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熱裝夾頭在模具加工中的應用

來源:中國金屬加工在線 發布時間:2015-10-30 14:58:33

        模具行業對加工精度的要求遠遠高于普通加工。因此,如何根據其特點和優勢選用合適的刀具夾頭,是模具加工中必須引起高度關注的重要課題。


        在過去十年中,熱裝夾頭已在北美模具行業被普遍接受,其應用日益廣泛,從而幫助模具加工車間保持其全球競爭力。


        總的來說,北美地區的大多數模具制造廠常常忽視銑削加工的刀具夾持問題。然而,模具行業實際上是制造市場中對提高刀具夾持精度要求最迫切的細分行業。由于熱裝夾頭的許多先天優勢,它已成為模具加工市場首選的高精度主流刀具夾頭。


        應對挑戰

        隨著北美模具加工行業正日益變為全球性競爭市場,對降低昂貴勞動力成本的要求已成為模具制造商的當務之急。大多數模具加工車間的目標是減少或完全取消模具的手工研磨和精飾加工時間。這一目標可以通過多種方式來實現,包括使用電火花刻模機、對淬硬模具鋼進行硬銑削,以及從加工開始階段就進行近凈成形切削。

        為了應對這些挑戰,模具加工車間被迫重新審視它們的整個加工流程。例如,為加工選擇正確的機床已不再是唯一需要考慮的問題,為了實現高效加工,研究和確定合適的機床控制系統、CAD/CAM軟件包、刀具夾頭和切削刀具都至關重要。

       刀具夾頭解決方案

       在為任何類型的加工尋求刀具夾頭解決方案時,都必須首先關注刀具夾頭的三個基本特性:

        (1)剛性:剛性取決于足夠的錐面接觸和刀具夾頭在機床主軸上的正確夾緊。

        (2)精度:精度取決于刀具切削刃的最小徑跳。

        (3)平衡:平衡取決于對刀具夾頭(包括所有的附件,如拉釘)與刀具組合裝配后的平衡。

        但是,由于模具加工行業對精度的要求遠遠高于普通加工,因此必須對選用合適的刀具夾頭予以更多重視。例如,模具加工車間通常必須考慮以下問題:


       (1)刀具夾頭的幾何形狀:刀具夾頭應避免與工件發生干涉碰撞。對于放電加工(EDM),必須對電極進行高精度、高效率加工。在工件加工中,經常需要面對深肋板的加工挑戰。此外,加工深型腔(如大型門心板或保險杠模具)時,要求刀具夾頭能深入型腔內部空隙進行加工。

       (2)刀具夾頭的清潔度:為了避免引入額外的徑跳誤差,必須保持刀具夾頭的清潔(尤其在加工石墨電極時)。

       (3)刀具壽命:由于高端刀具需要在盡可能短的加工時間內獲得最佳切削性能,這些刀具通常采用了先進的涂層,價格也相當昂貴,因此要求這些刀具具有較長的工作壽命。

      (4)光潔度:采用較高的切削速度、較大的進給率和較小的切削深度,可以獲得較好的加工表面光潔度。為了將刀具切削刃的振動減至最小,刀具夾頭的平衡至關重要。此外,良好的排屑性能也有利于改進表面光潔度。

        考慮到上述附加要求,許多模具加工車間發現,由于具有某些先天優勢,熱裝夾頭有可能成為正確完成加工任務極具競爭力的最佳選擇。此外,感應式加熱裝刀機的發展也使裝刀過程變得更容易、更快捷和更安全;同時,采用這種先進技術的投資成本也日益降低。


熱裝夾頭的優勢

         對于模具加工,熱裝夾頭具有以下10項先天優勢:

       (1)難以超越的高精度

        正確制造的熱裝夾頭在三倍于刀具直徑處應能保證3μm的最大徑跳誤差。在不同的人員進行操作時,該精度也具有極高的重復性。

       (2)適用性好的纖巧外形

        熱裝夾頭采用錐角為3°的斜壁形,外形十分纖細小巧。為了防止夾頭與工件干涉碰撞,如有必要,也可將夾頭修改為直壁形。

      (3)極大的夾緊扭矩

        熱裝夾頭是圍繞刀桿周邊對刀具進行360°夾緊,因此其夾緊扭矩極大,可以防止刀具在粗加工或精加工時發生位移,從而大幅度降低工件的報廢率。

      (4)可選用加長桿

        除標準熱裝夾頭以外,用戶還可以選用不同規格的熱裝加長桿。在加工深型腔時,可將熱裝加長桿裝入標準熱裝夾頭中,從而獲得徑跳誤差極小的夾頭延伸長度。

       (5)平衡重復性和可調平衡件

        由于熱裝夾頭沒有運動部件,因此可提供超過市場上任何工具夾頭系統的最佳平衡重復性。在許多情況下,如果加工車間購買一個配有合適附件(如拉釘)、經過良好平衡的熱裝夾頭,并且使用本身沒有固有不平衡性因素(如平面)的優質刀具,那么他們通常無需再進行額外的精細平衡調整,可在高速切削中獲得優異的平衡性能。當然,在對夾頭系統進行組裝后(夾頭+刀具+拉釘或冷卻液管),如果還需要在平衡機上對夾頭系統進行額外的平衡操作,那么市售的許多熱裝夾頭都配備有已內置于夾頭上、易于使用的可調平衡件。

