材料成型及控制工程生产实习报告

-1-前言芜湖永达科技有限公司企业简介：芜湖永达科技有限公司是奇瑞汽车股份有限公司投资兴建的，主营黑色铸造、有色合金铸造及机械加工。公司成立于2006年6月，目前总投资达10亿元，占地41.54万平方米。公司现有员工650人，其中，工程技术人员40人，高级工程师15人。现包含铸铝厂和铸铁厂两个厂区。铸铝厂拥有铝合金重力铸造、压力铸造及机加工车间。重力铸造车间拥有年产20万件的缸盖生产线、5万件的铝缸体生产线和21万件的进气歧管生产线。压力铸造车间年制造能力达40万件，拥有400T、1250T、2700T压铸生产线，产品覆盖从小型支架、到中型气门室罩盖、油底壳，再到大型铝合金缸体和变速箱壳体等。铸铁厂占地21.43万m2，工厂西北2公里处就是长江滚装码头和散货码头，交通十分便利。其前身奇瑞铸锻项目组成立于2006年6月，07年8月成立铸锻公司，09年2月与芜湖永达科技有限公司合并，铸铁厂从项目组成立到一期正式投产，正好用了3年的时间。铸铁厂计划投资总额超过10亿元人民币，拥有两个黑色金属铸造车间，共规划6条国内一流、世界先进铸造生产线，年产能力达10万吨铸件，产品主要有发动机缸体、框架、曲轴等典型铸件；其中缸体线包含三条缸体铸造生产线和两条框架铸造生产线，一期工程于今日建成并投产，达到50万台/年的生产能力；计划10年底完成二期工程，实现年产100万台的能力。主要生产设备有：德国HWS静压造型线、意大利FA制芯中心、德国爱立许混砂-2-机、美国应达熔炼电炉和气压保温浇注炉等世界级先进设备；其中意大利FA制芯中心，制芯主机18台、锁芯机6台，完全实现自动化生产；清理车间采用DISA高效卡爪式抛丸清理机进行二次精抛，确保满足缸体表面光洁度和内腔高清洁度的要求。公司拥有诸如型砂硬度计、三座标测量仪、光电直读光谱仪、磁粉探伤机、工业内窥镜等多种先进完备的试验检测设备，满足客户的特殊检测需求，有效保证产品质量。永达公司将坚持走技术领先的发展之路，树立品牌，始终致力于为用户提供优质的产品和满意的服务！一、公司设备：A、浸渗机首先看到的是“浸渗机器”，此机器是由几个大的金属箱组成，箱体内装满了浸渗液体。其原理是：将压铸件放入浸渗液中，在一定的时间内，浸渗液通过不断地浸渗作用，从而将逐渐表面的气孔和微小裂纹予以填实。增强了逐渐的气密性。硬化前：具备微孔的更快速渗透能力，更便于铸件表面的清洗；硬化时间短，浸渗液在固化时活性好，相对吸收率高，浸渗效果更好。硬化后：硬化收缩率低，与孔壁有更好地黏附能力，体积无变化，固化后的密封剂,更富柔韧性，在更大范围内不会因为温度及震动等因素导致密封剂开裂、炭化等现象，浸渗后铸件能承受更大的压力。工作环境：1.浸渗机器的箱体内采取真空作业方式，在抽真空之前要检查箱体内的浸渗液保持在6~25℃2.抽真空后，缸盖上的真空度要显示—1Obar，缸盖后的真空度显示为0~10mbar3.真空泵中的浸渗液随着生产的逐渐损耗、变质、受污染，更换周期为200小时/次4.浸渗液为REXEAL—100B、加工中心：名词解释：是备有刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的数字控制机床。是备有刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的数字控制机床。-3-近十多年来，由于刀具、驱动、控制和机床等技术的不断进步，高速加工和高效加工，特别是高速硬铣已在模具制造业中得到了广泛应用和推广，传统的电火花加工在很多场合已被高速硬铣所替代。通过高速硬铣对一次装夹下的模具坯件进行综合加工，不仅大大提高了模具的加工精度和表面质量，大幅度减少了加工时间，而且简化了生产工艺流程，从而显著缩短了模具的制造周期，降低了模具生产成本。高速加工中心不断提高的工作性能是模具制造业得以高效和高精度加工模具的重要前提。近年来，在驱动技术的推动下，涌现出结构创新、性能优良的众多不同类型的高速加工中心。