Useiden vuosien käytännön virheenkorjauskokemuksen perusteella, alkaen metallityökalun leikkaamisen periaatteista yhdistettynä sellaisiin tekijöihin kuin työkalun materiaali, leikkausparametrit, pyyhkimen reuna, etenemiskulma, käsittelymenetelmä ja komposiittityökalu, esitellään kuusi optimointimenetelmää. vähentää kustannuksia. Tarkoituksena on parantaa tuotannon tehokkuutta.
01
Esipuhe
Kotimaani valmistavan teollisuuden nopea kehitys on tuonut valtavia taloudellisia etuja maallemme ja jopa maailmalle. Kilpailun kiristyessä markkinoilla kustannusten vähentäminen ja tehokkuuden parantaminen ovat tulleet kysymyksiksi, jotka jokaisen yrityksen on kohdattava. Kustannusten vähentämiseksi ja tehokkuuden lisäämiseksi on tarpeen analysoida tuotantokustannusten koostumusta. Tuotantokustannukset koostuvat kolmesta osasta: suorat materiaalit, suora työvoima ja valmistuksen yleiskustannukset. Suoralla materiaalilla tarkoitetaan tuotantoprosessissa olevia työesineitä, jotka jalostetaan puolivalmisteiksi tai valmiiksi tuotteiksi ja niiden käyttöarvosta tulee myöhemmin toinen käyttöarvo. Suoralla työvoimalla tarkoitetaan tuotantoprosessissa kulutettua henkilöresurssia, joka voidaan laskea palkkojen, hyvinvointikulujen jne. perusteella. Valmistusmenoilla tarkoitetaan tiloja, kuten tehtaita, koneita, ajoneuvoja ja laitteita, tuotantoprosessissa käytettyjä materiaaleja ja apumateriaaleja. Osa niiden kulutuksesta sisällytetään kustannuksiin poistojen kautta ja osa ylläpidon kautta, kiinteät kulut, konemateriaalin kulutus ja apumateriaalien kulutus sisältyvät kuluihin. Tässä artikkelissa optimoidaan useita työkalun käyttömenetelmiä työkalujen kulutuskustannusten vähentämiseksi ja prosessoinnin tehokkuuden parantamiseksi, mikä säästää työstökoneen käyttökustannuksia.
02
Muuta työkalun materiaalia parantaaksesi käsittelytehoa
Yleisesti käytettyjä työkalumateriaaleja ovat: pikateräs, kovametalli, keramiikka, CBN ja PCD. CBN:llä ja PCD:llä on korkeampi kovuus, korkein kulutuskestävyys ja niiden materiaalit ovat suhteellisen hauraita. Pikateräksellä on paras sitkeys, mutta sen kovuus on erittäin alhainen ja kulutuskestävyys huono.
Pikateräs on korkeahiiliseosterästä. Tärkeimmät seoselementit ovat volframi, kromi, molybdeeni, koboltti, vanadiini ja alumiini jne., ja ne sisältävät suuren määrän karbideja. Nopeilla teräsleikkaustyökaluilla on korkea sitkeys ja suhteellisen alhainen kovuus. Etuna on se, että ne ovat halpoja, niillä on korkea plastisuus ja ne voivat käsitellä melkein kaikkia materiaaleja. Ne olivat tärkeimmät materiaalit, joita käytettiin varhaisissa leikkaustyökaluissa. Haittapuolena on, että ne vaativat korkeampia vaatimuksia käyttäjiltä ja vaativat käsityötä. Teroitus ja leikkausnopeus, jonka nopeat teräsmateriaalit kestävät, on erittäin alhainen. Esimerkiksi työkappaleen materiaali on 45 terästä, kovuus on 250 HBW, leikkausnopeus on 30 ~ 60 m / min ja leikkausteho on alhainen.
Tällä hetkellä yleisimmin käytetty työkalumateriaali on päällystetty kovametalli. Pinnoitettujen kovametallityökalujen kovuus ja lämmönkestävyys ovat parempia kuin pikaterästyökalujen. Se kestää suurempia leikkausnopeuksia 100 - 300 m/min [1] välillä.
