Pe baza multor ani de experiență practică de depanare la fața locului, pornind de la principiile tăierii sculelor metalice, combinate cu factori precum materialul sculei, parametrii de tăiere, marginea ștergătoarelor, unghiul de conducere, metoda de prelucrare și unealta compozită, sunt introduse șase metode de optimizare pentru reduce costurile de reducere. Scopul îmbunătățirii eficienței producției.
01
Prefaţă
Dezvoltarea rapidă a industriei prelucrătoare a țării mele a creat beneficii economice uriașe pentru țara noastră și chiar pentru lume. Pe măsură ce concurența pe piață devine din ce în ce mai acerbă, reducerea costurilor și îmbunătățirea eficienței au devenit probleme cu care trebuie să se confrunte fiecare întreprindere. Pentru a reduce eficient costurile și a crește eficiența, este necesară analizarea compoziției costurilor de producție. Costul de producție este format din trei părți: materiale directe, forță de muncă directă și cheltuieli generale de producție. Materialele directe se referă la obiecte de muncă din procesul de producție, care sunt prelucrate în semifabricate sau produse finite, iar valoarea lor de utilizare devine ulterior o altă valoare de utilizare. Forța de muncă directă se referă la resursele umane consumate în procesul de producție, care pot fi calculate prin salarii, cheltuieli sociale etc. Cheltuielile de producție se referă la instalații precum fabrici, mașini, vehicule și echipamente, materiale și materiale auxiliare utilizate în procesul de producție. O parte din consumul acestora este inclus în cost prin amortizare, iar cealaltă parte este prin întreținere, cheltuielile fixe, consumul de material pentru mașini și consumul de materiale auxiliare sunt incluse în cost. Acest articol optimizează mai multe metode de utilizare a sculelor pentru a reduce costurile consumului de scule și pentru a îmbunătăți eficiența prelucrării, obținând astfel efectul de economisire a costurilor de utilizare a mașinii unelte.
02
Schimbați materialul sculei pentru a îmbunătăți eficiența procesării
Materialele de scule utilizate în mod obișnuit includ următoarele: oțel de mare viteză, carbură, ceramică, CBN și PCD. CBN și PCD au duritate mai mare, cea mai mare rezistență la uzură, iar materialele lor sunt relativ fragile. Oțelul de mare viteză are cea mai bună duritate, dar duritatea sa este foarte scăzută și rezistența la uzură este slabă.
Oțelul de mare viteză este un oțel aliat cu conținut ridicat de carbon. Principalele elemente de aliaj sunt wolfram, crom, molibden, cobalt, vanadiu și aluminiu etc., și conține o cantitate mare de carburi. Uneltele de tăiere din oțel de mare viteză au duritate ridicată și duritate relativ scăzută. Avantajele sunt că sunt ieftine, au plasticitate ridicată și pot prelucra aproape toate materialele. Ele au fost principalele materiale folosite la primele unelte de tăiere. Dezavantajele sunt că necesită cerințe mai mari asupra operatorilor și necesită muncă manuală. Ascuțirea și viteza de tăiere pe care o pot rezista materialele din oțel de mare viteză sunt foarte scăzute. De exemplu, materialul piesei de prelucrat este de oțel 45, duritatea este de 250HBW, viteza de tăiere este de 30 ~ 60m/min și eficiența de tăiere este scăzută.
În prezent, cel mai des folosit material pentru scule este carbura acoperită. Duritatea și rezistența la căldură a sculelor din carbură acoperită sunt mai bune decât cele ale uneltelor din oțel de mare viteză. Poate rezista la viteze de tăiere mai mari, cu viteze de tăiere variind de la 100 la 300 m/min[1].
Luând ca exemplu cercul exterior al pieselor de strunjire din oțel, dacă instrumentele de strunjire din carbură sunt folosite pentru a înlocui sculele de strunjire din oțel de mare viteză, viteza de tăiere poate fi mărită de la 50 m/min la 180 m/min, iar eficiența este crescută cu mai mult de De 3 ori, iar sculele din carbură au și scule de tăiere mai mari. viaţă. Uneltele de strunjire din carbură cu lame înlocuibile nu trebuie să fie ascuțite, doar înlocuiți lama, iar operatorul nu trebuie să aibă abilități de ascuțire.
Pe lângă sculele de tăiere de mare viteză din oțel și carbură, există și ceramică, CBN și PCD. Aceste trei materiale au viteze de tăiere mai mari - mai mult de 1000m/min, dar domeniul lor de aplicare este limitat. Ceramica și CBN sunt de obicei folosite pentru a prelucra piese din fontă și piese din oțel cu duritate mare peste 50HRC. PCD este de obicei folosit pentru a prelucra aluminiu, plastic, lemn și carbură, dar nu poate prelucra piese din fontă [2].
