劉耿生

(山東美林衛(wèi)浴有限公司　山東 濰坊　201208)

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CNC數(shù)控機(jī)床加工種模和工作?？尚行匝芯?/p>

劉耿生

(山東美林衛(wèi)浴有限公司山東 濰坊201208)

主要介紹了利用CNC數(shù)控機(jī)床加工種模的可行性研究，詳細(xì)論述并分析了設(shè)計(jì)種模的加工，工作模的加工以及CNC數(shù)控加工的SWOT的分析，對(duì)衛(wèi)生陶瓷數(shù)控技術(shù)的發(fā)展有一定的促進(jìn)作用。

CNC數(shù)控機(jī)床種模工作模設(shè)計(jì)加工分析

1　名詞定義

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，CNC數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也越來越廣泛，陶瓷行業(yè)中石膏模具的加工也早已向這方面發(fā)展，CNC數(shù)控制模以其直觀、快速、準(zhǔn)確性、一致性和可重復(fù)復(fù)制性等優(yōu)勢(shì)，將會(huì)得到陶瓷企業(yè)越來越多的認(rèn)可和應(yīng)用。

1)設(shè)計(jì)種模是指根據(jù)日常積累的制作種模模具的經(jīng)驗(yàn)，由設(shè)計(jì)工程師用三維軟件設(shè)計(jì)的一套用于生產(chǎn)產(chǎn)品的模具，在設(shè)計(jì)過程中引入了放尺和預(yù)變等調(diào)整，最后再由數(shù)控機(jī)床加工而成的石膏模具。

2)定型種模是指由模具生成的坯體經(jīng)過燒成后生成達(dá)到了客戶要求的產(chǎn)品，此生成坯體的石膏模具即是定型種模，其是開發(fā)工程師經(jīng)過對(duì)設(shè)計(jì)種模的修改試驗(yàn)后所得。

3)胎模是指由定型種模注漿完成并開模后，從模具內(nèi)取出的未經(jīng)干燥和燒成的產(chǎn)品原坯坯體，其需經(jīng)過干燥和燒成兩個(gè)工序后才能制成產(chǎn)品。

4)母模是指由定型種模翻制而成的樹脂模具，其是可用于制造一線生產(chǎn)使用的工作模模具。

5)工作模是用于一線生產(chǎn)中直接注漿該類型產(chǎn)品坯體的石膏模具，因石膏的特性，工作模都有一定的注漿輪次，因此，其需要不斷由母模進(jìn)行翻制生產(chǎn)新的工作模，才能保證該類型產(chǎn)品的不斷產(chǎn)出。

2　 設(shè)計(jì)種模的加工

采用數(shù)控機(jī)床加工石膏模具，可以將數(shù)控機(jī)床的高效性、準(zhǔn)確性充分體現(xiàn)出來，可以使新品的開發(fā)效率有一個(gè)質(zhì)的飛躍。在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)過對(duì)泥漿性能的總結(jié)、用軟件逆向分析、調(diào)整預(yù)變等措施，可將盆類、柱類、水箱類等非結(jié)構(gòu)復(fù)雜產(chǎn)品一次設(shè)計(jì)加工成定型種模，直接翻制母模制作成工作模用于一線生產(chǎn)，對(duì)坐便器、小便器等結(jié)構(gòu)較復(fù)雜產(chǎn)品在成熟后可以修改調(diào)整設(shè)計(jì)種模一到兩次后即可生成定型種模，從而大大縮短了開發(fā)時(shí)間，為產(chǎn)品迎得先機(jī)并快速進(jìn)入市場(chǎng)奠定基礎(chǔ)。

2.1基本流程

2.2流程解釋

1)根據(jù)客戶的要求和設(shè)想在符合該國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，使用UG、Pro/e等三維軟件設(shè)計(jì)該產(chǎn)品的三維立體圖，經(jīng)客戶確認(rèn)可以開發(fā)后進(jìn)入下一步工作。

2)對(duì)產(chǎn)品三維圖按照泥漿特性、收縮比率對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行放尺，生成產(chǎn)品三維胎模圖，再根據(jù)產(chǎn)品成形方式，干燥方式及燒成過程等方式的不同，對(duì)三維胎模圖進(jìn)行預(yù)變和收縮方面的調(diào)整，以便使胎模圖更接近實(shí)際生產(chǎn)過程。

3)根據(jù)成形方式用三維軟件以胎模圖為原型設(shè)計(jì)出種模圖(見圖1)，并對(duì)設(shè)計(jì)種模進(jìn)行合理分模，分模完成后用軟件模擬分模合理性。

圖1　某分體坐便器設(shè)計(jì)種模模具圖

圖2　某分體坐便器設(shè)計(jì)種模底模加工完成

4)根據(jù)設(shè)計(jì)種模圖使用UG、master CAM等對(duì)模具進(jìn)行編程，再使用數(shù)控機(jī)床加工成石膏材質(zhì)設(shè)計(jì)種模模具(見圖2)，加工過程中注意模塊間銷子的配合和整套模具的配合，并留出合理的配合公差。

