數(shù)控仿形磨技術(shù)在鋁板模具質(zhì)量提升中的應(yīng)用實(shí)踐

文/石旭東·北京奔馳汽車有限公司

切邊毛刺一直是汽車沖壓行業(yè)切邊工序最主要的問題。首先，切邊毛刺在汽車零件沖壓生產(chǎn)過程中會(huì)脫落，產(chǎn)生的碎屑會(huì)造成影響零件外觀質(zhì)量的硌傷，問題件需要額外的返修工作才能交付。其次，脫落的碎屑會(huì)污染生產(chǎn)線，進(jìn)而對(duì)在該生產(chǎn)線生產(chǎn)的其他零件造成影響?？傊羞吽樾紝?duì)零件質(zhì)量有直接的影響，造成的直接和間接損失不可忽視。

隨著汽車行業(yè)輕量化車身的提出，鋁件占比逐年提高。鋁板由于自身材料特性，相對(duì)于鋼板，對(duì)切邊工況更敏感，生產(chǎn)過程中更容易產(chǎn)生切邊碎屑，也容易被硌傷。面對(duì)上述行業(yè)難題，我們迫切的需要一種有別于現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)的新技術(shù)和新工藝來優(yōu)化和提高切邊質(zhì)量，減少切邊碎屑。

鋁板特性介紹

切邊刃口的前期設(shè)計(jì)、刃口間隙值大小、刃口間隙的均勻性、刃口的垂直度及光潔度都會(huì)對(duì)切邊碎屑產(chǎn)生影響。鋁板相對(duì)于鋼板，硬度更軟，材料更脆。在同等工況下，相對(duì)于鋼板更容易產(chǎn)生碎屑(圖1)，鋁屑很容易造成零件硌傷(圖2)，因此對(duì)切邊刃口質(zhì)量有更高的要求。

圖1 切邊工序的鋁屑

圖2 鋁屑造成的零件硌傷

加工工藝創(chuàng)新

工藝先進(jìn)性—“先裝配后加工”

傳統(tǒng)刃口的加工工藝，上、下模刃口是使用數(shù)控銑床按照工藝刃口線加工，并按要求釋放切邊間隙，這種加工方式最大的問題是“裝配誤差”。上模和下模刃口都是按照工藝數(shù)據(jù)實(shí)施加工，并測(cè)量，刃口的精度一般能控制在±0.02mm 的范圍內(nèi)，這似乎看上去問題不大，其實(shí)不然。

首先，上、下模具的準(zhǔn)確定位是依靠模具的導(dǎo)板、導(dǎo)柱等導(dǎo)向元件保證的，導(dǎo)向元件本身是有配合間隙的，配合間隙的存在是影響刃口間隙的因素之一；其次，模具最終要安裝在壓機(jī)上實(shí)現(xiàn)切邊動(dòng)作，這就意味著，壓機(jī)上、下臺(tái)面的平行度，壓機(jī)立柱和臺(tái)面的垂直度，壓機(jī)運(yùn)動(dòng)的精度都會(huì)直接影響刃口間隙狀態(tài)。最后，一些側(cè)切區(qū)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在運(yùn)動(dòng)斜楔，斜楔機(jī)構(gòu)中的滑軌面間隙同樣會(huì)直接影響刃口間隙狀態(tài)。綜上所述，已經(jīng)按照理論數(shù)據(jù)加工完畢的刃口，在后期裝配過程中，要同時(shí)受到導(dǎo)向元件精度、裝配精度、壓機(jī)狀態(tài)等多方面的影響，可想而知，最終的刃口精度很難保證。

針對(duì)以上問題，我們創(chuàng)造性的提出“先裝配后加工”的理念。具體內(nèi)容如下：先將下模刃口使用數(shù)控銑床加工到位，而上模刃口只做粗加工，然后，實(shí)施裝配，并安裝于壓機(jī)上，此時(shí)，我們通過后文提到的“樹脂技術(shù)”將下模刃口基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換到上模鑲塊上，再基于轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)使用后文提到的數(shù)控仿形磨設(shè)備實(shí)施精加工。通過“先裝配后加工”的先進(jìn)工藝(圖3)，我們可以完美消除所有導(dǎo)向元件和壓機(jī)等因素對(duì)刃口精度的影響。

先進(jìn)工藝的實(shí)現(xiàn)—樹脂技術(shù)

