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前言
十年的市場化道路，使我們深切體會到產(chǎn)品交貨期的重要性。我公司每年生產(chǎn)各種曲軸鍛件過百萬，每年新制或翻新曲軸模具近千付，模具作為鍛件生產(chǎn)的關(guān)鍵工裝，其交貨期對鍛件產(chǎn)品交貨期至關(guān)重要。以我公司曲軸產(chǎn)品為例，從接受訂單開始設(shè)計鍛件圖到向客戶交付樣件，模具制造周期約占整個新品開發(fā)周期的50%，模具交貨期日益成為新產(chǎn)品開發(fā)成敗的關(guān)鍵因素。縮短交貨期，提高競爭力，擴大市場份額，是企業(yè)始終追求的目標(biāo)。
1．模具制造工藝現(xiàn)狀
模具制造的主要工序是模具型槽加工，我公司模具型槽加工工藝經(jīng)歷了三個階段。在六、七十年代模具型腔加工以靠模銑、普通電火花為主，曲軸模具制造周期約60天。八、九十年代開始向數(shù)控電火花、數(shù)控銑方向發(fā)展，曲軸模具制造周期縮短到45天左右。進入二十一世紀，數(shù)控加工技術(shù)尤其是高速加工技術(shù)發(fā)展迅速，成為模具型腔加工的主要工藝方式，經(jīng)過幾年不懈的努力，目前模具型腔加工已全部實現(xiàn)了數(shù)控化，曲軸模具制造周期縮短到21天左右，加工效率較傳統(tǒng)工藝提高3倍。模具加工工藝流程為鉆起重孔-外形粗加工-頂料孔加工-數(shù)控粗加工型腔-熱處理-外形精加工-數(shù)控精加工型腔-鉗工拋光。
從上述工藝流程中可以看出，熱處理工序在整個模具加工工藝的中間。大型曲軸模具材料一般為5Cr2NiMoVSi，模具熱處理工藝是一次淬火，兩次回火，約需4天的時間。今后要想更進一步縮短模具交貨期，如把模具制造周期縮短為2周甚至1周，不改變模具熱處理方式是不可能的。因此，除了持續(xù)不斷地優(yōu)化數(shù)控程序、合理選擇數(shù)控刀具等措施來提高加工效率外，我們還要從模具熱處理方面著手。為此提出了應(yīng)用預(yù)硬模具鋼來縮短曲軸模具制造周期的加工工藝。
2.預(yù)硬模具鋼的特點
所謂預(yù)硬模具鋼是指在模具鋼出廠前由模具鋼生產(chǎn)企業(yè)進行模具最終熱處理，模具硬度已達到使用要求，模具制造企業(yè)購進模具鋼后直接進行粗、精加工，中間不再進行熱處理。相對于傳統(tǒng)模具來講，省去了需要淬硬、回火的繁瑣工序，更有利的一點是，避免了模具在淬火過程中變形、龜裂、伸縮等，保證了模具型腔的尺寸精準(zhǔn)。同時，預(yù)硬模具鋼在材料成分上控制嚴格，有害的、不純凈物的成分含量非常低，它的熱穩(wěn)定性好，高溫強度高和耐熱龜裂性高，這些優(yōu)良性能都使模具在鍛件生產(chǎn)中保持很長的模具壽命，生產(chǎn)的鍛件一致性高。我公司接觸的預(yù)硬模具鋼供應(yīng)商分別來自日本和美國。日本預(yù)硬鋼有一個特點，就是各向同性。對于鍛造工藝而言，就是可不用考慮鍛打方向是否與模塊纖維方向垂直。因此模具鋼生產(chǎn)企業(yè)不用等收到各種尺寸規(guī)格的模塊毛坯再進行鍛造，而是事先按照一定的規(guī)格尺寸成系列地鍛造好模具毛坯，模具廠購買毛坯后可根據(jù)需要切割成各種尺寸規(guī)格的模塊，由于不用考慮材料纖維方向，六面中的任何一面均可加工型槽，縮短了模具制造企業(yè)的訂貨周期。美國的一家預(yù)硬鋼生產(chǎn)企業(yè)擁有獨特的寬模鍛造技術(shù)和高效水淬火處理工藝，尤其是對于截面尺寸較大的模具，淬透性很好。我國在模具材料的預(yù)硬化技術(shù)方面，起步晚，規(guī)模小，目前還不能滿足國內(nèi)模具制造的要求。
3．預(yù)硬模具鋼加工工藝分析
