这个模具店世界是圆的

对于制造业的许多工作车间来说，模具和模具工作通常是指制造不对称的零件。钣金件的形状多种多样，注塑成型的塑料件从电话到电脑柜都有。

然而，在模具制造领域，有很多零件是圆形的。帽盖、密封件、垫圈等等，都是需要圆形模具和模具组件的零件。

关于加工非对称零件的模腔和模具组的文章很多。在本文中，重点是硬车削应用于制造模具和模具部件以生产大量圆形金属和塑料零件。

为了了解这个制造领域，我们参观了 Reliance Tool and Manufacturing（伊利诺伊州埃尔金）。这是一家拥有 50 年历史的加工车间，已开发出硬车削专业，并用它来制造模具部件和生产圆形产品的模具。

我们与工厂经理 Dale Schrieber 进行了交谈，了解 Reliance 如何从其生产流程的硬车削中受益。

渐进式和复合式模具

模架包含许多组件。这些通常是安装在模板顶部和底部的单独部件。这种设计允许对模组的单个组件进行调整，而不是对整个单元进行调整。

在级进模中，金属板卷在模组的上半部和下半部之间进给。每次关闭压力机时，都会在压力机的终点弹出一个完整的零件。

级进模可能有两个、四个甚至 16 个不同的工位来生成完整的冲压件。在压力机完成一个冲程后，线圈从一个模具站进给到下一个模具站。一些模具组设计为逐步冲压扁平形状，然后将冲压件折叠成 3D 零件。这一切都在一个级进模上一键完成。

复合模具与渐进式模具的不同之处在于，它们只需一次冲床即可完成完整的冲压。复合模具只需一次冲压即可完成工件的成型、打孔和成型。

与级进模一样，复合模也由安装在上下板上的组件制成。 Reliance 制造并组装成完整套件的正是这些组件。对于他们的大多数客户来说，这些组件是圆形的。

为什么要硬车削？

大约六年前，Reliance 开始尝试硬车削。这个想法是通过一种更灵活的工艺来增强传统的磨削操作，并且可以将更多零件放入车间。

在实施硬车削之前，Reliance 以传统方式制造其模具组和模具部件。他们会对零件进行粗车削，留下磨料，然后进行热处理并精磨。

像任何车间一样，更快地交付零件的压力推动了对替代技术的大量寻找。 Reliance 对寻找制造模组和模具组件的新方法施加的唯一规定是向客户提供与已磨削的零件一样好或更好的零件。

“起初，我们的硬车削方法是反复试验，”在 Reliance 开发硬车削工艺的 Jeff Staes 说。 “在我们的某些应用中，与磨削相比的优势立即显现出来。”

大多数指定用于硬车削的工件的公差要求为 0.0005 英寸。但由于半径小至 0.005 英寸，并且需要将锥度与半径混合，单点车削与磨削相比具有明显的优势。拔模角度和零件几何形状所需的内径和外径锥度也可以在车削中心轻松生成。

“试图用砂轮保持微小的半径或产生锥度需要经常修整，这会减慢生产过程，”施里伯先生说。 “最后千分之几的精磨也很耗时，因为砂轮必须更频繁地修整。精磨砂轮的细砂比限制金属去除率的粗磨砂轮负载更快。”

他们学到了什么

成功硬车削的关键从软车削开始。要在硬化工件上实现一致的表面光洁度和尺寸精度，需要在粗车后在热处理毛坯之前留下适量的毛坯。

诸如薄壁部分的几何特征通常需要留出更多的毛坯来进行硬车削，因为在热处理中容易发生轻微翘曲。这个想法是增加薄的部分以有足够的库存以允许热处理的尺寸变化。

“我们的热处理机在将翘曲降至最低限度方面做得很好，”Schrieber 先生说。 “他们将陶瓷板用于薄截面工件以及其他技术来控制尺寸变化。我们甚至在运送零件之前将它们架起来进行热处理以控制一致性。”

由于刀具磨损，保持相同的硬车加工余量很重要。通常，硬车削过程分为两个步骤：一个或多个粗加工道次，然后是精加工道次。在粗加工路径上去除最少的毛坯可以节省生产时间，但更重要的是，它可以节省粗加工硬车刀。 “粗糙的硬车刀磨损会影响最终走刀的表面光洁度和尺寸，”Staes 先生说。

Reliance 选择的刀具是 CBN（立方氮化硼）。对于非常短的运行或断续切割，使用陶瓷，但在较大的生产运行中不会像 CBN 那样磨损。

“CBN 具有很强的多功能性，”Staes 先生说。然而，插入选择是一个限制因素。 “我们设计刀片，并由我们的工具供应商专门为我们制造。我们通过将现有刀片重新加工成我们需要的形状来创建其他刀片几何形状，”Staes 先生继续说道。 “CBN 的刀片形状和几何形状尚不多样，但它正在变得更好。”

