- RU
- ENG
Универсальный токарно-винторезный станок модели CS6266Bх1500 (Ø660 х 1500 мм)Страна: КитайПроизводитель:
Обзор и применение
Основной операцией при обработке литейных форм и штампов является фрезерование. Как правило, фрезеруются материалы повышенной твердости, что требует жесткости от основания станка до зоны резания. Используются режущие пластины из твердых сплавов субмикронной зернистости. Тем не менее, при резании материалов твердостью 45 HRC пластины быстро изнашиваются. Поэтому от предприятий, изготавливающих формы и штампы, требуется тщательная разработка технологий.
Американская фирма SPX, имеющая 600 работающих, функционирует 20 часов в день, 5 дней в неделю. Предприятие в штате Мичиган имеет небольшой штамповый цех, обслуживающий основное производство. Главным образом, рекомендуются пакеты штампов повышенной твердости. Одним из основных станков является вертикальный обрабатывающий центр фирмы ОКК со шпинделем, имеющим конус 40. Шпиндель с макс, частотой вращения 14000 мин-1 с керамическими подшипниками. Относительно легкий станок используется для восстановления изношенных штампов твердостью 43 HRC.
При ремонте твердых деталей штампов на фирме SPX в первую очередь снимается припуск толщиной 9,5 мм. Раньше применялась 4-канавочная торцевая фреза диаметром 57 мм с положительными передними углами при частоте вращения 500 мин-1, скорости подачи составляли до 1270 мм/мин при глубине резания 0,76 мм. Даже при этой небольшой скорости наблюдалось биение, поэтому для сохранения керамических подшипников шпинделя уменьшали подачу. По совету специалиста компании Ingersoll Cutting Tools применили 3-канавочную фрезу Power Feed Plus меньшего диаметра с твердосплавными пластинами субмикронной зернистости, увеличили подачу вдвое и уменьшили глубину резания на треть (до 0,5 мм).
Углы положительны в радиальном направлении и отрицательны в основном. Съем ускорили на 10% нагрузка на шпиндель (при частоте вращения 1000 мин-1), уменьшилась на 15%, биение прекратилось, срок службы пластин увеличился вдвое.
Предприятие фирмы Crosby-Lebus Manufacturing Со. (США), имеющее 25 работающих, оснащено мощными станками. Обрабатываются крупные пакеты штампов, размерами от 305x305 мм до 1270x1524 мм, твердостью 38-42 HRC. Первоначально резание фрезой выполнялось при подаче 381 мм/ мин и глубокое резание 2,5 мм. Инструмент диаметром 64 мм имел нулевые передние углы. Затем по рекомендации компании Ingersoll Cutting Tools внедрили фрезу Hi Feed Deka, скорость подачи увеличили до 3810 мм/мин при частоте вращения 850 мин-1 и глубине резания 0,9 мм. Раньше работа выполнялась за 90 мин, новой фрезой за 12 мин.
Фреза Hi Feed Deka компании Ingersoll Cutting Tools имеет положительные передние углы и прочные режущие пластины с широкими ленточками на задней поверхности, которые направляют режущие кромки во время обработки. Пластины имеют 10 кромок, а прежние на фирме Crosby-Lebus Manufacturing Со. имели 4. Стойкость кромок на новой фрезе при резании твердых материалов в три раза превысила стойкость прежних. Ускоренная черновая обработка деталей штампов позволила высвободить сложные CNC станки для более сложных операций, например фрезерование выемок.
На фирме Precision Mold Base Corp. (США) обрабатываются слоистые детали, основа - нержавеющая сталь, а наполнитель из стали 4140 твердостью 33-35 HRC. За один проход фрезеруются различные материалы при проходах по воздуху. Глубина резания изменяется от 1,5 до 6,35 мм. Раньше использовалась фреза с 5 режущими пластинами и нулевыми передними углами, многие инструменты ломались. При частоте вращения 550 мин-1 применялись подача 635 мм/мин и глубина резания 1,5 мм. Переход на фрезу Form-Master Plus компании Ingersoll Cutting Tools повысил производительность в 2,5 раза, инструмент стоит 2 смены. Новые режимы - подача 1400 мм/мин, глубина резания 4,8 мм, частота вращения 440 мин-1.
