Baseret på mange års praktisk fejlfindingserfaring på stedet, med udgangspunkt i principperne om skæring af metalværktøj, kombineret med faktorer som værktøjsmateriale, skæreparametre, viskerkant, føringsvinkel, bearbejdningsmetode og kompositværktøj, introduceres seks optimeringsmetoder til reducere omkostningerne. Formålet med at forbedre produktionseffektiviteten.
01
Forord
Den hurtige udvikling af mit lands fremstillingsindustri har skabt enorme økonomiske fordele for vores land og endda verden. Efterhånden som konkurrencen på markedet bliver stadig hårdere, er omkostningsreduktion og effektivitetsforbedringer blevet problemer, som enhver virksomhed må stå over for. For effektivt at reducere omkostningerne og øge effektiviteten er det nødvendigt at analysere sammensætningen af produktionsomkostningerne. Produktionsomkostningerne består af tre dele: direkte materialer, direkte arbejdskraft og produktionsomkostninger. Direkte materialer refererer til arbejdsgenstande i produktionsprocessen, som forarbejdes til halvfabrikata eller færdigvarer, og deres brugsværdi bliver efterfølgende til en anden brugsværdi. Direkte arbejdskraft refererer til de menneskelige ressourcer, der forbruges i produktionsprocessen, som kan beregnes ved løn, velfærdsudgifter osv. Produktionsomkostninger refererer til faciliteter såsom fabrikker, maskiner, køretøjer og udstyr, materialer og hjælpematerialer, der anvendes i produktionsprocessen. En del af deres forbrug indgår i kostprisen gennem afskrivning, og den anden del er via vedligeholdelse, faste udgifter, maskinmaterialeforbrug og hjælpematerialeforbrug indgår i kostprisen. Denne artikel optimerer adskillige metoder til brug af værktøj for at reducere omkostningerne til værktøjsforbrug og forbedre forarbejdningseffektiviteten, og derved opnå effekten af at spare omkostninger til brug af værktøjsmaskiner.
02
Skift værktøjsmateriale for at forbedre forarbejdningseffektiviteten
Almindeligt anvendte værktøjsmaterialer omfatter følgende: højhastighedsstål, hårdmetal, keramik, CBN og PCD. CBN og PCD har højere hårdhed, højeste slidstyrke, og deres materialer er relativt skøre. Højhastighedsstål har den bedste sejhed, men dets hårdhed er meget lav, og dets slidstyrke er dårlig.
Højhastighedsstål er et legeret stål med højt kulstofindhold. De vigtigste legeringselementer er wolfram, krom, molybdæn, kobolt, vanadium og aluminium osv., og indeholder en stor mængde karbider. Højhastighedsstålskæreværktøj har høj sejhed og relativt lav hårdhed. Fordelene er, at de er billige, har høj plasticitet og kan behandle næsten alle materialer. De var de vigtigste materialer, der blev brugt i tidlige skæreværktøjer. Ulemperne er, at de kræver højere krav til operatører og kræver manuelt arbejde. Slibning og skærehastigheden, som højhastighedsstålmaterialer kan modstå, er meget lav. For eksempel er emnematerialet 45 stål, hårdheden er 250HBW, skærehastigheden er 30~60m/min, og skæreeffektiviteten er lav.
På nuværende tidspunkt er det mest almindeligt anvendte værktøjsmateriale belagt hårdmetal. Hårdheden og varmebestandigheden af coatede hårdmetalværktøjer er bedre end højhastighedsstålværktøjer. Den kan modstå højere skærehastigheder, med skærehastigheder fra 100 til 300 m/min[1].
Tager man den ydre cirkel af drejningsstål som et eksempel, kan skærehastigheden øges fra 50m/min til 180m/min, hvis hårdmetaldrejeværktøj bruges til at erstatte højhastighedsståldrejeværktøj, og effektiviteten øges med mere end 3 gange, og hårdmetalværktøjer har også højere skærende værktøjer. liv. Hårdmetaldrejeværktøj med udskiftelige klinger behøver ikke at blive slibet, bare udskift klingen, og operatøren behøver ikke at have slibefærdigheder.
Udover højhastighedsstål- og hårdmetalskæreværktøj er der også keramik, CBN og PCD. Disse tre materialer har højere skærehastigheder - mere end 1000m/min, men deres anvendelsesområde er begrænset. Keramik og CBN bruges normalt til at behandle emner af støbejern og stålemner med høj hårdhed over 50HRC. PCD bruges normalt til at behandle aluminium, plast, træ og hårdmetal, men kan ikke behandle støbejernsdele [2].
