Basert på mange års praktisk feilsøkingserfaring på stedet, med utgangspunkt i prinsippene for skjæring av metallverktøy, kombinert med faktorer som verktøymateriale, skjæreparametere, viskerkant, ledende vinkel, prosesseringsmetode og komposittverktøy, introduseres seks optimaliseringsmetoder for redusere kostnadene. Formålet med å forbedre produksjonseffektiviteten.
01
Forord
Den raske utviklingen av mitt lands produksjonsindustri har skapt enorme økonomiske fordeler for landet vårt og til og med verden. Ettersom markedskonkurransen blir stadig hardere, har kostnadsreduksjon og effektivitetsforbedring blitt problemer som enhver bedrift må møte. For å effektivt redusere kostnadene og øke effektiviteten, er det nødvendig å analysere sammensetningen av produksjonskostnadene. Produksjonskostnaden består av tre deler: direkte materialer, direkte arbeidskraft og produksjonskostnader. Direkte materialer refererer til arbeidsobjekter i produksjonsprosessen, som bearbeides til halvfabrikata eller ferdige produkter, og bruksverdien deres blir deretter en annen bruksverdi. Direkte arbeidskraft refererer til de menneskelige ressursene som forbrukes i produksjonsprosessen, som kan beregnes ved lønn, velferdsutgifter osv. Produksjonskostnader refererer til anlegg som fabrikker, maskiner, kjøretøy og utstyr, materialer og hjelpematerialer som brukes i produksjonsprosessen. En del av deres forbruk er inkludert i kostnaden gjennom avskrivninger, og den andre delen er gjennom vedlikehold, faste utgifter, maskinmaterialforbruk og hjelpemateriellforbruk er inkludert i kostnaden. Denne artikkelen optimerer flere metoder for bruk av verktøy for å redusere kostnadene for verktøyforbruk og forbedre prosesseringseffektiviteten, og dermed oppnå effekten av å spare kostnadene for bruk av maskinverktøy.
02
Bytt verktøymateriale for å forbedre prosesseringseffektiviteten
Vanlige verktøymaterialer inkluderer følgende: høyhastighetsstål, karbid, keramikk, CBN og PCD. CBN og PCD har høyere hardhet, høyeste slitestyrke, og materialene deres er relativt sprø. Høyhastighetsstål har den beste seigheten, men hardheten er svært lav og slitestyrken er dårlig.
Høyhastighetsstål er et høykarbonlegert stål. De viktigste legeringselementene er wolfram, krom, molybden, kobolt, vanadium og aluminium, etc., og inneholder en stor mengde karbider. Høyhastighets skjæreverktøy i stål har høy seighet og relativt lav hardhet. Fordelene er at de er billige, har høy plastisitet, og kan behandle nesten alle materialer. De var hovedmaterialene som ble brukt i tidlige skjæreverktøy. Ulempene er at de krever høyere krav til operatører og krever manuelt arbeid. Sliping, og skjærehastigheten som høyhastighets stålmaterialer tåler er svært lav. For eksempel er arbeidsstykkematerialet 45 stål, hardheten er 250HBW, skjærehastigheten er 30~60m/min, og kutteeffektiviteten er lav.
For tiden er det mest brukte verktøymaterialet belagt karbid. Hardheten og varmebestandigheten til belagte karbidverktøy er bedre enn for høyhastighetsstålverktøy. Den tåler høyere skjærehastigheter, med skjærehastigheter fra 100 til 300 m/min[1].
For å ta den ytre sirkelen av dreieståldeler som et eksempel, hvis karbiddreieverktøy brukes til å erstatte høyhastighetsståldreieverktøy, kan skjærehastigheten økes fra 50m/min til 180m/min, og effektiviteten økes med mer enn 3 ganger, og karbidverktøy har også høyere skjæreverktøy. liv. Karbiddreieverktøy med utskiftbare kniver trenger ikke å slipes, bare bytt ut kniven, og operatøren trenger ikke å ha slipeferdigheter.
I tillegg til høyhastighets skjæreverktøy i stål og karbid finnes det også keramikk, CBN og PCD. Disse tre materialene har høyere skjærehastigheter - mer enn 1000m/min, men deres bruksområde er begrenset. Keramikk og CBN brukes vanligvis til å behandle støpejernsarbeidsstykker og stålarbeidsstykker med høy hardhet over 50HRC. PCD brukes vanligvis til å behandle aluminium, plast, tre og karbid, men kan ikke behandle støpejernsdeler [2].
