五轴加工、编程、混合工具和激光工艺引领潮流。
Hurco对话式编程扫除复杂G代码编程障碍. （由 Hurco 提供）越来越多的证据表明，一些逃离美国、到海外寻找更便宜资源的模具制造企业正在回归。模具制造商没有找到足够的有利成本差异来抵消不良模具性能和返工故障模具的需要。
与此同时，先进的加工工艺、工具、控制和编程已经改变了方向关于模具制造商在表面光洁度、精度和生产率方面的可能改进。准备提高其模具制造竞争力的商店正在寻求最新的技术进步，以更快、更多地交付准确和更高效的模具制造。因此，车间正在认真研究增强型 EDM、高速五轴铣削、用于增材制造和纹理的激光加工以及新型混合切削工具等必须提供哪些工艺来改进模具制造。
例如，对于常见的用于切削工具的 AlTiN 和 TiAlN 涂层字母汤，您可以添加硅掺杂涂层，例如 AlTiSiCN，它们具有更高的硬度、更强的耐热性和改进的耐磨特性，适合模具制造商加工硬质材料。以下针对新模具制造技术的亮点。
赶上五轴加工
美国模具行业在赶上五轴加工方面比欧洲慢，这DMG Mori 国家工程总经理 Jeff Wallace 表示，五轴机床更多地用于航空航天和医疗应用，但美国模具制造商发现五轴机床非常适用于模具工作，伊利诺伊州霍夫曼庄园。
“CNC 控制装置是关键部件，因为它需要精细的表面光洁度。您需要一个动态控制，一个能够处理大型程序所需的大量数据的大型程序，这些程序用于车身冲压模具或门板模具的大型型芯或型腔，或者用于汽车应用的前灯、透镜反射器和透镜等复杂模具，”Wallace
使用 DMG Mori 的 Lasertec Shape 系列机器，几何定义的表面结构、精细轮廓和用于注塑模具、挤压模具、铭文和其他的细丝腔可以生产高质量且无工具磨损的雕刻品。 （由 DMG Mori 提供）DMG Mori 提供各种用于加工大型和小型工件的五轴加工中心，从 6″ 到 6 米的立方体。增材制造 (AM) 机器可用于构建和维修工作。该公司通过 Lasertec 30 SLM 粉末床机器扩展了增材制造产品线，该机器允许构建具有随形冷却的模具，显着缩短模具的循环时间并显着缩短铸件的交货时间。
“在加工车身面板时模具完成后，模具通常会使用化学友好剂进行纹理处理，”Wallace 说。 “Lasertec Shape 系列机器将纹理放入模具中。”
对于模具修复，尤其是对于随着时间推移而损坏的压铸模具，Lasertec 3D 像 3D 打印机一样放置材料。它可用于在初始模具构建中构建中型到大型组件。如果工件很复杂，这种能力就特别有价值。工件可以在同一平台上加工，无需处理，而不是去除大量材料和产生废料。
A hy该机器的 brid 版本 Lasertec 3D Hybrid 具有金属切削和增材制造功能，其特点是在同一台机器上去除材料以制造型芯腔体和放置纹理。消除了二次操作的需要，减少了循环时间和模具处理，从而减少了整体生产时间。
DMG Mori 的 CELOS 控制是一种通用 HMI，为不同的 CNC 提供通用性控制。共有 27 个 CELOS 应用程序用于规划、准备、生产、监控和服务，以创建一致的数字工作流程以实现高效生产。 “用户无需重新学习新控件，我们能够提供 70-80% 的通用性，”华莱士说。 “对于模具制造，技术应用调整循环已经开发出来，可以在切割模具的同时对机器进行微调。操作员可以[综合]速度、表面质量和精度来制作程序广告对半精加工和精加工进行动态调整。”
编程的巨大便利
传统的模具加工也在不断改进。例如，位于印第安纳波利斯的 Hurco Companies Inc. 的 BXi 桥式加工中心系列提供三种尺寸的三轴版本和一个带有 BC 耳轴工作台的 BXi 40U 五轴型号。据产品技术专家迈克尔·科普 (Michael Cope) 介绍，Z 轴的双柱阶梯设计和机器整体重量提供了高精度、更高的热稳定性和出色的表面光洁度能力。 BX40i 配备 HSK 双接触式 18,000 rpm 主轴和 Hurco 的专利 UltiMotion 技术，专为高速和严格公差而设计，所有轴上的滚柱式导轨增加了刚度，直接耦合的滚珠丝杠提高了速度和精度。