Luând ca exemplu frezele din aliaj de aluminiu, viteza de tăiere a frezelor din oțel de mare viteză este de 120 ~ 300 m/min. Viteza de tăiere recomandată pentru frezele din carbură marca Mapal HP615 este de 700 m/min, în timp ce pot fi utilizate freze din material PCD. Viteza de tăiere este de 1500 ~ 2000 m/min.
03
Efectul parametrilor de așchiere asupra duratei de viață a sculei și eficienței producției
Pentru a îmbunătăți eficiența prelucrării și durata de viață a sculei, este necesar să se determine dacă parametrii de așchiere sunt rezonabili și să se analizeze impactul fiecărui parametru de așchiere asupra duratei și eficienței sculei. Parametrii de tăiere includ viteza de tăiere (viteza liniară), viteza de avans și cantitatea de tăiere înapoi, cunoscută și ca cele trei elemente de tăiere.
3.1 Viteza de tăiere vc
Relația dintre viteza de așchiere vc și viteza axului este vc=πDn/1000, unde D este diametrul efectiv al sculei/piesei de prelucrat (unitate: mm) și n este viteza mașinii-unelte (unitate: r/min). ). Când viteza de tăiere este prea mare, uzura flancului va crește și calitatea suprafeței piesei de prelucrat se va deteriora. Când viteza de tăiere este extrem de mare, inserția va suferi și o deformare plastică. Curba de influență a vitezei de așchiere asupra duratei de viață a sculei este prezentată în Figura 1.
imagine
Figura 1 Curba efectului vitezei de așchiere asupra duratei de viață a sculei
3.2 Viteza de avans vf
Formula de calcul a vitezei de avans este vf=fZZnn, fZ este avansul sculei (unitatea este mm/z), Zn este numărul de tăișuri efective (unitatea este unități), n este viteza mașinii unealte (unitatea este r/min). Dacă viteza de avans este prea mare, așchiile vor fi necontrolate, iar calitatea suprafeței prelucrate se va deteriora. Puterea de tăiere este mare, iar așchiile vor afecta unealta sau suprafața prelucrată. Curba de influență a vitezei de avans asupra duratei de viață a sculei este prezentată în Figura 2.
imagine
Figura 2 Curba efectului vitezei de avans asupra duratei de viață a sculei
3.3 Cantitatea de cuțit din spate ap
Cantitatea de tăiere din spate se referă la diferența dintre suprafața netăiată și suprafața tăiată. Curba de influență a cantității de tăiere din spate asupra duratei de viață a sculei este prezentată în Figura 3.
imagine
Figura 3 Curba de influență a cantității de tăiere înapoi asupra duratei de viață a sculei
Printre cei trei factori de așchiere, viteza de tăiere, viteza de avans și cantitatea de angajare din spate au un impact asupra duratei de viață a sculei. Impactul cantității de tăiere din spate este cel mai mic, viteza de avans are un impact mai mare decât cantitatea de tăiere din spate, iar viteza de tăiere are cel mai mare impact asupra duratei de viață a lamei.
Pentru a obține cea mai mare durată de viață a sculei, direcția parametrilor de optimizare este: maximizarea angajării din spate pentru a reduce numărul de treceri de sculă; maximizați viteza de avans pentru a scurta timpul de tăiere; reduceți viteza de tăiere pentru a obține cea mai bună durată de viață a sculei.
Pentru a îmbunătăți eficiența degroșării, puteți începe prin a optimiza cantitatea de tăiere din spate. Dacă există multe trasee de scule, creșteți cantitatea de tăiere înapoi și reduceți traseul sculei sau creșteți cantitatea de tăiere înapoi, reduceți viteza de tăiere și îmbunătățiți durata de viață a sculei. , crește viteza de avans și asigură eficiența procesării.
3.4 Exemple de aplicații
Flanșa produsă de o fabrică de prelucrare a pieselor de automobile este prezentată în Figura 4. Soluția de procesare existentă este ineficientă și diverși parametri de tăiere trebuie optimizați pentru a îmbunătăți durata de viață a sculei și eficiența producției.
imagine
Figura 4 Flanșă
Optimizați planul de procesare prin creșterea cantității de tăiere înapoi, reducerea traseelor sculei și reducerea vitezei de tăiere. Înainte de optimizare, traseele sculei erau multe și haotice, dar după optimizare, traseele sculei erau clare, așa cum se arată în figurile 5 și 6. Parametrii înainte și după optimizare sunt prezentați în Tabelul 1. După optimizare, durata de viață a sculei a fost mărită de la 15 părți la 31 părți.
