發布日期：2022-10-09 點擊率：45
實施以多工序加工為代表的自動化能夠大大縮短模具的交貨周期，具體措施包括減少工序間的輔助工作，提高標準化程度和協調各個有關工序
模具制造廠在許多方面典型體現了金屬加工技術和操作范圍的廣度，他們加工的零件大多只有一次成功的機會，而且由于模具的交付周期日趨苛刻，他們必須使出渾身解數直對時間的壓力。
典型的模具廠涉及銑削、鉆孔、坐標鏜孔、車削、磨削、EDM及熱處理，這是制造模芯和模腔所需要的幾個工序。經過模具廠制作的每件模具各不相同，需要模具廠不斷地分析估計自己的加工能力，卻幾乎或者毫無比較基準。
一般說來，模具廠把各個操作看成生產線上彼此獨立的工序，工件隨著逐道工序通過加工車間，很象“流水作業”。有些工件需要經過模具廠的全部工種，另一些工件可能只需要現有加工能力的一小部分。
在這種生產方式下，自動化普遍被視為約束工作流程靈活變化的羈絆，而模具廠必須保持操作工序的靈捷可變性。在加拿大多倫多市的Unique Mould Makers，我們發現了重新審視“自動化適合于大批量生產”之成功秘訣的模具廠，本文看看他們在理順、簡化模具生產方面作了哪些工作，該廠采用自動上下料的組合機床加工包裝蓋和包裝盒的模具，他們的經歷很獨特。
產品
許多成品看上去非常簡單，往往令它們背后的技術黯然失色。例如包裝罐用的塑料蓋、螺旋蓋、兒童安全藥瓶蓋以及其它任何塑料蓋，幾乎都不會得到用戶的注意，除非它們不好使。Unique Mould Makers開辟了良好的業務并制造技術復雜的模具，他們的復雜模具使用戶幾乎或絲毫不理會封蓋包裝物的最終產品。
Unique Mould Makers 生產多腔模具，同一組模具的模芯和模腔有96個之多，各個模具的模芯和模腔數量變化不定，生產批量也變化無常。
每個模芯和模腔可能包括五、六個不同的零件，注塑加工塑料蓋的循環時間大約是8秒鐘。
同大多數模具廠一樣，Unique制造的產品規格齊全，從比較簡單的模具（在模具打開的同時頂出模塑件—蓋子），到復雜的可拆卸模具（由機械或液壓傳動使模芯與蓋子的螺紋分離。）
每套模座上的模芯和模腔都非常關鍵，合模時它們合在一起，從而產生瓶蓋或盒罩。該模具廠基本上有兩條并行的生產線，可以在加工模芯和模腔的同時加工模座。
每件模具通常有一個模座，因此模座很少阻礙生產流程。相反，模芯和模腔由于數量隨模具變化不定并且比較復雜，體現了Unique改進生產能力的極大潛力。
棘手問題
在Unique Mould Makers服務的市場上有一條最重要的真理：縮短交付周期是加盟“大模具廠商”行列（如同客戶定義的Procter和Gamble、Lever Brothers以及Kraft等等）的頭號使命。
“我們的客戶不喜歡等待，”Unique 總裁Tony Grossi說，“ 這些大公司一旦決定在某種包裝上采用新的蓋子或盒子，便希望盡快制造出來。假如我們不能夠為這些公司及時地提供良好的模具，別人就會提供。事情就這么簡單。”
兩三年前，Unique對自己的生產運作進行了不容懷疑的分析，和大多數模具廠一樣，每個模具部件的加工須從一臺孤立的機床轉到另一臺孤立的機床。
加工復雜模芯和模腔時，車、銑操作成了細脖子環節。在速度較快的車削循環和比較慢的銑削和鉆孔工序之間也存在顧此失彼的老問題。另外還有工件兩次裝卡和調整兩臺機床的麻煩，在車床和加工中心之間來回轉件耗費了寶貴的交付期限。
CNC工段段長Will Haire 說：“任務送到加工車間時，有許多工時分配給車銑組，如果車銑進度落在后面，我們就必須轉包或者加班才能跟上整個生產進度。以前我們大約轉包30%的車銑工作量，太多了。”
擺脫車銑瓶頸