赫克的对话式编程消除了复杂的 G 代码编程的障碍，并允许机械师进行编程我是机器“今天的对话式编程非常先进。它易于学习和使用，而且非常容易教授，”Cope 说。 “对于从事 2D 或 2.5D 工作并且面前有蓝图的商店，您需要做的就是输入数字。如果这就是商店所做的工作并且它有蓝图，那就太棒了，因为它解放了程序员，他们不必在任何 CAM 系统中编写代码。我能够在现场编程并快速上下班，”Cope 解释说。
“但是，如果商店从客户那里获得的大部分是实体模型而不是纸质印刷品，那我们就需要看到很多 CAM 系统的使用，”他继续说道。 “我们为自己的多功能性感到自豪。我们可以很好地进行对话，我们可以很好地进行 NC，或者我们可以将两者与我们的 NC Merge 结合在一起。对于只获得实体模型的客户，我们的 3D 导入允许客户将一个实际的实体模型、一个步骤文件和程序直接从对话中引入到我们的控制中。”
不是你父亲的 Sinker EDM
GF Machining 的 iGAP 发生器传感器技术帮助模具制造商通过开模 EDM 以更高的速度实现更小、因此更精确的火花间隙。 （由 GF Machining Solutions 提供）EDM 的进步也提高了模具制造的效率。例如，伊利诺伊州林肯郡 GF Machining Solutions 的入门级 FORM E 电火花成型机和高精度、高端 FORM P 系列电火花成型机的高级功能正在提高速度、减少电极磨损并提高生产率。
EDM 产品经理 Eric Ostini 解释说，已添加到 FORM E 系列中的 iGAP 发生器传感器技术ies EDM 帮助模具制造商使用开模 EDM 以更高的速度实现更小、因此更精确的火花隙。 iGAP 根据需要改变电极正面和侧面的火花功率。火花功率仅在必要时增加，有助于保护电极。
Ostini 解释了 iGAP 传感器的工作原理：“我们现在能够在电极上感知我们是在进行正面火花还是侧面火花。正面意味着我们燃烧的方向，横向意味着导致空腔的电极侧面。我们能够感知火花发生的位置，并从字面上关闭发生的任何横向火花。我们无法获得全部，但其中大部分，”Ostini 说。
“我们可以燃烧得更快，并使电极和空腔之间的间隙更紧密，从而减少横向去除量要做的是按尺寸打开空腔，”他继续说道。 “我们可以有一个几乎是 s 的电极与我们想要生产的空腔尺寸相同，每侧可能尺寸小于千分之二，然后直接向下燃烧到空腔中，只用正面火花，然后做很少的轨道运动以使其最终达到尺寸。这减少了时间，提高了切割速度，并清理了型腔——型腔非常接近最终尺寸，我们没有任何偏移问题。”
为了最大限度地利用 FORM P 系列中的电极， GF Solutions 提供了一个智能工具。 “对于用作粗磨机的电极，旋转换刀器或其他自动化设备中有一个姊妹工具，如果需要，由于磨损会更换粗磨机。半精加工机变得更粗，通过交错使用工具，减少了加工一系列模具型腔所需的工具数量，”Ostini 说。
推出圆桶刀
据该公司称，像 Iscar 的这种圆桶刀，可以将模具制造操作中的精加工操作减少多达 60%。Mastercam 最近推出了该功能识别这些特殊形状并沿多个表面使用它们创建刀具路径。（由 CNC Software Inc. 提供）模具制造商面临着提高机器利用率的持续挑战，而切削工具对实现这一目标具有重大影响，并帮助模具制造商保持德克萨斯州阿灵顿 Iscar Metals Inc. 的全国铣削产品经理 Tom Raun 表示，这具有竞争力。
所以，您可能会问，有什么新东西。“我们正在开发混合工具，用于铣削是几何形状（沿切削刃的锥度和大半径）组合的铣削。这些称为圆桶刀的混合工具将改变游戏规则，改善模具制造中的精加工应用，”Raun 说。
这些混合工具通过接合一个巨大的半径并产生更小的尖端高度来工作，这与球磨机所采用的不同。只要工件表面、机床和 CAM 编程允许，圆桶刀就能够沿刀具侧面加工大半径，例如 10 英寸（254 毫米）。因此，更大的步距是可能的。
