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从刀具到控制再到软件改进推动制造技术

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模具车间依靠工具、软件和机器方面的最新技术蓬勃发展。流程的成功通常取决于使用过去和当今最新进展的一流解决方案。使用旧技术的新方法通常取决于使能技术的进步。

一个典型的例子是用于全五轴仿形加工的圆弧段立铣刀技术的出现。现在由任何数量的刀具供应商提供的圆段刀具必须等到 Mastercam 和 Open Mind Technologies 等软件供应商的完整五轴加工技术和 CAM 编程能够处理它。

“圆弧段立铣刀是用于半精加工和精加工模具的典型球头立铣刀的有效替代品,”德克萨斯州阿灵顿 Iscar USA 全国铣削产品经理 Bryan Stusak 说。圆弧段立铣刀的切削刃是一段大直径圆弧,可减少模具中的步距数和加工路径的尖端高度。据 Stusak 称,最终结果是更光滑的表面光洁度和高达 50% 到 90% 的循环时间减少。

Iscar 的圆段立铣刀 NEO Barrel 专为精加工和半精加工而设计,可提供 Multi-Master 和实体刀具配置,直径为 5/16、3/8 和 ½"(7.94、9.53 和12.7 毫米)两种不同等级。“除了模芯和模腔,应用还包括航空航天和发电叶盘、涡轮叶片、医疗整形外科、假肢装置和植入物,”他说。

对于模具加工中的粗加工,Iscar 扩展了其小直径、快速进给铣削平台 LOGIQ4FEED,并配备了更大直径的刀具。两年前推出的 ½ 至 2"(12.7 至 50.8 毫米)尺寸的 LOGIQ4FEED 小直径进料磨机系列已经扩展,增加了 2 至 5"(50.8 至 127 毫米)直径的刀具。

LOGIQ4FEED 刀具具有带四个切削刃的窄骨形双面刀片。该设计非常适合对深模具和模腔进行粗加工。“狭窄的矩形刀片具有更大质量的刀体,允许将更多刀片放置在刀体周边,从而提高生产率,”Stusak 说。在模具制造中,生产力是关键,在周边增加更多的嵌件可以实现更高的每转进给率,最大限度地减少 Z 轴上的阶梯痕迹和精加工时必须去除的材料量。

“骨头形状为排出切屑提供了侧边间隙,并避免将切屑夹在刀片侧面和壁腔之间,”他继续说道。“这是一种激进的刀具几何形状,几乎就像一个螺旋形切削刃,可以积极地切入工件,使其非常自由地切削。”

LOGIQ4FEED 具有多种尖端几何形状。T-Land 刀片适用于通用材料,高正几何形状适用于难以加工的不锈钢​​和高温合金。T-Land 中具有增强拐角半径的以下几何形状可用:HP(Hi Positive);T-Land RM; 和 HP RM(增强切削刃)可减轻较小圆角半径的压力,从而获得更光滑的光洁度和更坚固的刀片。

组件复杂性需要新的解决方案

伊利诺伊州埃尔克格罗夫村西门子工业公司的应用工程师 Lars Faller 表示,模具组件的复杂性正在全面增加。“控制变得更先进、更可靠,甚至更快、更坚固,这可以提高客户操作的效率。此外,越来越多的客户正在寻求其运营的透明度,以实现利润最大化,”他说。“例如,在线工件探测使他们能够在零件脱离机器之前充分验证各种加工过程和工具的状态。

“我们知道,当我们在数字环境中设计某些东西时,例如计算机上的 CAD 程序,一切都完美无缺,”Faller 继续说道。“线条、角度和弧线享受完美的几何过渡,但我们也知道,一旦进入普通的制造车间,我们很少会陶醉在完美的世界场景中。机器的尺寸往往会随着温度的变化而增大和缩小,工具也会磨损并必须更换。”

从历史上看,三轴 VMC(立式加工中心)主要用于模具加工,因为它提供了一个稳定的平台并有助于确保精确的表面光洁度,但以速度为代价。“通过最近推出的 SINUMERIK ONE CNC 平台,我们能够直接在控制器上调整高速和轮廓公差设置,而不会产生不利的机械振动——这将不可避免地出现在工件的表面光洁度中, ”法勒说。“与旧方法相比,这允许更快的加工时间以及真正均匀的自由曲面,而无需制造工程师重新发布 NC 代码。”

