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完美的铣削效果

来源:荣格-《国际金属加工商情》 发布时间:2021-05-08 1433
工业金属加工金属加工金属切削机床金属成型机床模具及冲模焊接设备及工具其他金属材料表面处理测量及控制系统 刀具和夹具
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铣刀似乎不适宜铣削陶瓷。但位于德国的陶瓷生产商Rosenthal 公司却不这么认为。利用ZCC切削刀具公司研发生产的可换刀片,Rosenthal 公司完成了各种各样材料的铣削加工。

当1708年德国萨克森州的约翰·弗里德里希·伯特格发明了替代黄金的陶瓷生产技术时,中国人生产、使用瓷器的历史已经超过1,500年了。今天,利用高岭土、长石和石英生产精致陶瓷的技术已经广为人知,加工工艺也越来越多。


之所以出现种种不同的瓷器生产工艺技术,主要原因是为了让陶瓷产品生产企业更好地生存下去。在经济全球化的今天,德国陶瓷产品生产厂家面临的生产成本压力也越来越大。对于德国本地的陶瓷产品生产厂家而言,如何生产瓷器已经不是一个问题,现在的问题是如何以更低的成本生产瓷器。

利用自动化确保盈利
德国瓷器生产商Rosenthal公司在Speichersdorf市的生产厂中利用ZCC切削刀具公司生产的硬质合金可换刀片,高效生产了各式各样的陶瓷产品。


Speichersdorf厂是Rosenthal公司最大的生产厂,共有250名员工。“在瓷器产品蓬勃发展的1960年,Speichersdorf生产厂投产运行,并被当作一个技术研发中心。今天,我们通过高度自动化的生产线每年从7,000吨陶瓷原材料中生产出大约1,200万件产品,将生产成本控制在合理的范围之内。”Rosenthal公司的生产经理Stefan Keck说。


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图1:ZCC切削刀具公司QCH系列铣刀参与了Rosenthal公司创始人Walter Gropius设计的TAC系列陶瓷产品的生产制造。


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图2:直径25mm、切削刃长度13.5mm的QCH铣刀正在铣削机器人自动化装置用的吸盘。吸盘是机器人自动化生产设备中的典型零件。右侧是一支铣削功能相同的、但价格却是25mmQCH铣刀四倍的整体式硬质合金铣刀,直径只有16mm。


掌握陶瓷产品的生产过程需要丰富的专业技术知识。尽管如此,据Keck介绍:陶瓷产品的生产制造本身并不是最具挑战性的任务。这是陶瓷产品的特性所决定的,它是一种美学意义上的复杂产品,其形状和外观经常变化。这就要求陶瓷产品模型的制造者在工业化的大批量生产过程中,需要具备艺术家的审美能力。


Keck将这种能力称之为艺术平衡的能力:“产品方案设计、产品技术设计、模型制作、模具制造、陶瓷生产,所有的一切都是经过手工完成。”通过这种方法使Rosenthal公司能够始终满足客户不断变化的需求,并使公司的陶瓷产品具有很强的竞争力。然而,随着产品多样性的增加,也增加了许多工艺步骤、工艺环节,随之而来的也有提高生产成本的风险。

利用铣削加工生产陶瓷产品
一个接一个的设计陶瓷产品、绘制CAD模型、制造陶瓷生产模具并最终生产出陶瓷产品是成本很高的生产过程。在焙烧之前,工作人员需要将最初的颗粒状、糊状、液态或者粉末状的基础原材料定型,并将三个基本的成型加工技术融合到陶瓷加工工艺技术:传统的车削、浇铸和最新的静压加工技术。由于铣削加工是模具制造中最常用的机械加工工艺技术之一,因此铣削刀具对模具制造效率有着相当大的影响。
在陶瓷产品的生产领域中,不同材料的加工对铣削刀具是一大挑战。铣削加工的模具、模型可以是传统意义上的石膏材料、特种塑料,也可以是铝合金或者钢材。陶瓷产品浇铸之后还需要“精加工”,去除每一件陶瓷浇铸产品的“冒口”,铣掉多余的陶瓷材料。


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图3:在使用自动化加工设备对陶瓷产品进行最终的精加工时,QCH铣刀大大缩短了机床设备的调整时间:由于可转位刀片各个切削刃有着相同的尺寸,因此省去了机器人重新设置的时间。


作为不同陶瓷产品的销售专家,Rudolf Hanke在技术装备方面一直是陶瓷产品生产厂的重要合作伙伴。两年前,当他初次担任ZCC切削刀具公司的销售技术专家时,他就仔细分析了Speichersdorf陶瓷生产厂的铣削加工工艺过程。他的分析研究也证实了Keck团队长期以来的一种假设:铣削加工技术在陶瓷产品的生产过程中蕴藏着很大的潜力,不仅在陶瓷产品的大批量生产过程中而且在陶瓷模具和陶瓷生产工具的生产制造中。


“最初,我们只是在寻找一种可以在陶瓷生产过程中使用的铣刀。机器人浇铸生产的2万多件陶瓷产品的最终加工既费时间又不准确。这一问题也一直困扰着我们。Hanke提出了解决这一问题的方案,给我们带来了光明。同时,他提到的模型铣削、模具铣削也能提高生产效率。在这一方面,他也看到了优化改进的可能性。”Keck说。

