На основі багаторічного досвіду практичного налагодження на місці, починаючи з принципів різання металевих інструментів у поєднанні з такими факторами, як матеріал інструменту, параметри різання, кромка стирання, передній кут, метод обробки та композитний інструмент, представлено шість методів оптимізації. скорочення витрат. Мета підвищення ефективності виробництва.
01
Передмова
Швидкий розвиток обробної промисловості моєї країни створив величезні економічні вигоди для нашої країни і навіть світу. Оскільки ринкова конкуренція стає все більш жорсткою, скорочення витрат і підвищення ефективності стали проблемами, з якими має стикатися кожне підприємство. Для ефективного зниження витрат і підвищення ефективності необхідно проаналізувати склад виробничих витрат. Виробнича собівартість складається з трьох частин: прямих матеріалів, прямих витрат на оплату праці та виробничих накладних витрат. Під прямими матеріалами розуміються предмети праці в процесі виробництва, які переробляються в напівфабрикати або готову продукцію, і їх споживна вартість згодом стає іншою споживною вартістю. Пряма праця відноситься до людських ресурсів, спожитих у процесі виробництва, які можуть бути розраховані за заробітною платою, соціальними витратами тощо. Виробничі витрати стосуються таких об’єктів, як заводи, машини, транспортні засоби та обладнання, матеріали та допоміжні матеріали, що використовуються в процесі виробництва. Частина їх споживання включається в собівартість за рахунок амортизації, а інша — за рахунок утримання, постійних витрат, машиноматеріалоємності та допоміжних матеріалів до собівартості. У цій статті оптимізовано кілька методів використання інструменту для зменшення витрат на використання інструменту та підвищення ефективності обробки, завдяки чому досягається ефект економії витрат на використання інструменту.
02
Змініть матеріал інструменту, щоб підвищити ефективність обробки
Зазвичай використовувані інструментальні матеріали включають наступне: швидкорізальна сталь, твердий сплав, кераміка, CBN і PCD. CBN і PCD мають вищу твердість, найвищу зносостійкість, а їхні матеріали відносно крихкі. Швидкорізальна сталь має найкращу міцність, але її твердість дуже низька, а зносостійкість низька.
Швидкорізальна сталь — це високовуглецева легована сталь. Основними елементами сплаву є вольфрам, хром, молібден, кобальт, ванадій та алюміній тощо, і містить велику кількість карбідів. Ріжучі інструменти зі швидкорізальної сталі мають високу в'язкість і відносно низьку твердість. Переваги в тому, що вони дешеві, мають високу пластичність, здатні обробляти практично всі матеріали. Вони були основними матеріалами, використовуваними для ранніх ріжучих інструментів. Недоліки полягають у тому, що вони пред'являють підвищені вимоги до операторів і потребують ручної праці. Загострення та швидкість різання, яку можуть витримати матеріали зі швидкорізальної сталі, дуже низькі. Наприклад, матеріал заготовки — сталь 45, твердість — 250HBW, швидкість різання — 30~60 м/хв, а ефективність різання низька.
В даний час найбільш часто використовуваним інструментальним матеріалом є твердий сплав з покриттям. Твердість і термостійкість твердосплавних інструментів з покриттям кращі, ніж у інструментів зі швидкорізальної сталі. Він може витримувати вищі швидкості різання, зі швидкістю різання в діапазоні від 100 до 300 м/хв[1].
Беручи зовнішнє коло токарних сталевих деталей як приклад, якщо твердосплавні токарні інструменти використовуються для заміни швидкорізальних сталевих токарних інструментів, швидкість різання можна збільшити з 50 м/хв до 180 м/хв, а ефективність підвищується більш ніж 3 рази, а твердосплавні інструменти також мають вищі ріжучі інструменти. життя. Твердосплавні токарні інструменти зі змінними лезами не потребують заточування, досить замінити лезо, і оператору не потрібно мати навичок заточування.