90年代中后期出现的三轴高速加工中心(如瑞士Mikron公司在1996年末推出的HSM700型高速加工中心)现已发展到五轴高速加工中心。在驱动方式上，已从直线运动(X/Y/Z轴)的伺服电机和滚珠丝杠驱动发展到目前的直线电机驱动，回转运动(A和C轴)采用了直接驱动的转矩电机，有的公司并通过直线电机和转矩电机使加工中心发展成全采用直接驱动的五轴加工中心。显著提高了加工中心的行程速度、动态性能和定位精度。1、高速加工中心的结构特点及优点用于模具加工的高速加工中心，一个普遍的结构特点是采用龙门式框架结构，以此增强机床刚性，且便于充分利用加工区的空间。机床床身的材料则多数采用了聚合物混凝土，由于这种材料具有较好的阻尼性能和较低的热传导率，故有利于提高模具的加工精度。目前，根据坐标轴的配置，五轴加工中心基本上可分为两种结构型式。一种是，三个直线轴(X/Y/Z)用于刀具运动和两个附加旋转轴(A和C)用于工件的回转和摆动的结构型式。这种类型的高速加工中心,如德国Rader公司的RXP500DS/RXP800DS，德国Alzmetall公司的GS1000/5-T，瑞士Mikro的HSM400U/HSM600U和称之为超高速加工中心的XSM400U/XSM600U，以及德国Hermle的C30U/C40U/C50U等。另一种是，五个坐标轴中的一个摆动轴(A)设置在主轴头上的结构型式，通过叉形主轴头实现主轴刀具的摆动，而摆动主轴头也可通过牢固夹紧，使其定位在摆动角度范围内的任意位置上。这种类型的机床如德国德马吉公司的DMC75Vlinear/DMC105-4-Vlinear，Mikro的HPM1850U和德国RolfWisser的高速铣床GAMMA605/1200等。有个别机床有把摆动轴和回转轴均设置在主轴头上，如德国Parat公司的G996V/BSH/5A高速铣削中心和德国Edel公司的五轴或六轴龙门铣床。五轴高速加工中心在价格上要比三轴加工中心高很多，据德马吉DMC75V系列的五轴加工中心与三轴加工中心进行价格比较，五轴要比三轴的价格约高50%。五轴高速加工中心价格虽高，但这种高档机床特别适合用来加工几何形状复杂的模具。五轴加工中心在加工较深、较陡的型腔时，可以通过工件或主轴头的附加回转及摆动为立铣刀的加工创造最佳的工艺条件，并避免刀具及刀杆与型腔壁发生碰撞，减小刀具加工时的抖动和刀具破损的危险，从而有利于提高模具的表面质量、加工效率和刀具的耐用度。用户在采购加工中心时，是选用三轴加工中心还是五轴加工中心，应根据模具型腔几何形状的复杂程度和精度等要求来决定。从高速加工中心不断创新的过程中可以看出，充分利用当今技术领域里的最新成就，特别是利用驱动技术和控制技术的最新成果，是不断提高加工中心高速性能、动态特性和加工精度的关键。2、电主轴高速电主轴是高速加工中心的核心部件。在模具自由曲面和复杂轮廓的加工中，常常采用2～12mm较小直径的立铣刀，而在加工铜或石墨材料的电火花加工用的电极时，要求很高的切削速度，因此，电主轴必须具有很高的转速。目前，加工中心的主轴转速大多在18000～42000r/min，瑞士Mikro的高速加工中心XSM400U/XSM600U其主轴转速已达54000r/min。而对于模具的微细铣削(铣刀直径一般采用0.1～2mm)，则需要更高的转速。如德国Kugler公司的五轴高精度铣床，其最高主轴转速达160000r/min(采用空气轴承)，这样的高转速，当采用0.3mm直径的铣刀加工钢模时，就可达到150m/min的切削速度。目前，德国Fraunhofer生产技术研究所正在开发转速为300000r/min的空气轴承支撑的主轴。加工模具时，总是采用很高的转速，而高转速产生的发热，以及切削时可能产生的振动是影响模具加工精度的重要因素。为保证高速电主轴工作的稳定性，在主轴上装有用来测量温度、位移和振动的传感器，以便对电机、轴承和主轴的温升、轴向位移和振动进行监控。由此为高速加工中心的数控系统提供修正数据，以修改主轴转速和进给速度，对加工参数进行优化。