Эффективность фрезы Form-Master Plus определяется большими положительными передними углами, которые при свободном резании уменьшают нагрузки на зубья, заготовку и станок. По сравнению с предшествующей, фреза имеет две дополнительные режущие пластины, что распределяет нагрузки. При гладких задних поверхностях стружколомы не используются. Обрабатывается плита формы размерами 457x305x305 мм на горизонтальном центре Mazak Ultra 650, который оснащен шпинделем мощностью 26 кВт с конусом 50. При скорости подачи 1400 мм/мин глубина резания составляет 4,8 мм. Сложная операция выполняется в безлюдном режиме.
Станки для обработки твердых деталей литейных форм штампов должны быть жесткими от станин к направляющим и сторонам резания. Целесообразно использовать шпиндели с макс, частотой вращения до 20 000 мин-1, чтобы применять высокие скорости подач и малые глубины резания, что позволяет обеспечивать высокую производительность и снизить силы резания. Эффективны керамические подшипники в шпинделях и гидравлические зажимные устройства на столе. Необходимо минимизировать тепловыделение и, соответственно, тепловые деформации от шпинделя до станины. Эффективно воздушное или жидкостное охлаждение через шпиндель, что способствует быстрому удалению стружки: со стружкой удаляется тепло.
Системы ЧПУ станков для обработки литейных форм и штампов контурным фрезерованием должны оснащаться запоминающими устройствами большей емкости для хранения больших файлов. Необходим предварительный (упреждающий) просмотр кадров программ для своевременной поднастройки скоростей подач. Когда обрабатываются детали большой твердости, требуется использование развитой системы автоматического программирования для поддержания постоянных сил резания, так как твердое фрезерование выполнятся при больших силах и интенсивном тепловыделении.
Программный пакет станка для твердого фрезерования должен обеспечивать такой выбор траекторий движений, при котором исключается съем завышенных припусков, что особенно важно при изготовлении форм и штампов, проходящих в производстве единицами или небольшими партиями. Необходимы также прочные корпуса инструментов, жесткое крепление пластин субмикронной зернистости, имеющих износостойкие покрытия (например, TiAIN), и такие геометрии пластин, которые реализуют свободное резание (без истирания) [1].
Фирма Quality Mould Inc. (США) изготавливает формы для изделий из стекла в условиях острой конкуренции, когда во многих случаях конкуренты заменяют стекло пластиками. В формах прессуется расплавленное стекло. Традиционное мастерство сочетается с CNC технологией и САМ программированием. Качество продукции позволяет конкурировать с боле дешевой, поступающей из Азии. Прессуются изделия для автомобильных фар, строительства, аэрокосмической отрасли, различных осветителей.
На фирме Quality Mould Inc. изделия из расплавленного стекла формируются в плунжерном прессе. Форма имеет полость для образования профиля изделия; наверху формы имеется кольцо. На расплавленную массу давит плунжер, который направляется кольцом; оно формирует конец изделия. Основным различием форм для стекла и пластиков является температура расплава: в пластиках она от 121 до 371°С, в формах для стекла она порядка 1260°С. Поэтому формы для пластиков могут изготавливаться из алюминия, а для стекла из чугуна - нержавеющей стали или сплава Инконель.
В высокотемпературной форме для стекла температура должна поддерживаться в заданном интервале. Если она чрезвычайно высока, расплав будет к ней прилипать, а если низка, не получатся нужные профили. Оператор пресса поддерживает постоянную температуру использованием воздушного охлаждения (через каналы) формы и плунжера и обогревом кольца с помощью горелки между формовочными операциями. Это требует наличия оператора высокой квалификации.
Выбор материалов форм для стекла зависит от объема партий, проходящих в производстве. При больших партиях эффективны формы из нержавеющих сталей, хотя они дороже чугунных. Фирма Quality Mould Inc. при изготовлении линз для автомобильных фар использует формы из жаропрочного сплава Инконель 718. Они выдерживают прессование многих тысяч изделий. Выбор материала зависит и от требований к чистоте поверхности изделия. Нержавеющая сталь, по данным фирмы, имеет более тонкую структуру, чем чугун, и обеспечивает получение более чистых поверхностей. Если линза имеет недостаточно чистую поверхность, проходящий свет рассеивается и снижается яркость освещения.
