Baserat på många års praktisk felsökningserfarenhet på plats, med utgångspunkt från principerna för skärning av metallverktyg, kombinerat med faktorer som verktygsmaterial, skärparametrar, torkarkant, framvinkel, bearbetningsmetod och kompositverktyg, introduceras sex optimeringsmetoder för att minska kostnaderna. Syftet med att förbättra produktionseffektiviteten.
01
Förord
Den snabba utvecklingen av mitt lands tillverkningsindustri har skapat enorma ekonomiska fördelar för vårt land och till och med världen. I takt med att konkurrensen på marknaden blir allt hårdare, har kostnadsminskning och effektivitetsförbättring blivit frågor som varje företag måste möta. För att effektivt minska kostnaderna och öka effektiviteten är det nödvändigt att analysera sammansättningen av produktionskostnaderna. Produktionskostnaden består av tre delar: direkt material, direkt arbetskraft och tillverkningskostnader. Med direkta material avses arbetsobjekt i produktionsprocessen, som förädlas till halvfabrikat eller färdiga produkter, och deras användningsvärde blir därefter ett annat bruksvärde. Direkt arbetskraft avser de mänskliga resurser som förbrukas i produktionsprocessen, vilka kan beräknas genom löner, välfärdskostnader etc. Tillverkningskostnader avser anläggningar som fabriker, maskiner, fordon och utrustning, material och hjälpmaterial som används i produktionsprocessen. En del av deras förbrukning ingår i kostnaden genom avskrivning, och den andra delen är genom underhåll, fasta utgifter, maskinmaterialförbrukning och hjälpmaterialförbrukning ingår i kostnaden. Den här artikeln optimerar flera metoder för verktygsanvändning för att minska kostnaderna för verktygsförbrukning och förbättra bearbetningseffektiviteten, och därigenom uppnå effekten av att spara kostnader för verktygsmaskiner.
02
Byt verktygsmaterial för att förbättra bearbetningseffektiviteten
Vanligt använda verktygsmaterial inkluderar följande: snabbstål, hårdmetall, keramik, CBN och PCD. CBN och PCD har högre hårdhet, högsta slitstyrka och deras material är relativt spröda. Höghastighetsstål har den bästa segheten, men dess hårdhet är mycket låg och dess slitstyrka är dålig.
Höghastighetsstål är ett legerat stål med hög kolhalt. De viktigaste legeringselementen är volfram, krom, molybden, kobolt, vanadin och aluminium, etc., och innehåller en stor mängd karbider. Höghastighetstål skärverktyg har hög seghet och relativt låg hårdhet. Fördelarna är att de är billiga, har hög plasticitet och kan bearbeta nästan alla material. De var de viktigaste materialen som användes i tidiga skärverktyg. Nackdelarna är att de kräver högre krav på operatörer och kräver manuellt arbete. Slipning och skärhastigheten som höghastighetstålmaterial tål är mycket låg. Till exempel är arbetsstyckets material 45 stål, hårdheten är 250HBW, skärhastigheten är 30~60m/min och skäreffektiviteten är låg.
För närvarande är det vanligaste verktygsmaterialet belagd hårdmetall. Hårdheten och värmebeständigheten hos belagda hårdmetallverktyg är bättre än hos höghastighetsstålverktyg. Den tål högre skärhastigheter, med skärhastigheter från 100 till 300m/min[1].
Om man tar den yttre cirkeln av svarvståldelar som ett exempel, om hårdmetallsvarvverktyg används för att ersätta höghastighetstålsvarvverktyg, kan skärhastigheten ökas från 50m/min till 180m/min, och effektiviteten ökas med mer än 3 gånger, och hårdmetallverktyg har också högre skärverktyg. liv. Svarvverktyg i hårdmetall med utbytbara blad behöver inte slipas, byt bara ut bladet, och operatören behöver inte ha skärpkunskaper.
Förutom höghastighetstål och hårdmetallskärverktyg finns det även keramik, CBN och PCD. Dessa tre material har högre skärhastigheter - mer än 1000m/min, men deras användningsområde är begränsat. Keramik och CBN används vanligtvis för att bearbeta gjutjärnsarbetsstycken och stålarbetsstycken med hög hårdhet över 50HRC. PCD används vanligtvis för att bearbeta aluminium, plast, trä och karbid, men kan inte bearbeta gjutjärnsdelar [2].