他补充说,模具制造程序以其极端的长度和复杂性而著称,并且在无法访问程序的情况下手动完成此类编程并在机器控制上进行验证是不可行的。“我们内置的 Moldmaker 功能允许操作员打开程序以获得刀具路径线框的 3D 表示。有了这个视图,控件可以帮助操作员快速分析整个程序,看看点云分布是否有任何不规则之处。将此验证过程更进一步,我们可以模拟整个制造过程,包括 3D 材料去除,而无需第三方验证软件。”

在大流行期间,西门子开发了一种使用最初为培训而开发的工具来支持其客户的方法。SINUTRAIN 软件工具允许机床制造商、经销商或客户创建机床的数字化双胞胎,分析潜在问题并在首次切割机床之前进行故障排除或制定解决方案。同样,西门子提供了一个虚拟产品专家计划来设置 60 分钟的时间段,在此期间他们可以帮助客户解决与操作和编程相关的问题或问题,以及有关新西门子控件的远程培训。

迎接客户挑战

伊利诺伊州罗克福德的 Ingersoll Cut Tool Co. (ICTC) 是 IMC 公司家族的一员,它不断寻求改进,以应对其客户在提高模具工作效率和卓越质量方面面临的挑战,据William Fiorenza,模具产品经理。他补充说,通过刀片几何形状、座刀片设计、涂层、材质和刃口准备来延长切削刃寿命的进步都旨在延长刀具寿命和更高的材料去除率。

Ingersoll 为模具行业提供一系列铣削选项,包括带有可转位硬质合金刀片和整体圆形切削刀具技术的可转位刀具选项。“ICTC 的一项新的、更显着的推动是为客户提供更小的刀片 IC 尺寸产品,用于粗加工和精加工。新的和精选的现有产品线已经扩展到包括更小的刀片尺寸:4 毫米和 5 毫米刀片 IC 尺寸允许可转位刀具设计,可以实现小至 0.25" [6.35 毫米] 的刀具直径尺寸,”Fiorenza 说。

他说,较小的可转位刀片尺寸的好处包括通过更高密度的刀具提高生产率、降低刀具成本以及由于切削力降低而提高性能,他补充说,与整体硬质合金立铣刀解决方案相比,它们也具有成本效益。“在许多应用中,这些较小直径的刀具可提供更高的材料去除率,并且与整体硬质合金刀具相比具有优势,考虑到具有四个分度和刀体与整体硬质合金刀具相比,”Fiorenza 说。

Ingersoll 的 DiPosFeed、DiPosDuo、GoldSFeed 和 HiPosSFeedV 系列铣刀中使用了较小的 IC 刀片刀具。提供 4 毫米和 5 毫米刀片尺寸,较小的 IC 刀具具有强大的刀片几何形状和夹紧力,以及高进给设计特征,可加快铣削过程并缩短循环时间。

“如今,高进给刀具的进步利用更轻的切削深度比过去提高了生产率,”Fiorenza 说。“新的较小 IC 尺寸的 DOC 范围为 0.020 至 0.190"(0.5 至 4.8 毫米)。这些较小直径的刀具非常适用于小型高速加工中心,但在大型机器上同样运行良好。较小的 IC 刀片和Ingersoll 先进的冲压技术和精密加工使精密加工的座椅口袋成为可能。”

Fiorenza 指出,在大流行之后,商店更愿意在允许的情况下提供有关其特定应用的切割条件的详细信息。根据他的经验,由于大流行期间生效的协议,客户因为他们在 Zoom、Microsoft Team 或其他虚拟通信方面的经验而越来越愿意进行虚拟会议,在这些虚拟会议中,各个团队成员可以与他们进行一对一的交谈。同届其他主要人员。

“这种类型的沟通和刀具技术支持流程越来越被我们的客户所接受,他们需要更清晰地传达和接收信息。能够实时(远程)进行虚拟交互,我们可以快速消化和更好地理解应用程序并推荐解决方案。这些虚拟会议还将有助于为随后的面对面会议奠定基础,”他说。 