Esimerkkinä sorvausteräsosien ulkoympyrä, jos kovametallisorvaustyökaluja käytetään korvaamaan nopeat terässorvaustyökalut, leikkausnopeutta voidaan nostaa 50 m/min:stä 180 m/min:iin ja tehokkuutta lisätään yli 3 kertaa, ja kovametallityökaluissa on myös korkeammat leikkaustyökalut. elämää. Vaihdettavilla terällä varustettuja kovametallisorvaustyökaluja ei tarvitse teroittaa, vain terä on vaihdettava, eikä käyttäjällä tarvitse olla teroitustaitoja.
Pikateräs- ja kovametallileikkaustyökalujen lisäksi tarjolla on myös keramiikkaa, CBN:tä ja PCD:tä. Näillä kolmella materiaalilla on suurempi leikkausnopeus - yli 1000 m/min, mutta niiden käyttöalue on rajallinen. Keramiikkaa ja CBN:ää käytetään yleensä valurautatyökappaleiden ja terästyökappaleiden käsittelyyn, joiden kovuus on yli 50 HRC. PCD:tä käytetään yleensä alumiinin, muovin, puun ja kovametallin käsittelyyn, mutta sitä ei voida käsitellä valurautaosia [2].
Esimerkkinä alumiiniseoksesta valmistetut jyrsimet, nopean teräksen jyrsimien leikkausnopeus on 120-300 m/min. Mapal-merkkisten kovametallijyrsimien HP615 materiaalin suositeltu leikkausnopeus on 700m/min, kun taas PCD-materiaalista valmistettuja jyrsimiä voidaan käyttää. Leikkausnopeus on 1500-2000m/min.
03
Leikkausparametrien vaikutus työkalun käyttöikään ja tuotannon tehokkuuteen
Työstötehokkuuden ja työkalun käyttöiän parantamiseksi on tarpeen määrittää, ovatko leikkausparametrit kohtuullisia, ja analysoida kunkin lastuamisparametrin vaikutus työkalun käyttöikään ja tehokkuuteen. Leikkausparametreja ovat leikkausnopeus (lineaarinen nopeus), syöttönopeus ja takaisinleikkausmäärä, jotka tunnetaan myös kolmena leikkauselementtinä.
3.1 Leikkausnopeus vc
Leikkausnopeuden vc ja karan nopeuden välinen suhde on vc=πDn/1000, missä D on työkalun/työkappaleen tehollinen halkaisija (yksikkö: mm) ja n on työstökoneen nopeus (yksikkö: r/min ). Kun leikkausnopeus on liian suuri, kyljessä oleva kuluminen lisääntyy ja työkappaleen pinnanlaatu heikkenee. Kun leikkausnopeus on erittäin suuri, terässä tapahtuu myös plastista muodonmuutosta. Leikkausnopeuden vaikutuskäyrä työkalun käyttöikään on esitetty kuvassa 1.
kuva
Kuva 1 Leikkausnopeuden vaikutuskäyrä työkalun käyttöikään
3.2 Syöttönopeus vf
Syöttönopeuden laskentakaava on vf=fZZnn, fZ on työkalun syöttö (yksikkö on mm/z), Zn on tehollisten leikkaussärmien lukumäärä (yksikkö on yksikköä), n on työstökoneen nopeus (yksikkö) on r/min). Jos syöttönopeus on liian suuri, lastut ovat hallitsemattomia ja koneistetun pinnan laatu heikkenee. Leikkausteho on suuri ja lastut iskevät työkaluun tai koneistettuun pintaan. Syöttönopeuden vaikutuskäyrä työkalun käyttöikään on esitetty kuvassa 2.
kuva
Kuva 2 Syöttönopeuden vaikutuskäyrä työkalun käyttöikään
3.3 Takaveitsen määrä ap
Takaleikkausmäärä viittaa leikkaamattoman pinnan ja leikatun pinnan eroon. Takaisinleikkausmäärän vaikutuskäyrä työkalun käyttöikään on esitetty kuvassa 3.
kuva
Kuva 3 Takaisinleikkausmäärän vaikutuskäyrä työkalun käyttöikään
Kolmesta leikkaustekijästä leikkausnopeus, syöttönopeus ja takaisinkytkentämäärä vaikuttavat kaikki työkalun käyttöikään. Takaleikkausmäärän vaikutus on pienin, syöttönopeudella on suurempi vaikutus kuin takaleikkausmäärällä ja leikkausnopeudella on suurin vaikutus terän käyttöikään.
