应用砂型铣削新工艺

        放弃砂箱作业的传统做法，而是采用铣削砂型，通过坚持不懈地采用汽车样机车身零件的这种制造新工艺，这不仅可以很快地制造出这些零件，而且可以减少一些辅助设备和费用，或者完全免去这些费用。“当今，样机零件的铸造模可以快速，并以十分低的费用来制造，”德国奥迪汽车股份公司试生产中心的车身任务管理和试验件生产负责人Friedrich Burgahn博士说道。“因为，采用直接在型砂箱上铣削砂型的新工艺，不仅可以省去多道工序，而且由于取消了所谓的消失模，也就不再需要聚苯乙烯泡沫塑料。并且也就不存在无数聚苯乙烯泡沫塑料模样的清除费用。”然而在这之前，还是采用与理想有着较大差距的工艺方法，目前，用传统的石美砂通过粘结剂和硬化剂来预先制备模坯，使其可以在型砂箱内进行机械加工，通过这样的加工得到轮廓精度高的模型。这种模型能一次性制成，而且质量好，可推广应用，现已列入应用日程。在奥迪汽车公司I/EV23的试生产中心的铸造车间里，由有着丰富经验的专业人员来制造样机的车身零件。每一个零件必须要制作一个模具，这个模具通常采用锌合金材料制成，锌合金材料含有93.05%的锌、3.9%的铝、3.0%的铜和0.05%的镁。锌合金的熔点为430℃。这种材料比较容易加工，视板材的品质、厚度和成型模的情况，这种模具具有特别好的使用寿命。加工样机和试生产时可实现200～500个样品零件，锌合金模具的铸模是用石美砂制造的。但以前是制成聚苯乙烯泡沫塑料模样，这个塑料模样在充填约15吨砂的型箱中以负压浇铸成铸模，待型砂完全硬化后取出，之后，该塑料模样作为“消失模”予以清除。

 
        将想法变为现实
        通过铣削产生的用来浇铸锌合金、并视零件的体积大小，约在1～2天便可成形的砂型，之后在铣床上对其进行切削加工。最后只是进行表面的光整加工。包括模具的变动在内，专家们每年约要制造样机——板件用的各种模具最高可达600件之多，制造模具所需锌合金材料达800～1000吨。Fridrich Burgahn先生和他的同事们始终坚持不懈地从事模具制造的试验和优化工作，通过这项工作，即使在模具品种不断增加的情况下，还可控制模具的制造费用，甚至还可以使费用降低。这唤起了试生产中心主管连接技术和工业机器人技术的Robert Oblinger先生的想法，也促使他在专业博览会上关注起了采用工业机器人在砂型上进行铣削加工，并同芬兰的技术开发研究所VTT一起继续研发这种加工模式，先从理论着手，随后转化为实际应用，即制造一个由工业机器人支持的用来铣削砂型的装备。型砂箱体积约为2000mm至3000mm长、1600mm至2200mm宽、400mm至600mm高，这样大小的砂箱能满足所有车身零件制造的需要。nextpage

        特别要相应选择或采用装备有较长手臂的工业机器人，并且机器人的手臂还要携带和操纵一个电主轴。如果整个项目到那时为止没有较大问题的话，那么，对于用来把NC——数据转换成“工业机器人移动轨迹”的专用软件，尤其是对于选择适合于加工砂型的刀具来说，在一定程度上树立了信心，由一家芬兰规模不大的开发商——Simtech系统有限责任公司采用ConiferRob程序解决了这一软件问题。但对于切削刀具，情况则不同，因为，迄今还没有一家重要的切削刀具供应商和制造厂从事过砂型加工。

        寻找砂型铣削刀具的开发伙伴
        采用烧结金属刀具和有金刚石涂层的碳刚玉刀具在经历了多次试验失败后，奥迪汽车公司必须寻找另外的开发合作伙伴。最终找到了以色列的刀具公司——Iscar（www.iscar.de），在德国，Iscar公司驻地在Ettlingen，由Joachim Schneele先生担任现场服务人员，Schneele先生又与Iscar公司负责PKD刀具和铰刀的AndreasZippel先生一起，成为攻克这一加工任务的专家。对于所采用的、装备有PKD刀具材料的刀具，是具有达600mm长的体积、重量高达10kg的纯粹专用刀具，这种刀具是同奥迪汽车公司的专家们进行密切合作开发出来的。
        在这里，必须要注意到，在型砂上所要铣削的型腔以及电主轴所允许的负载。电主轴的功率为15kW，转速达6000r/min。装备有一个通压缩空气的内部冷却装置，冷压缩空气不仅可冷却PKD刀具，并且还能把铣削下来的砂子吹掉。Andreas Zippel先生和在Ettlingen的专家们当初开发出了直径为40mm的球头铣刀和与工件材料相适应的陶瓷刀片。虽然这次试验受到了挫折，但是，采用直径为63mm的PKD刀具业已进行的第二次试验却带来了期待的突破，因为，直到目前在PKD的圆刀片上，还没有出现刀刃的较大磨损。而在以前试验的刀具（烧结金属和有金刚石涂层的碳刚玉）上每次试验在3个小时后，以及对于陶瓷刀片同样在3个小时后均出现了较大的磨损，PKD刀片经多次试验，其刀具使用寿命均远远超过了6000小时！并且在刀刃上也没有显露出磨损现象。球头铣刀在采用PKD刀片所取得的成绩进一步激励了Iscar公司的技术人员，因此，目前Iscar已开发了装有PKD-SMDT刀片的玉米铣刀。所有参与者期待这种玉米铣刀在铣削砂型时能再一次提高20%的生产效率，可以肯定地说，在目前绝对还没有有关砂型铣削的PKD刀具耐用度方面的研究报道。
        
        结论
        采用PKD铣刀所获得的显著成绩，无论是对于奥迪汽车公司的试生产中心，还是对于Iscar公司的刀具专家们都感到十分喜悦，因为，在任何时候两个企业中还没有人采用对砂型或其他类似磨粒型、易使刀具磨损的材料进行过铣削加工。所以Friedrich Burgahn、Robert Oblinger和Josef Scher焍l三位先生将与刀具伙伴Iscar公司之间的开发合作，称作是一种十分出色的合作，特别是这种合作还很快产生了经济效果。“由于是砂型铣削，我们进入了一个全新的领域。并给我们带来了相当大的效益，因为自应用新的方法以来，材料的购置、铣削加工和聚苯乙烯泡沫塑料模样的清除等工作可省去90%，因为这样的模样我们只是在特殊情况下才需要，”Friedrich Burgahn先生解释道。由于取消了模型的铣削、表面硬化处理和砂箱的脱模，现在减少了两道或三道工序，由此明显地缩短了制造时间。此外，现在生产工艺流程自成一体，这样更容易掌控，且具有柔性。另一个较大的优点是可以用型砂填满砂箱进行准备工作，使工艺过程同数据输入或模样输入无关。当时，在奥迪汽车公司，砂型铣削过程可靠，且完全是自动地进行，特别是砂箱在高度上摆动一个位置进行铣削，有助于铣削下来的砂子有效坠落。“利用PKD铣刀，使我们可以将高效和高稳定性的模具在可再现的精确成型中使用，这样，也使锌合金模具变得精确。”Friedrich Burgahn先生最后总结道，“合乎逻辑的是我们还必须为铣削加工减少余量，在这方面还可以节省加工时间，由此缩短生产周期。”