克服困难 迎接挑战


位 于阿拉巴马州哥伦比亚纳的美国铸造协会会员企业American Axle & Manufacturing(AAM 公司),是一家
消失模铸造企业,在2015年经历了巨大的挑战。公司需要生产一款结构异常复杂的滚刀。
最终,公司通过了试验。
这种用于农业机械制造商360 Yield Center(伊利诺伊州莫顿)的球墨铸铁件成对工作,并利用复杂的啮合齿和刀片的几何形状在收割时精确地卷曲,将玉米秸秆残余物切割成期望的最终尺寸。那些将进行微生物降解的无数卷曲点有助于加速分解和加速氮释放到土壤中,从而改善作物来年的生长。
滚刀是为健康出苗、改良土壤和提高产量创造适宜的条件。它通过准确地切割茎秆,扭曲并在秸秆上刻痕将秸秆暴露于微生物环境,并精确它们的尺寸以加快微生物分解。这些过程本身是为了在每根秸秆上留下特定的裂缝。滚刀有切割槽和链槽,可用于拉出切口,形成链状图案,留出使微生物进入的区域。而硬化后的滚刀表面更加锐利,可以处理更大的面积,其耐用性与标准辊相似。
这款采用消失模工艺设计的模具适用于可互换的刀片,使用单一工具生产多种零件配置和数量,以便于滚刀适用于各种系列的玉米头模型。
显然,这是个复杂的产品,正确的生产它需要应对许多独特的挑战。这意味着要弄清楚如何应对复杂的几何形状和具有挑战性的模具。为了成功应对挑战,该项目需要与客户建立牢固、相互信任的合作关系。
“我的建议是,要用相互理解的态度来建立客户关系,”AAM 公司工艺经理Jim Gilchrist说。“如果你只是将这种设计方案挂在墙上,只是一个人去研究,然后向他们展示样本,如果没有进行密切的沟通互动,那么在将来的某个时候,你可能注定失败。”
设计启动
2015年夏天,AAM公司开始研究如何生产这种产品。
在设计方案送达AAM 公司时,360 Yield Center已经完成了设计和原型制作。该产品已经通过砂型打印进行了原型制作,结果是,这样的铸件已接近要求,但实际上并不完全符合要求。 AAM 公司最开始发现问题时,设计方案中只有齿状区域,令人望而生畏。
这个部件将与已经生产好的滚刀配合使用,这引起了AAM公司的兴趣。
设计团队猜想,如果这个产品生产成功并且跟360 Yield Center所说的一样表现良好,它将成为一个高产量的部件,超出AAM公司的想象。而且,它也将成为售后市场现有设计方案中农民朋友愿意选择的产品。
幸运的是,AAM公司获得该项目时,基本设计已经完成。现在,公司需要告诉客户在消失模生产中需要什么,使它模具化并且可以铸造。
优化设计
AAM 公司在收到最初的模型时做的第一件事就是研究如何使用消失模工艺生产铸件。
搞清楚分型的位置是一个挑战。这个部件与当前铸造企业生产的辊相比有很大不同,并且对产品内部的齿状和内部零件提出了多重挑战。
至少知道组件必须采用消失模铸造工艺,为我们提供了一些确定性,否则,组装砂芯会遇到困难。
“我们知道我们的最终设计方案将很难实现,”360 采购员Phil Russell说,“由于几何形状的原因,消失模工艺是唯一的选择。AAM 公司早早地给予了指导,帮助解决可能会遇到的问题。”
由于消失模工艺成为必然选择,AAM 公司开始着手应对这一挑战。
尽管工厂已经做好准备并且充满期待,但仍然面临着许多挑战。最大的难题是滚刀末端有间距的齿。
这些齿都是反向拔模的,再加上它们会凸出一点点,因此不利于铸造。AAM 公司非常关注碳化物和其他类似问题。团队必须弄清楚是否可以设计一个工具来制作这些小小的齿。齿的背面还有一个杯状物。工厂采用消失模工艺生产原型,其中模型由坯料机加工而成,用于测试件的生产,以证明它们是可铸造的。参与项目的每个人都对该模型的精确度感到满意,这就是设计和项目快速投入生产的原因。
AAM公司联系了3家供应商。其中只有位于密歇根的一家模具公司在了解了任务的复杂性和难度后做了报价。
沟通合作
Gilchrist和AAM公司团队的其他成员对已完成的项目充满了自豪。他们设计生产的产品对所有人的业务有利,而且这是非常好的铸造工艺的实践项目。
如果公司与客户的工程师没有建立完美的合作关系,那么,他们将不能生产出这样的产品。360公司的员工非常愿意倾听AAM公司的意见并且对他们的观点感兴趣。他们时不时地进行拜访,以了解项目的进展并且保证信息畅通。
Gilchrist对360公司在关键时刻能够在场表示赞扬,这也有助于项目取得成功。
“事实上,模具到位的时候以及第一个模型生产并运送到铸造厂的时候,他们都在现场,”Gilchrist说,“他们实际上帮助我们制备了第一个模具。他们是非常激动的。”
客户也理解项目的难度和复杂程度。
“从一开始,我们就有一些规定,因为部件是非常精致的,我们必须为它的特点确定验收标准。你可以想象一下一片附有羽毛状齿状物的消失模,”Gilchrist说,“你可能碰一碰它,就能将齿状物敲掉。我们在最开始就告诉他们‘伙伴,我们必须告诉你,我们允许这么多的齿状物里面存在缺陷’或者存在其他问题,因此,我们可以在可接受的废品率范围内生产产品”。
他们对此是非常开明的,而且对此表示理解。
对Gilchrist来说,这是他想告诉其他铸造企业的经验。
“如果回头重新看这个项目的话,总能总结出一些经验。我想说,我从中学习到的最主要的经验是,我认为客户的参与不仅应该是在部件的设计阶段,还有工艺设计阶段,”Gilchrist说,“从铸造的角度看,这个项目的工艺设计比部件的设计有更多需要考虑和突破的方面。让我们的客户参与进来并且认识到这是一个困难的项目,这是问题的关键。”
“他们知道这是一个前所未有的项目,对大家都是第一次,因此,大家必须朝着同一个方向努力,有共同的目标,做出相应的调整。合作必须达到这样的层次。”■