切割中的工具钢

Reliance 使用的大部分材料是 A-3 和 D-2 工具钢，硬度在 48 到 64 Rc 之间。 CBN 刀片刀具适用于这些硬车削应用。

虽然 CBN 是仅次于金刚石的第二硬材料，但用 CBN 制成的刀片可能很脆弱。一些车削工艺需要对传统工艺进行修改，以适应这种脆弱性。

通常，CBN 刀片由铜焊或以其他方式将 CBN 材料的预成型边缘连接到碳化物基材制成。这种接头往往是刀具的薄弱环节。

模具和模具部件需要具有高尺寸精度和出色的表面光洁度。为了使用硬车削实现这些目标，Staes 先生制定了一些指导方针。

“如果需要对深度和壁面进行严格的公差，则在 OD 或 ID 上切入肩部的方向可能是一个因素，”他说。 “与其从 ID 或 OD 进入正面，不如先面朝下以去除多余的材料。留下 0.0005 到 0.0010 英寸的毛坯以进行精加工。

“完成粗加工并去除大部分毛坯后，就可以将精加工加工成壁。去除剩余的 0.0010 英寸或更少的金属会降低刀片上的刀具压力，特别是在使用小型前角刀具时使用几何，”Staes 先生说。

在镗削操作中，刀片的中心高度是成功保持尺寸和光洁度的关键因素。如果棒材弯曲，它可能会使切削刃低于中心线，导致刀具寿命缩短和光洁度差。 Staes 先生推荐用于硬车削的整体硬质合金镗杆。 “它们将减少弯曲问题并提供更大的深度容量，”他说。

温度和工件夹持注意事项

当工件被硬车削时，其价值已显着增加。累积成本包括材料、粗加工时间和热处理。现在绝对不是废掉这样一个部分的时候。

当 Staes 先生转动这些零件时，他喜欢留意工具，尤其是在使用 CBN 时。一些应用可以干切，但其他应用会受到加工过程中高温的不利影响。为了控制这一点，同时仍能清晰地看到工作区，Reliance 使用车间空气或冷气枪来保持零件温度。

工件夹持是制造圆形模具和模具部件的另一个考虑因素。圆度是其中许多零件的关键尺寸，这些零件通常壁很薄。

“我们使用安装在车削中心上的液压卡盘固定的六英寸手动三爪卡盘，”Staes 先生说。 “手动卡盘上的软爪在机器上钻孔，同心度在 0.0005 英寸以内。”

检测技术

Reliance 所做的大部分模具和模具部件工作相对容易检查尺寸精度和表面光洁度。他们拥有符合 ANSI/ASQC Q9001-1994 和 ISO 9000 的所有必要的检验设备、文档和可追溯性技术。

但生产出来的一些工件并不那么容易测量。 Reliance 开发了一种有趣的技术来验证 ID 和工件上其他难以触及的位置的隐藏特征。

“对于 ID 和 OD 表格，我们曾经定期将一块切成两半以检查特征，”Schrieber 先生说。 “现在我们使用牙科材料 [一种高粘度乙烯基聚硅氧烷] 来对特征进行印象。然后在光学比较器上检查该材料。这项技术对我们来说效果很好，并且在正确完成时非常准确。”

工场合作

Reliance 在制造圆形模具和模具组件方面享有盛誉。 “我们的许多最佳客户都是需要我们在生产圆形零件方面的专业知识的其他工具店，”Schrieber 先生说。 “特别是如果出现难以磨削的应用程序。我们在硬车削方面获得了很多业务。”

将其称为合作或专业化，可能曾经认为彼此是竞争对手的商店一起合作为客户提供优质零件。这是反映当今制造环境现实的代工车间运营趋势。

像 Reliance 这样的商店为需要这些专业的其他工作商店提供专业服务。同样，当 Reliance 遇到超出其能力范围的流程问题时，它会向其他商店寻求帮助。

使用 ISO 9000 技术和其他技术标准化流程文档有助于商店共同开展业务。通过查看流程文档很容易看出一家商店是否可以按照它所说的去做
可以的。

结果

Reliance 与大多数其他工作车间一样，面临着来自客户的巨大压力，要求缩短交货时间。这种压力是由这些公司缩短的产品生命周期和持续改进计划产生的。

除了为其他企业制造模组和模具组件外，Reliance 还拥有不错的内部制造业务。他们自己制作了许多冲压件。

“硬车削帮助我们将交付给客户的平均时间从 16 到 18 周减少到 6 周，”Schrieber 先生说。 “它还为我们赢得了其他模具车间的业务，这些车间不具备车削专业知识，但看到硬车削磨削在某些应用中的优势。

“我们自己的冲压操作实际上已成为新工艺和技术的 Beta 测试站点。我们先自己尝试，然后再将它们用于客户的应用程序，”Schrieber 先生补充道。

对 Reliance 来说，硬转似乎正在奏效。销售额增长了 44%，客户群不断扩大，预计未来几年的增长率将在 15% 到 20% 之间。