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關于精密多腔模具零件加工的詳細分析

2021-07-14 08:00:55

本文通過對數控、EDM、WEDM、GRI、TUR在實際生產加工中的效率提高方法和精度控制手段的詳細分析和討論,實現了高精度多腔模具的質量和效率保證,尤其是創新的在機檢測手段,簡單實用,可以解決尺寸超差造成的重復返工問題。

近年來,模具行業結構調整步伐加快,大型、精密、復雜、長壽命模具的發展速度明顯高于行業整體發展速度。模具質量和壽命相關,影響模具壽命的主要因素有模具材質和坯料處理、相關熱處理、模具加工精度(輪廓精度和位置精度等)、模具表面質量(包括表面粗糙度、硬度和表面金相組織結構)等,其中最重要的影響因素是模具精度,特別是模具組裝精度。因此,制作高精度模具,特別是多腔精度模具,最重要的是采用高質量的技術方案,提高零件的加工精度和加工效率,適應市場需求。

模具零件加工

一、加工現狀及改進目標。

加工完成的1出8腔試驗模具如圖2所示,各工序加工機床生產過程的間數據記錄如表1所示。該加工技術方案模具加工總時間達到1304小時,1出128腔模具加工總時間為20864小時,45天為模具加工周期,共需208臺加工設備,設備需求量過大,加工方案低效,不能滿足客戶的實際訂單周期需求。

綜合考慮成本、周期、資源,為了滿足模具交付周期,必須進行加工提高效率。目標是各工序平均提高效率30%,加工合格率達到95%,各工序提高效率目標分解如下。

二、原計劃的分析和優化。

通過分析1-8腔試驗模具生產過程中出現的低效問題記錄,制定相應的優化方案。

CNC粗銑工序優化CAM程序策略優化所使用的PowerMILL軟件是由英國Delcam公司開發的專業CAM編程軟件,安全性能高,粗、精加工策略多,應用靈活。利用軟件特性,加工方法從原來的偏置粗銑策略優化為預鉆+等高策略后,切削刀軌跡化復雜,效率提高明顯,效率提高32%。

專用工裝夾具的設計可以有效減少停機等待的浪費,提高機床的作物率。根據零件的特點,設計排列6個槽可以夾6個零件的工裝,其重量正好適合手動安全搬運。夾緊后,單個零件不需要分中和校準表進行校正。一次夾緊可以加工6個零件的正反兩側共4個方面的特點,優化了之前現場的低效操作,實現了快速夾緊和批量加工,大大縮短了現場操作造成的停機等待時間。原加工方案是單件加工,每件需要4次夾緊,6件需要24次夾緊,6件加工總工時間達到12.6小時。新加工方案使用專用工裝夾具,6件需要4次夾緊,單件切削時間為1.3小時(不含刀具切換時間),每個工位的夾緊時間為0.2小時,加工總工時間為8.6小時,可提高46%。

TUR工序原加工方案單件加工尾部預留15mm藝腳,新加工方案采用長圓坯,一次裝夾車削8件,批量加工優化后可提案35%。

1.采用組合備料,一次夾緊加工零件,減少切割工藝腳線時間0.5h/件。

2.完成密封圈槽和擋水片槽的車削加工,減少熱處理后磨床的精加工時間0.3h/件。

3.車削余量由原來的0.3mm調整為0.15mm,減少了車床半精工時間0.5h/件。

4.材料成本降低25%,原8件340mm,新工藝8件260mm。

GRI工藝設計工裝原加工方案單件加工尾部預留藝腳,新加工方案采用專用工裝夾具,無需對每一件進行校正,優化后可實現快速切換加工,效率提高30%。

使用專用工具夾具,實現批量快速切換加工,減少零件夾具校正時間0.3h/件。

密封圈槽、擋水片槽采用車削直接加工,減少了每件0.3h的精磨時間。

WEDM工藝設計工裝原加工方案為單件夾具加工,每件需要2次夾具,6件共12次,6件夾具的校正時間為2.4小時,6件夾具的校正時間為7.2小時。新加工方案采用專用夾具實現批量快速切換加工,無需對每件夾具進行校正,6件夾具的校正時間為0.2小時,6件夾具的校正時間為5小時,優化后效率為44%。

使用專用夾具,實現批量快速夾具加工,減少零件夾具校正時間0.2h/站。

零件切削時間僅為0.4小時/站,單件夾緊難以實現連續加工,大大降低了設備的作業率。

數控-RDS銑削工藝設計工裝原加工方案采用單件夾具加工,每件需在機器上校正,6件的加工時間為7.2小時。新加工方案采用專用夾具實現快速切換加工,無需對每件進行校正,6件的總加工時間為5.3小時,優化后效率為36%。

使用專用工裝夾具,配合CMM機外抄數,單件夾具校正時間減少0.2h/件。

配合程序串聯軟件實現加工程序串聯,減少工具切換時間(精加工工具預熱時間為300s),零件切割時間為0.8h/件(不包括工具切換時間),3個需要預熱的精加工工具可減少3次工具和3次主軸預熱。

放電優化EDM工序。

電極設計優化:合并電極,優化放電參數,減少電極切換時間,提高電源效率83%。

改變傳統電極設計理念,優化電氣加工方案,從單銅或單石墨轉變為混合電氣方式,細粒石墨粗打,高純紫銅精打。

調整加工參數,電加工至VDI-14#圖案編號(表面粗糙度值Ra為0.56m),加工后不打磨。

優化電極加工程序,調整電源參數(模型號E、開始段號I、結束段號J、修復段號O、跳躍幅度S、跳躍周期T、跳躍速度F、修復開始段號M、修復時間U),提高電源效率。EDM放電代碼見表11。原加工方案需要4h35分鐘,現在加工方案只需要2h24分鐘。

三、夾具的開發和應用。

為了提高機床的加工效率,縮短停機等待時間,設計了各種零件的夾緊工具,實現了批量加工,將模具傳統的單件加工理念轉化為批量零件加工理念,各工序加工用專用夾緊固定,大幅度縮短了零件加工時間,提高了設備的作物動力

精密模具零件加工

四、使用坐標磨床。

高精度模具不僅需要高精度鑲塊,還需要高精度模架的保證,因此坐標磨床尤為重要。坐標磨床是近代基于坐標膛床加工原理和結構發展起來的精密機床,是精密模具加工的重要設備,可用于磨削模具中精度高的各種模具零件特征、各種精密機械零件和各種坐標孔(見圖9)。

坐標磨床經常磨削各種淬硬鋼,模具加工中經常磨削一些韌性好、難磨、硬度高的模具鋼材料,對砂輪要求很高。CBN砂輪硬度和耐磨性高,硬度達到8000~9000HV,僅次于金剛石,摩擦系數低,導熱性好,耐熱性高,耐1400~1500℃的高溫,能快速將磨點產生的熱轉移到砂輪上,大限度地抑制工件的熱損傷,增加工件的壓縮殘余應力。因此,坐標磨床+CBN砂輪可以很好地保證模架導柱、導套等關鍵特性的位置精度和形狀精度,為整個模具提供高精度的組裝保證。

五、在機檢測精度控制。

在檢查工具的設計開發之初,必須考慮其完整性、人機工程、穩定性、成本等。根據零件的精度要求,結合檢查工具開發應注意的問題點,開發制作適當。


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