Med aluminiumslegeringsfresere som et eksempel, er skjærehastigheten til høyhastighets stålfreser 120 ~ 300 m/min. Den anbefalte skjærehastigheten for Mapal-karbidfreser HP615-materiale er 700m/min, mens freser laget av PCD-materiale kan brukes. Kuttehastigheten er 1500~2000m/min.
03
Effekt av skjæreparametere på verktøylevetid og produksjonseffektivitet
For å forbedre maskineringseffektiviteten og verktøylevetiden, er det nødvendig å bestemme om skjæreparameterne er rimelige og analysere virkningen av hver skjæreparameter på verktøyets levetid og effektivitet. Kutteparametere inkluderer kuttehastighet (lineær hastighet), matehastighet og tilbakeskjæringsmengde, også kjent som de tre kutteelementene.
3.1 Kuttehastighet vc
Forholdet mellom skjærehastighet vc og spindelhastighet er vc=πDn/1000, der D er den effektive diameteren til verktøyet/arbeidsstykket (enhet: mm), og n er verktøymaskinens hastighet (enhet: r/min. ). Når skjærehastigheten er for høy, vil flankeslitasje øke og overflatekvaliteten til arbeidsstykket forringes. Når skjærehastigheten er ekstremt høy, vil innsatsen også gjennomgå plastisk deformasjon. Påvirkningskurven for skjærehastigheten på verktøyets levetid er vist i figur 1.
bilde
Figur 1 Effektkurve for skjærehastighet på verktøyets levetid
3.2 Matehastighet vf
Beregningsformelen for matehastighet er vf=fZZnn, fZ er verktøymatingen (enheten er mm/z), Zn er antall effektive skjærekanter (enheten er enheter), n er maskinens hastighet (enhet) er r/min). Hvis matehastigheten er for høy, vil flisene være ukontrollerte, og kvaliteten på den maskinerte overflaten vil forringes. Kuttekraften er høy, og sponene vil påvirke verktøyet eller den bearbeidede overflaten. Påvirkningskurven for matehastighet på verktøyets levetid er vist i figur 2.
bilde
Figur 2 Effektkurve for matehastighet på verktøyets levetid
3.3 Mengden bakkniv ca
Tilbakeskjæringsmengden refererer til forskjellen mellom den ukuttede overflaten og kutteflaten. Påvirkningskurven for tilbakeskjæringsmengden på verktøyets levetid er vist i figur 3.
bilde
Figur 3 Påvirkningskurven for tilbakeskjæringsmengde på verktøyets levetid
Blant de tre skjærefaktorene har skjærehastighet, matehastighet og tilbakekoblingsmengde en innvirkning på verktøyets levetid. Innvirkningen av tilbakeskjæringsmengden er den minste, matehastigheten har større innvirkning enn tilbakeskjæringsmengden, og kuttehastigheten har størst innvirkning på bladets levetid.
For å oppnå den høyeste verktøylevetiden, er retningen for optimaliseringsparameterne: maksimer rygggrepet for å redusere antall verktøypasseringer; maksimer matehastigheten for å forkorte skjæretiden; redusere skjærehastigheten for å oppnå best mulig verktøylevetid.
For å forbedre grovbearbeidingseffektiviteten kan du starte med å optimalisere mengden tilbakeskjæring. Hvis det er mange verktøybaner, øk mengden tilbakeskjæring og reduser verktøybanen, eller øk mengden tilbakeskjæring, reduser skjærehastigheten og forbedre verktøyets levetid. , øke matehastigheten og sikre prosesseringseffektivitet.
