当今模具制造界的新技术和工具大盘点

在模具制造中,时间就是金钱,如何提高生产效率是每家企业都关心的事情。
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模座制造商使用夹具镗床和夹具铣床来完成精密孔,这些孔的圆度,垂直度和直线度公差小于5 µm。


包含型芯和型腔的复杂模具,具有精细的细节以及对注塑,吹塑,玻璃模塑或吹塑零件的苛刻表面光洁度要求,因此需要在汽车,医疗,航空航天或消费类产品中使用的高精度。为了有效地制作准确的模具,模具制造商将借助机器,切削工具,CAM编程和扫描等最先进的技术来节省宝贵的时间,工具和技术的进步甚至可以节约几天的时间。



以下文章重点介绍当今简化模具制造的新技术。



不是所有模具都一样



对于加拿大魁北克省Saint-Romuald的Moulexpert Inc.这样的企业而言,满足客户要求以更快的周转时间的压力尤其具有挑战性。它专门从事食品包装行业的薄壁,多腔注塑模具。为了扩大规模,该车间寻找精确,可重复且用途广泛的机床。



据该公司首席执行官史蒂夫·纳多(Steve Nadeau)称,将流注通道的宽度仅为0.015英寸(0.38毫米),很难将塑料注入到薄型腔中。在注胶过程中,流注的窄通道会在工具内部产生巨大的压力。 Nadeau说,在模具设计中,任何不均匀的壁厚都会影响模具,机床必须生产公差在5 µm范围内的模具部件。



随着车间的发展,Moulexpert从伊利诺伊州林肯郡的GF机械加工解决方案有限责任公司选择了高速五轴Mikron MILL P 800 U ST。Mikron MILL P 800 U ST设计用于在圆形和其他具有挑战性的型腔组件上实现较高的去除率和精度,其零件台容量为800 kg,可在最小的占地面积内提供Moulexpert所需的功能。



Mikron MILL P 800 U ST使用20,000 rpm的主轴和液压系统进行铣削和车削,并将其锁定在适当的位置以进行车削。新机器使车间缩短了交货时间并提高了生产率,特别是用于圆形容器的薄壁模具。



Nadeau说:“机器的紧凑型设计及其转向容器的旋转功能非常重要。” “此外,我们喜欢机床的多功能主轴,该主轴使我们能够在型腔中钻孔和攻丝,然后粗加工和精加工将其公差在5 µm以内。如果我们购买了车床,我们将没有五轴功能,而我们将不得不购买两台机器。”


模具制造商Moulexpert选择了Mikron MILL P 800 U ST,以实现包装行业加工薄壁模具所需的5μm公差。



此外,获得专利的机器和主轴保护(MSP)系统在发生碰撞时保护机器的主轴。该机器还具有自动托盘搬运功能,而不会限制进入工作区。



为了实现最佳零件生产,机床的智能主轴监控(ISM)功能通过延长机床的使用寿命,增加零件质量并缩短加工周期时间来帮助节省模具成本。ISM在X,Y和Z方向上显示铣削振动,以优化工艺。



吉格米尔斯完善的模具制造技术



对于用于模具制造的机床,“一刀切”就行不通。新泽西州富兰克林湖市三井精机美国公司副总裁汤姆·多兰说:“制模商不应被迫在一盒中购买加工解决方案。我们的方法是为客户提供主轴技术,机床配置和轴的选择。驱动器,”他说。



“ [制模商]一枪制做完美的东西。[在生产模具中的型腔的数量开始成倍增加,向上增加了36、72和144。型腔的数量越大,制造过程就必须具有更高的可重复性,因为所有型腔必须相同,”多兰说。



“这些模具的最终用户,即我们客户的客户,正在寻找在生产中磨损的型腔时进行维修或更换的更快的周转时间。结果,模具制造商需要能够提供准确的模具部件作为备件的机器。”



三井精机扩大了夹具铣床生产线。“我们将模具视为一个系统,特别适合大中型模具底座,热流道板和较大的组件,” Dolan说。“夹具钻孔机和夹具铣削机之间的差异非常明显。夹具磨可使模具制造商从单一的机床和单一的夹具系统中获得更多收益,并通过精确的定位和几何形状进行精确的镗孔作业,从而在精确的位置上生产出圆的,直的孔。此外,借助夹具铣床,模具制造商可以在同一组件上进行常规铣削,攻丝,钻孔和其他操作,而无需更改机器或设置。”