Med aluminiumlegeringsfräsar som ett exempel, är skärhastigheten för höghastighetstålsfräsar 120 ~ 300 m/min. Den rekommenderade skärhastigheten för Mapal-hårdmetallfräsar HP615-material är 700m/min, medan fräsar gjorda av PCD-material kan användas. Skärhastigheten är 1500~2000m/min.
03
Effekt av skärparametrar på verktygets livslängd och produktionseffektivitet
För att förbättra bearbetningseffektiviteten och verktygslivslängden är det nödvändigt att fastställa om skärparametrarna är rimliga och analysera effekten av varje skärparameter på verktygets livslängd och effektivitet. Skärparametrar inkluderar skärhastighet (linjär hastighet), matningshastighet och tillbakaskärningsmängd, även kända som de tre skärelementen.
3.1 Skärhastighet vc
Förhållandet mellan skärhastigheten vc och spindelhastigheten är vc=πDn/1000, där D är den effektiva diametern för verktyget/arbetsstycket (enhet: mm), och n är verktygsmaskinens hastighet (enhet: r/min) ). När skärhastigheten är för hög ökar flankslitaget och ytkvaliteten på arbetsstycket försämras. När skärhastigheten är extremt hög kommer skäret också att genomgå plastisk deformation. Inverkanskurvan för skärhastigheten på verktygets livslängd visas i figur 1.
bild
Figur 1 Effektkurva för skärhastighet på verktygets livslängd
3.2 Matningshastighet vf
Beräkningsformeln för matningshastigheten är vf=fZZnn, fZ är verktygsmatningen (enheten är mm/z), Zn är antalet effektiva skäreggar (enhet är enheter), n är verktygsmaskinens hastighet (enhet) är r/min). Om matningshastigheten är för hög kommer flisen att vara okontrollerad och kvaliteten på den bearbetade ytan försämras. Skärkraften är hög och spånen kommer att påverka verktyget eller den bearbetade ytan. Inverkanskurvan för matningshastigheten på verktygets livslängd visas i figur 2.
bild
Figur 2 Effektkurva för matningshastighet på verktygets livslängd
3.3 Mängden bakkniv ca
Återklippningsmängden hänvisar till skillnaden mellan den oklippta ytan och den skurna ytan. Inflytandekurvan för tillbakaskärningsmängden på verktygets livslängd visas i figur 3.
bild
Figur 3 Inflytandekurvan för tillbakaskärningsmängden på verktygets livslängd
Bland de tre skärfaktorerna har skärhastighet, matningshastighet och återkopplingsmängd alla inverkan på verktygets livslängd. Effekten av tillbakaskärningsmängden är den minsta, matningshastigheten har en större inverkan än tillbakaskärningsmängden, och skärhastigheten har den största inverkan på bladets livslängd.
För att erhålla den högsta verktygslivslängden är riktningen för optimeringsparametrarna: maximera bakåtkopplingen för att minska antalet verktygspassager; maximera matningshastigheten för att förkorta skärtiden; minska skärhastigheten för att få bästa verktygslivslängd.
För att förbättra grovbearbetningseffektiviteten kan du börja med att optimera mängden tillbakaskärning. Om det finns många verktygsbanor, öka mängden tillbakaskärning och minska verktygsbanan, eller öka mängden tillbakaskärning, minska skärhastigheten och förbättra verktygets livslängd. , öka matningshastigheten och säkerställa bearbetningseffektivitet.
3.4 Tillämpningsexempel
Flänsen som produceras av en fabrik för bearbetning av bildelar visas i figur 4. Den befintliga bearbetningslösningen är ineffektiv och olika skärparametrar måste optimeras för att förbättra verktygets livslängd och produktionseffektivitet.
bild
Figur 4 Fläns
Optimera bearbetningsplanen genom att öka mängden tillbakaskärning, minska verktygsbanor och minska skärhastigheten. Innan optimeringen var verktygsbanorna många och kaotiska, men efter optimeringen var verktygsbanorna tydliga, som visas i figur 5 och 6. Parametrarna före och efter optimering visas i tabell 1. Efter optimering har verktygslivslängden ökats från 15 delar till 31 delar.