Традиционно при проектировании форм для получения прессованных стеклянных деталей использовалась мастер-модель, которую в ручную гравировали из гипса. Сейчас формы готовятся по 3D модели; заказчик присылает фирме Quality Mould Inc. соответствующий файл, по которому разрабатывается форма. Обычно стремятся получить цельную форму (без соединений и петель), но при сложных конструкциях для извлечения изделия применяется разъемная форма. В некоторых случаях требуются формы из трех или четырех компонентов.
Сложным является проектирование форм из нескольких секций: необходимо учесть различные тепловые расширения секций. Сложными являются и формы с петлями. Стекло деформируется, когда оно охлаждается. На фирме Quality Mould Inc. для определения возможных деформаций достаточно успешно используется компьютер. Формы последовательно обрабатываются на станках и подвергаются термообработке с учетом их конфигурации и объемов партий изделий. Формы для линз самолетов, например, в большинстве случаев сотни, а для линз автомобильных фар формы изготавливаются из сплава Инконель и подвергаются термообработке, так как изделия поставляются тысячами.
Технологи фирмы Quality Moulds Inc. решают, следует ли доводить форму на станке после термообработки в зависимости от структуры изделия и заданных допусков. Когда изготавливаются массивные и толстостенные формы, их не нужно дополнительно обрабатывать, так как они не деформируются во время термообработки. На тонкостенных и точных формах оставляется припуск порядка 1,25 мм для финишной обработки. Стараются использовать как можно более короткие инструменты, а при наличии глубоких полостей используются длинные цанги. Внедрение цанги компании Techniks Inc. (г. Индианополис), которые затягиваются шомполом с задней стороны без гайки. Вылет некоторых инструментов достигает 460 мм, и резание выполняется при заниженных режимах.
Распространение светодиодов решило использование пластиковых линз и, соответственно, сократило применение стеклянных. Светодиоды имеют цвета и не требуются цветные стекла. Но в ряде случаев пластики применяться не могут, например, в крыльях самолетов: они не выдерживают трения о воздух. Пластиковую линзу надо заменять, по данным фирмы Quality Moulds Inc., через б месяцев, а стеклянную через 20 лет. Фирма изготовила, например, форму для линз диаметром 610 мм. Для обработки форм приобретены вертикальный центр Mazak VTC 300 (перемещения по осям X, Y, 1 1650x762x660 мм) и вертикальный токарный центр Doosan Puma VT 900 (для деталей диаметром до 1016 мм).
При изготовлении форм на фирме Quality Moulds Inc. широко используется реинжиниринг. Берется, например, стеклянное изделие, снимаются размеры и профили, и изготавливается форма. Применительно к небольшим изделиям выполняется цифровое сканирование, и формируются 3D файлы, которые экспонируются в систему SURFCAM CAD/CAM для подготовки программы обработки формы. Применительно к большим сложным деталям снимаются размеры с гипсовых моделей.
В производстве на фирме Quality Mould Inc. функционируют 10 фрезерных станков с ЧПУ и 7 токарных. Они обслуживаются четырьмя операторами в первую смену и тремя во вторую. Операторы подготовлены по нескольким специальностям; они налаживают и обслуживают различные станки, готовят управляющие программы и контролируют первые детали партий. Обычно программы готовятся в офлайновом режиме и передаются на станки через локальную компьютерную сеть Ethernet. Таким образом, операторы заранее имеют программы, инструменты и приспособления [2,3].
Американская фирма Phoenix Proto Technologies (PPT) изготавливает алюминиевые формы для предприятий, занимающихся прототипированием. Расширяется применение алюминиевых форм в промышленности, отчасти в результате появления новых высококачественных сплавов. Фирма гарантирует поставку форм через три недели после получения заказа. Стандартизованы основные компоненты форм, что обеспечивает их быструю обработку на станках, в том числе в безлюдном режиме. Работники фирмы (их всего 15) предпринимают усилия для сокращения длительности операций.
Фирма РРТ обозначила свое производство как Instant Prototype Processing; алюминиевые формы изготавливаются без ограничений требований заказчиков к конструкциям изделий. Быстро изготавливаются формы размерами до 305x305x102 мм. В дополнение к пяти CNC обрабатывающим центрам используются пять машин для инжекционной формовки компании Niigamta с усилиями от 85 до 330 т. На машинах изготавливаются по заказам пластиковые образцовые детали в дополнение к алюминиевым формам.