由于數(shù)控刀具特別是涂層技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控刀具加工淬硬鋼已經(jīng)沒有問題， 我公司從07年開始應(yīng)用預(yù)硬模具鋼進行工藝試驗，對整個加工過程進行跟蹤，主要目的是了解預(yù)硬鋼加工過程中刀具消耗情況、切削參數(shù)如何設(shè)置、加工策略的選擇及加工效率等問題，為今后推廣預(yù)硬模具鋼加工模具做技術(shù)儲備。下面針對兩種曲軸模具加工工藝進行對比分析。
現(xiàn)行曲軸模具加工工藝 預(yù)硬鋼曲軸模具加工工藝
3.1加工工序縮短 從上面2種不同的工藝可以看出，首先是模具外形一次加工成形，省略了熱處理后外形精加工及型槽加工后的基面、斜面修銑兩道工序。二是型槽不用分粗精加工，簡化了數(shù)控加工工藝，熱處理后一次加工成形。總工序由11道減少到5道，制造周期大為縮短。原曲軸模具制造周期是21天（按兩班制256÷16=16天，熱處理4天，工序間周轉(zhuǎn)1天），預(yù)硬模具鋼制造周期只要13天（196÷16=12天，工序間周轉(zhuǎn)1天），縮短制造周期38%。
3.2工時費用減少
加工工時從256小時減少到196小時，減少了60小時。其中數(shù)控工時減少168-128=40，普通設(shè)備工時減少58-40=18。數(shù)控工時按100元計算，普通工時按30元計算，
節(jié)省工時費用為40×100＋20×30=4600元。
數(shù)控工時的減少主要是因為型腔一次加工到位，不用考慮余量，因此節(jié)省了原工藝中半精加工的工時。
3.3刀具成本增加
相對于傳統(tǒng)工藝，刀具消耗有所增加。加工六面盤銑刀片、孔加工刀具、加工型槽鑲片刀具費用增加。六面加工盤銑刀，直徑φ160，裝10片刀片，根據(jù)統(tǒng)計，熱處理后加工要多廢20片，約260元；普通麻花鉆（W18Cr4V）已無法加工預(yù)硬鋼，需采用數(shù)控機床用機夾式鉆銑刀，消耗刀片8片，約400元；粗加工型槽鑲片刀有兩種，φ50鑲片刀（3刃）、φ30鑲片刀（2刃），φ50鑲片刀多消耗6片，φ30鑲片刀多消耗2片，共8片，約240元。共計900元。
結(jié)論：制造周期縮短38%，刀具消耗增加900元，總制造成本降低4600-900=3700元/付。
4. 預(yù)硬模具鋼工藝要求
自上個世紀70年代開始，國際上就提出預(yù)硬化的想法，但由于加工機床剛度和切削刀具的制約，預(yù)硬鋼的硬度無法達到模具的使用硬度，所以預(yù)硬化技術(shù)的研發(fā)投入不大。加工預(yù)硬模具鋼主要有兩方面的要求，一是機床的剛性，二是刀具的切削性能。我公司數(shù)控銑床大部分主軸電機功率為18.5/22KW，最高轉(zhuǎn)速為6000rpm，齒輪傳動，BT50刀柄，低速扭矩大，可進行強力切削。承載導(dǎo)軌采用矩形滑動四導(dǎo)軌形式，工作臺承重2噸（最大模塊重量1.5噸）。能夠滿足預(yù)硬模具鋼的加工要求。模具加工用刀具主要分三大類：外形加工刀具，主要是盤銑刀，我公司模塊來料要求六面見光，單面余量2mm，最終熱處理硬度在42-47HRC，由于余量較小，用盤銑刀加工六面沒有難度；孔加工刀具，需采用數(shù)控機床用機夾式鉆銑刀；型槽加工刀具，主要指數(shù)控加工刀具，共兩大類，一種是鑲片刀具，φ12以上，一種是整體硬質(zhì)合金涂層刀具，φ10以下，目前數(shù)控刀具加工50HRC以下硬度沒有問題。
5. 結(jié)束語
基于上述分析，使用預(yù)硬鋼的好處是模具制造工藝更加簡化，不用考慮熱處理工序的安排，不用考慮熱處理變形及余量的問題，模具外形、型槽、頂料孔等不分粗、精加工，加工工序集中，進而縮短了模具制造周期，同時也提高模具的制造精度。可以預(yù)見，隨著加工設(shè)備、刀具技術(shù)的不斷進步，由于中間不需進行熱處理工序，即使是大型曲軸模具，也完全有可能在1周甚至3天以內(nèi)加工完成，極大地縮短整個新品的開發(fā)周期。
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