Tager man aluminiumslegeringsfræsere som et eksempel, er skærehastigheden for højhastighedsstålfræsere 120 ~ 300 m/min. Den anbefalede skærehastighed for Mapal-mærket hårdmetalfræsere HP615-materiale er 700m/min, mens fræsere fremstillet af PCD-materiale kan bruges. Skærehastigheden er 1500 ~ 2000m/min.
03
Effekt af skæreparametre på værktøjslevetid og produktionseffektivitet
For at forbedre bearbejdningseffektiviteten og værktøjslevetiden er det nødvendigt at bestemme, om skæreparametrene er rimelige, og analysere virkningen af hver skæreparameter på værktøjets levetid og effektivitet. Skæreparametre omfatter skærehastighed (lineær hastighed), fremføringshastighed og tilbageskæringsmængde, også kendt som de tre skæreelementer.
3.1 Skærehastighed vc
Forholdet mellem skærehastigheden vc og spindelhastigheden er vc=πDn/1000, hvor D er den effektive diameter af værktøjet/emnet (enhed: mm), og n er værktøjsmaskinens hastighed (enhed: r/min. ). Når skærehastigheden er for høj, vil flankesliddet øges, og arbejdsemnets overfladekvalitet forringes. Når skærehastigheden er ekstrem høj, vil skæret også gennemgå plastisk deformation. Påvirkningskurven for skærehastigheden på værktøjets levetid er vist i figur 1.
billede
Figur 1 Effektkurve for skærehastighed på værktøjets levetid
3.2 Fremføringshastighed vf
Beregningsformlen for fremføringshastighed er vf=fZZnn, fZ er værktøjsfremføringen (enheden er mm/z), Zn er antallet af effektive skærekanter (enheden er enheder), n er værktøjsmaskinens hastighed (enhed er r/min). Hvis fremføringshastigheden er for høj, vil spånerne være ukontrollerede, og kvaliteten af den bearbejdede overflade forringes. Skærekraften er høj, og spånerne vil påvirke værktøjet eller den bearbejdede overflade. Indflydelseskurven for fremføringshastigheden på værktøjets levetid er vist i figur 2.
billede
Figur 2 Effektkurve for fremføringshastighed på værktøjets levetid
3.3 Mængden af rygkniv ca
Tilbageskæringsmængden refererer til forskellen mellem den uklippede overflade og den skårne overflade. Påvirkningskurven for tilbageskæringsmængden på værktøjets levetid er vist i figur 3.
billede
Figur 3 Indflydelseskurven for tilbageskæringsmængden på værktøjets levetid
Blandt de tre skærefaktorer har skærehastighed, fremføringshastighed og tilbagekoblingsmængde alle indflydelse på værktøjets levetid. Indvirkningen af tilbageskæringsmængden er den mindste, fremføringshastigheden har en større indvirkning end tilbageskæringsmængden, og skærehastigheden har den største indflydelse på bladets levetid.
For at opnå den højeste værktøjslevetid er retningen af optimeringsparametrene: maksimer tilbagegrebet for at reducere antallet af værktøjspassager; maksimer tilspændingshastigheden for at forkorte skæretiden; reducere skærehastigheden for at opnå den bedste værktøjslevetid.
For at forbedre skrubbearbejdningseffektiviteten kan du starte med at optimere mængden af tilbageskæring. Hvis der er mange værktøjsbaner, skal du øge mængden af tilbageskæring og reducere værktøjsbanen, eller øge mængden af tilbageskæring, reducere skærehastigheden og forbedre værktøjets levetid. , øge tilførselshastigheden og sikre forarbejdningseffektivitet.