5)根據(jù)原設(shè)定的注漿、回漿方式對(duì)設(shè)計(jì)種模進(jìn)行布管、注漿和上線調(diào)整，最終生成定型種模。

2.3設(shè)計(jì)種模用數(shù)控機(jī)床加工的優(yōu)點(diǎn)和不足

其優(yōu)點(diǎn)有：

1)使開發(fā)合格樣品的時(shí)間大大縮短。

2)所制作的模具注漿后生成坯體厚度更標(biāo)準(zhǔn)，外型更規(guī)則，表面更光滑，產(chǎn)品對(duì)稱性更好。

3)給客戶確認(rèn)定型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖，即是由此放尺后生成的模具圖，保證了設(shè)計(jì)產(chǎn)品圖與最終產(chǎn)出產(chǎn)品的一致性。

4)可以對(duì)產(chǎn)品和組件進(jìn)行預(yù)裝配，以便更早的發(fā)現(xiàn)問題，減少了在生成產(chǎn)品后因組裝配合不合理而對(duì)模具進(jìn)行的不必要修改。

其不足之處有：

對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的預(yù)變不能用設(shè)計(jì)的方式一次調(diào)整到位，也就無法使定型種模一次加工到位，需要模具開發(fā)工協(xié)助完成對(duì)定型種模模具的預(yù)變調(diào)整工作。

3　工作模的加工

工作模是生產(chǎn)消耗品，一般是由母模翻制出來的，這種方式比較適合長期穩(wěn)定且大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品類型，但隨著時(shí)代的發(fā)展和人們追求的個(gè)性化，小批量生產(chǎn)會(huì)越來越多；在此數(shù)控機(jī)床的高效性、準(zhǔn)確性和可復(fù)制性體現(xiàn)出來，同時(shí)，再應(yīng)用逆向加工工程，也就使得數(shù)控機(jī)床加工工作模成為了可能，從而在搶占市場(chǎng)方面迎得先機(jī)，其可在年產(chǎn)量小于1 000件的小批量產(chǎn)品生產(chǎn)方面大大節(jié)省消耗。

3.1基本流程

3.2流程解釋

1)由模具開發(fā)工對(duì)注漿試驗(yàn)完成后下線的定型種模外表進(jìn)行修整，使其達(dá)到產(chǎn)品掃描和翻制母模標(biāo)準(zhǔn)。

2)利用3D掃描儀對(duì)定型種模的各個(gè)模塊進(jìn)行掃描(特別是注漿有效面和各模塊的配合約束定位部分，更要準(zhǔn)確掃描)，掃描完成后可生成各模塊的3D圖像(見圖3)。

圖3　某分體坐便器定型種模掃描圖

3)圖像采用Studio和Qulify兩種軟件進(jìn)行處理，生成三維設(shè)計(jì)軟件能夠識(shí)別的圖檔，同時(shí)將圖檔數(shù)據(jù)化，以便于用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)編程加工(見圖4)。

圖4　某分體坐便器定型種模掃描圖處理后

圖5　某分體坐便器定型種模處理后組裝圖

4)利用UG軟件對(duì)各模塊的3D圖檔進(jìn)行裝配合模，生成一整套的定型種模圖檔(見圖5)，并且為了便于后期的數(shù)控機(jī)床加工還要對(duì)圖檔進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)處理。

5)采用逆向加工技術(shù)，對(duì)圖檔的各模塊用CNC數(shù)控機(jī)床進(jìn)行編程加工，各模塊間有配合面及定位面的要適當(dāng)考慮配合公差問題，加工完成后即一套工作模完成(見圖6)。經(jīng)布管上線后可以立即進(jìn)行注漿及出坯作業(yè)，所制成的坯體將和定型種模所出坯體完全相同，從而確保了所生成產(chǎn)品與定型種模所生成產(chǎn)品完全一致。

圖6　某分體坐便器工作模

3.3工作模用數(shù)控機(jī)床加工的優(yōu)點(diǎn)和不足

其優(yōu)點(diǎn)有：

1)可以大大縮短產(chǎn)品從開發(fā)到生產(chǎn)階段的時(shí)間，省去了母模翻制、母模確認(rèn)、母模量試定型3個(gè)階段，從而為產(chǎn)品快速打入市場(chǎng)迎得了寶貴時(shí)間。

2)數(shù)控機(jī)床的加工精度都在0.01 mm以內(nèi)，也就保證了所加工的工作模與原定型種模完全一致，從而可以使進(jìn)入生產(chǎn)階段的產(chǎn)品優(yōu)良率大大提高，減少了人力、物料和時(shí)間的損耗。