Maksimityökalun käyttöiän saavuttamiseksi optimointiparametrien suunta on: maksimoi takakytkentä vähentääksesi työkalun kulkua; maksimoi syöttönopeus leikkausajan lyhentämiseksi; pienennä leikkausnopeutta saavuttaaksesi parhaan työkalun käyttöiän.
Parantaaksesi rouhintatehoa voit aloittaa optimoimalla takaisinleikkauksen määrän. Jos työkaluratoja on useita, lisää takaisinleikkauksen määrää ja vähennä työkalun rataa tai lisää takaisinleikkauksen määrää, vähennä leikkausnopeutta ja pidennä työkalun käyttöikää. , lisää syöttönopeutta ja varmistaa käsittelyn tehokkuuden.
3.4 Sovellusesimerkkejä
Autonosien valmistustehtaan valmistama laippa on esitetty kuvassa 4. Nykyinen prosessointiratkaisu on tehoton ja erilaisia leikkausparametreja on optimoitava työkalun käyttöiän ja tuotannon tehokkuuden parantamiseksi.
kuva
Kuva 4 Laippa
Optimoi työstösuunnitelma lisäämällä takaisinleikkauksen määrää, vähentämällä työkaluratoja ja vähentämällä leikkausnopeutta. Ennen optimointia työkaluradat olivat paljon ja kaoottisia, mutta optimoinnin jälkeen työkaluradat olivat selkeitä, kuten kuvista 5 ja 6 näkyy. Parametrit ennen optimointia ja sen jälkeen on esitetty taulukossa 1. Optimoinnin jälkeen työkalun käyttöikä on pidentynyt. 15 osasta 31 osaan.
kuva
Kuva 5 Työkalun eturadan optimointi
kuva
Kuva 6 Optimoitu työkalurata
Taulukko 1 Parametrit ennen ja jälkeen optimoinnin
kuva
Terän leikkuutehoa mittaava tekijä on leikkausnopeus. CNC-järjestelmä lukee karan nopeuden. Monet ohjelmoijat ottavat huomioon vain nopeuden ohjelmia suunnitellessaan ja jättävät huomioimatta halkaisijatekijän. Varsinaisessa koneistuksessa halkaisijakertoimella on kuitenkin myös suurempi vaikutus. Esimerkkinä sorvauksesta, kun työkappaleen halkaisija D on 50mm ja työstökoneen nopeus n 1000r/min, lineaarinopeus vc=157m/min. Kun työkappaleen halkaisija D on 100mm ja työstökoneen nopeus n on 1000r/min, lineaarinopeus vc{5}}m/min.
Työkalunäytteen mukaan leikkausnopeus 314 m/min on erittäin korkea, lähellä kovametalliterän kestävyyttä. Suuri leikkausnopeus voi nopeuttaa työkalun kulumisprosessia ja lyhentää työkalun käyttöikää.
Tästä voidaan nähdä, että samalla työstökoneen nopeudella, eri työkappaleiden halkaisijoilla ja työkalun leikkausnopeuksilla, kun työkalun käyttöikä on liian pieni, voidaan tarkistaa, johtuuko se liian suuresta leikkausnopeudesta.
04
Pyyhkijän reunan vaikutus leikkaustehoon
Pyyhkijän sulan kärkikulma koostuu 3–9 kaaresta eri säteillä ja kaaren säde voi olla yli 900 mm. Työkalun kärkiviilan, syöttömäärän ja pinnan laadun välinen suhde on
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (pyyhkimisreuna)=Rmax/² (2)
Kaavassa fn on syöttömäärä (mm/r); r on työkalun kärjen viilun säde (mm); Rmax on leikkuupinnan huipun ja pohjan välinen korkeusero (mm).