3.4 Anvendelseseksempler
Flangen produceret af en fabrik til fremstilling af autodele er vist i figur 4. Den eksisterende behandlingsløsning er ineffektiv, og forskellige skæreparametre skal optimeres for at forbedre værktøjets levetid og produktionseffektivitet.
billede
Figur 4 Flange
Optimer forarbejdningsplanen ved at øge mængden af tilbageskæring, reducere værktøjsbaner og reducere skærehastigheden. Før optimering var værktøjsbanerne mange og kaotiske, men efter optimering var værktøjsbanerne klare, som vist på figur 5 og 6. Parametrene før og efter optimering er vist i tabel 1. Efter optimering er værktøjets levetid øget fra 15 dele til 31 dele.
billede
Figur 5 Optimering af den forreste værktøjsbane
billede
Figur 6 Optimeret værktøjsbane
Tabel 1 Parametre før og efter optimering
billede
Den faktor, der måler klingens skæreydelse, er skærehastigheden. CNC-systemet aflæser spindelhastigheden. Mange programmører overvejer kun hastigheden, når de designer programmer og ignorerer diameterfaktoren. Ved egentlig bearbejdning har diameterfaktoren dog også større indflydelse. Hvis man tager drejning som et eksempel, når emnets diameter D er 50 mm, og værktøjsmaskinens hastighed n er 1000r/min, vil den lineære hastighed vc=157m/min. Når emnets diameter D er 100 mm, og værktøjsmaskinens hastighed n er 1000r/min, vil den lineære hastighed vc=314m/min.
Ifølge værktøjsprøven er skærehastigheden på 314m/min meget høj, tæt på grænsen, som hårdmetalbladet kan modstå. Høj skærehastighed kan fremskynde værktøjets slidproces og reducere værktøjets levetid.
Det ses heraf, at man for den samme værktøjsmaskinehastighed, forskellige emnediametre og værktøjskærehastigheder, når værktøjets levetid er for lav, kan kontrollere, om det skyldes, at skærehastigheden er for høj.
04
Viskerkantens indflydelse på skæreeffektiviteten
Viskerbladet har en spidsvinkel sammensat af 3 til 9 buer med forskellige radier, og bueradius kan nå mere end 900 mm. Forholdet mellem værktøjsspidsfilet, fodermængde og overfladekvalitet er
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (aftørringskant)=Rmax/² (2)
I formlen er fn tilførselsmængden (mm/r); r er værktøjsspidsens radius (mm); Rmax er højdeforskellen mellem spidsen og bunden af skærefladen (mm).
Denne metode er velegnet til færdigdrejning eller boring. Selve viskerværktøjet har ikke en hurtig fremføringsfunktion. I henhold til den foregående formel kan det imidlertid udledes, at viskerværktøjets egenskaber er: når behandlingsparametrene er de samme, kan overfladekvaliteten af viskerværktøjet øges med 1 gange; når overfladekvaliteten er den samme, kan viskerværktøjets fremføringshastighed øges 1 gang. .
Når den samme overfladekvalitet er påkrævet, kan højere fremføringshastigheder anvendes ved brug af viskerværktøj.
Tager man behandlingen af endefladen af outputskallen som et eksempel på effektivitetsforbedringer, er emnematerialet QT500 og overfladeruhedsværdien Ra Mindre end eller lig med 1,6μm er påkrævet. For at forbedre cyklustiden blev der brugt et viskerblad. Ud fra den forudsætning, at de samme krav til overfladeruhed blev opfyldt, blev fremføringshastigheden øget fra 0,36 mm/r til 0,5 mm/r. Den målte overfladeruhedsværdi Ra=1.33μm, og bladets levetid var den samme. De forskellige bearbejdningsparametre ved brug af almindelige drejeskær og viskerindsatser er vist i tabel 2. Endefladen af udgangsskallen efter optimering er vist i figur 7.
Tabel 2 Forskellige bearbejdningsparametre for almindelige drejeskær og visker-skær
billede
billede
Figur 7 Optimeret udgangsskals endeflade
05
Virkning af hovedafbøjningsvinklen på skæreeffektiviteten
Foderet pr. tand blev nævnt i den tidligere korte introduktion til begrebet fodringshastighed. Nogle mærker af værktøjsprøver anbefaler den maksimale spåntykkelse hex som skæreparameter i stedet for tilspænding pr. tand. For det, der bestemmer fremføringsmængden, er den maksimale spåntykkelse hex og den forreste vinkel Kr på værktøjet. Konverteringsformlen er hex=fzsinKr.
Når hovedafbøjningsvinklen er 90 grader , fz=hex, er den maksimale spåntykkelse på værktøjet den samme som fremføringen pr. tand. Efterhånden som hovedafbøjningsvinklen falder, kan fremføringshastigheden øges.