Большинство заказов на алюминиевые формы фирма РРТ получает от медицинской отрасли и предприятий, изготавливающих товары широкого спроса. Цены выдаются заказчику меньше чем через час после получения запроса. Через 24 ч конструкция согласовывается с заказчиком, часто через Интернет. С помощью компьютерного сервиса перенос и размещение информации выполняются быстро, по сравнению с электронной почтой. Программисты фирмы, которые являются и разработчиками форм, определяют, как наиболее эффективно обработать выпуклые и вогнутые поверхности, электроэрозией или фрезерованием. На складе имеются стандартизованные режущие пластины для таких работ; используются также универсальные базовые плиты форм. Все это ускоряет работы.
Более 80% фрезерных работ на фирме РРТ выполняется на вертикальных центрах Mikron HSM 600 компании Agie Charmilles. Центр имеет шпиндель с макс. частотой вращения до 42000 мин-1, что позволяет быстро обрабатывать алюминий марки 7075, который применяется в формах, и графитовые электроды для электроэрозионного копировально-прошивочного станка. Центр оснащен устройством отсоса пыли, образующейся при фрезеровании графита. Но фирма предпочитает, где можно использовать фрезерование. Центр имеет встроенное компактное устройство смены спутников, что позволяет выполнять наладочные работы вне станка во время обработки и организовать безлюдное производство при трехсменном графике. Многие фрезерные работы выполняются инструментами малого диаметра, которые, во избежание поломок, заменяются до полного использования ресурса стойкости.
Алюминиевые формы, которые фирма РРТ поставляет для прототипирования и промышленного применения, различаются подрезками и другими элементами. В формах для прототипирования на выходной части используются вставки, устанавливаемые вручную перед каждой заливкой, а в промышленных изделиях применяются механизированные скользящие затворы. Вставки выталкиваются вместе отформированной пластиковой деталью. Оператор удаляет вставку и устанавливает в форму перед следующей заливкой. Ручные работы оправдываются из-за очень малых партий прототипов. Кроме того, формы со вставками проектируются быстрее и стоят меньше, чем формы с механизированными затворами.
Фирма РРТ приобрела 5-координатный токарный станок Captain компании Okuma (Япония) для обработки вставок форм для прототипирования и других небольших компонентов с одного установа. Таким образом, центр Mikron HSM 600 освобожден для изготовления электродов и режущих пластин для обработки выпуклых и вогнутых поверхностей форм. На токарном станке формируются конусы и литейные уклоны на прямоугольных и круглых заготовках. Изготавливаются, например, алюминиевые формы для производства крышек из не наполненного найлона. Алюминиевые детали, которые перемещаются одна относительно другой, имеют твердые покрытия для повышения износостойкости и долговечности [4].
Фирма Yazda Precision America Corp. выпускает координатно-расточных станков серии YBM для обработки форм и штампов. Модель YBM-Vi 40 предназначена для обработки сложно-профильных деталей повышенной твердости с высокой точностью. Заготовка может поворачиваться для использования коротких инструментов, что позволяет применять подачи 2000 мм/мин и получать поверхности чистоты Ra 0,25 мкм. Предусмотрены пять управляемых осей.
Координатно-расточной станок модели YBM-950V, который выпускает фирма Yazda Precision America Corp., имеет управляемые поворотные оси В и С, которые используются в сочетании с перемещениями по оси У. Минимизированы различия в массах подвижных органов. Повороты относительно оси В осуществляются с помощью жесткой червячной передачи; применены 3 роликовых опоры. Повороты относительно оси С выполняются непосредственно от двигателя, что обеспечивает точное позиционирование. Компоненты станка охлаждаются циркулирующим маслом, что минимизирует тепловые деформации [5].
Итальянская фирма IMSA S.r.l. предлагает изготовителям форм центр для глубокого сверления и фрезерования средних размеров, модель MF 1200 ВВ, и центры больших размеров, модели MF1200 BBL и MF 1200 BBLL. Каждый центр может сверлить отверстия диаметрами 5-40 мм, глубиной 1200 мм в цельном металле. Перемещение по оси Y составляет 1000 мм, а перемещения по оси Х у моделей различные. Быстро и точно сверлятся в формах охлаждающие каналы.