3)使用樹脂和橡膠等化學(xué)制品制作的母模因存放不當(dāng)會(huì)變型，同時(shí)，樹脂和橡膠也存在保質(zhì)期問題，而用電腦保存的定型種模圖檔可以永久保存，即使該類型產(chǎn)品母模丟失了，也可以從電腦中調(diào)出該圖檔立即加工一套定型種模用來翻制一套母模，而不必重新設(shè)計(jì)開發(fā)。

4)小批量生產(chǎn)使用CNC數(shù)控機(jī)床加工工作模可以大幅降低開發(fā)成本，以開發(fā)普通盆為例：普通開發(fā)的成本約為26 000元，而采用CNC數(shù)控機(jī)床開發(fā)加工成本約為16 000元。

其不足之處有：

因數(shù)控機(jī)床加工工作模不如用母模翻制工作模，效率高。因此，它針對(duì)的主要是年產(chǎn)量小于1 000件和需要快速進(jìn)入市場(chǎng)搶占市場(chǎng)先機(jī)和制高點(diǎn)的產(chǎn)品，對(duì)于產(chǎn)量較大產(chǎn)品還是用傳統(tǒng)工藝方式更合理，CNC加工可作為其補(bǔ)充方式。

4　CNC數(shù)控加工的SWOT分析

4.1優(yōu)勢(shì)(S)

1)一般成熟產(chǎn)品可以經(jīng)設(shè)計(jì)調(diào)預(yù)變后直接加工種模而無需模具開發(fā)工上線調(diào)預(yù)變，新型或復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品在開發(fā)時(shí)能減少上線調(diào)預(yù)變次數(shù)和重新起模次數(shù)，為開發(fā)新產(chǎn)品節(jié)省了時(shí)間。

2)產(chǎn)品首批或定單小于1 000件/年產(chǎn)品，可以采用逆向加工技術(shù)直接加工工作模，對(duì)減少開發(fā)成本和迎得市場(chǎng)先機(jī)能起到至關(guān)重要的作用。

3)能使產(chǎn)品的開發(fā)周期縮短30%以上。

4)普通的種模僅有一套模具，當(dāng)翻制母模以后，該套種模模具將會(huì)報(bào)廢，而用逆向加工的種模根據(jù)需求可以加工多套，為產(chǎn)品的二次開發(fā)提供了必要的條件。

圖7　某后排式坐便器預(yù)變調(diào)整及準(zhǔn)確性分析

4.2劣勢(shì)(W)

1)對(duì)于年產(chǎn)量較大的產(chǎn)品在工作模生產(chǎn)階段還主要使用傳統(tǒng)方式，CNC加工工作模只是作為補(bǔ)充方式。

2)對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品定型種模制作階段的設(shè)計(jì)和加工不一定能一步到位，還需要模具開發(fā)工的協(xié)助、修改與調(diào)整。

4.3機(jī)遇(O)

1)現(xiàn)階段采用CNC加工設(shè)計(jì)種模已非常普遍，但在設(shè)計(jì)階段通過掃描產(chǎn)品用逆向分析技術(shù)調(diào)整預(yù)變的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的還很少，但此種方式未來將會(huì)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

2) 隨著社會(huì)的發(fā)展，生產(chǎn)少量多樣產(chǎn)品將會(huì)越來越多，采用傳統(tǒng)方式制工作模不但浪費(fèi)時(shí)間人力財(cái)力物力，效率也低下，在此，CNC數(shù)控加工就顯示出了其優(yōu)勢(shì)。

3)對(duì)于逆向分析和逆向加工技術(shù)在機(jī)械行業(yè)已經(jīng)開始普及，此項(xiàng)技術(shù)引入陶瓷行業(yè)也將會(huì)成為未來的一種趨勢(shì)。

4.4挑戰(zhàn)(T)

1)由于陶瓷產(chǎn)品因成形方式不同和從坯體到干燥再到燒成等各個(gè)階段都會(huì)產(chǎn)生變化，因此，采用逆向工程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，相對(duì)于機(jī)械類零件的設(shè)計(jì)加工驗(yàn)證其過程將會(huì)更復(fù)雜多變。

2)采用逆向加工技術(shù)加工的石膏工作模也是一個(gè)比較新的課題，它需要將3D掃描技術(shù)、轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)控編程技術(shù)和CNC加工技術(shù)這四者完美的融合才能成功，而且缺一不可。

5　結(jié)語

人的創(chuàng)造性和軟件的優(yōu)越性賦予了設(shè)計(jì)和加工無限的生命力，使產(chǎn)品開發(fā)得以迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。無論在提高生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品品質(zhì)方面，還是在降低成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面，軟件技術(shù)和加工技術(shù)相配合的優(yōu)越性是傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)和制作方法所無法比擬的，現(xiàn)在軟件設(shè)計(jì)和數(shù)控加工在機(jī)械行業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用和推廣，隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展它必將也會(huì)在陶瓷行業(yè)引發(fā)一場(chǎng)變革。

劉耿生(1979-)，大專，科長；主要從事陶瓷類模具的三維模具設(shè)計(jì)、加工工作。

TQ174.76

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1002-2872(2016)09-0028-05