“许多 CAM 系统已经开发出对这些混合工具进行编程和识别的能力；我们看到精加工工序大幅减少，例如精加工工序减少了 50% 和 60%，而这些精加工工序通常占模具制造的大部分生产时间，”Raun 说。
Mastercam 最近引入了识别功能根据 Raun 的说法，这些特殊形式并沿多个表面使用它们创建刀具路径，克服了一次只能对一个表面进行编程并使这些表面正确混合的可能瓶颈之一。
“这在模具行业中可能是一个巨大的好处，程序员经常处理由许多锥形或曲面组成的几何形状（例如，型芯/型腔设计和冲压模具），”他说。 “能够拿起工具，将其倾斜并将其装入这些几何形状，同时在每次走刀之间采取更大的步距，这种能力正在迅速成为一种行之有效的方法，可显着缩短精加工操作的周期时间。”
热稳定性关键
Dante Payva 表示，在生产具有所需表面质量和精度的模具时，在加工模具所需的长时间内控制加工过程中产生的热量至关重要， GF Machining Solutions 铣削产品经理。 “我们在整个机器底座和立柱中泵送冷却液，以保持加工稳定性。在我们的 Mikron 加工中心上，我们已将 Cool-Core 引入到我们的 42,000 rpm 主轴中，以此来控制在 42,000 rpm 的主轴产生大量热量的地方滚动。”
Cool-Core 主轴技术比传统的主轴冷却技术更进一步，传统的主轴冷却技术通常会冷却外套和轴承。 Cool-Core 冷却主轴的旋转轴，主轴是主轴的中心核心，与刀架和切削刀具接触。
高速五轴加工为模具制造带来一些技巧, 佩瓦说。 “传统的铣削攻击具有激进的刀具路径和切削。在某些情况下，您要去除大量材料，并在最终零件上增加大量热量和力，而在高速铣削中，您要去除相同数量的材料，但步骤更小并且以更快的速度。”
据 Payva 称，投资高端工具可以使工具寿命提高 25% 到 50%。此外，在某些情况下，引入圆桶刀可以更快地完成零件。“由于刀具设计，它们去除材料的速度更快，”他说。 “与使用球头立铣刀或圆头立铣刀去除受刀具直径限制的材料不同，圆桶刀具有更长的曲率，因此侧铣可去除更多材料。”
直接铣削盖茨
像香蕉浇口这样的注塑模具浇口的直接铣削克服了电火花加工的一些局限性。 （由 MC Machinery 提供）有时检查加工模具特征的新选项是值得的。例如，伊利诺伊州埃尔克格罗夫村 MC Machinery Systems Inc. 的 Roku-Roku 高速高精度三轴加工中心和 OPS Ingersoll Eagle 系列五轴加工中心提供了 EDM 加工浇口的选项注塑模具。
据 MC Machinery 的 William Gillcrist、机床技术、切削工具和 CAM 软件包正在使高速铣削与 EDM 竞争，以使用具有特殊涂层的硬质合金工具直接铣削注塑模具的浇口。 Eagle V5 和 V9 型号配备高达 42,000 rpm 的主轴，而 Roku-Roku 型号配备高达 90,000 rpm 的主轴，提供的速度足以满足小型刀具和表面进尺要求，他说。
浇口的直接铣削克服了电火花加工的一些局限性，包括生成重铸层、由于电极磨损导致的浇口形状不一致、浇口表面上的微裂纹以及浇口锥形表面上的改变层。
“高速硬铣削的出现以及加工中心能够以高进给率遵循精确和复杂的刀具路径，这使得直接铣削在许多涉及硬质合金的模具制造应用中作为 EDM 的替代品，对于车间来说具有成本效益，错综复杂的细节ils，以及光滑的饰面，”Gillcrist 说。 “不需要在精度与光洁度之间进行权衡，这与 EDM 不同，EDM 的精度会随着接近更精细的表面光洁度而下降。”
他建议使用高端 CAM 软件、高端切削工具和刀柄，以及坚固、精心打造的机床，以获得最佳效果。 “成功的铣削过程是所有元素共同作用的结果。它涉及软件创建代码、CNC 处理代码以及刀柄和刀具能够保持硬铣削的公差，”Gillcrist 说。
激光发挥越来越大的作用
