Въз основа на дългогодишен практически опит за отстраняване на грешки на място, като се започне от принципите на рязане на метални инструменти, комбинирани с фактори като материал на инструмента, параметри на рязане, ръб на чистач, водещ ъгъл, метод на обработка и композитен инструмент, се въвеждат шест метода за оптимизация на намаляване на разходите за съкращаване. Целта е да се подобри ефективността на производството.
01
Предговор
Бързото развитие на производствената индустрия в моята страна създаде огромни икономически ползи за страната ни и дори за света. Тъй като конкуренцията на пазара става все по-жестока, намаляването на разходите и подобряването на ефективността се превърнаха в проблеми, с които всяко предприятие трябва да се сблъска. За ефективно намаляване на разходите и повишаване на ефективността е необходимо да се анализира съставът на производствените разходи. Производствените разходи се състоят от три части: директни материали, директен труд и режийни производствени разходи. Преките материали се отнасят до предмети на труда в производствения процес, които се преработват в полуфабрикати или готови продукти и тяхната потребителна стойност впоследствие се превръща в друга потребителска стойност. Прекият труд се отнася до човешките ресурси, използвани в производствения процес, които могат да бъдат изчислени чрез заплати, социални разходи и т.н. Производствените разходи се отнасят до съоръжения като фабрики, машини, превозни средства и оборудване, материали и спомагателни материали, използвани в производствения процес. Част от тяхното потребление се включва в себестойността чрез амортизация, а другата част е чрез поддръжка, в себестойността се включват постоянни разходи, машинен материалоемкост и спомагателен материалоемкост. Тази статия оптимизира няколко метода за използване на инструменти, за да се намалят разходите за потребление на инструменти и да се подобри ефективността на обработката, като по този начин се постига ефектът от спестяване на разходи за използване на машинни инструменти.
02
Променете материала на инструмента, за да подобрите ефективността на обработката
Често използваните материали за инструменти включват следното: бързорежеща стомана, карбид, керамика, CBN и PCD. CBN и PCD имат по-висока твърдост, най-висока устойчивост на износване и техните материали са относително крехки. Бързорежещата стомана има най-добра издръжливост, но нейната твърдост е много ниска и нейната устойчивост на износване е лоша.
Бързорежещата стомана е високовъглеродна легирана стомана. Основните елементи на сплавта са волфрам, хром, молибден, кобалт, ванадий и алуминий и др., и съдържа голямо количество карбиди. Режещите инструменти за бързорежеща стомана имат висока издръжливост и относително ниска твърдост. Предимствата са, че са евтини, имат висока пластичност и могат да обработват почти всички материали. Те са били основните материали, използвани в ранните режещи инструменти. Недостатъците са, че изискват по-високи изисквания към операторите и изискват ръчен труд. Заточването и скоростта на рязане, които могат да издържат материалите от бързорежеща стомана, са много ниски. Например, материалът на детайла е стомана 45, твърдостта е 250HBW, скоростта на рязане е 30~60m/min, а ефективността на рязане е ниска.
Понастоящем най-често използваният инструментален материал е карбид с покритие. Твърдостта и устойчивостта на топлина на инструментите с карбидно покритие са по-добри от тези на инструментите от високоскоростна стомана. Той може да издържи на по-високи скорости на рязане, като скоростите на рязане варират от 100 до 300 m/min[1].
Вземайки външния кръг на струговащи стоманени части като пример, ако се използват твърдосплавни стругови инструменти за замяна на инструменти за струговане на високоскоростна стомана, скоростта на рязане може да се увеличи от 50m/min до 180m/min, а ефективността се увеличава с повече от 3 пъти, а карбидните инструменти също имат по-високи режещи инструменти. живот. Твърдосплавните стругови инструменти със сменяеми остриета не се нуждаят от заточване, просто сменете острието и операторът не трябва да има умения за заточване.
В допълнение към режещите инструменти за бързорежеща стомана и твърдосплавни метали има и керамика, CBN и PCD. Тези три материала имат по-високи скорости на рязане - над 1000m/min, но обхватът им на приложение е ограничен. Керамиката и CBN обикновено се използват за обработка на детайли от чугун и стомана с висока твърдост над 50HRC. PCD обикновено се използва за обработка на алуминий, пластмаса, дърво и карбид, но не може да обработва части от чугун [2].