Tämä menetelmä soveltuu sorvauksen tai porauksen viimeistelyyn. Pyyhintyökalussa itsessään ei ole pikasyöttötoimintoa. Edellisen kaavan mukaan voidaan kuitenkin päätellä, että pyyhintyökalun ominaisuudet ovat: kun käsittelyparametrit ovat samat, pyyhintyökalun pinnan laatua voidaan parantaa 1 kertaa; kun pinnan laatu on sama, pyyhkimen syöttönopeutta voidaan lisätä 1 kertaa. .
Kun vaaditaan samaa pintalaatua, voidaan käyttää suurempia syöttönopeuksia käytettäessä pyyhkimen työkaluja.
Ottaen lähtökuoren päätypinnan käsittelyn esimerkkinä tehokkuuden parantamisesta, työkappaleen materiaali on QT500 ja pinnan karheusarvo Ra on pienempi tai yhtä suuri kuin 1,6 μm. Jakson ajan pidentämiseksi käytettiin pyyhkimen sulkaa. Olettaen, että samat pinnan karheusvaatimukset täyttyvät, syöttönopeutta nostettiin 0,36 mm/r:stä 0,5 mm/r:iin. Mitattu pinnan karheusarvo Ra=1,33 μm ja terän käyttöikä oli sama. Eri käsittelyparametrit tavallisilla sorvausterillä ja pyyhkimisterillä on esitetty taulukossa 2. Tulostuskuoren päätypinta optimoinnin jälkeen on esitetty kuvassa 7.
Taulukko 2 Tavallisten sorvausterien ja pyyhinterien eri käsittelyparametrit
kuva
kuva
Kuva 7 Optimoitu lähtökuoren päätypinta
05
Pääpoikkeutuskulman vaikutus leikkaustehoon
Syöttö per hammas mainittiin edellisessä lyhyessä johdannossa syöttönopeuden käsitteeseen. Joidenkin merkkien työkalunäytteissä suositellaan leikkausparametriksi lastun maksimipaksuuden kuusiolukua hammaskohtaisen syötön sijaan. Sillä se, mikä määrää syöttömäärän, on lastun maksimipaksuus hex ja työkalun etenemiskulma Kr. Muunnoskaava on hex{0}}fzsinKr.
Kun pääpoikkeutuskulma on 90 astetta, fz=hex, työkalun lastun enimmäispaksuus on sama kuin syöttö hammasta kohti. Kun pääpoikkeutuskulma pienenee, syöttönopeutta voidaan lisätä.
Esimerkkinä neliömäisellä olkapääjyrsimellä (katso kuva 8) on 90 asteen neliömäisellä olkapääjyrsimellä hampaiden lukumäärä ZN 5 uraa, n=1000r/min, kuusio=0,2 mm , fz=0.2mm/z, työstökoneen syöttönopeus vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
kuva
a) Neliömäinen olakejyrsimen rakennekaavio
kuva
b) Fyysiset esineet
Kuva 8 90 asteen neliömäinen olakejyrsin
45 asteen etukulmatasojyrsin (katso kuva 9) ZN:ssä on 5 uraa, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz=hex /sin45 astetta {{8} }.282mm/z, sitten työstökoneen syöttönopeus vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
kuva
a) Tasojyrsimen rakennekaavio
kuva
b) Fyysiset esineet
Kuva 9 45 asteen neliömäinen olakejyrsin
10 asteen etukulmatasojyrsin (katso kuva 10) ZN:llä on 5 reunaa, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz= hex/sin10 astetta {{8} }.156mm/z, sitten työstökoneen syöttönopeus vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
kuva
a) Signaali
kuva
b) Fyysiset esineet
Kuva 10 10 asteen neliömäinen olakejyrsin
Yhteenvetona voidaan todeta, että samantyyppisen terän samalla pyörimisnopeudella mitä pienempi pääpoikkeutuskulma on, sitä suurempaa syöttönopeutta voidaan käyttää. On syytä huomata, että 90 asteen neliömäinen olkajyrsin kantaa pääasiassa säteittäistä voimaa ja aksiaalinen voima lähestyy nollaa. Pääpoikkeutuskulman pienentyessä, 10 asteen pääpoikkeutuskulmajyrsin esimerkkinä, se kantaa pääasiassa aksiaalista voimaa. Radiaalinen voima on hyvin pieni. Mitä pienempi pääpoikkeutuskulma, sitä suurempi on tärinätaipumus ja sitä suurempi on kulutettu teho.
