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浅谈3C模具智造技术的发展与前途

2017/1/8    来源:互联网    作者:侯祖刚      
关键字:模具智造技术  数控  
结合当前市场环境下,3C产品的模具制造特点和亟待解决的问题,以智能制造技术为方向,提高模具的加工精度和表面质量。

    我国是3C(计算机、通信、电子)产品的消费大国,有着13亿人口的需求市场,苹果、华为等知名品牌的手机和电脑,成为年轻人追捧的目标。同时我国也是制造业大国,全球2/3的电子产品均由中国进行制造和装配。国内的3C制造企业规模庞大,但多数是一些不掌握高端产品与核心技术的代加工企业,上百万员工在忙碌的生产线上赚取微薄的利润。如今,3C产品正朝着多样化、个性化方向发展,在激烈的市场竞争下,升级换代的速度越来越快,花样繁多的外形设计给模具制造行业带来了新的机遇。笔者作为一名数控工艺人员,结合自己的工作经验,谈谈3C模具的智造技术与发展方向。

1.3C模具的制造特点

    模具是按照产品结构要求进行专门设计和制造的成型工具,其工作性质就是批量产品的母机。可以直接改变原材料的形状和尺寸,使之成为合格的零件,最大限度地节约制造成本。利用模具制造的各种零部件,在3C产品中占到70%以上,从外壳结构到集成线路板,应用非常广泛(见图1)。与其他制造方法相比,具有高效率和低成本的双重优势。模具又是“质量放大器”,对产品质量起着决定性作用。如果一套模具存在缺陷,由此生产的成千上万件产品也会存在相同的缺陷,造成批量不合格品,这也是一些“山寨”电子产品质量不上档次的根源。

图1 平板电脑和小家电模具

图1 平板电脑和小家电模具

    形状复杂的3C模具,对结构强度和制造精度都提出了很高的要求,产品成形面不允许有任何瑕疵,为此,多采用精密的加工设备和测量装置。有些模具的工作表面和基体要求差异很大,很难用同一种材料满足全部要求,一般均采用焊接和表面处理的方法, 在模具的重要部位通过镶块、堆焊、喷涂和渗氮等特殊工艺来强化其局部性能。

    3C模具的制造工艺独特,涵盖了机电加工与手工操作的精华。20世纪80年代,小家电模具的加工以手工作业为主,模具质量取决于能工巧匠的技能水平,尤以模具钳工表现得最为出色,很多老师傅练就了一身绝活。90年代后期,模具加工开始以数控机床和特种设备为主,加工中心和线切割的普及应用解决了技术领域的很多难题,特种加工所运用的电解、激光和超声波等多项技术手段,可以深入模具的型腔和死角,填补了常规切削刀具无法实现的空白。

2.3C模具亟待解决的问题

    3C模具的制造精度严格,如果使用常规的设备和加工方法(见图2),零部件的精度误差虽然控制在合理的范围内,但组装后的误差积累,将造成模具的工作部分产生相应的错位和偏移,直接影响到成形产品的尺寸和外观质量。按照传统的制造工艺,操作工人会采用修磨和配做的补救方法,取长补短,东拼西凑,虽然返工后勉强达到模具的验收要求,却为日后的正常使用留下了隐患。

图2 普通数控铣床

图2 普通数控铣床

    模具切削过程中,由于刀具磨损和切削力变化导致的模具变形和加工误差,给后续的组装造成很大的困难。有些不规则的模具表面,刀具与工件的切削点随着加工部位的曲面斜率而不断变化,形成不均匀的切削步距。受刀尖圆弧和进给角度的限制,数控精切后的模具表面会留下轻微的刀痕(见图3)。在兼顾生产效率的前提下,操作工人常采用打磨和抛光的方法,使用电动工具快速去除加工痕迹,虽然达到了规定的表面粗糙度要求,但过度抛光会破坏模具的曲面和线型结构,使数控加工的成果前功尽弃。

图3 模具表面留下的刀痕

图3 模具表面留下的刀痕

    近几年蓬勃发展的3C产品,对中国的模具企业提出了严峻的挑战,模具生产效率低下和品质不稳定的缺点也逐渐暴露出来。要解决这些加工领域的技术问题,只能采用更为先进的智造技术,减少加工过程中的随机误差和人工干涉,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内容,从根本上提升模具质量和生产效率。

责任编辑:马倩
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