Вземайки фрези от алуминиева сплав като пример, скоростта на рязане на фрези за високоскоростна стомана е 120~300m/min. Препоръчителната скорост на рязане на твърдосплавни фрези HP615 на марката Mapal е 700m/min, като могат да се използват фрези от PCD материал. Скоростта на рязане е 1500~2000m/min.
03
Влияние на параметрите на рязане върху живота на инструмента и ефективността на производството
За да се подобри ефективността на машинната обработка и живота на инструмента, е необходимо да се определи дали параметрите на рязане са разумни и да се анализира влиянието на всеки параметър на рязане върху живота и ефективността на инструмента. Параметрите на рязане включват скорост на рязане (линейна скорост), скорост на подаване и количество на обратно рязане, известни също като трите режещи елемента.
3.1 Скорост на рязане vc
Връзката между скоростта на рязане vc и скоростта на шпиндела е vc=πDn/1000, където D е ефективният диаметър на инструмента/заготовката (единица: mm), а n е скоростта на машинния инструмент (единица: r/min ). Когато скоростта на рязане е твърде висока, износването на страните ще се увеличи и качеството на повърхността на детайла ще се влоши. Когато скоростта на рязане е изключително висока, вложката също ще претърпи пластична деформация. Кривата на влиянието на скоростта на рязане върху живота на инструмента е показана на фигура 1.
снимка
Фигура 1 Крива на ефекта на скоростта на рязане върху живота на инструмента
3.2 Скорост на подаване vf
Формулата за изчисляване на скоростта на подаване е vf=fZZnn, fZ е подаването на инструмента (единица е mm/z), Zn е броят на ефективните режещи ръбове (единица е единици), n е скоростта на инструмента (единица е об/мин). Ако скоростта на подаване е твърде висока, стружките ще бъдат неконтролирани и качеството на обработената повърхност ще се влоши. Мощността на рязане е висока и стружките ще ударят инструмента или обработената повърхност. Кривата на влиянието на скоростта на подаване върху живота на инструмента е показана на фигура 2.
снимка
Фигура 2 Крива на ефекта на скоростта на подаване върху живота на инструмента
3.3 Размерът на задния нож ап
Количеството обратно рязане се отнася до разликата между неразрязаната повърхност и срязаната повърхност. Кривата на влиянието на количеството обратно рязане върху живота на инструмента е показана на фигура 3.
снимка
Фигура 3 Кривата на влиянието на количеството обратно рязане върху живота на инструмента
Сред трите фактора на рязане, скоростта на рязане, скоростта на подаване и степента на обратно зацепване оказват влияние върху живота на инструмента. Въздействието на количеството на обратно рязане е най-малко, скоростта на подаване има по-голямо влияние от количеството на обратно рязане, а скоростта на рязане има най-голямо влияние върху живота на острието.
За да се получи най-високият живот на инструмента, посоката на оптимизационните параметри е: максимизиране на задното зацепване, за да се намали броят на проходите на инструмента; увеличете максимално скоростта на подаване, за да съкратите времето за рязане; намалете скоростта на рязане, за да получите най-добрия живот на инструмента.
За да подобрите ефективността на грубата обработка, можете да започнете с оптимизиране на количеството обратно рязане. Ако има много пътища на инструмента, увеличете количеството обратно рязане и намалете пътя на инструмента или увеличете количеството обратно рязане, намалете скоростта на рязане и подобрете живота на инструмента. , увеличете скоростта на подаване и осигурете ефективност на обработката.
3.4 Примери за приложение
Фланецът, произведен от фабрика за обработка на автомобилни части, е показан на Фигура 4. Съществуващото решение за обработка е неефективно и различни параметри на рязане трябва да бъдат оптимизирани, за да се подобри животът на инструмента и ефективността на производството.
снимка
Фигура 4 Фланец
Оптимизирайте плана за обработка чрез увеличаване на количеството обратно рязане, намаляване на траекторията на инструмента и намаляване на скоростта на рязане. Преди оптимизацията траекториите на инструментите бяха много и хаотични, но след оптимизацията траекториите на инструментите бяха ясни, както е показано на фигури 5 и 6. Параметрите преди и след оптимизацията са показани в таблица 1. След оптимизацията животът на инструмента се увеличи от 15 части на 31 части.