“先裝配后加工”的工藝雖然在理論上存在先進(jìn)性，但是該理論需要新技術(shù)的支持，才能得以應(yīng)用。通過多次的實(shí)驗(yàn)研究，樹脂技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。樹脂分為A 和B 兩種樹脂，兩種樹脂在單獨(dú)存放時(shí)是軟化的狀態(tài)，可以隨意改變形狀，但是兩種樹脂混合后，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在一段時(shí)間后發(fā)生硬化，利用樹脂的這些特點(diǎn)，并配合增加基準(zhǔn)面致密度的藍(lán)膠、實(shí)現(xiàn)脫模的脫模劑等材料，可以將下模刃口狀態(tài)轉(zhuǎn)化反映到上模鑲塊上(圖4)，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，為后續(xù)的加工提供數(shù)據(jù)支持。完成樹脂制作的鑲塊如圖5 所示。

圖3 刃口鑲塊加工的新工藝

數(shù)控仿形磨設(shè)備

設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)和功能介紹

圖4 樹脂材料的基本布局

圖5 完成樹脂制作的鑲塊

圖6 數(shù)控仿形磨設(shè)備

北京奔弛于2017 年引進(jìn)數(shù)控仿形磨設(shè)備(圖6)，成為國(guó)內(nèi)首臺(tái)也是唯一一臺(tái)應(yīng)用于模具刃口加工的設(shè)備。該設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴該設(shè)備配備高精度探頭，能夠?qū)渲鶞?zhǔn)實(shí)施自動(dòng)探測(cè)并生成數(shù)字化曲線，驅(qū)動(dòng)設(shè)備實(shí)施加工。⑵設(shè)備的探頭校準(zhǔn)系統(tǒng)，砂輪的測(cè)量修整系統(tǒng)，應(yīng)用直線電機(jī)等特點(diǎn)能夠保證實(shí)現(xiàn)高精度加工。⑶該設(shè)備為五軸機(jī)床，能夠隨刃口曲線變化，始終保證法線方向加工，保證加工效果的同時(shí)避免部分可能發(fā)生的干涉問題。⑷機(jī)床的加工方式為上下高度震蕩加工，屬于輕切削高速加工，能有效提高加工精度，同時(shí)保證刃口相對(duì)于安裝底面的垂直度。⑸該設(shè)備采用的磨削加工，相對(duì)于傳統(tǒng)的銑削加工，能夠明顯提高刃口光潔度(圖7)。

圖7 數(shù)控仿形磨加工完畢的刃口鑲塊

專業(yè)技能人才

為使得該設(shè)備更好的服務(wù)系列化模具維修，充分發(fā)揮設(shè)備功能，減少鋁屑問題，特對(duì)該設(shè)備的操作人員進(jìn)行了專門的技術(shù)培訓(xùn)。整體培訓(xùn)工作的開展方式如下：

⑴完善操作流程，制定樹脂制作和數(shù)控仿形磨標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書；⑵梳理培訓(xùn)內(nèi)容，制定詳細(xì)的培訓(xùn)計(jì)劃，劃分每階段培訓(xùn)任務(wù)(圖8)；⑶現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)培訓(xùn)，利用廢舊模具實(shí)施實(shí)地培訓(xùn)，最終達(dá)到培訓(xùn)后滿足應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的目的(圖9)；⑷建立問題庫，將加工過程中遇到的問題和解決方案詳細(xì)記錄，持續(xù)提高加工質(zhì)量。

圖8 數(shù)控仿形磨設(shè)備操作培訓(xùn)

圖9 樹脂制作培訓(xùn)

結(jié)束語

樹脂技術(shù)的應(yīng)用以及數(shù)控仿形磨設(shè)備投入使用，是相對(duì)于傳統(tǒng)加工工藝和加工手段的突破，大幅度提升了刃口的狀態(tài)，使得刃口的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，如刃口的垂直度、光潔度、間隙等，得到了很好的保證，最終，切邊模具的切邊狀態(tài)得到了大幅度提升，尤其，針對(duì)鋁件的鋁屑解決，意義重大。相信，隨著設(shè)備使用技術(shù)日漸成熟，使用范圍的逐漸推廣，解決困擾行業(yè)的切邊碎屑問題一定會(huì)有大幅度進(jìn)展。