3.4 Brukseksempler
Flensen produsert av en produksjonsfabrikk for bildeler er vist i figur 4. Den eksisterende prosesseringsløsningen er ineffektiv, og ulike skjæreparametere må optimaliseres for å forbedre verktøyets levetid og produksjonseffektivitet.
bilde
Figur 4 Flens
Optimaliser behandlingsplanen ved å øke mengden tilbakeskjæring, redusere verktøybaner og redusere skjærehastigheten. Før optimalisering var verktøybanene mange og kaotiske, men etter optimalisering var verktøybanene klare, som vist i figur 5 og 6. Parametrene før og etter optimalisering er vist i tabell 1. Etter optimalisering er verktøyets levetid økt. fra 15 deler til 31 deler.
bilde
Figur 5 Optimalisering av fremre verktøybane
bilde
Figur 6 Optimalisert verktøybane
Tabell 1 Parametre før og etter optimalisering
bilde
Faktoren som måler skjæreytelsen til bladet er skjærehastigheten. CNC-systemet leser av spindelhastigheten. Mange programmerere vurderer kun hastigheten når de designer programmer og ignorerer diameterfaktoren. Ved faktisk maskinering har imidlertid diameterfaktoren også større innvirkning. Ta dreiing som et eksempel, når arbeidsstykkets diameter D er 50 mm og maskinens hastighet n er 1000r/min, vil den lineære hastigheten vc=157m/min. Når arbeidsstykkets diameter D er 100 mm og maskinens hastighet n er 1000r/min, vil den lineære hastigheten vc=314m/min.
I følge verktøyprøven er skjærehastigheten på 314m/min meget høy, nær grensen som karbidbladet tåler. Høy skjærehastighet kan akselerere slitasjeprosessen til verktøyet og redusere verktøyets levetid.
Det kan ses av dette at for samme verktøymaskinhastighet, forskjellige arbeidsstykkediametre og verktøyskjærehastigheter, når verktøyets levetid er for lav, kan du sjekke om det skyldes at skjærehastigheten er for høy.
04
Påvirkningen av viskerkanten på kutteeffektiviteten
Viskerbladet har en spissvinkel som består av 3 til 9 buer med forskjellige radier, og bueradiusen kan nå mer enn 900 mm. Forholdet mellom verktøyspissfilet, fôrmengde og overflatekvalitet er
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (tørkekant)=Rmax/² (2)
I formelen er fn matemengden (mm/r); r er verktøyspissens filetradius (mm); Rmax er høydeforskjellen mellom topp og bunn på skjæreflaten (mm).
Denne metoden er egnet for etterbehandling av dreiing eller boring. Selve viskerverktøyet har ikke hurtigmatingsfunksjon. Imidlertid, i henhold til den forrige formelen, kan det utledes at egenskapene til viskerverktøyet er: når behandlingsparametrene er de samme, kan overflatekvaliteten til viskerverktøyet økes med 1 ganger; når overflatekvaliteten er den samme, kan matehastigheten til viskerverktøyet økes med 1 gang. .
Når samme overflatekvalitet kreves, kan høyere matehastigheter brukes ved bruk av viskerverktøy.
Hvis vi tar behandlingen av endeflaten til utgangsskallet som et eksempel på effektivitetsforbedring, er arbeidsstykkematerialet QT500 og overflateruhetsverdien Ra Mindre enn eller lik 1,6μm kreves. For å forbedre syklustiden ble det brukt et viskerblad. På forutsetningen om å oppfylle de samme kravene til overflateruhet, ble matehastigheten økt fra 0,36 mm/r til 0,5 mm/r. Den målte overflateruhetsverdien Ra=1.33μm, og bladets levetid var den samme. De ulike behandlingsparametrene ved bruk av vanlige dreieinnsatser og viskerinnsatser er vist i tabell 2. Endeflaten til utgangsskallet etter optimalisering er vist i figur 7.
Tabell 2 Ulike prosessparametere for vanlige dreie- og viskerinnsatser
bilde
bilde
Figur 7 Optimalisert utgangsskall endeflate
05
Effekt av hovedavbøyningsvinkel på kutteeffektivitet
Fôret per tann ble nevnt i forrige korte introduksjon til begrepet matehastighet. Noen merker av verktøyprøver anbefaler maksimal spontykkelse sekskant som skjæreparameter i stedet for mating per tann. For det som bestemmer matemengden er den maksimale spontykkelsen hex og verktøyets ledende vinkel Kr. Konverteringsformelen er hex=fzsinKr.
Når hovedavbøyningsvinkelen er 90 grader, fz=hex, er den maksimale spontykkelsen på verktøyet den samme som matingen per tann. Når hovedavbøyningsvinkelen avtar, kan matehastigheten økes.