06
Käsittelymenetelmien vaikutus leikkaustehoon
Myös leikkuutyökalun radalla on suuri vaikutus koneistuksen tehokkuuteen. Esimerkiksi viime aikoina suosittu dynaaminen jyrsintämenetelmä on tehokas trokoidinen jyrsintämenetelmä, jolla on suuri takaisinleikkaustilavuus ja pieni leikkausleveys. Ero tavanomaiseen trokoidiseen jyrsintään on se, että dynaaminen jyrsintäprosessi noudattaa tiukasti lastun vakiopaksuuden kuusiokulmaa. Sillä on korkea metallinpoistonopeus. Koska dynaaminen jyrsintä voi varmistaa jatkuvan leikkausvoiman työkalun leikkaamisen aikana, työstönopeus on nopea ja vakaa.
Esimerkkinä venttiilirungon ulkomuodon jyrsintä havainnollistamaan työstömenetelmien vaikutusta leikkaustehoon. Työkappale on valmistettu ruostumattomasta teräksestä. Vaikeus on, että työkalun pituuden ja halkaisijan suhde saavuttaa 4 kertaa halkaisijan, mikä aiheuttaa tärinää käsittelyn aikana. Alkuperäisessä suunnitelmassa käytettiin vaihdettavia nelikulmajyrsimiä, mikä johti suureen leikkausvärähtelyyn suuren sivusuhteen vuoksi. Ei voida käsitellä normaalisti. Optimoitu käyttämään kovametallipäätyjyrsimiä, suurta takaleikkauskapasiteettia, pientä leikkausleveyttä ja dynaamista jyrsintämenetelmää. Dynaaminen jyrsintätyökalun polun simulointi on esitetty kuvassa 11 ja vertailuparametrit taulukossa 3.
kuva
Kuva 11 Dynaaminen jyrsintätyökalun polun simulointi
Taulukko 3 Parametrien vertailu
kuva
07
Paranna koneistuksen tehokkuutta komposiittityökaluilla
Suurten volyymien tuotteissa käytetään yleensä komposiittityökaluja tuotannon tehokkuuden parantamiseksi, kuten viisteporakonetta, komposiittiporaustyökaluja (katso kuva 12) jne.
kuva
Kuva 12 Yhdistelmäporaustyökalu
Komposiittityökalut käyttävät yhtä työkalua useiden työvaiheiden käsittelyyn, mikä parantaa käsittelyn tehokkuutta ja säästää useiden työkalujen vaihtoaikaa. Komposiittileikkaustyökaluissa on myös monia puutteita. Suurin haittapuoli on, että ne eivät ole universaaleja. Leikkuutyökalut on suunniteltu vain tietylle työkappaleelle, eikä niitä voida käyttää yleisesti muiden työkappaleiden kanssa [3].
08
Johtopäätös
Tässä artikkelissa on kuusi tapaa optimoida leikkuutyökalut, jotka voivat antaa ohjeita tuotannon tehokkuuden parantamiseen ja kustannusten alentamiseen. Työkalun optimointimenetelmän tulee olla joustava ja se on tehtävä käytännön pohjalta. Ennen optimointia on tarpeen analysoida pullonkaulaprosessi, optimoida työkalu kohdistetusti ja tarttua avainpisteisiin ongelman ratkaisemiseksi tuotantoolosuhteiden mukaan.