三井精机跳汰机型号包括J1220,在Y和X轴上的行程为1,200×2,000 mm。使用1,200×3,000 mm的J1230可以处理更长的组件,而使用1,600×2500 mm行程的J1625可以处理更大的板和工件,重达15,000-16,000磅(6804-7257公斤)。

Iscar的LOGIQ4FEED系列小直径,快速进给铣刀具有狭窄的骨头形双面刀片,带有四个切削刃,用于粗加工,特别是在加工深腔(如模具)时。



三井精机(Mitsui Seiki)最近针对中型模具推出了新型PJ812跳汰机,冲程为800×1,200 mm。现在,可以在能够进行高速轮廓加工的同一基本机床平台上经济地制造较小的基座和热流道板。多兰说,在北美,越来越多地制造用于塑料注射成型,压铸成型,玻璃成型或硅成型的那些类型的部件。三井精机夹具铣床的主轴转速范围为10,000-25,000 rpm,或者使用HSK 100/50锥度或HSK 63/40锥度主轴锥度为30,000 rpm。



“先进的主轴技术允许使用较大的立铣刀和端面铣刀,而不是像传统夹具钻孔机上的轴向轴向加工那样,仅在刀具侧面进行加工。夹具厂还具有各种大容量的换刀装置,并且具有更多的机内过程自动化功能,可以进一步提高模具制造商的生产率。” Dolan说。

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快速进给铣削,粗加工的工具



位于德克萨斯州阿灵顿的Iscar Metals Inc.继续增加适用于模具制造的切削工具产品线。例如,LOGIQ4FEED是一个小直径,快速进给的铣刀系列,具有带有四个切削刃的窄的,骨头形的双面刀片。该系列专为粗加工而设计,尤其是在加工深腔时,例如在模具制造中通常会发现的腔。



骨形刀片有四个可转位的切削刃。每个边缘均包含两个边缘部分:一个主切削刃和一个次要切削刃,可提高斜铣时的切削性能。具有渐进式切削几何形状的17º切削刃角刀具可降低切削力并实现顺畅的切削。



刀具直径范围从0.500“到2.00”(12.7-50.8毫米)。刀片上的内置侧边间隙允许使用所有四个边缘,而不必担心在直壁,重凹坑或螺旋插补孔附近作业时会损失刀具寿命。刀片具有0.031英寸(0.79毫米)的最大Ap,具有最佳的转角半径和直壁功能,有时甚至可以省去半精加工操作。刀片有四种切削刃和六种等级可供选择,具有最大的应用多功能性。



LOGIQ4FEED窄刀片设计允许更高的齿密度,而刀体上更大的铁心直径则增加了强度和刚度。铣刀刀体均具有直接对准切削刃的带孔的直冷式冷却剂,并具有抛光涂层,以提高耐磨性和出色的切屑流动性。Iscar还通过增加用于五轴轮廓铣削应用的镜筒和透镜式刀具,扩大了其硬质合金立铣刀和MULTI-MASTER系列的应用范围。



这些新的仿形工具构成了新的切割工具类(混合工具),在工具的切割区域中合并了大的截断半径。这减少了给定操作所需的切削和走刀次数,从而减少了加工时间,并形成了比在类似切削条件下使用传统球头立铣刀更光滑的加工表面。



该公司称,这种新的刀具类别适用于加工各种材料,包括钛,铬镍铁合金和不锈钢等特殊材料。航空航天和发电组件(例如叶轮,叶轮叶片和涡轮机叶片),医疗行业组件(例如植入物,假肢和整形外科)以及模具和模具制造组件(例如模架,型芯和型腔铣削)是产品的一些示例可以使用这些新的五轴轮廓分析工具来创建。



使用ATOS扫描仪自动扫描塑料零件。



与能够识别混合切削刀具轮廓(例如Mastercam和hyperMILL)和五轴机床的现代CAM系统配合使用时,这些新型立铣刀具有将半成品和精加工应用的周期时间缩短多达50%的潜力。 ,伊斯卡说。



数据保证质量,是节省时间的关键



根据密歇根州法明顿希尔斯Capture 3D Inc.的国家销售经理弗兰克·斯通(Frank Stone)所说,要生产出可接受的注塑或吹塑零件,取决于模具的质量。“使用计量级的最大优势之一3D扫描仪是模具制造商在设计和制造过程中获得的信息和反馈。”他说。“首先,您首先要对模具进行3D扫描,然后分析数据以进行模具校正,这称为调整。公司的一个重要目标是减少调整循环或迭代的次数,以加快上市时间,同时减少浪费的成本。下一阶段是使用模具试模来证明零件,以确保工具正确地制造了零件。” Stone说。