Med den firkantede skulderfresen (se figur 8) som et eksempel, er antall tenner ZN på 90 graders firkant-skulderfres 5 riller, n=1000r/min, hex=0.2mm , fz=0.2mm/z, maskinverktøyets matehastighet vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
bilde
a) Strukturdiagram for kvadratisk skulderfres
bilde
b) Fysiske gjenstander
Figur 8 90 graders kvadratisk skulderfreser
45 graders frontfræser (se figur 9) ZN har 5 riller, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz=hex /sin45 grader {{8} }.282 mm/z, deretter verktøymaskinens matehastighet vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
bilde
a) Strukturdiagram av planfreser
bilde
b) Fysiske gjenstander
Figur 9 45 graders kvadratisk skulderfreser
10 graders frontfræser (se figur 10) ZN har 5 kanter, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz= hex/sin10 grader {{8} }.156 mm/z, deretter verktøymaskinens matehastighet vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
bilde
a) Signal
bilde
b) Fysiske gjenstander
Figur 10 10 graders kvadratisk skulderfreser
For å oppsummere, ved samme rotasjonshastighet for samme type blad, jo mindre hovedavbøyningsvinkelen er, desto høyere er matehastigheten som kan brukes. Det er verdt å merke seg at 90 graders kvadratisk skulderfres hovedsakelig bærer radiell kraft, og aksialkraften nærmer seg null. Ettersom hovedavbøyningsvinkelen avtar, med 10 graders hovedavbøyningsvinkelfreser som et eksempel, har den hovedsakelig aksial kraft. Den radielle kraften er veldig liten. Jo mindre hovedavbøyningsvinkelen er, desto større er vibrasjonstendensen og desto høyere strømforbruk.
06
Påvirkningen av prosesseringsmetoder på kutteeffektivitet
Kutteverktøybanen har også stor innvirkning på maskineringseffektiviteten. For eksempel er en nylig populær dynamisk fresemetode en effektiv trochoidal fresemetode med stort bakskjærevolum og liten skjærebredde. Forskjellen fra konvensjonell trochoidal fresing er at den dynamiske freseprosessen strengt overholder den konstante spontykkelsen sekskantet. Har høy metallfjerningshastighet. Siden dynamisk fresing kan sikre konstant skjærekraft under verktøyskjæring, er prosesseringshastigheten rask og stabil.
Ta fresing av den ytre konturen av ventilhuset som et eksempel for å illustrere virkningen av prosessmetoder på kutteeffektivitet. Arbeidsstykket er laget av rustfritt stål. Vanskeligheten er at verktøyets lengde-til-diameter-forhold når 4 ganger diameteren, noe som forårsaker vibrasjoner under bearbeiding. Den opprinnelige planen brukte utskiftbare, kvadratiske skulderfresere, noe som resulterte i store skjærevibrasjoner på grunn av det store sideforholdet. Kan ikke behandle normalt. Optimalisert for bruk av endefreser av karbid, stor tilbakeskjæringskapasitet, liten skjærebredde og dynamisk fresemetode. Den dynamiske freseverktøybanesimuleringen er vist i figur 11, og sammenligningsparametrene er vist i tabell 3.
bilde
Figur 11 Dynamisk simulering av freseverktøybane
Tabell 3 Parametersammenligning
bilde
07
Forbedre maskineringseffektiviteten med komposittverktøy
For høyvolumsprodukter brukes vanligvis komposittverktøy for å forbedre produksjonseffektiviteten, slik som fasbor, komposittboreverktøy (se figur 12), etc.
bilde
Figur 12 Sammensatt boreverktøy
Sammensatte verktøy bruker ett verktøy for å behandle flere arbeidstrinn, noe som forbedrer behandlingseffektiviteten og sparer verktøyskiftetiden for flere verktøy. Kompositt skjæreverktøy har også mange mangler. Den største ulempen er at de ikke er universelle. Skjæreverktøyene er kun designet for et bestemt arbeidsstykke og kan ikke brukes universelt med andre arbeidsstykker [3].
08
Konklusjon
Denne artikkelen gir seks måter å optimalisere skjæreverktøy på, som kan gi veiledning for å forbedre produksjonseffektiviteten og redusere kostnadene. Verktøyoptimaliseringsmetoden bør være fleksibel og må gjøres på et praktisk grunnlag. Før optimalisering er det nødvendig å analysere flaskehalsprosessen, optimalisere verktøyet på en målrettet måte, og forstå nøkkelpunktene for å løse problemet i henhold til de spesifikke produksjonsforholdene.