       (6)縮短換刀時間/減少夾頭附件庫存

        如果在換刀過程中使用一臺高效的感應加熱裝刀機,那么熱裝夾頭的換刀時間在各種工具夾頭中是最短的,只需5~10秒即可完成換刀,更重要的是,可始終保持換刀時間的一致性。這就使用裝刀機組裝的熱裝夾頭可以獲得更多的切削時間,而不必使機床空轉等待換刀。此外,車間幾乎不需要庫存備用的夾頭附件(如夾爪、壓帽、密封盤等),從而可簡化流程。

       (7)夾頭清潔度高

         從設計原理上看,熱裝夾頭是一個典型的密封系統。因此,加工時產生的雜質(如石墨粉塵、切屑等)進入夾頭孔的可能性極小。如果雜質進入夾頭孔中,常常會影響其徑跳精度。

       (8)適合內冷卻方式

         熱裝夾頭通常采用創新方式將冷卻液或冷空氣/油霧輸送至刀具切削刃上,從而有助于去除切屑,并有利于獲得更好的加工表面光潔度。此外,如果模具加工車間需要進行高精度鉆削加工,由于熱裝夾頭不需要附件或專用夾爪,因此是夾持內冷卻鉆頭的理想夾頭,夾頭的密封設計完全可使冷卻液在刀具內部順暢流動。

      (9)裝刀的一致性

        熱裝夾頭的各次裝刀操作之間具有極佳的一致性,這對于高速運轉的模具加工車間特別有利。例如,由不同操作人員在熱裝夾頭上進行的裝刀操作都具有相同的狀態,不會受到各種變數(如夾爪壓帽過緊或過松、夾頭未充分清潔等)的影響。此外,如前所述,熱裝夾頭的平衡重復性也極高。這種裝刀一致性與平衡重復性相結合,使加工車間能準確地監控刀具壽命和預測每次裝刀可加工的工件數量,這對于提高車間的加工效率也極其重要。

     (10)供貨的便利性

        目前,全球大部分主要的刀具夾頭制造商都可以提供熱裝夾頭(作為標準產品)。因此,模具加工車間不會像使用高精度彈簧夾頭或其他一些夾頭系統那樣出現供貨問題(這些夾頭有時只有一家或很少幾家制造商生產)。

        正確選擇熱裝夾頭

        熱裝夾頭的供應商很多,產品質量也良莠不齊。因此,在根據特定加工要求選擇夾頭時,進行相關的研究至關重要。

         一般來說,最初購買的刀具夾頭將會延長加工機床的使用壽命。研究發現,刀具夾頭的全部費用等于(或小于)機床壽命期內加工過程總費用的0.5%.

        刀具夾頭孔與錐面的關系決定了其夾持精度。選擇一家真正生產自己的產品和只生產刀具夾頭的專業化公司非常重要,這樣可以保證為你的加工提供質量一致的高精度刀具夾頭。

        熱裝夾頭的材料也是正確選擇夾頭的一個重要因素。如果制造夾頭所用的材料不符合要求,由于其加熱-冷卻循環次數有限,可能會縮短熱裝夾頭的使用壽命。采用合適材料制造的熱裝夾頭應能保持無限期(長期)的使用壽命。

        此外,熱裝夾頭的前端尺寸必須符合德國DIN標準,這樣才能利用裝刀機的不同冷卻方式,這一點十分重要。

         一般而言,推薦購買具有多種內置“功能選項”的熱裝夾頭(例如,經過平衡后夾頭的不平衡量小于1gmm、可平衡設計、構成“DIN B”冷卻液傳輸選項等)。這樣,當今后夾頭的使用范圍進一步擴展時,局限性較小。

         最后,制造熱裝夾頭的公司應是該行業的“領頭羊”,可以持續不斷地將新的刀具夾持理念注入產品的研究與開發之中,從而進一步拓寬熱裝夾頭在模具加工行業的應用。例如,Haimer公司最近開發出一種具有抗振功能的熱裝夾頭,該夾頭具有極好的安裝剛性,在粗加工時有助于抑制振動,從而提高加工表面光潔度。

小結

         許多加工車間的老板和經理都表示,熱裝夾頭是他們在過去5年中所作的一項最佳投資。刀具熱裝技術在模具加工行業被廣泛接受和應用,對于加強北美的制造能力和實現持續增長發揮了至關重要的作用。
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