因為Unique模芯和模腔是圓形的，車削在加工中的作用很大。另外為了配接冷卻管線，每個模芯和模腔需要鉆一定數量的精確孔，其中有些孔是斜的，因此至少需要4軸加工。
Grossi說：“我們開始分析車銑工藝時，基本上提出了三個解決車銑瓶頸的方法。第一個也是最顯而易見的，就是直接增加車銑能力。第二個方法是采用帶有活動刀架的車削中心。第三個選擇是以Mazak Integrex 系列為代表的多工序機床。我們選擇了第三個途徑。”
根據Grossi及其生產人員估算，添置銑床和車床只會加劇工序間已有的瓶頸問題。
盡管車削/銑削能力當時接近工廠的需要，但是由于轉塔刀架的刀具容量欠缺，不足以進行無人照看的全自動加工。該廠去年5月收到第一臺Integrex機床，這臺機床的刀具容量為40個，可根據需要組合車刀和銑刀的數量。
多工序機床給Unique帶來的結果是把車銑工段工序間的準備工作幾乎減少到零，該機床是一臺具有車削功能的加工中心。
毛坯進入機床，出來的便是加工好的零件，只需要一次裝卸，工件自然而然地通過機床，幾乎或根本不需要操作人員的干預。
由于工件一次裝卡，所以尺寸精度比較高。大部分模芯和模腔從原始狀態開始加工，然后從銑床/車床到熱處理。磨削在淬火后進行，“我們用這些新機床達到了加工精度的一致性，因此可以減小零件的磨削余量。”Grossi說。
Unique所用的這類多工序機床在模具制造廠比較罕見，更為少見的是該廠去年10月安裝的兩臺Integrex雙主軸、自動上下料機床。
Grossi回憶說：“我們安裝第二臺和第三臺多工序機床時，不止一個員工感到疑惑—批量一般只有24～36件，為什么機床還裝有龍門式的自動上下料機構？”
除了減少工序間的輔助工作以外，Unique 已經實現的節約還包括機床的設置時間，現在不再是為了裝卡同一個零件而調整一臺車床和一臺加工中心，而是讓一臺多工序加工機床準備就緒。準備工作包括適當調整自動上下料器的抓爪以及主軸、輔助主軸的卡盤，正確選擇刀庫的刀具組合，并選擇程序。
Unique添置機床僅有幾個月，因此程序設計在準備時間上占了最大的一塊，通常要用3個小時，多半時間花在程序輸入上，程序輸入在加工現場進行。
后臺程序設計有益于提高效率，使操作人員能夠在運行一個程序的同時輸入另一個零件的程序。Haire 先生深信，隨著CNC經驗的增加和程序數據庫的建立，編程時間定會明顯減少。
通過標準化提高靈活性
Unique 很快便認識到，多工序處理不僅僅是一個加工站，而是關系到機床上下工序的全部機加狀況。
Unique組合模具的大多數模芯和模腔是用棒料切割的毛坯，材料為H-13和420不銹鋼、D2鋼及鈹銅合金。目前該工廠存儲6種不同規格的棒料，直徑范圍大概是1.5～7英寸。
“我們希望把倉儲的棒料規格從現有的6種減少到3種，”Grossi說道，“這樣做的好處是能夠減少上下料機構所用的抓爪和卡盤卡爪的套數，以簡化裝卡工作。這樣還可節約材料采購費，因為我們可以購買比較大的批量，同時也能簡化原材料的庫存管理。”
他接著說：“除此之外，盡管某些零件的切削量可能比較大，但是總體的節約足以補償額外增加的一點兒切削時間。我們不斷學會根據所有零件的總和、而不是累加彼此孤立的時間單元來考慮我們的制造工藝。”
這對工作進度的安排也有影響，Haire說：“如今當我們作運行準備時，我們會著眼于下一項任務并盡量調整計劃，以便讓一族零件迅速流經機床。連續加工幾何尺寸相似的零件可以節省更換時間，并有利于保持較高的主軸使用率。這種方式使我們區別對待不同的作業計劃。”
刀具標準化是實現大幅度節約的另一個方面，由于刀庫有40個刀位，Unique技術部門正在考慮采用標準刀具柜進行加工的方法。Grossi說：“我們要求工程師們以圓弧半徑和冷卻液注孔為例進行量化分析，證明標準化尺寸非但不會影響模具的性能，反而能夠對模具的可加工性產生積極的影響。”
