結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境下，3C產(chǎn)品的模具制造特點(diǎn)和亟待解決的問(wèn)題，以智能制造技術(shù)為方向，提高模具的加工精度和表面質(zhì)量。 我國(guó)是3C（計(jì)算機(jī)、通信、電子）產(chǎn)品的消費(fèi)大國(guó)，有著13億人口的需求市場(chǎng)，蘋(píng)果、華為等知名品牌的手機(jī)和電腦，成為年輕人追捧的目標(biāo)。同時(shí)我國(guó)也是制造業(yè)大國(guó)，全球2/3的電子產(chǎn)品均由中國(guó)進(jìn)行制造和裝配。國(guó)內(nèi)的3C制造企業(yè)規(guī)模龐大，但多數(shù)是一些不掌握高端產(chǎn)品與核心技術(shù)的代加工企業(yè)，上百萬(wàn)員工在忙碌的生產(chǎn)線上賺取微薄的利潤(rùn)。如今，3C產(chǎn)品正朝著多樣化、個(gè)性化方向發(fā)展，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下，升級(jí)換代的速度越來(lái)越快，花樣繁多的外形設(shè)計(jì)給模具制造行業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇。作為一名數(shù)控工藝人員，結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)，談?wù)?C模具的智造技術(shù)與發(fā)展方向。
1、3C模具的制造特點(diǎn)
模具是按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和制造的成型工具，其工作性質(zhì)就是批量產(chǎn)品的母機(jī)。可以直接改變?cè)牧系男螤詈统叽纾怪蔀楹细竦牧慵?，最大限度地?jié)約制造成本。利用模具制造的各種零部件，在3C產(chǎn)品中占到70%以上，從外殼結(jié)構(gòu)到集成線路板，應(yīng)用非常廣泛。與其他制造方法相比，具有高效率和低成本的雙重優(yōu)勢(shì)。模具又是“質(zhì)量放大器”，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性作用。如果一套模具存在缺陷，由此生產(chǎn)的成千上萬(wàn)件產(chǎn)品也會(huì)存在相同的缺陷，造成批量不合格品，這也是一些“山寨”電子產(chǎn)品質(zhì)量不上檔次的根源。
形狀復(fù)雜的3C模具，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和制造精度都提出了很高的要求，產(chǎn)品成形面不允許有任何瑕疵，為此，多采用精密的加工設(shè)備和測(cè)量裝置。有些模具的工作表面和基體要求差異很大，很難用同一種材料滿足全部要求，一般均采用焊接和表面處理的方法，在模具的重要部位通過(guò)鑲塊、堆焊、噴涂和滲氮等特殊工藝來(lái)強(qiáng)化其局部性能。
3C模具的制造工藝獨(dú)特，涵蓋了機(jī)電加工與手工操作的精華。20世紀(jì)80年代，小家電模具的加工以手工作業(yè)為主，模具質(zhì)量取決于能工巧匠的技能水平，尤以模具鉗工表現(xiàn)得最為出色，很多老師傅練就了一身絕活。90年代后期，模具加工開(kāi)始以數(shù)控機(jī)床和特種設(shè)備為主，加工中心和線切割的普及應(yīng)用解決了技術(shù)領(lǐng)域的很多難題，特種加工所運(yùn)用的電解、激光和超聲波等多項(xiàng)技術(shù)手段，可以深入模具的型腔和死角，填補(bǔ)了常規(guī)切削刀具無(wú)法實(shí)現(xiàn)的空白。
2、3C模具亟待解決的問(wèn)題
3C模具的制造精度嚴(yán)格，如果使用常規(guī)的設(shè)備和加工方法，零部件的精度誤差雖然控制在合理的范圍內(nèi)，但組裝后的誤差積累，將造成模具的工作部分產(chǎn)生相應(yīng)的錯(cuò)位和偏移，直接影響到成形產(chǎn)品的尺寸和外觀質(zhì)量。按照傳統(tǒng)的制造工藝，操作工人會(huì)采用修磨和配做的補(bǔ)救方法，取長(zhǎng)補(bǔ)短，東拼西湊，雖然返工后勉強(qiáng)達(dá)到模具的驗(yàn)收要求，卻為日后的正常使用留下了隱患。