imagine
Figura 5 Optimizarea traseului sculei frontale
imagine
Figura 6 Traseul optimizat al sculei
Tabelul 1 Parametrii înainte și după optimizare
imagine
Factorul care măsoară performanța de tăiere a lamei este viteza de tăiere. Sistemul CNC citește viteza axului. Mulți programatori iau în considerare doar viteza atunci când proiectează programe și ignoră factorul diametru. Cu toate acestea, în prelucrarea efectivă, factorul diametru are și un impact mai mare. Luând ca exemplu strunjirea, când diametrul piesei D este de 50 mm și viteza mașinii-unelte n este de 1000r/min, viteza liniară vc=157m/min. Când diametrul piesei D este de 100 mm și viteza mașinii-unelte n este de 1000r/min, viteza liniară vc=314m/min.
Conform eșantionului de sculă, viteza de tăiere de 314 m/min este foarte mare, aproape de limita pe care o poate rezista lama de carbură. Viteza mare de tăiere poate accelera procesul de uzură a sculei și poate reduce durata de viață a sculei.
Din aceasta se poate observa că pentru aceeași viteză a mașinii-unelte, diferite diametre ale piesei de prelucrat și viteze de tăiere a sculei, atunci când durata de viață a sculei este prea mică, puteți verifica dacă aceasta este cauzată de viteza de tăiere prea mare.
04
Influența marginii ștergătoarelor asupra eficienței tăierii
Lama ștergătoarelor are un unghi de vârf compus din 3 până la 9 arce cu raze diferite, iar raza arcului poate ajunge la mai mult de 900 mm. Relația dintre filetul vârfului sculei, cantitatea de avans și calitatea suprafeței este
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (margine de ștergere)=Rmax/² (2)
În formulă, fn este cantitatea de alimentare (mm/r); r este raza filetului vârfului sculei (mm); Rmax este diferența de înălțime dintre vârful și jgheabul suprafeței de tăiere (mm).
Această metodă este potrivită pentru finisarea strunjirii sau alezării. Instrumentul de ștergător în sine nu are o funcție de avans rapid. Cu toate acestea, conform formulei anterioare, se poate deduce că caracteristicile instrumentului de ștergător sunt: atunci când parametrii de prelucrare sunt aceiași, calitatea suprafeței instrumentului de ștergător poate fi mărită de 1 ori; când calitatea suprafeței este aceeași, viteza de avans a sculei de ștergător poate fi mărită de 1 dată. .
Când este necesară aceeași calitate a suprafeței, pot fi utilizate viteze de avans mai mari atunci când se utilizează unelte de ștergător.
Luând ca exemplu de îmbunătățire a eficienței prelucrarea părții de capăt a carcasei de ieșire, materialul piesei de prelucrat este QT500 și este necesară valoarea rugozității suprafeței Ra Mai mică sau egală cu 1,6 μm. Pentru a îmbunătăți timpul ciclului, a fost folosită o lamă de ștergător. Pe premisa îndeplinirii acelorași cerințe de rugozitate a suprafeței, viteza de avans a fost mărită de la 0,36 mm/r la 0,5 mm/r. Valoarea rugozității suprafeței măsurată Ra=1.33μm, iar durata de viață a lamei a fost aceeași. Diferiții parametri de procesare care utilizează inserții de strunjire obișnuite și inserții ștergătoare sunt prezentați în Tabelul 2. Fața de capăt a carcasei de ieșire după optimizare este prezentată în Figura 7.
Tabelul 2 Diferiți parametri de prelucrare ai inserțiilor de strunjire obișnuite și ai inserțiilor ștergătoare
imagine
imagine
Figura 7 Față de capăt optimizată a carcasei de ieșire
05
Efectul unghiului principal de deviere asupra eficienței tăierii
Alimentarea pe dinte a fost menționată în scurta introducere anterioară a conceptului de viteză de avans. Unele mărci de eșantioane de scule recomandă ca parametru de tăiere grosimea maximă a așchiilor hexagonală în locul avansului pe dinte. Deoarece ceea ce determină cantitatea de avans este hexagonalul de grosime maximă a așchiilor și unghiul de conducere Kr al sculei. Formula de conversie este hex=fzsinKr.
Când unghiul principal de deformare este de 90 de grade, fz=hex, grosimea maximă a așchiilor a sculei este aceeași cu avansul pe dinte. Pe măsură ce unghiul principal de deviere scade, viteza de avans poate fi mărită.