3D扫描技术有不同的名称,例如光学测量机,白光或蓝光3D扫描仪,结构光3D扫描仪,非接触式3D扫描仪等。Capture 3D ATOS系列工业结构化蓝光3D扫描仪的用途非接触式光学技术,带有蓝色LED灯,可在一次快速扫描中捕获数百万个点。ATOS系列用于各种行业,并测量不同的物体尺寸,表面光洁度和形状复杂度。



斯通说:“与接触式采集相比,数据点的非接触式光学采集的优势实际上在于点的数量和密度以及整个测量过程所花费的时间。” ATOS捕获体积区域的全场扫描,每次扫描收集数百万个点,单次扫描的速度可高达0.2秒。通过触觉测量,模具测试和校正涉及更多的步骤和编程时间。使用结构化照明技术,无需担心是否有足够的数据做出正确的决策。



从工具制造,模具流动仿真,模具试模到最终零件的测量,公司在整个过程中都使用该技术。“使用计量级的准确的工业3D扫描仪可以大大加快从模具设计到生产优质零件的过程,” Stone说。



将零件几何形状的数字3D蓝图与CAD进行比较,并通过3D检查颜色图显示一系列颜色,这些颜色表示超出和超出公差的区域。



扫描工件所需的时间取决于其尺寸和复杂程度。“我们的扫描技术的优点之一是它是便携式的,可以放在模具区域的车间。我们的结构化光扫描仪可在数分钟内从零件中捕获数百万个准确的数据点,” Stone说。“此外,使这项技术自动化一直是进一步提高吞吐量,可重复性和生产率的趋势。”



根据三角剖分的原理,ATOS在零件的表面上投射出条纹图案,并且随着图案在每次扫描过程中快速移动,两个摄像头捕获了位移以计算3D坐标测量值。由于不需要专业的编程技能或高度精确的固定装置,因此ATOS的设置极少。ATOS通过快速扫描其点云中的整个对象来发现离散的问题区域。传统的测量方法不会检测到这些区域。



然后将对象几何图形的数字3D蓝图与CAD图纸进行比较,并带有3D检查颜色图,该颜色图显示表示范围内和公差外区域的颜色光谱。高质量数据的另一个优点是能够“塑模”指纹。使用3D扫描,用户可以在返工后实际扫描最终模具,以数字方式存档数据以进行复制或修改以用于将来的项目。据Stone称,这是通过CAM程序运行扫描数据来完成的。



CAM软件创建数字孪生



您可能会以为新冠肺炎疫情摧毁整个制造业,而且确实如此。但是,一些公司,尤其是拥有强大数字业务的公司,能够继续为其客户提供高级支持。ESPRIT CAM软件开发商,加利福尼亚州卡马里洛的DP Technology Corp.能够调整其数字网络,并继续向全国各地的客户提供直接支持,无论是用于机器编程,优化还是仿真。



据ESPRIT CAM副总裁Don Davies称,ESPRIT CAM软件创建了所有类型机床的数字孪生机床,其中包括双主轴,双转塔架,五轴铣车床,加/减混合动力以及瑞士式车床。其他,包括用于模具制造的机器。ESPRIT使用CNC机床的数字孪生系统提供免编辑的G代码,包括零件设置,工具组件和自动化。



“数字孪生模型可以在计算机中精确显示机床。我们的解决方案是让用户按下按钮来创建代码,就像按下计算机上的按钮来打印某些内容一样。这节省了很多时间。无需来回编辑和重新编辑代码即可正确编程。” Davies说。机床制造商总是想出新的机床。好产品通常会持续20年,从而创造了一个时间窗口,在此期间,我们将通过更改控件和后处理要求来为它们提供支持。”



DP Technology已提供临时许可证,以使其客户能够在家中和不在其设施内工作。戴维斯说:“我们的数字支持网络使我们相当容易地迁移到在线培训和咨询中。” “不难想象,培训会在一家公司或参与同一时区的多家公司向多人提供的培训。我们不会看到面对面的会议将来会被取代,但是就目前而言,旅行和IMTS和Smart Manufacturing之类的活动肯定会被错过,因为它们是我们整体业务动态的重要组成部分。”

Davies相信,随着我们迈入CAM的未来,它将由数字和虚拟两种方式主导-CAM将与机床成为“一体”。


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