模具切削過(guò)程中，由于刀具磨損和切削力變化導(dǎo)致的模具變形和加工誤差，給后續(xù)的組裝造成很大的困難。有些不規(guī)則的模具表面，刀具與工件的切削點(diǎn)隨著加工部位的曲面斜率而不斷變化，形成不均勻的切削步距。受刀尖圓弧和進(jìn)給角度的限制，數(shù)控精切后的模具表面會(huì)留下輕微的刀痕。在兼顧生產(chǎn)效率的前提下，操作工人常采用打磨和拋光的方法，使用電動(dòng)工具快速去除加工痕跡，雖然達(dá)到了規(guī)定的表面粗糙度要求，但過(guò)度拋光會(huì)破壞模具的曲面和線型結(jié)構(gòu)，使數(shù)控加工的成果前功盡棄。
近幾年蓬勃發(fā)展的3C產(chǎn)品，對(duì)中國(guó)的模具企業(yè)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，模具生產(chǎn)效率低下和品質(zhì)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)也逐漸暴露出來(lái)。要解決這些加工領(lǐng)域的技術(shù)問(wèn)題，只能采用更為先進(jìn)的智造技術(shù)，減少加工過(guò)程中的隨機(jī)誤差和人工干涉，避免由此造成的返工返修，一步到位地完成加工部位的所有內(nèi)容，從根本上提升模具質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
3、3C模具的智造技術(shù)優(yōu)勢(shì)
智造技術(shù)是計(jì)算機(jī)軟件與高端數(shù)控設(shè)備的完美結(jié)合，集設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)和試驗(yàn)功能為一體，可以在模具的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行智能化造型和有限元分析，預(yù)先完成模具的成形工藝與模擬試驗(yàn)，對(duì)可能存在的缺陷進(jìn)行優(yōu)化和改善。數(shù)控機(jī)床經(jīng)過(guò)幾十年的升級(jí)換代，自帶的編程指令和切削循環(huán)已經(jīng)具備了人機(jī)對(duì)話功能，能夠按照模具的加工特征和編程員的邏輯思維，自動(dòng)選擇最佳的刀具路徑，為智造技術(shù)提供了強(qiáng)大的硬件基礎(chǔ)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和光學(xué)投影儀是模具制造中常用的測(cè)量設(shè)備，能夠?qū)υ诰€模具的加工部位進(jìn)行全方位隨機(jī)檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)同步反饋給計(jì)算機(jī)軟件的執(zhí)行單元，協(xié)助數(shù)控系統(tǒng)完成機(jī)床的精確制導(dǎo)功能，對(duì)不合適的部位進(jìn)行二次修整，加工尺寸可以精確到幾個(gè)微米。一次裝夾即可完成加工部位的全部?jī)?nèi)容，確保模具的精度要求。
智能數(shù)控機(jī)床具有的切削參數(shù)優(yōu)化與刀具路徑補(bǔ)償功能，能夠有效控制模具的變形量和加工誤差。模具切削過(guò)程中，加工表面各部位的剛性及切削力大小不同，受力變形與進(jìn)給阻力也不一樣，切削參數(shù)優(yōu)化功能利用數(shù)控系統(tǒng)的智能型過(guò)程運(yùn)算方法，對(duì)主軸轉(zhuǎn)速、吃刀量和進(jìn)給量進(jìn)行動(dòng)態(tài)的倍率調(diào)整，讓刀具始終保持在最佳切削狀態(tài)。在保證表面質(zhì)量、減小變形量的同時(shí)，提高生產(chǎn)效率；刀具路徑補(bǔ)償功能，是在數(shù)控機(jī)床刀具補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，利用有限元分析對(duì)模具變形量和刀具磨損值進(jìn)行預(yù)處理計(jì)算，讓刀具在原有的走刀軌跡中附加一個(gè)等值的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，消除因加工變形和刀具磨損而產(chǎn)生的殘余誤差，從而達(dá)到高精、高效和優(yōu)質(zhì)加工的目的。