bild
Figur 5 Optimera den främre verktygsbanan
bild
Figur 6 Optimerad verktygsbana
Tabell 1 Parametrar före och efter optimering
bild
Faktorn som mäter bladets skärprestanda är skärhastigheten. CNC-systemet läser av spindelhastigheten. Många programmerare tar bara hänsyn till hastigheten när de designar program och ignorerar diameterfaktorn. Men vid faktisk bearbetning har diameterfaktorn också större inverkan. Med svarvning som ett exempel, när arbetsstyckets diameter D är 50 mm och verktygsmaskinens hastighet n är 1000r/min, den linjära hastigheten vc=157m/min. När arbetsstyckets diameter D är 100 mm och verktygsmaskinens hastighet n är 1000r/min, den linjära hastigheten vc=314m/min.
Enligt verktygsprovet är skärhastigheten 314m/min mycket hög, nära gränsen som hårdmetallbladet tål. Hög skärhastighet kan påskynda verktygets slitage och minska verktygets livslängd.
Av detta kan man se att för samma verktygsmaskinhastighet, olika arbetsstyckesdiametrar och verktygsskärhastigheter, när verktygslivslängden är för låg, kan man kontrollera om det beror på att skärhastigheten är för hög.
04
Torkarkantens inverkan på skäreffektiviteten
Torkarbladet har en spetsvinkel som består av 3 till 9 bågar med olika radier, och bågredien kan nå mer än 900 mm. Sambandet mellan verktygsspetsfilé, fodermängd och ytkvalitet är
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (torkningskant)=Rmax/² (2)
I formeln är fn matningsmängden (mm/r); r är verktygsspetsens kälradie (mm); Rmax är höjdskillnaden mellan skärytans topp och dal (mm).
Denna metod är lämplig för att avsluta svarvning eller borrning. Torkarverktyget i sig har ingen snabbmatningsfunktion. Enligt den tidigare formeln kan det emellertid dras slutsatsen att egenskaperna hos torkarverktyget är: när bearbetningsparametrarna är desamma kan torkarverktygets ytkvalitet ökas med 1 gånger; när ytkvaliteten är densamma kan matningshastigheten för torkarverktyget ökas med 1 gång. .
När samma ytkvalitet krävs kan högre matningshastigheter användas vid användning av torkarverktyg.
Om man tar bearbetningen av ändytan på utmatningsskalet som ett exempel på effektivitetsförbättring, är arbetsstyckets material QT500 och ytjämnhetsvärdet Ra Mindre än eller lika med 1,6μm krävs. För att förbättra cykeltiden användes ett torkarblad. Med förutsättningen att samma ytjämnhetskrav skulle uppfyllas ökades matningshastigheten från 0,36 mm/r till 0,5 mm/r. Det uppmätta ytråhetsvärdet Ra=1.33μm, och bladets livslängd var densamma. De olika bearbetningsparametrarna som använder vanliga svarvskär och torkarskär visas i tabell 2. Ändytan på utgångsskalet efter optimering visas i figur 7.
Tabell 2 Olika bearbetningsparametrar för vanliga svarvskär och torkarskär
bild
bild
Figur 7 Optimerad ändyta av utmatningsskalet
05
Effekten av huvudavböjningsvinkeln på skäreffektiviteten
Matningen per tand nämndes i den tidigare korta introduktionen till begreppet matningshastighet. Vissa märken av verktygsprover rekommenderar den maximala spåntjockleken hex som skärparameter istället för matning per tand. För det som bestämmer matningsmängden är den maximala spåntjockleken hex och verktygets ledande vinkel Kr. Konverteringsformeln är hex=fzsinKr.
När huvudavböjningsvinkeln är 90 grader, fz=hex, är verktygets maximala spåntjocklek densamma som matningen per tand. När huvudavböjningsvinkeln minskar kan matningshastigheten ökas.
