模具設計-8大模具加工製程

CNC

常見模具工藝有NC銑削、研磨、車削、線割、放電、熱處理、表面處理、焊補等等,這篇會先簡單介紹一下各名詞給入門的同學們。

NC銑削

金屬件基本上大致外型都是依NC銑製而成,除了外觀成型,也具備銑牙、鑽孔等功能,是最萬用的機台。
一般NC銑床轉速100 rpm到6000 rpm不等,通常精度約0.05mm-0.1mm,傳統模具沒有要求高精度或細緻外觀的情況下,除非形狀複雜,不然一般銑床就可以做到底。有些銑床轉速可達2萬轉以上,我們一般稱為”高速機”,光學廠使用的高速機甚至可達6萬轉,用於銑製高精度及鏡面外觀,精度可達0.005mm-0.01mm,表面可達Ra 0.1um以下。

研磨

研磨有分平面磨床、圓筒研磨、內孔研磨等。
其中平面研磨是金屬件很重要的工藝,基本上也不可或缺,任何金屬件需要先研磨出基準面,接續的加工才有精度可言,例如你拿到一塊鐵塊素材,第一步通常都會把6面稍作研磨,6面就會比較平,甚至會有一面研磨見光來做加工基準面。當然磨床切削量低,所以尺寸太大的素材要先粗加工把尺寸做小再來磨床處理。
至於圓筒研磨就是研磨圓柱外徑;內孔研磨顧名思義就是做把圓孔做圓。
一般研磨機台可以達到所有工藝當中最高的精度,精磨精度一般可達1um,且容易做到拋光的效果。這也是一般建議用磨床做基準面的原因。

車削

車削就是用來製作圓軸件的工藝,也可以用來車製螺牙。在傳統模具廠通常都是用來粗加工棒材或車螺牙為主,一般成型還是以銑床來做,但在光學廠車床卻擁有很高的地位,因為所謂的超精密非球面加工機ULC就是一種車床,他的精度可達0.1um,必須藉由他來製造高精密光學鏡片。

線割

線割含有眾多常見名詞,有分慢走絲、快走絲,油割機、水割機、割一修幾等等。
一般機台有分快走絲及慢走絲機台,顧名思義就是快跟慢的區別,當然原理及使用介質也不太一樣,一般快走絲用來做粗切割,切斷等等,精度約0.1mm,也容易有溶鐵問題,而慢走絲則又分油割與水割,一般是油割機台精度較高,市面上標榜有1um的加工精度,一般我們取2-3um。
至於原理這邊就不做贅述,網路上資料很普遍。
最後所謂師傅常說的割一修幾就是指粗切割完一刀後,要修幾刀的意思,修越多主要是為了表面更精細,所以如果是模具做動的機構,一般都會修幾刀,讓做動表面滑順。
一般頂針孔割一修二到三,高精度頂針孔可以割一修六,若是部分高精度做動入子修到八都沒問題。

放電加工

放電也是模具工藝很常見的成型方式,由於模具常常需要製作出尖角、直角等特徵,這些是銑製不出來的,就必須靠放電來完成,而放電也可以製作複雜型狀,當然這需要看工程師拆電極的能力。
放電一般的精度約可達0.005mm-0.01mm,表面可達Ra 0.1um。跟市面上高精度的NC加工機有相同的能力。但相比NC銑削,通常製造時間長很多。

熱處理

熱處理是增加鐵材硬度等機械性質的工藝,若要製作高精度或高壽命模具,熱處理不可避免。
一般做法都是先拿原素材做粗加工、鑽深孔等等完成後才送熱處理,回來做中到精加工。不然熱處理完的模具硬度太高會難以施作。
而模具廠很長使用所謂的預硬鋼,這類的鋼材通常都是焠火完後做高溫回火的動作,沒有特別高的硬度,但又具備一定強度,有韌性,方便加工,所以就可以一路做到底了。不是特別要求的模具,用預硬鋼是非常好的選擇。

表面處理

表面處理非常多種類,一般表面處理我們都講”咬花”,咬花有噴砂、化學、雷射、壓印等等作法非常多元。會需要表面處裡通常都是客戶指定表面需要有特定花紋,或是要求該面需要有一定的粗糙度。
撇除客戶指定,模具設計上咬花的使用也是一種技巧,若該產品在射出完成開模時會被母模帶走,沒辦法好好待在公模側,那我們通常會在公模的模仁上做一點噴砂,讓模仁表面粗糙度提升,使射出產品更能黏住。

焊補

焊補是一種補救工藝,他是填肉的意思,若鐵材崩掉了,或是加工破損,就焊鐵材上去補肉,就可以重工了。焊補有分雷焊跟氣焊,氣焊就是CO2焊接,雷焊就是用雷射打點,所以若只是要填補小範圍,必須用雷焊才夠精準。
雖然焊補聽來很方便,但其實缺點也是很多
第一,焊接畢竟是高溫加工,會導致整體鐵件變型,太大範圍的焊補,回來需要做外型精修,不然尺寸難以控制。
第二,焊補會形成焊接痕,焊接痕會轉印到塑膠成品上,所以外觀有要求的產品就不能做焊補了。
第三,焊補是把另一個鐵材焊到原鐵件上,結構密度會有差,機械強度不會太好,所以需要斟酌使用。

以上就是模具加工常常會使用到的工藝名稱介紹。

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