五軸聯(lián)動(dòng)的小型加工中心，是3C模具的主要加工設(shè)備，有著很好的定位精度和抗振能力。適用于模具型腔的自由曲面插補(bǔ)，可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)水準(zhǔn)的，達(dá)到以銑代磨的效果。工件誤差控制在0.01mm，不僅節(jié)省了費(fèi)時(shí)費(fèi)力的電加工和磨削拋光工序，還容易實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)化，提高模具的研發(fā)速度。 智能特種設(shè)備綜合了機(jī)電、化學(xué)、超聲波及3D打印等不同原理的制造方法，能夠做到無(wú)微不至地近距離加工，在超硬材料和高難度模具加工中有著顯著的優(yōu)勢(shì)。超聲振動(dòng)切削是一種用于硬脆性材料的全新加工技術(shù)，適用于淬火后的鋼坯與硬質(zhì)合金模具。在超聲波的頻率幫助下，即使最硬的模具也可以使用較低的接觸力度和較高的進(jìn)給速度進(jìn)行振動(dòng)切削，最小加工孔徑為0.3mm，可獲得高質(zhì)量的模具表面。激光加工中心用于模具的微小型腔和孔系加工，以及薄板和管狀零件的精密切割。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字伺服系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)高精度的五軸微細(xì)加工。自帶的編程軟件可預(yù)先設(shè)定好型腔側(cè)壁的角度和深度，實(shí)現(xiàn)完美的分層切削。
CAD/CAE/CAM軟件是智造技術(shù)的基礎(chǔ)，以UG、Pro為主的模具軟件功能強(qiáng)大，通過(guò)簡(jiǎn)單的線條排列，即可設(shè)計(jì)出復(fù)雜的型腔和外部結(jié)構(gòu)，具有不可替代的作用。3C產(chǎn)品的模具以注塑模和五金模為主，一般都要借助于專(zhuān)業(yè)的造型和編程軟件。相同或類(lèi)似的一組加工特征，只需做出一個(gè)模塊，就可以使用陣列、縮放等幾何變換功能做出另外幾個(gè)。正確建模是做好模具智造的第一步，實(shí)踐告訴我們，模具曲面的編程思路與其建模方式基本一致，建模中用到的曲線和特征決定了編程時(shí)的刀具路徑。模具智造中的精加工策略要求空刀路徑少、執(zhí)行速度快，切削軌跡清晰流暢，沒(méi)有逼近誤差和中途停頓，像高速公路一樣暢通無(wú)阻，即使多走幾座立交橋也要避開(kāi)急轉(zhuǎn)彎和交叉路口。模具智造的編程技巧在于加工表面之間的圓滑過(guò)渡與無(wú)縫銜接，對(duì)于由多個(gè)曲面組合而成的復(fù)雜模具表面，應(yīng)盡可能在一個(gè)工序中進(jìn)行連續(xù)加工，減少裝夾和找正造成的接刀誤差。常用的曲面加工路徑中，最有效的是流線刀路和三維螺旋刀路，這兩種刀路可以在很少抬刀的情況下生成連續(xù)光滑的切削路線，沒(méi)有切削速度和進(jìn)給方向的突然轉(zhuǎn)變。即使刀具移動(dòng)一段很小的距離，也要做到前后連貫、進(jìn)退自如。這樣智造出的模具表面沒(méi)有進(jìn)退刀和切入切出的痕跡，光滑圓潤(rùn)、棱角分明，達(dá)到完美的鏡面效果。
傳統(tǒng)的切削加工，其制造精度和表面質(zhì)量都有 模具智造技術(shù)代替了很大的提高，將引導(dǎo)模具制造領(lǐng)域的又一次產(chǎn)業(yè)革命。人才是模具的靈魂，做好模具離不開(kāi)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員和熟練的操機(jī)師傅。十年苦功，上千件模具培養(yǎng)一名高級(jí)技工。我們平時(shí)要多學(xué)習(xí)一些典型模具的制作案例，借鑒其中的智慧和技巧，以智造技術(shù)為方向，樹(shù)立自己的質(zhì)量和品牌優(yōu)勢(shì)，為國(guó)產(chǎn)3C產(chǎn)品提供一流的模具和服務(wù)。