снимка
Фигура 5 Оптимизиране на пътя на предния инструмент
снимка
Фигура 6 Оптимизирана траектория на инструмента
Таблица 1 Параметри преди и след оптимизация
снимка
Факторът, който измерва ефективността на рязане на острието, е скоростта на рязане. CNC системата отчита скоростта на шпиндела. Много програмисти вземат предвид само скоростта, когато проектират програми и пренебрегват фактора диаметър. Въпреки това, при действителната обработка факторът на диаметъра също има по-голямо влияние. Вземайки струговането като пример, когато диаметърът на детайла D е 50 mm и скоростта на машинния инструмент n е 1000r/min, линейната скорост vc=157m/min. Когато диаметърът на детайла D е 100 mm и скоростта на машината n е 1000 r/min, линейната скорост vc=314m/min.
Според пробата на инструмента, скоростта на рязане от 314 м/мин е много висока, близка до границата, която карбидното острие може да издържи. Високата скорост на рязане може да ускори процеса на износване на инструмента и да намали експлоатационния живот на инструмента.
От това може да се види, че за една и съща скорост на машинния инструмент, различни диаметри на детайла и скорости на рязане на инструмента, когато животът на инструмента е твърде нисък, можете да проверите дали това е причинено от твърде високата скорост на рязане.
04
Влиянието на ръба на чистачката върху ефективността на рязане
Перката на чистачката има ъгъл на върха, съставен от 3 до 9 дъги с различни радиуси, като радиусът на дъгата може да достигне повече от 900 мм. Връзката между филето на върха на инструмента, количеството на захранването и качеството на повърхността е
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (изтриващ ръб)=Rmax/² (2)
Във формулата fn е количеството на подаването (mm/r); r е радиусът на върха на инструмента (mm); Rmax е разликата във височината между върха и дъното на режещата повърхност (mm).
Този метод е подходящ за довършително струговане или пробиване. Самият инструмент за чистачки няма функция за бързо подаване. Въпреки това, съгласно предишната формула, може да се заключи, че характеристиките на инструмента за чистачки са: когато параметрите на обработка са еднакви, качеството на повърхността на инструмента за чистачки може да се повиши 1 пъти; когато качеството на повърхността е същото, скоростта на подаване на чистачката може да се увеличи 1 път. .
Когато се изисква същото качество на повърхността, могат да се използват по-високи скорости на подаване, когато се използват чистачки.
Като вземем обработката на челната повърхност на изходната обвивка като пример за подобряване на ефективността, материалът на детайла е QT500 и се изисква стойност на грапавостта на повърхността Ra По-малко или равно на 1,6 μm. За да се подобри времето на цикъла, беше използвана чистачка. При предпоставката за спазване на същите изисквания за грапавост на повърхността, скоростта на подаване беше увеличена от 0,36 mm/r на 0,5 mm/r. Измерената стойност на грапавостта на повърхността Ra=1.33μm и животът на острието беше същият. Различните параметри на обработка при използване на обикновени вложки за струговане и вложки за чистачки са показани в таблица 2. Челната повърхност на изходната обвивка след оптимизиране е показана на фигура 7.
Таблица 2 Различни параметри на обработка на обикновени вложки за струговане и вложки за чистачки
снимка
снимка
Фигура 7 Оптимизирана крайна повърхност на изходната обвивка
05
Влияние на основния ъгъл на отклонение върху ефективността на рязане
Подаването на зъб беше споменато в предишното кратко въведение към концепцията за скорост на подаване. Някои марки образци на инструменти препоръчват шестнадесетичната максимална дебелина на стружките като параметър на рязане вместо подаване на зъб. Тъй като това, което определя количеството на подаване, е максималната шестнадесетична дебелина на стружката и водещият ъгъл Kr на инструмента. Формулата за преобразуване е hex=fzsinKr.
Когато основният ъгъл на отклонение е 90 градуса, fz=hex, максималната дебелина на стружката на инструмента е същата като подаването на зъб. Тъй като основният ъгъл на отклонение намалява, скоростта на подаване може да се увеличи.