Сверлильно-фрезерный центр MF 1200 BB фирмы IMSA S. г. I. оснащен поворотным столом размерами 1000x1200 мм, грузоподъемностью 6500 кг. Перемещение по оси X составляет 1250 мм. На стол загружаются заготовки форм диаметром до 1700мм. Более крупные центры серии имеют поворотные столы размерами 1200x1500 мм, грузоподъемностью 1200 кг. Модель BBL имеет перемещение по оси X 2100 мм, а модель BBLL имеет перемещение по оси X 2200 мм и предназначена для обработки деталей диаметром до 2600 мм.
В центрах для глубокого сверления и фрезерования серии MF 1200 ВВ сочетаются поворотный стол и наклоняемая шпиндельная бабка, что позволяет сверлить отверстия под двумя углами и расширяет гибкость станков при минимальных манипуляциях с заготовками. На бабке смонтирован отдельный фрезерный шпиндель с конусом UCO 40, что позволяет обрабатывать плоские поверхности, выполнять цекование и резьбонарезание на независимых осях. Портальные центры серии MF 1200 ВВ имеют подвижные стойки с верхними и нижними опорами, их жесткость в 1 б раз выше, по сравнению с традиционными стойками. Это позволяет осуществлять глубокое сверление режущими пластинами со стружколомами при повышенной стойкости резания. Центры были представлены на выставке ЕМО 2009 в Милане [6].
Американская фирма Clinkenbeard (США) является поставщиком литых и обработанных на станках изделий. Она запатентовала технологию Clinkenbeard® Toolingless Process, в соответствии с которой формы и литейные стержни обрабатываются на CNC станках непосредственно в формовой смеси, армированной связкой. Выдерживаются жесткие допуски. Технология позволила существенно сократить производственные циклы при поставке отливок. Исключено использование моделей, стержневых ящиков, литейной оснастки и литниковых систем. На CNC станках формы из формовочной смеси обрабатываются быстро, в том числе прототипы и небольшие партии изделий.
Заказчики, использующие технологию Toolingless, быстро получают от фирмы Clinkenbeard литые и обработанные на станках прототипы. Обычно время изготовления сложного нового изделия, которое сначала отливается, а затем обрабатывается на CNC станке, составляет 4-6 недель. По сравнению с традиционной технологией с использованием моделей, длительность производственных циклов, когда исходным материалом является формовочная смесь, сокращено в два раза. Формы и стержни изготавливаются из цельных блоков, содержащих землю и связку.
Имеются определенные трудности, когда по технологии Toolingless на фирме Clinkenbeard обрабатываются формы и стержни из формовочной смеси. Срезанные на станке частицы падают, и нет надежного метода предотвращения их попадания на инструмент. Поэтому оператор следит за процессом и следует за фрезой со шлангом вакуумного отсоса. На обрабатывающем центре, при этом, шариковые винты заменяются раз в 2-3 года. Важно использовать формовочную смесь хорошего качества и обязательно свежую. Обычно в литейных цехах смесь используется неоднократно, но по технологии Toolingless это недопустимо [7].
Фирма Scwanog U. S. для обработки конусов на CNC токарных станках применяет фасонные резцы, которые при резании образуют нижний профиль. При этом, время резания в три раза меньше, чем при использовании резца, который по программе образует заданную форму. При таком подходе выше и точность обработки: перемещение инструмента выполняется по одной оси, а не по двум. Улучшается и качество полученной поверхности. Таким образом, окупаются затраты на специальный фасонный инструмент [8].
Германская фирма SolidCAM GmbH разработала версию SolidCAM 2010 программного пакета для программирования обработки форм. Программа поддерживает 2,5D-, 3D-фрезерование, высокоскоростное резание, 4- и 5-координатное фрезерование, одновременное использование 5 осей при фрезеровании, обточка, фрезерно-токарные работы (до пяти осей) и электроэрозионная вырезка. Все расчеты выполняются в одном окне компьютера. Обеспечивается ассоциативность геометрией при обработке м моделью формы.