Om man tar den fyrkantiga axelfräsen (se figur 8) som ett exempel, är antalet tänder ZN på 90-graders axelfräsen 5 räfflor, n=1000r/min, hex=0,2 mm , fz=0.2mm/z, verktygsmaskinens matningshastighet vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
bild
a) Strukturdiagram för fyrkantsaxelfräsar
bild
b) Fysiska föremål
Figur 8 90 graders fyrkantsfräs
45 graders frontfräs med vinkelplan (se figur 9) ZN har 5 räfflor, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz=hex /sin45 grader {{8} }.282 mm/z, sedan verktygsmaskinens matningshastighet vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
bild
a) Strukturdiagram för planfräs
bild
b) Fysiska föremål
Figur 9 45 graders fyrkantsfräs
10 graders frontfräs med vinkelplan (se figur 10) ZN har 5 kanter, n=1000r/min, hex=0.2 mm, fz= hex/sin10 grader {{8} }.156 mm/z, sedan verktygsmaskinens matningshastighet vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
bild
a) Signal
bild
b) Fysiska föremål
Figur 10 10 graders fyrkantsfräs
Sammanfattningsvis, vid samma rotationshastighet för samma typ av blad, ju mindre huvudavböjningsvinkeln är, desto högre matningshastighet som kan användas. Det är värt att notera att den 90 graders kvadratiska axelfräsen huvudsakligen bär radiell kraft och den axiella kraften närmar sig noll. När huvudavböjningsvinkeln minskar, med 10 graders huvudavböjningsvinkelfräs som exempel, bär den huvudsakligen axiell kraft. Den radiella kraften är mycket liten. Ju mindre huvudavböjningsvinkeln är, desto större är vibrationstendensen och desto högre energiförbrukning.
06
Bearbetningsmetodernas inverkan på skäreffektiviteten
Skärverktygsbanan har också stor inverkan på bearbetningseffektiviteten. Till exempel är en nyligen populär dynamisk fräsmetod en effektiv trochoidal fräsmetod med en stor bakvolym och en liten skärbredd. Skillnaden från konventionell trochoidal fräsning är att den dynamiska fräsningsprocessen strikt följer den konstanta spåntjockleken sexkant. Har hög metallborttagningshastighet. Eftersom dynamisk fräsning kan säkerställa konstant skärkraft under verktygsskärning, är bearbetningshastigheten snabb och stabil.
Med fräsning av den yttre konturen av ventilkroppen som ett exempel för att illustrera bearbetningsmetodernas inverkan på skäreffektiviteten. Arbetsstycket är tillverkat av rostfritt stål. Svårigheten är att förhållandet mellan verktygets längd och diameter når 4 gånger diametern, vilket orsakar vibrationer under bearbetningen. Den ursprungliga planen använde utbytbara insatsfräsar med fyrkantiga ansatser, vilket resulterade i stora skärvibrationer på grund av det stora bildförhållandet. Det går inte att bearbeta normalt. Optimerad för att använda pinnfräsar av hårdmetall, stor skärkapacitet, liten skärbredd och dynamisk fräsmetod. Den dynamiska fräsverktygets bansimulering visas i figur 11, och jämförelseparametrarna visas i tabell 3.
bild
Figur 11 Dynamisk simulering av fräsverktygsbana
Tabell 3 Parameterjämförelse
bild
07
Förbättra bearbetningseffektiviteten med kompositverktyg
För högvolymprodukter används vanligtvis kompositverktyg för att förbättra produktionseffektiviteten, såsom fasborrar, kompositborrverktyg (se figur 12) etc.
bild
Figur 12 Sammansatt borrverktyg
Sammansatta verktyg använder ett verktyg för att bearbeta flera arbetssteg, vilket förbättrar bearbetningseffektiviteten och sparar verktygsbyte för flera verktyg. Även kompositskärverktyg har många brister. Den största nackdelen är att de inte är universella. Skärverktygen är endast avsedda för ett visst arbetsstycke och kan inte användas universellt med andra arbetsstycken [3].
08
Slutsats
Den här artikeln ger sex sätt att optimera skärverktyg, som kan ge vägledning för att förbättra produktionseffektiviteten och minska kostnaderna. Verktygsoptimeringsmetoden bör vara flexibel och måste göras på ett praktiskt sätt. Före optimering är det nödvändigt att analysera flaskhalsprocessen, optimera verktyget på ett målinriktat sätt och förstå nyckelpunkterna för att lösa problemet enligt de specifika produktionsförhållandena.
