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模具工業年增25% 我國沖壓模具市場現狀解析


模具工業年增25% 我國沖壓模具市場現狀解析

  近年來,我國模具工業有了長足的進步。2005年模具產值為610億人民幣,2006年約720億,平均每年以20%~25%的速度增長。模具的技術水平同樣有顯著提高,一些國產優質模具的性能已接近國外同類產品的先進水平,而這些優質模具大多數為塑料模和沖壓模。沖壓模的加工離不開電火花線切割機床(WEDM)。據統計,我國約有80%的WEDM用于沖壓模加工。

  我國先進水平的沖壓模現狀

  標志著沖壓模先進水平的是高精度、長壽命、多工位級進模,它具有結構復雜、制造難度大、精度高、壽命長、生產效率高和低耗材耗能的特點,是我國重點發展的精密模具品種之一。

  有代表性的電機鐵芯自動疊片硬質合金多工位級進模,精度達2m,步距精度達3m,雙回轉精度1,拼塊精度1m,表面粗糙度Ra0.1~0.4m,壽命1億次;美國奧伯格、日本黑田、法國寶捷時等電機鐵芯雙排自動疊片模,精度為1m,步距精度2m,模具壽命2億次。雖然精度已接近國外先進水平,但壽命有一定差距。

  高水平的空調器翅片多工位級進模,精度達2m,凸、凹模的工作面近千處,沖裁間隙為0.01mm的達300多處,一次沖出翅片數達36列,模具壽命2億次以上;日本日高精機、美國OAK、意大利GBS公司制造的36~72列數翅片級進模,精度達2m,步距精度3m,壽命5億次以上。同樣,精度已接近國外先進水平,但模具壽命有較大差距。

  體現高難度成形的彩管電子槍零件(G5)25工位硬質合金級進模,精度達2m,模具在高速沖床上應用,沖制0.245mm厚的無磁不銹鋼,經各道工序后,制品精度達±5m,模具壽命3千萬次以上;日本東芝、日本日立等公司制造的彩管電子槍零件級進模,精度為2m,步距精度3m,模具壽命5千萬次以上。同樣模具壽命有差距。

  

  高性能的集成電路框架32工位級進模,精度達2m,在高速沖床上沖速達350~500次/分,壽命為3千萬次以上;日本山田、美國奧伯格等公司制造的100條腳以上的集成電路框架模,精度達2m,步距精度3m,模具壽命1億次。

  還有如自主創新的手機連接器50工位級進模,精度達2μm,步距精度3μm,模具壽命2億次;數碼相機彈簧片18工位級進模、接插件46工位級進模等都達到了較高的水平。

  綜上可以看出,具有代表性的我國精密、復雜、高效、長壽命沖壓模的制造水平(精度、表面粗糙度等)已接近或達到國外先進水平,而以上這些模具的型孔、定位孔等關鍵部位基本上都依靠精密WEDM進行加工,說明我國精密、復雜、高效、長壽命沖壓模的技術進步與WEDM技術進步密切相關。

  我國的WEDM分為低速走絲電火花線切割機(LSWEDM)及高速走絲電火花線切割機(HSWEDM)兩類。精密、高效、復雜、長壽命沖壓模一般由LSWEDM進行加工。

  LSWEDM國內外現狀及其在沖壓模中的應用

  總體來說,LSWEDM的技術含量在機床行業屬高新技術產品,但從國內外發展情況來看,它本身的技術水平大致可分為:頂級、高檔、中檔三個層次。

  

  ◆頂級機

  這種LSWEDM代表了當前最高水平,但基本上都是瑞士和日本的產品。這種機床的最大切割速度為400~500mm2/min,最高加工精度可達±1m,表面粗糙度Ra為0.05m,加工表面無變質層,具有φ0.02mm的細絲切割功能,功能齊全,自動化程度高。例如:瑞士阿奇的AGIECUTVERTEX系列機床,其加工工件的輪廓精度Tkm(Tkm=±[最大值-最小值]/2)為±1m,Ra為0.05m,加工表面無變質層;瑞士夏米爾的ROBOFIL2050TW、6050TW雙絲切割機床,最高加工精度±1m,Ra為0.05m,具有完美的加工表面質量;還有如日本三菱、牧野、沙迪克生產的相關機床。

  這類機床最大特點是不但加工精度高,而且表面無變質層,可以直接完成模具的精密加工,所加工的模具壽命已達到機械磨削水平。

  ◆高檔機(標準機)

  這類機床一般都具有自動穿絲功能,無電阻防電解電源,有的也有細絲(φ0.03mm)切割功能,最大切割速度400~500mm2/min,加工精度一般在±3m(精度定義不盡相同),Ra為0.2~0.3m,這類機床基本上也由瑞士和日本公司生產。例如:瑞士阿奇的AGIECUTEXCELLENCE系列,其加工精度(Tkm)±1.5m,Ra為0.1m,具有較高的水平;又如:瑞士阿奇的AGIECUTPROGRESS系列機床,第一次切割加工,其切割速度為350~500mm2/min的情況下,Ra可達0.8m,具有很大的實用價值,這在高檔機中屬佼佼者。具有高檔機水平的機床還有瑞士夏米爾、日本三菱、沙迪克、牧野生產的相關機床。

  這類機床也廣泛用于精密沖壓模加工,但有的還需研、磨配合加工。

  

  ◆中檔機(入門機)