缩短60%的模型制造时间
Hanke从ZCC刀具公司的产品中找出了适用于上述铣削加工使用的可转位硬质合金刀片,这是ZCC公司QCH系列的整体式硬质合金刀片(简称为VHM刀片)。他说:“该系列的PM型刀片适用于最大硬度为HRC 55的硬质材料切削加工。其HMX型刀片适合于铣削淬火硬度HRC 50-68的钢材。铣刀的类型有端铣刀、球面铣刀和键槽铣刀,直径在12mm-32mm,铣刀的杆部可以是圆柱形的直柄也可以是锥柄。短圆柱柄的铣刀也可以在功率相对较低的机床上使用。”


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图4:用直径16mm的QCH铣刀替代原来直径10mm的普通铣刀铣削塑料材料的陶瓷浇铸模具时能够明显缩短模具的生产加工时间。


“铣头和铣刀之间的连接确保了很好的同轴度。这样就可以加工出优异的表面质量和精度,且刀具磨损程度很低。由于刀夹磨削得非常准确,因此保证了铣刀始终有着相同的长度尺寸,无需在加工过程中再次测量,”ZCC刀具公司市场传播项目经理Anna-Lena Kirchenbauer补充说道,“这种刀具的另一个好处是可以方便地更换刀片的切削刃,省去刀具磨削时间。由于刀柄是可以重复使用,因此与传统的整体式铣刀相比可以降低成本费用。”


从陶瓷产品生产的最初阶段开始,模型制造就展现了巨大潜力。“我们原来使用直径10mm的铣刀要花费更长的时间才能在三坐标模具上将塑料块加工成陶瓷模具。现在,直径16mm的QCH铣刀大大提高了铣削加工速度,将整个铣削加工时间缩短了大约60%。”Rosenthal公司的设计师Maxinilian Etterer说道。另外,新铣刀也比原来的老铣刀更加耐磨。


ZCC刀具公司的专家利用特殊刀柄迅速解决了小直径铣刀的装夹问题,同时这一夹头可以毫不费力地装夹大直径的铣刀。“我们打算将现在的铣刀直径从16mm提高到25mm,并且用球面铣刀代替原来的端铣刀。”Etterer说。

节约70%费用
下一步提高效率的工作是铣削浇铸机或者静压设备所用的凹模。模具加工中心的负责人Christian Streckenbach说:“我们不愿使用价格昂贵、切削刃长度在25mm-45mm的整体硬质合金铣刀铣削深度很浅的凹模。因为这样的情况下,只有切削刃下方不到三分之一部分的铣削需要经常重新刃磨,这就大大降低了整个加工系统的加工精度。”


在使用ZCC公司的QCH系列可转位刀片之后,仅需将可转位刀片换一个方向,换用另一个切削刃就可以将成本费用降低大约70%。多种多样的可换刀片型号也满足了不同长度、不同结构设计硬质合金刀具的要求。最终,ZCC刀具公司的产品从诸多竞争者中脱颖而出成为最后赢家。


“铣刀的刀柄可以容纳各种长度尺寸的ZCC公司VHM硬质合金刀具。这就提高了铣刀与主轴之间的同轴度,减少了振动。另外,ZCC公司还能提供其他竞争对手没有的铣刀种类,例如直径25mm和32mm的铣刀,当然很好的性价比也是征服我们的重要因素之一。”Hanke说道。


QCH铣刀也能解决机器人浇铸生产陶瓷产品中的问题。“过去我们需要经常修磨铣刀,但修磨后的铣刀不能使用原来的校准零点,因为刀具的尺寸发生了变化,这就大大增加了设备调整、刀具校准的时间。另外,也大大降低了刀具重复利用率。”Keck说。另外,机器人系统使用的刀柄也有较大的限制,只能安装最大直径6mm的铣刀。


在ZCC切削刀具公司的帮助下,Rosenthal公司克服了上述种种难题。“在使用了QCH系列的硬质合金可换刀片后,公司的机器人才第一次真正发挥了作用。在使用了12mmQCH铣刀后,我们不必再一个个修正陶瓷产品轮廓,而是一次就可以修好全部的轮廓。提高了产品质量,也提高了陶瓷产品的生产效率。在更换生产的陶瓷产品之后,也不必对机器人进行重新示教。”Keck表示。

平等的合作伙伴关系是成功的关键
ZCC切削刀具公司也提供高质量的售后服务。例如ZCC公司能够提供修改铣刀刀柄尺寸的服务,使机器人自动化装置的刀具夹持器能够方便地夹持铣刀。生产经理说道:“修改铣刀刀柄的尺寸只是一个很小的问题,但这却不是每个供应商都能提供的售后服务。”


在使用QCH系列铣刀后,Rosenthal公司还收获了另一个好处。这种铣刀对Rosenthal公司内部的生产加工也提供了有力的支持和帮助。例如直径25mm、切削刃长度13.5mm的QCH铣刀还可以铣削机器人自动化装置时所需的零件,这就确保了生产厂能够迅速应对生产过程中的意外状况。


从技术角度来看,在Speichersdorf生产厂中的双方合作有着独到之处:主要为金属切削加工而设计的铣刀有着良好的通用性,除了能以极高的精度完成其他材料的铣削加工,还能够完成塑料材料、甚至陶瓷材料的铣削加工。从人与人相互关系的角度来看,这一合作项目也充分展示了一方是如何响应另一方的意见和需求从而走向双赢,这也充分说明了双方地理位置上的距离不是影响合作成功的最主要因素。


来源:荣格-《国际金属加工商情》


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