效果
在效果方面，添置多工序加工機床為工廠帶來了額外的加工能力，Unique原先使用的全部車床和銑床現在可以用來加工其它零件。
Grossi說：“過去為了趕進度必須對外轉包的工作，現在我們基本上能夠完成，必要時在專用車床和銑床上加工，這使20～30% 的車銑任務重新回到我們的直接控制之下。當然，只要需要，我們依然可以轉包。”
Unique改進車銑操作之前，模具交付周期一般為20 至24周。“我們使用多工序加工機床完成的第一套模具比報價提前3個星期交付。”Grossi說，“緊接著的一項任務又提前了3周，所以我們考慮把報價的交付周期縮短到16 或18個星期，這對我們的業務是很好的新事物，因為交付周期已經成為首當其沖的驅動力。”
另外，由于基本上避免了轉包加工，制造成本也在減少，Unique除了根據客戶的要求定制模具以外（定制模具占其業務量的90%），始終在考慮增加標準模具的加工量。Grossi 說 ：“降低制造成本使我們更富競爭力，并為我們開辟了新的潛在市場。”
制訂計劃
一年前車銑操作還是生產上的制約環節，采用多工序機床以來，這些操作的生產量很快得到30~50%的改進。
現在，制約生產的環節是磨削工序，Unique也在利用新機床解決這個問題。正如Grossi 所說，“我們已經看到車銑加工能力的改進，目前正在全廠查找生產上的細脖子。在改進磨削操作后，我們將著眼于下面的EDM工序。激光束加工機也許可以較快完成現有EDM所加工的任務。我們的目標是縮短模具的交付時間。”
Grossi預計在不久的將來還會發生一些改進，這就是在多工序機床上采用“硬車銑”技術。“我們先加工原始狀態的模芯和模腔，然后把它們送出去熱處理，零件經過熱處理之后再磨削。切削淬硬狀態的零件可以避免工序之間進行熱處理的周轉時間，從而縮短整個流程。”
該廠已經實現以多工序加工為代表的自動化，并且在經營中取得了很好的效果，這是Unique在極其嚴峻的市場環境下賴以競爭的利器。了解該模具廠如何制造產品很重要，知道哪些產品使得該模具廠趨于本行業之首同樣重要。
多工序加工縱橫談
機床基本上朝著多工序的方向發展已有相當一段時間，加工中心是其中一例。加工中心借助于換刀裝置，可以進行銑削、鉆孔、鏜孔、攻絲及其它操作，而在過去每種操作分別屬于不同專用機床的加工范疇。
同樣，裝有活動刀具的車削中心除了車削以外也可以切削鍵槽、鉆中心孔并進行其它中心型切削操作。然而車/銑機床都受到轉塔刀架刀具容量的限制。
Mazak和其它幾個機床制造廠商提出了制造所謂新型機床的思想，這些新機床取消普通的轉塔刀架，代之以可供換刀裝置存取刀具的樞軸結構，這樣基本上難以區分機床的操作種類。
新機床本質上是安裝在多工位數控車床床身上的加工中心，其主軸在伺服控制下提供5000 rpm 車削和分度式外形加工雙重功能。主軸中心線上還有一個輔助主軸，使工件可以脫離主軸并接受反向切削。
銑刀軸以10馬力電機帶動刀具，刀桿轉速6000 rpm。銑刀軸托架上的Y軸具有完滿的3向控制能力，與此同時，傾斜軸和外形加工C軸為機床附加了第4和第5軸切削功能。
支持開發這些機床的總體思想很簡單—次裝卡工件并在工件的各個側面完成車、銑、鉆孔和攻絲操作。有些機床正在采納多工序加工的原理，除了車銑以外還包括磨削和利用激光器局部淬硬等操作。
在金屬加工方面，實際的用途主宰著工藝技術的選擇。無論如何，多工序加工機床這一理念越來越引起Unique及其它模具廠的注意。
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