  瑞士、日本在中國的獨資(合資)企業為了適應中國市場的需要,同時也生產一些中檔機床。如:日本沙迪克特種(蘇州)生產的有關型號機床;大連三菱FA系列中有關型號的機床;瑞士夏米爾ROBOFIL380、390機床以及北京阿奇夏米爾生產的XENON機床等。這些機床一般在60~80萬元/臺(中檔規格)。臺灣及臺灣在大陸生產的企業一般也在生產中檔水平的LSWEDM。

  中檔機床一般都具有無電阻、防電解電源、切割速度為300~400mm2/min,加工精度可達±5m,Ra為0.4~0.5m。

  應該指出,根據國外所提供的機床資料,各公司加工精度的評價方法不盡相同,用于評價加工精度的加工工件材料、形狀、尺寸也不同,因此,關于頂級機、高檔機、中檔機的表述僅供參考。

  由于LSWEDM精密加工技術與加工表面完整性技術的結合,使LSWEDM加工技術上了一個新臺階,并推動了精密、復雜、長壽命沖壓模加工技術的進步,使LSWEDM在精密沖壓模加工中具有不可替代的作用。隨著模具工業的迅速發展,LSWEDM的市場也在不斷擴大,2003年LSWEDM國內年產量僅800臺,至2004年已達1800臺,2005年達2400臺,2006年初步統計約3500臺,產值約25~30億人民幣。預計今后還有更大的發展空間。

  

  HSWEDM的技術進步

  HSWEDM同樣用于沖壓模加工,但一般以中、低檔模具為主。由于它的實用性、經濟性,所以在國內有較大的市場,目前年產量達3.5~4.0萬臺/年左右,產值約14億人民幣。模具制造企業基本上都裝備了這類機床,有的多達15~20臺,可是這類機床加工精度較低(尺寸精度0.015mm),加工表面質量較差,但近來HSWEDM技術水平有了較大的進步。

  根據LSWEDM多次切割實現精密加工的原理,開始對HSWEDM進行多次切割技術的研究,并有所突破。如上海大量、蘇州新火花等一些企業開發生產了多次切割HSWEDM新產品,提高了加工精度,改善了表面質量。實現多次切割加工技術,主要解決的問題是:加工過程中電極絲空間形位變化的控制,為此,采用高耐磨性的導向裝置、恒張力的控制機構以及采用走絲速度程控調節等措施,這是實現多次切割的基本條件;窄脈寬、高峰值電流的新型脈沖電源是提高多次切割工藝水平的重要保證;又如:采用短程往復走絲、改變跟蹤控制方法、進行系統工藝試驗開發多次切割軟件等;提高機床的運動精度對多次切割的HSWEDM顯得更為重要。

  多次切割提高了HSWEDM的加工工藝水平。例如:蘇州新火花公司的多次切割HSWEDM,在三次切割后表面粗糙度Ra≤1.2μm時,平均加工速度≥50mm2/min,加工工件表面光澤,無切割條紋?;駁淖畬笄懈釧俁?90mm2/min,最佳表面粗糙度Ra0.8μm;上海大量TP系列的多次切割HSWEDM,在進行三次切割后Ra≤1.0μm,加工精度(尺寸差)≤6.0μm。以該公司加工的八方工件為例,說明多次切割技術在HSWEDM上的應用,使HSWEDM加工工藝水平有較大提升。

  

  WEDM模具加工技術的展望

  隨著多工位級進模的不斷發展,由單排級進模技術向雙排多列級進模技術發展;而且多工位級進模的功能越來越復雜。以電機鐵芯自動疊片多工位級進模為例,有鐵芯大規格自動疊片、鐵芯雙排扭槽疊片、多排直槽疊片、大回轉疊片、雙回轉疊片等。因此,模具結構越來越復雜、制造難度越來越大、精密加工的要求越來越高,為了滿足模具發展的需要,推動了WEDM向更高層次的發展,而代表WEDM高層次發展方向的應屬LSWEDM。在LSWEDM的加工過程中,為了減少人的干預,保證達到預期的工藝指標,自動化、信息化是LSWEDM的發展方向。

  在頂級機、高檔機完善的專家系統及電極絲自動交換(多工位自動穿絲、雙絲切割自動換絲)的基礎上,進一步實現工件自動交換(AWC),以自動完成全部加工過程,減少人的干預,以達到預定的加工目標。

  瑞士阿奇的AGIEVISONCNC系統與機器人或裝卸裝置及與網絡功能相配合,組成智能化的制造系統。例如,美國的Chelar工模具公司的瑞士阿奇EVOLUTION3LSWEDM,配用能安裝10個工件托盤的SD10型機械手及PROWN&SHARPECMM測量機后,實現全自動無人看管運行,機床年運行工時已達6800h。

  瑞士夏米爾公司千禧版的CNC系統是基于WINDOWSNT操作系統,在ROBOFIL240CC/440CC上控制內裝的QCRW型機械手,具有能裝卸重達100kg工件的托盤。此外,CNC系統具有接入局域網(LAN)的標準配置,機上還裝有一個RJ-45接口和以太網卡。

  耐磨焊條在自動化、信息化方面,還有日本沙迪克公司CNC系統、日本三菱的64位CNC系統等,有了這些功能完備的系統,配以標準化機械接口,通過3R系統或EROWA系統的機械手,可方便地實現工件(托盤)的自動交換。

  來源:機械專家網

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