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挑战难加工材料的日本企业(3) 浏览:
文章来源:中国刀具信息网  添加人:阿刀   添加时间:2013-08-19

    “随着制造业向高附加值发展,强度及耐热性等比原来出色的材料越来越多地得到采用。模具受到的负荷增加,对耐冲击性及耐磨损性出色的硬质合金模具的需求日益扩大”——东京鋲螺工机(总部:埼玉县新座市)代表董事社长高味寿光这样说道。
    东京鋲螺工机主要经营制造螺丝、铆钉及电气触点等冷镦模具,也从事精密冲压模具及拉丝模等业务。其中,主力产品是冷镦模具。
    使用冷镦模具的冷镦作业是一种在常温下实施拉深加工、镦粗加工、中空加工等模压成型的成型方法,最大特点在于加工速度快(从每分钟的生产量来看,轴承用钢珠为1000个,螺丝为50~200个)。由于其加工条件严格,因此要求冷镦模具具有高水平的耐冲击性及耐磨损性,这些模具在制造时广泛使用硬质合金,其中最具代表性的是由碳化钨(WC)和钴(Co)构成的WC-Co类合金。
    顾名思义,硬质合金就是极硬的合金,洛氏硬度HRA达到80~94。因此,加工方法以放电加工为主流。东京鋲螺工机导入了8台放电加工机,实施微细孔、异形、深孔等加工,并在精加工方面通过技工的手工作业实施镜面(研磨)加工。
    不过,放电加工存在加工时间长、需要电极,以及容易产生源于模具龟裂的微裂纹等缺点。为了克服这些缺点,东京鋲螺工机决定尝试直接切削加工(最初考虑的是激光加工,并确认能够实现去除加工。但精度和加工表面的性状较差,因此未能使用)。
     “受2008年雷曼事件的影响,来自小螺丝及微螺丝企业等以往主要客户的订单锐减。在这一环境变化下,公司开始将精力完全放在加工技术上,选择了凭借最尖端的超硬合金直接切削加工来谋求生存的道路”(高味)。
    自主设计刀具
    其实,硬质合金的直接切削加工在业内已有先例。相关厂商通常使用昂贵的精密加工机床和刀具通过慢加工来实现。但这样一来,不仅成本高,而且生产效率也低,只能限于特殊用途。而东京鋲螺工机为使硬质合金的直接切削加工得以普及,瞄准实用化确立了三个目标:第一,用加工中心(MC)来加工;第二,用加工中心做精加工至镜面水平,省去研磨加工工序;第三,使加工中心24小时无人运转,实现模具的量产。
    为了达到这三个目标,东京鋲螺工机开始选择最适合的机床和刀具。首先,机床选择的是牧野铣床制作所的iQ300立式加工中心。该加工中心原本是为加工放电加工用电极而开发的。但东京鋲螺工机根据该加工中心的最高转速以及长时间使用时的高精度等性能,判断其适于加工超硬合金。采购价格含附件为4000万日元左右。
    其次是精加工用刀具,使用的是通常的聚晶金刚石(PCD)刀具。但刀刃形状等刀具设计本身是东京鋲螺工机自行完成的,根据超硬合金直接切削加工的要求对刀具实施了优化。价格比单结晶金刚石刀具便宜。
    在选择好机床和刀具之后,东京鋲螺工机注入了自1961年公司创立以来历经半世纪积累起来的材料及加工经验,首次实现了超硬合金的直接切削加工工艺。比如,在等高线精加工和扫描线精加工(前者使Z方向的切入量保持固定来加工,刀具所受到的负荷固定,可延长刀具寿命。而后者只通过固定方向的移动来加工)中,镜面的精加工结果不同,因此根据客户的使用条件改变了加工方法,并从10多种的超硬合金中选择了最佳的材料种类”(高味)。在模具加工中,这些经验十分重要,尤其是在硬质合金模具中,这些经验会使精加工呈现出明显差异。
    模具价格便宜1~2成
    由此,东京鋲螺工机使用较便宜的加工中心和刀具实现了超硬合金的直接切削加工。与原来的放电加工相比,具有以下优点:①由于不会产生微裂缝等,模具寿命可延长至1.5倍以上;②通过24小时连续加工等,使交货期缩短至以往的2/3~1/5;③不需要电极及研磨加工等工序,模具价格便宜1~2成;④与容易受加工人员熟练度影响的研磨加工不同,用加工中心可实现稳定的镜面精度。
    此外,通过与日本工业大学的共同研究,还获得了让人颇感兴趣的新知识。这就是放电加工会在制造过程中给工件添加拉伸残余应力,而直接切削加工则是导入压缩残余应力。这也是“模具寿命得以延长的原因之一”(高味)。
    东京鋲螺工机把利用直接切削加工制造的硬质合金模具称为“Tokyo-ACE(第一代)”。其中,山型凸模的形状样品是用iQ300制造的,通过区分使用带轴砂轮和聚晶金刚石刀具,花费约40小时加工而成。表面粗糙度达到Ra0.2μm。当然,这是并未实施研磨加工就获得的结果。
    东京鋲螺工机目前每月量产200~500个用于制造平底型铆钉触点及精密铆钉的超硬合金模具。今后该公司仍将致力于超硬合金直接切削加工的研究,累积经验,以扩大应用对象的范围。
    (来源:日经BP社)

刀具信息网 责任编辑:小山