激光继续雕刻以预期和意想不到的方式为技术开辟利基市场。 GF Machining Solutions 使用激光烧蚀纹理已经从为汽车应用创建皮革和木纹纹理转变为为电动和混合动力汽车创建几何图案，据生产商 Jon Carlson 说CT经理，先进制造。 GF Machining 已与 3D Systems 建立合作伙伴关系，以提供新的集成增材和减材制造解决方案，其中包括自动化和后处理，从而为先进制造提供更高效的工作流程。
“激光适用于几何加工，“ 他说。 “如果你试图用手将薄膜放入模具中，那么在绕过 3D 形状或轮廓时几乎不可能最大限度地减少应力点或夹点。另一方面，激光纹理是在计算机上以数字方式完成的，可以补偿可能出现的任何拉伸点和夹点。你在电脑上看到的就是你在模具中看到的，即漂亮的几何图案。这就像一个巨大的谜题，我们的 Smart Patch 软件功能可以解决。 Smart Patch 确保位于标记区域之外的几何图案将被拾取，因此不需要修补。”
此外，las他说，er ablation 可以进行纹理和雕刻以及医疗应用的功能性纹理，以及水瓶瓶盖锯齿和将螺距放入模具等多种应用。
在 IMTS，GF Machining 宣布与 3D Systems 合作提供增材制造机器。 “当我们与客户或最终用户交谈时，我们希望他们能够完成一个零件，”Carlson 说。 “通常情况下，总是需要对零件进行某种类型的后处理，包括热处理、开模、激光加工或微加工。我们可以 [通过 3D 打印] 构建零件，我们可以讨论零件的整个流程，从五轴铣削到在其上放置纹理或雕刻。我们的目标是能够在一次 3D 打印中完全构建具有 [单个零件] 或 16 个单独构建板 [用于多个零件] 的板。”
在后一种情况下，“客户可以采取从AM到加热的16个部分对待铣削。两家公司都提供两种联合品牌型号，即具有 11 x 11 x 15 英寸（279 x 279 x 381 毫米）构建平台的 DMP Flex 350 和具有 20 x 20 x 20 英寸（508 x 508 x 508 毫米）构建平台的新型 DMP 500 mm) 构建平台。
硬质合金五轴
位于新泽西州富兰克林湖的 Mitsui Seiki USA Inc. 产品经理 Jeff Johnson 认为，他公司的动态功率切割工艺具有在未来的模具制造中扮演重要角色。硬质合金的五轴加工节省了大量时间，特别是对于航空航天应用，这一点正在实现。
“高速加工和动态动力切削之间存在很大差异，后者需要刚性机器和刚性主轴以较慢的主轴速度进行更深的切割。使用最好的工具和最好的编程软件对于获得最好的结果非常重要，”Johnson 说。
动态动力切割，在航空航天领域取得了成功应用，为模具制造提供了相同的好处，在模具制造中，可预测的过程和缩短的周期时间受到高度重视和追捧。 Johnson 认为 3+2 或五轴加工中的动态动力切削将在模具制造中带来革命性的变化。
五轴需要大量新工具
五轴之美根据佛罗里达州塔瓦雷斯 GWS 工具集团的说法，机器的一个简单事实是您可以事半功倍——一次装夹可加工更多，停机时间更少，接触点更少。这个公式（装夹更少 + 金属去除率增加 = 减少据该公司称，整体周期时间 = 更多利润）是许多商店在更换旧设备时转向五轴机器的原因（如果他们想以更具竞争力的方式竞标新零件，甚至更快）。
当然，向典型的 X-Y-Z 编程添加更多轴和变量的过程没有那么简单。首先，五轴编程比较复杂，需要对仅使用三轴机床的程序员进行额外培训。另一个问题是通常在三轴加工平面中不存在物理范围限制的情况下产生的物理范围限制。通常需要全新的刀柄和切削工具来避免碰撞。还有一点需要考虑的是，在最常使用五轴机床的行业中经常加工的工件材料往往更奇特，本质上更昂贵.从不锈钢和钛到铬镍铁合金和钴铬合金，这些材料的价格更高，消耗的工具也更多。
当然，解决方案是找到合适的工具——在本例中是 GWS 提供的定制工具.工具包括圆筒立铣刀、锥形立铣刀、球形立铣刀和圆角高进给立铣刀。
GWS 的一个警告 - 如果您使用标准球，金属去除率不会提高鼻子工具。只是没有足够的尖端表面积。球形-然而，与传统的球头立铣刀相比，这种类型的立铣刀每次走刀的切削长度更长。旋转工具和工件（五轴加工使之成为可能）使更多的切削刃与零件接触。更长的切削刃接触意味着金属去除率的显着提高。
