CNC(Computer Numerical Control)加工是眾所周知的精密加工流程,因其透過電腦運算達到準確加工、可應用範圍廣泛以及效率高等特色,成為許多精密加工製造商,提升先進製造技術過程中,相當重要的一項關鍵因素。
押出模具的製程又多又繁瑣,加上每個製程的精確度環環相扣,做為佔比相當高比例的CNC加工,是最能夠因應不同鋼材與多種車床銑床工序需求。以模具鋼材來說,就可以大致區分為模具鋼、不鏽鋼以及特殊鋼材,例如:哈氏合金。
押出模具製程中佔比相當高的CNC加工,是最能夠因應不同鋼材與多種車床銑床工序需求,包含模具鋼、不鏽鋼以及哈氏合金 (照片中右側)
哈氏合金 HASTELLOY® C276合金(UNS N10276) 是少數耐濕氯化物氣體、次氯酸鹽和二氧化氯溶液的合金之一,對強氧化鹽溶液(如氯化鐵和氯化銅)具有出色的耐受性,是目前最具抗腐蝕能力的合金,被廣泛用於包括一些壓力容器,在高溫、高應力核反應設備、化學反應設備及化工行業、航太工業的零部件管道和閥門,有出色的耐點蝕、縫隙腐蝕和應力開裂腐蝕效能是一種超級合金。
但也因為其難加工特性,也被稱之為惡魔材料。相較於其他模具鋼材的加工,當刀具與哈氏合金的接觸所產生高熱,會讓哈氏合金會迅速硬化(切削熱硬化),進而導致刀具損壞或刀具壽命縮短30%,加工效率比加工其它鋼材來說,大幅降低50%~60%,而且很難達到加工精密公差的要求。
被稱之為惡魔材料的哈氏合金,若使用不適合的刀具,會同時損害刀具以及材料。
憑藉著豐富的經驗,選擇並嘗試多種加工條件與刀具配合,匹配出最佳的切削條件。從刀具的基材與塗層開始嘗試,特別調配出最適合加工此材料的切削油濃度,透過低溫冷卻切削油系統控制液溫,降低切削線速度於15~45M/Min,配合銑、車、鑽等工序所需的條件,使加工過程中的積熱能透過刀具冷卻或排屑帶走,大幅地降低材料本身熱硬化現象,過程中每個工序、工站的加工進給率與切削線速度都須嚴密的紀錄並適時回饋出來調整,雖然特殊刀具成本相刀高昂,但有效掌握哈氏合金的加工品質與效率,不僅讓刀具平均壽命延長25%,更能將加工效率控制在僅降低15%內。
延伸閱讀:如何選擇最適合的鋼材製作押出模具?
刀具的選用對CNC加工來說很重要,因應不同加工需求,必須使用特殊客製化刀具。
CNC加工機透過3維(軸)來運作,由多種刀具交互使用,而每一種刀具都有其入刀角度以及特殊功能,達到多種不同加工的結果,先由編程工程師將設計圖轉換為機器閱讀的代碼,並且把所有刀具使用順序以及角度等加工條件都設定完成,再由經驗豐富的機械工程師操作,以押出模具流道來說,有三種不同的流道形狀,有的流道需要筆直同寬的渠道,但渠道可能是半圓弧形狀,有的流道需要不同深淺以及弧度、角度等,所以單是一組模具流道加工就可能會替換不同的刀具,而且流道加工必須精確控制在設計允許公差範圍,因為流道設計就是要使塑料能在膜腔內平均分布,所以從設計端、編程工程師以及機械工程師都必須密切配合,才能避免設計與加工的誤差過大,影響模具的使用功能。
押出模具內流道的多樣變化與精度要求,都靠CNC加工達成。
由於CNC加工可以控制在極小的公差範圍內,最小可控制在比人類頭髮(約0.017mm)更細小範圍內,疫情期間用來生產口罩材料設備的需求瞬間激增,核心的熔噴與紡黏模具向來由少數製造商寡占,且完全無法快速擴充產能,在這樣的情形下,憑藉著豐富經驗的團隊以及熟知CNC如此高精密加工特性,在六十天內就能夠量產熔噴模具,滿足市場端需求。
熔噴模具與押出模具最大的不同挑戰就是數以千計的孔洞,孔徑約莫0.15-0.3mm,徑深比介於12-15倍,形成又小又狹長的孔徑,而且充滿孔洞的出料口必須一體成形,刀具的硬度要足夠才能鑽孔,而且要夠長夠細才能完成孔洞加工,加工過程中一旦有一個孔洞鑽孔歪斜破孔,整塊鋼材就形同作廢,為了達到精準的鑽孔,設計、編程以及機械團隊,特別設計出專用刀具,專門用來此類特殊孔洞的CNC加工使用。
熔噴模具的出料孔洞又小又狹長,使用特殊刀具與CNC工法製成。
擁有高達五十台大小各式CNC加工設備,就是為了因應不同的加工需求,為了有效調度機台設備使用,透過智慧管理系統,讓生產排程更精準,同時也讓操作工程師能更方便操作設備。
智慧化系統管理讓排程更精準,有效運用設備提升加工品質。
為了提升模具實際使用的表現,除了CNC加工之外,拋光、研磨以及電鍍的加工優化更是不可或缺的部分,CNC加工是用來確保工件尺寸的精準度,而其他工序則是讓模具每個細節更精緻化,以淋模膜具來說,因為使用需求不同而提供不同的設計結構,淋膜模具在使用中,最擔心的就是產生表面線條以及唇口損傷,模腔內部的高精度拋光以及電鍍加工,可以降低線條產生,但其中膜唇損傷多數都肇因於人為清潔疏失,雖然這並非製造商要承擔的責任,為了協助使用者有效降低人為操作疏失風險,透過特殊加工處理,大幅減少模唇損傷的風險,也得到許多使用者良好的回饋。
延伸閱讀:一點都不粗糙的表面粗糙度
而針對特殊應用的模具,如:PPF (TPU車用保護膜)產線用模具、光學產品用模具以及塗佈專用模具,除了設計不同,更同時運用CNC加工、特殊電鍍手法或特殊加工,讓以需求為基本設計的模具,能夠透過精密加工100%實現,結合設計、編程、機械操作、電鍍操作、拋光研磨計師、品管以及組裝技師的團隊合作展現,完整的生產程序,是掌握穩定品質的重要基石。
結合設計、編程、機械操作、電鍍操作、拋光研磨計師、品管以及組裝技師的團隊合作展現,完整的生產程序,可以完全實現不同需求的模具設計,也是掌握穩定品質的重要基石。