Когда геометрия модели формы изменяется, новое программное обеспечение пакета SolidCAM 2010 автоматически синхронизирует у пользователя все станочные переходы в соответствии с новой геометрией. По данным фирмы-разработчика пакета SolidCAM GmbH, такая интеграция обеспечивает повышение производительности у изготовителя форм на 40 %. Модуль Electrode Solution автоматизирует трудоемкие процедуры выбора нужных электродов, документирования и обработки. Пакет SolidCAM 2010 определяет участки электроэрозионной обработки на заготовках, автоматически идентифицирует платики, формируются траектории резания электродов. Пакет был впервые представлен на выставке METAV 2010 в Германии.
Программный пакет SolidCAM 2010 содержит средства программирования высокоскоростного резания электродов и одновременного перемещения по 5 осям при обработке сложных электродов. Расчеты и моделирование сложных форм ускорены благодаря использованию 64-разрядного компьютера. Применяются интерактивный редактор траекторий движений, автоматизированное 5-осевое сверление в деталях, содержащих много отверстий, и технология резания iMachining, которая оптимизирует траектории движений инструментов и режимы резания [9].
На выставке METAV2010 в Германии французская фирма Missler Software экспонировала интегрированную систему CAD/CAM TopSolid'Mold 2010, предназначенную для автоматизированного проектирования и программирования обработки литейных форм и режущих инструментов. Программируются обработка основных плит форм, фрезерование полостей, изготовление электродов, сборка форм. Интеграция пакетов CAD и САМ позволяет формировать различные профили, планировать последовательность работ таким образом, чтобы выполнять согласование параметров и их ассоциативность.
Программный пакет TopSolid'Mold 2010 обеспечивает коллективное автоматизированное проектирование, одновременно над проектом работает несколько конструкторов, что повышает производительность при изготовлении сложных форм и инструментов. Достоинствами системы являются также улучшенная эргономика и управление противоречивыми требованиями при модификации изделий. Эффективно формируются литниковые каналы в формах, питатели участки инжекции и другие элементы. Поскольку в среднем 70 % изготовляемых форм собираются из стандартных компонентов, они последовательно совершенствуются поставщиками. Система TopSolid'Mold 2010 предлагает новые и более сложные стандартные компоненты, например выталкиватели.
Новой возможностью пакета TopSolid'Mold является импорт информации о компонентах форм с Web-сайта поставщика. Функция Plate Allocation позволяет получать данные об основных плитах форм в таком виде, как они формируются в самом пакете. Новые возможности партнерства обеспечивают получение данных модифицирования инжекции пластиков. Пользователи системы TopSolid'Mold 2010 имеют теперь усовершенствованный инструментарий проектирования пластиковых деталей, определения возможностей деталей и форм, оценки затрат на проектирования и контроль качества [10].
На выставке METAV 2010 в Германии фирма Cimatron Ltd. (Израиль) представила интегрированную систему CAD/CAM для изготовителей литейных форм, штампов и инструментов, в том числе производителей отдельных деталей. Программное обеспечение Cimatron Е является продуктом, реализующим гибкую автоматизацию. Пользователь контролирует процесс проектирования и может свободно, в любой момент вносить корректировки, не прерывая автоматическую обработку данных
В число функций, автоматически выполняемых с помощью программного обеспечения Cimatron Е, входят разделение детали при проектировании полостей форм, ускорение процесса сборки, поддержка у пользователя при формировании питателей, охлаждающих каналов, высадочных ползунов и выталкивателей. С помощью аналитического инструментария оптимизируются при проектировании компоненты инжекционной формовки, легко вносятся изменения. Программный пакет реализует интегрированные решения для проектирования электродов, что, по оценке компании CIMdata (США), является наиболее развитым из известных инструментариев. Проектирование электродов выполняется быстро с помощью эталонов и других средств.
С помощью программного пакета Cimatron Е готовятся управляющие программы для механообработки в режимах от 2,5 D до 5 D. Предлагаются несколько оптимизированных технологий фрезерования для получения чистых поверхностей. Программирование осуществляется параллельно с автоматическим проектированием. На выставке EuroMold 2009 в Германии система Cimatron 9.0 была показана в качестве эффективного программного пакета для изготовления форм и инструментов [11].
Воеводов А. А., Воскобойников Б. С., Гречиков М. И., Гуськова Г. И.
Издательство: «ИТО», 09/2010
Литература:
