特点: (1)大承重和高刚性 这是由于模具正在向大型化方向发展,加工设备必须具有足够大的台面尺寸和工作行程与之适应。现在,几吨到几十吨的模具非常普遍,要求机床工作台面能承受大重量。模具材料的强度和硬度都很高,加上常常采用伸长量较大的小直径端铣刀加工模具型腔,因此加工过程容易发生颤振。为了确保零件的加工精度和表面质量,用于模具制造的高速机床必须有很高的动、静刚度,以提高机床的定位精度、跟踪精度和抗振能力。(2)高转速和大功率 高速加工是发展方向,高速铣削在模具加工中已显示了极大的优越性。为了适应模具型腔曲面的加工,刀具的半径应小于型腔曲面最小圆周半径,以免加工过程中刀具与工件发生“干涉”。由于刀具直径小,因此要求主轴转速非常高,国外高速加工机床主轴转速已达到40 000~100 000r/min,快速进给速度可达30 000~60 000min。型腔和模具零件其他部件粗、精加工常常在工件一次装夹中完成,故主轴功率要大,中等尺寸模具铣床和加工中心的主轴功率常为10~40kW,有的甚至更高。 (3)能多轴联动及良好的深孔腔综合切削能力 模具型腔多为复杂的空间6曲面及沟槽所构成,且许多模具具有深孔腔。为了达到对3D曲面的高精度、高速度和高稳定性加工,机床需要多轴联动,且具有良好的深孔腔综合切削能力。可以采用五轴联动加工中心,除了三个坐标的直线运动外,还有两个旋转坐标的进给运动。铣头或工作台可以多轴联动进行连续回转进给,从而适用于加工具有复杂型腔曲面的模具零件。   复合加工是模具加工的发展方向之一。虽然加工中心已能将许多机加工工序复合在一台机床上实现,但这仍不能完全适应模具加工,将机械加工与电、化学、超声波等不同原理加工方法进行复合,兼备两种以上工艺特点的复合加工在今后的模具制造中将有广阔的前景。

机床业区域特征明显 六大地区各具特色

中国机床工具工业协会在总结2006年我国机床工具行业经济运行的特点及走势时注意到,全行业正在形成六个各有特色、各有重点的机床工具产品经济发展区。
    
东北地区:数控机床主要开发生产区 东北地区,是我国数控机床(数控车床、加工中心、重型机床和锻压设备)、量刃具的主要开发生产区。
沈阳、大连两市已成为全国数控车床、加工中心的最重要开发生产基地。沈阳机床(集团)有限责任公司、大连机床集团有限责任公司两企业机床产值占全国机床产值的26%,数控金切机床产量占全国数控金切机床产量的25.4%。其中,数控车床产量约占全国数控车床产量的35%、加工中心产量约占全国加工中心产量的21%。  
   
齐重数控装备有限公司特色产品是大、重型数控卧式车床和数控立式车床,齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司特色产品是数控落地镗铣床、数控龙门镗铣床和数控多连杆压力机。齐重数控装备有限公司生产的大、重型数控车床,产量约占全国大、重型数控车床产量48%,产值约占全国大、重型数控车床产值50%。齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司生产的大、重型数控镗床,产量约占全国数控镗床产量35%,产值约占全国数控镗床产值30%。   
 
以哈尔滨市为主,形成全国工具和特种复杂工具生产基地,其代表企业是哈尔滨量具刃具集团有限责任公司和哈尔滨第一工具有限公司。    东北地区4个企业的金切机床产值约占全国金切机床产值的31.7%,对全国金切机床行业发展影响巨大。
    
东部地区:数控磨床产量占全国四分之三

长江三角洲地区,成为磨床(数控磨床)、电加工机床、板材加工设备、工具和机床功能部件(滚珠丝杠和直线导轨副)的主要生产基地。 以上海、无锡、杭州三市为主,形成我国磨床的生产开发基地。上海机床厂有限公司、杭州机床集团、无锡开源机床集团有限公司3家企业的磨床产值占全国磨床产值65%,磨床产量占全国磨床产量约42%,其中数控磨床产量占全国数控磨床产量74%。   

苏州地区成为电加工机床生产基地,代表企业是苏州三光科技有限公司、苏州电加工研究所等。 
   
扬州地区成为以板材加工设备为主的锻压设备生产基地。其代表企业是江苏杨力集团有限公司、扬州锻压机床有限公司、江苏金方圆数控机床有限公司和江苏亚威机床集团有限公司,4家企业合计机床产值占全国锻压机床产值16%。 环黄海山东地区。主要发展以机械压力机为主的锻压机械和数控车床、高速龙门铣床、龙门加工中心。济南二机床集团有限公司重点生产薄板冲压生产线的机械压力机和数控高速龙门铣床。济南捷迈数控机械有限公司重点发展数控转塔冲床、数控激光切割机、数控液压折弯机等板材加工设备。济南一机床集团有限公司和威海华东数控有限公司重点发展数控车床和各种数控机床。 另外,上海工具厂有限公司将形成数控孔加工刀具和PCB刀具的生产基地,南京工艺装备制造厂、山东济宁博特精密丝杠制造有限公司等将成为机床功能部件(滚珠丝杠和直线导轨副等)的制造基地之一。烟台地区,以烟台环球机床附件集团有限公司为主,将发展机床功能部件。
    
西部地区:重点发展齿轮加工机床

西南地区,重点发展齿轮加工机床、小型机床、专用生产线以及工具。重庆机床(集团)有限责任公司重点发展各类齿轮加工机床,2005年其产值占全国齿轮加工机床的产值41%,产量占全国齿轮加工机床的产量32%,其中数控占全国数控齿轮加工机床产量29%。 成都市的宁江机床集团有限公司重点发展小型加工中心、小型数控纵切自动机、小型滚齿机等产品以及专用自动线。成都成量工具厂有限公司和成都工具所等重点发展各类工具。西北地区,主要发展齿轮磨床、数控车床和加工中心、工具和功能部件。以秦川机床集团公司为主,重点发展各种齿轮磨床;宝鸡机床厂重点发展数控车床;宁夏银川大河数控机床有限公司、青海一机数控机床有限责任公司将发展数控铣床和加工中心;汉川机床有限公司将发展数控镗床和加工中心;汉江工具有限责任公司重点发展工具;陕西汉江机床有限公司将重点发展数控磨床和滚珠丝杠副等功能部件。

中部地区:重型机床产值占全国17%

中部地区,主要发展重型机床和数控系统。武汉重型机床集团有限公司重点发展重型机床,武汉重型机床集团有限公司生产的重型机床数量占全国重型机床数量11%、产值占全国重型机床产值17%。武重机床为船舶制造业自主研发了CK53100数控船体坡口加工机床,解决了非正圆壳体随动加工技术,又为核电设备制造业研发了CKX53613数控核电加工专用机床,最近又与二重集团签订了一台世界最大的DL250型5米超重型数控卧式车床合同。 数控系统代表企业是武汉华中数控股份有限公司。
    
环渤海地区:主要发展加工中心和液压压力机

环渤海地区,包括北京、天津等。 北京主要发展加工中心、数控精密专用磨床、重型数控龙门铣床和数控系统。代表企业是北京第一机床厂、北京机电院高技术有限公司、北京二机床厂有限公司、北京凯恩帝机电技术有限公司、北京发那科机电有限公司、北京航天数控有限公司等。 天津主要发展锥齿轮加工机床和各种液压压力机,代表企业是天津第一机床厂、天津精诚数控机床制造有限公司和天津市天锻压力机有限公司。天津市天锻压力机有限公司研发了THP10-10000型万吨数控等温锻造液压机。
    
珠江三角洲地区:数控系统等的生产基地

珠江三角洲地区,形成数控车床和数控系统、功能部件生产基地。广州机床工具有限公司重点生产数控车床(以经济型为主);广州数控设备有限公司重点发展二轴控制以上数控系统,是经济型数控系统主要生产企业,产量占全国60%左右;广东高新凯特精密机械有限公司重点发展滚珠丝杠、直线导轨等功能部件。

上述六个地区形成了各有特色、各有重点的我国数控机床、数控工具和功能部件生产开发基地。

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