Tager vi den firkantede skulderfræser (se figur 8) som et eksempel, er antallet af tænder ZN på den 90 graders firkantede skulderfræser 5 riller, n=1000r/min, hex=0.2mm , fz=0.2mm/z, værktøjsmaskinens fremføringshastighed vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
billede
a) Strukturdiagram for kvadratisk skulderfræser
billede
b) Fysiske genstande
Figur 8 90 graders kvadratisk skulderfræser
45 graders frontfræser (se figur 9) ZN har 5 riller, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz=hex /sin45 grader {{8} }.282 mm/z, derefter værktøjsmaskinens fremføringshastighed vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
billede
a) Strukturdiagram af planfræser
billede
b) Fysiske genstande
Figur 9 45 graders kvadratisk skulderfræser
10 graders frontfræser (se figur 10) ZN har 5 kanter, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz= hex/sin10 grader {{8} }.156 mm/z, derefter værktøjsmaskinens fremføringshastighed vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
billede
a) Signal
billede
b) Fysiske genstande
Figur 10 10 graders kvadratisk skulderfræser
For at opsummere, ved samme rotationshastighed af samme type vinge, jo mindre hovedafbøjningsvinklen er, jo højere fremføringshastighed kan bruges. Det er værd at bemærke, at 90 graders firkantfræser hovedsageligt bærer radial kraft, og den aksiale kraft nærmer sig nul. Efterhånden som hovedafbøjningsvinklen falder, tager den 10 graders hovedafbøjningsvinkelfræseren som eksempel, bærer den hovedsageligt aksial kraft. Den radiale kraft er meget lille. Jo mindre hovedafbøjningsvinklen er, jo større er vibrationstendensen og desto højere strømforbrug.
06
Forarbejdningsmetodernes indflydelse på skæreeffektiviteten
Skæreværktøjsbanen har også stor indflydelse på bearbejdningseffektiviteten. For eksempel er en nylig populær dynamisk fræsemetode en effektiv trochoidal fræsemetode med et stort tilbageskæringsvolumen og en lille skærebredde. Forskellen fra konventionel trochoidal fræsning er, at den dynamiske fræseproces nøje overholder den konstante spåntykkelse hex. Har høj metalfjernelseshastighed. Da dynamisk fræsning kan sikre konstant skærekraft under værktøjsskæring, er bearbejdningshastigheden hurtig og stabil.
Tag fræsning af den ydre kontur af ventillegemet som et eksempel for at illustrere virkningen af forarbejdningsmetoder på skæreeffektiviteten. Emnet er lavet af rustfrit stål. Vanskeligheden er, at værktøjets længde-til-diameter-forhold når 4 gange diameteren, hvilket forårsager vibrationer under bearbejdningen. Den oprindelige plan brugte udskiftelige skærehjulsfræsere, hvilket resulterede i store skærevibrationer på grund af det store billedformat. Kan ikke behandle normalt. Optimeret til at bruge hårdmetal pindfræsere, stor tilbageskærekapacitet, lille skærebredde og dynamisk fræsemetode. Den dynamiske fræseværktøjsbanesimulering er vist i figur 11, og sammenligningsparametrene er vist i tabel 3.
billede
Figur 11 Dynamisk simulering af fræseværktøjsbane
Tabel 3 Parametersammenligning
billede
07
Forbedre bearbejdningseffektiviteten med kompositværktøjer
Til højvolumenprodukter bruges kompositværktøjer normalt til at forbedre produktionseffektiviteten, såsom affasningsbor, kompositboreværktøjer (se figur 12) osv.
billede
Figur 12 Sammensat boreværktøj
Sammensatte værktøjer bruger ét værktøj til at behandle flere arbejdstrin, hvilket forbedrer behandlingseffektiviteten og sparer værktøjsskiftetiden for flere værktøjer. Komposit skæreværktøj har også mange mangler. Den største ulempe er, at de ikke er universelle. Skæreværktøjerne er kun beregnet til et bestemt emne og kan ikke anvendes universelt med andre emner [3].
08
Konklusion
Denne artikel giver seks måder at optimere skærende værktøjer på, som kan give vejledning til at forbedre produktionseffektiviteten og reducere omkostningerne. Værktøjsoptimeringsmetoden bør være fleksibel og skal udføres på et praktisk grundlag. Inden optimering er det nødvendigt at analysere flaskehalsprocessen, optimere værktøjet på en målrettet måde og få fat i nøglepunkterne for at løse problemet i henhold til de specifikke produktionsforhold.