当主轴产生轴向位移，则可通过零点修正或轨迹修正来进行补偿。3、直线电机-5-目前，模具加工用的高速加工中心或铣床上多数还是采用伺服电机和滚珠丝杠来驱动直线坐标轴，但部分加工中心已采用直线电机，例如德国Röders公司的RXP500DS/RXP800DS型高速铣床和德吉马公司的DMC75Vlinear型高速加工中心(其轴加速度达2g和快速行程速度达90m/min)。由于这种直线驱动免去了将回转运动转换为直线运动的传动元件，从而可显著提高轴的动态性能、移动速度和加工精度。采用直线电机驱动的机床可显著提高生产率。例如在加工电火花加工用的电极时，加工时间要比采用传统高速铣床减少50%。直线电机可以显著提高高速机床的动态性能。由于模具大多数是三维曲面，刀具在加工曲面时，刀具轴要不断进行制动和加速。只有通过较高的轴加速度才能在很高的轨迹速度情况下，在较短的轨迹路径上确保以恒定的每齿进给量跟踪给定的轮廓。如果曲面轮廓的曲率半径愈小，进给速度愈高，那么要求的轴加速度愈高。因此，机床的轴加速度在很大程度上影响到模具的加工精度和刀具的耐用度。4、转矩电机在高速加工中心上，回转工作台的摆动以及叉形主轴头的摆动和回转等运动，已广泛采用转矩电机来实现。转矩电机是一种同步电机，其转子直接固定在所要驱动的部件上，所以没有机械传动元件，它像直线电机一样是直接驱动装置。转矩电机所能达到的角加速度要比传统的蜗轮蜗杆传动高6倍，在摆动叉形主轴头时加速度可达到3g。由于转矩电机可达到极高的静态和动态负载刚性，从而提高了回转轴和摆动轴的定位精度和重复精度。目前，已有部分厂家的高速加工中心，已采用直线电机和转矩电机来分别驱动直线轴(X/Y/Z)和回转摆动轴(C和A)。如R歞er的RXP500DS/RXP800DS,德马吉的DMC75Vlinear和Edel的CyPort五轴龙门铣床。应该提及的是，直接驱动的直线轴与直接驱动的回转轴相组合，使机床所有的运动轴具有较高的动态性能和调节特性，从而为高速度、高精度和高表面质量加工模具自由曲面提供了最佳条件。5、控制系统CNC控制系统是高速加工中心的重要组成部分，它在很大程度上决定着机床加工的速度、精度和表面质量。因此，对于加工模具自由曲面的高速机床，数控系统的性能具有特别重要的意义。-6-加工高精度自由曲面时，由微段直线和圆弧构成的刀具轨迹造成庞大的零件程序，这些数据流需要由机床控制系统来储存和处理，因此，程序段处理时间的长短是决定CNC控制系统工作效率的重要指标。目前，高档CNC控制系统的程序段处理时间一般可达0.5ms(如海德汉的iTNC530数控系统)，而个别数控系统的程序段处理时间已缩短到0.2～0.4ms。应用于模具高速加工的现代CNC数控系统，除了具有为确保高速进给速度所必要的很短程序处理时间外，还应具有Nurbs和样条插补功能，并能以纳米的分辨率进行工作，以便在高速加工的情况下获得高的加工精度和表面质量。目前，高档的数控系统也都能与不同厂家的CAD/CAM系统进行连接，数据从CAD/CAM系统经以太网以很高的速度传送到控制系统上。CAD/CAM集成到控制系统上，在很大程度上能使模具复杂轮廓的加工获得良好的效果，并对缩短调整时间和编程时间做出十分重要的贡献。在上述所引述的五轴高速机床上，Rader公司是采用自己开发的数控系统外，其它主要是采用了西门子的840D和海德汉公司的iTNC530数控系统。C、压铸机：名词解释：是指在压力作用下把熔融金属液压射到模具中冷却成型，开模后得到固体金属铸件的一种工业机械。压铸机一般分为：热室压铸机和冷室压铸机压铸机的组成：（1）合模机构驱动压铸模进行合拢和开启的动作。当模具合拢后，具有足够的能力将模具锁紧，确保在压射填充的过程中模具分型面不会胀开。锁紧模具的力即称为锁模力（又称合型力），单位为千牛（kN），是表征压铸机大小的首要参数。（2）压射机构-7-按规定的速度推送压室内的金属液，并有足够的能量使之流经模具内的浇道和内浇口，进而填充入模具型腔，随后保持一定的压力