例如,ICTC 正在与一家大型制造商合作,该制造商多年来一直将其模具工作外包。由于各种原因,它正在将工作带回内部,并通过其经销商联系 ICTC,要求技术支持和培训。最初的电子邮件通信为富有成效的虚拟会议创造了时间,从而可以清楚地了解所需的产品支持和培训类型。因此,Fiorenza 表示,除了目前正在开发的为期一天的虚拟客户培训计划外,还提供了有效的工具选项。

连接一流的产品

旧金山 Autodesk Inc. 的产品管理数字制造总监 Al Whatmough 表示,软件是构建更先进模具制造工艺的关键工具。“在设计方面,我们有模拟产品,比如 Moldflow,还有制造产品,比如 FeatureCAM、PowerMill 和 PowerInspect。我称这些为一流的单点解决方案。然后我们有一些我称之为结缔组织产品的产品,比如 Vault 和 PLM,将数据和流程连接起来,”Whatmough 说。

Autodesk 开发了 Fusion 360 平台,将其单点解决方案中的技术整合在一起,以便它们可以在连接的工作流中工作。“Fusion 360 可以配置为跨整个产品生态系统的功能无缝协作,”Whatmough 说。“这包括来自 PowerMill 的高级铣削、来自 FeatureCAM 的自动化加工、来自 Moldflow 的模具模拟或来自 PowerInspect 的检查工作流程。这是一个将最好的设计、模拟和制造结合在一起的平台。”

他指出,工程和设计之间始终存在健康的紧张关系。“如果不考虑将如何制造,您就无法真正设计某物。了解为什么在制造产品时以某种方式设计产品同样重要,”Whatmough 说。“我们所做的很多事情都是试图更好地促进这些学科之间的合作,以促进更密切的工作关系。”

根据 Whatmough 的说法,使用用于模具工作的 CAM 软件,如果没有一些几何创建元素,您将无法进行编程,而这些元素会发生在 CAD 的子集上。这可以是用于驱动刀具路径的表面,也可以是对制造过程的数字孪生进行建模的过程,以确保安全和无碰撞的输出。他说,为了支持这项工作,制造专家应该可以使用一整套建模工具。

“对于模具应用,我们的 PowerMill 客户希望在将零件从机器上取下之前确保零件质量良好。他们想要像 PowerInspect 这样的工具的功能,”Whatmough 说。

如果零件有缺陷,则必须在锁定几何图形和准备运行工具之前找到该缺陷。据 Autodesk 称,前期模具模拟提供了在可制造性的过程和设计中及早发现问题的能力,因此模制零件在第一时间就能正常工作,避免了代价高昂的问题。

成型模拟可帮助模具制造商和其他成型专业人士在设计过程的早期了解风险。它有助于在完全投入设计之前解决这些问题,为他们提供准确的数字原型制作解决方案,并更快地将更好的产品推向市场。Moldflow 仿真可以与其他仿真工具搭配使用,包括机械应力、振动、运动、计算流体动力学 (CFD) 和多物理场。

根据 Whatmough 的说法,在机器上安装检查设备可能无法替代最终检查过程。但是,该检测设备确实有助于在流程的早期验证零件,并节省了如果直到后来才发现错误,否则会浪费时间。

虽然更快、更好和更耐用的机床代表了明显的改进,但“更有趣的趋势是多任务处理,”Whatmough 说。“对于模具制造,我们谈论的是购买不包括探测的工厂变得不寻常的情况。同样重要的是,今天购买一台没有至少一些动力刀具的车床几乎是疯狂的,如果不是全 B 轴铣削的话。” 鉴于此,“不经调查就购买工厂似乎同样疯狂。”

他说,不久前,这些可能是商店可能会再次猜测的选项。“其中很大一部分与技术结合有关……这正在成为常态。更何况好像全国每家店都有五轴设备。”

展望未来,结合增材和减材工艺的机器将变得越来越普遍。“这些新兴工艺使衍生式设计能够为冷却模具创建几何形状,并且只能使用增材工艺制造,”Whatmough 说。

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