Luând ca exemplu freza cu umăr pătrat (vezi Figura 8), numărul de dinți ZN al frezei cu umăr pătrat de 90 de grade este de 5 caneluri, n=1000r/min, hex=0,2mm , fz=0.2mm/z, viteza de avans a mașinii-unelte vf =0.2×5×{1000=1000 (mm/min).
imagine
a) Diagrama structurii frezei cu umăr pătrat
imagine
b) Obiecte fizice
Figura de freză cu umăr pătrat de 8 90 grade
Freză cu unghi înainte de 45 de grade (vezi Figura 9) ZN are 5 caneluri, n=1000r/min, hex=0,2 mm, fz=hex /sin45 grade {{8} }.282mm/z, apoi viteza de avans a mașinii-unelte vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
imagine
a) Diagrama structurii frezei frontale
imagine
b) Obiecte fizice
Figura de freză cu umăr pătrat de 9 45 grade
Freză cu unghi înainte de 10 grade (vezi Figura 10) ZN are 5 muchii, n=1000r/min, hex=0,2 mm, fz= hex/sin10 grade {{8} }.156mm/z, apoi viteza de avans a mașinii-unelte vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
imagine
a) Semnal
imagine
b) Obiecte fizice
Figura de freză cu umăr pătrat de 10 10 grade
În concluzie, la aceeași viteză de rotație a aceluiași tip de lamă, cu cât unghiul principal de deviere este mai mic, cu atât viteza de avans care poate fi utilizată este mai mare. Este de remarcat faptul că freza cu umăr pătrat de 90 de grade suportă în principal forță radială, iar forța axială se apropie de zero. Pe măsură ce unghiul de deviere principal scade, luând ca exemplu freza cu unghi de deviere principal de 10 grade, aceasta suportă în principal forța axială. Forța radială este foarte mică. Cu cât unghiul principal de deformare este mai mic, cu atât tendința de vibrație este mai mare și puterea consumată este mai mare.
06
Influența metodelor de prelucrare asupra eficienței de tăiere
Traseul sculei de tăiere are, de asemenea, un impact mare asupra eficienței prelucrării. De exemplu, o metodă de frezare dinamică recent populară este o metodă eficientă de frezare trohoidală cu un volum mare de tăiere în spate și o lățime de tăiere mică. Diferența față de frezarea trohoidală convențională este că procesul de măcinare dinamică aderă strict la hexagonala cu grosimea constantă a așchiilor. Are o rată mare de îndepărtare a metalelor. Deoarece frezarea dinamică poate asigura o forță de tăiere constantă în timpul tăierii sculei, viteza de procesare este rapidă și stabilă.
Luând ca exemplu frezarea conturului exterior al corpului supapei pentru a ilustra impactul metodelor de prelucrare asupra eficienței tăierii. Piesa de prelucrat este realizată din oțel inoxidabil. Dificultatea este că raportul lungime-diametru al sculei atinge de 4 ori diametrul, ceea ce provoacă vibrații în timpul prelucrării. Planul inițial folosea freze cu umăr pătrat cu inserție înlocuibilă, ceea ce a dus la vibrații mari de tăiere datorită raportului de aspect mare. Nu se poate procesa normal. Optimizat pentru a utiliza freze din carbură, capacitate mare de tăiere înapoi, lățime mică de tăiere și metodă de frezare dinamică. Simularea traseului sculei de frezare dinamică este prezentată în Figura 11, iar parametrii de comparație sunt prezentați în Tabelul 3.
imagine
Figura 11 Simularea dinamică a traseului sculei de frezare
Tabelul 3 Compararea parametrilor
imagine
07
Îmbunătățiți eficiența prelucrării cu scule compozite
Pentru produsele cu volum mare, uneltele compozite sunt de obicei folosite pentru a îmbunătăți eficiența producției, cum ar fi burghie pentru teșit, scule de alezat compozit (vezi Figura 12) etc.
imagine
Figura 12 Instrument de găurit compus
Uneltele compozite folosesc un singur instrument pentru a procesa mai mulți pași de lucru, ceea ce îmbunătățește eficiența prelucrării și economisește timpul de schimbare a sculei a mai multor unelte. Uneltele de tăiere compozite au, de asemenea, multe deficiențe. Cel mai mare dezavantaj este că nu sunt universale. Uneltele de tăiere sunt proiectate numai pentru o anumită piesă de prelucrat și nu pot fi utilizate universal cu alte piese de prelucrat [3].
08
Concluzie
Acest articol oferă șase moduri de optimizare a sculelor de tăiere, care pot oferi îndrumări pentru îmbunătățirea eficienței producției și reducerea costurilor. Metoda de optimizare a instrumentului ar trebui să fie flexibilă și trebuie făcută pe o bază practică. Înainte de optimizare, este necesar să analizați procesul de blocaj, să optimizați instrumentul într-o manieră țintită și să înțelegeți punctele cheie pentru a rezolva problema în funcție de condițiile specifice de producție.