Вземайки фрезата с квадратна рамена (вижте Фигура 8) като пример, броят на зъбите ZN на фрезата с квадратна рама от 90 градуса е 5 жлеба, n=1000r/min, шестнадесетичен=0.2mm , fz=0.2mm/z, скорост на подаване на машинния инструмент vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
снимка
а) Диаграма на структурата на фрезата с квадратно рамо
снимка
б) Физически обекти
Фигура 8 90 градуса фреза с квадратна рамена
Челна фреза с преден ъгъл от 45 градуса (вижте Фигура 9) ZN има 5 канала, n=1000r/min, шестнадесетичен=0.2 mm, fz=шестнадесетичен /sin45 градуса {{8} }.282mm/z, тогава скоростта на подаване на машинния инструмент vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
снимка
а) Структурна схема на челна фреза
снимка
б) Физически обекти
Фигура 9 45 градуса фреза с квадратна рамена
Челна фреза с преден ъгъл от 10 градуса (вижте Фигура 10) ZN има 5 ръба, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz= hex/sin10 градуса {{8} }.156mm/z, тогава скоростта на подаване на машинния инструмент vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
снимка
а) Сигнал
снимка
б) Физически обекти
Фигура 10 10 градуса фреза с квадратна рамена
За да обобщим, при една и съща скорост на въртене на същия тип острие, колкото по-малък е основният ъгъл на отклонение, толкова по-висока скорост на подаване може да се използва. Струва си да се отбележи, че 90-градусовата фреза с квадратно рамо понася главно радиална сила, а аксиалната сила се доближава до нула. Тъй като основният ъгъл на отклонение намалява, като вземем за пример фрезата с основен ъгъл на отклонение от 10 градуса, той понася главно аксиална сила. Радиалната сила е много малка. Колкото по-малък е основният ъгъл на отклонение, толкова по-голяма е склонността към вибрации и толкова по-висока е консумираната мощност.
06
Влиянието на методите на обработка върху ефективността на рязане
Траекторията на режещия инструмент също има голямо влияние върху ефективността на обработката. Например, наскоро популярен динамичен метод на фрезоване е ефективен трохоидален метод на фрезоване с голям обем на обратно рязане и малка ширина на рязане. Разликата от конвенционалното трохоидално фрезоване е, че динамичният процес на фрезоване стриктно се придържа към шестоъгълника с постоянна дебелина на стружките. Има висока скорост на отстраняване на метал. Тъй като динамичното фрезоване може да осигури постоянна сила на рязане по време на рязане на инструмента, скоростта на обработка е бърза и стабилна.
Като пример вземем фрезоването на външния контур на тялото на клапана, за да илюстрираме влиянието на методите на обработка върху ефективността на рязане. Заготовката е изработена от неръждаема стомана. Трудността е, че съотношението дължина-диаметър на инструмента достига 4 пъти диаметъра, което причинява вибрации по време на обработка. Първоначалният план използва фрезови фрези със сменяема вложка с квадратни рамена, което доведе до големи вибрации при рязане поради голямото съотношение на страните. Не може да се обработва нормално. Оптимизиран за използване на твърдосплавни челни фрези, голям капацитет на обратно рязане, малка ширина на рязане и динамичен метод на фрезоване. Динамичната симулация на пътя на фрезовия инструмент е показана на Фигура 11, а параметрите за сравнение са показани в Таблица 3.
снимка
Фигура 11 Симулация на траектория на динамичен фрезов инструмент
Таблица 3 Сравнение на параметрите
снимка
07
Подобрете ефективността на обработка с композитни инструменти
За продукти с голям обем обикновено се използват композитни инструменти за подобряване на производствената ефективност, като свредла за скосяване, композитни пробиващи инструменти (вижте Фигура 12) и др.
снимка
Фигура 12 Инструмент за комбинирано пробиване
Композитните инструменти използват един инструмент за обработка на множество работни стъпки, което подобрява ефективността на обработката и спестява време за смяна на инструмента на множество инструменти. Композитните режещи инструменти също имат много недостатъци. Най-големият недостатък е, че не са универсални. Режещите инструменти са проектирани само за определен детайл и не могат да се използват универсално с други детайли [3].
08
Заключение
Тази статия предоставя шест начина за оптимизиране на режещите инструменти, които могат да предоставят насоки за подобряване на производствената ефективност и намаляване на разходите. Методът за оптимизиране на инструмента трябва да бъде гъвкав и трябва да се извършва на практическа основа. Преди оптимизацията е необходимо да се анализира процесът с тесни места, да се оптимизира инструментът по целенасочен начин и да се схванат ключовите моменти за решаване на проблема според специфичните производствени условия.