Крім швидкорізальної сталі і твердосплавних ріжучих інструментів, є також кераміка, CBN і PCD. Ці три матеріали мають вищі швидкості різання - понад 1000 м/хв, але діапазон їх застосування обмежений. Кераміка та CBN зазвичай використовуються для обробки чавунних заготовок і сталевих заготовок з високою твердістю понад 50HRC. PCD зазвичай використовується для обробки алюмінію, пластику, дерева та карбіду, але не може обробляти чавунні деталі [2].
Взявши як приклад фрези з алюмінієвого сплаву, швидкість різання фрез з високошвидкісної сталі становить 120~300 м/хв. Рекомендована швидкість різання твердосплавних фрез HP615 торгової марки Mapal становить 700 м/хв, можна використовувати фрези з матеріалу PCD. Швидкість різання становить 1500 ~ 2000 м/хв.
03
Вплив параметрів різання на довговічність інструменту та ефективність виробництва
Щоб підвищити ефективність обробки та довговічність інструменту, необхідно визначити, чи є параметри різання прийнятними, і проаналізувати вплив кожного параметра різання на термін служби та ефективність інструменту. Параметри різання включають швидкість різання (лінійну швидкість), швидкість подачі та величину зворотного різання, також відомі як три ріжучі елементи.
3.1 Швидкість різання vc
Співвідношення між швидкістю різання vc і швидкістю шпинделя становить vc=πDn/1000, де D — ефективний діаметр інструмента/заготовки (одиниця: мм), а n — швидкість верстата (одиниця: об/хв.) ). Коли швидкість різання надто висока, боковий знос збільшується, а якість поверхні заготовки погіршується. Коли швидкість різання надзвичайно висока, пластина також зазнає пластичної деформації. Крива впливу швидкості різання на довговічність інструменту показана на малюнку 1.
картина
Рисунок 1 Крива впливу швидкості різання на довговічність інструменту
3.2 Швидкість подачі vf
Формула розрахунку швидкості подачі: vf=fZZnn, fZ – подача інструменту (одиниця – мм/з), Zn – кількість ефективних різальних кромок (одиниця – одиниця), n – швидкість інструменту (одиниця становить об/хв). Якщо швидкість подачі занадто висока, стружка буде неконтрольованою, а якість обробленої поверхні погіршиться. Сила різання висока, і стружка вдарятиметься по інструменту або обробленій поверхні. Крива впливу швидкості подачі на довговічність інструменту показана на малюнку 2.
картина
Рисунок 2 Крива впливу швидкості подачі на довговічність інструменту
3.3 Розмір заднього ножа ап
Обсяг зворотного різання відноситься до різниці між нерозрізаною поверхнею та поверхнею зрізу. Крива впливу величини зворотного різання на довговічність інструменту показана на малюнку 3.
картина
Рисунок 3 Крива впливу кількості зворотного різання на довговічність інструменту
Серед трьох факторів різання швидкість різання, швидкість подачі та величина зворотного зачеплення впливають на термін служби інструменту. Вплив величини зворотного різання є найменшим, швидкість подачі має більший вплив, ніж величина зворотного різання, а швидкість різання має найбільший вплив на термін служби леза.
Щоб отримати найвищий термін служби інструменту, напрямок оптимізації параметрів: максимізація зворотного зачеплення для зменшення кількості проходів інструменту; максимізувати швидкість подачі, щоб скоротити час різання; зменшіть швидкість різання, щоб отримати найкращий термін служби інструменту.
Щоб підвищити ефективність чорнової обробки, ви можете почати з оптимізації кількості зворотного різання. Якщо є багато шляхів руху інструменту, збільште кількість зворотного різання та зменшіть шлях інструменту, або збільште кількість зворотного різання, зменшіть швидкість різання та покращте термін служби інструменту. , збільшити швидкість подачі та забезпечити ефективність обробки.
3.4 Приклади застосування
Фланець, виготовлений на заводі з обробки автомобільних деталей, показаний на малюнку 4. Існуюче рішення для обробки неефективне, і різні параметри різання необхідно оптимізувати, щоб покращити термін служби інструменту та ефективність виробництва.
картина
Малюнок 4 Фланець
Оптимізуйте план обробки, збільшивши кількість зворотного різання, зменшивши траєкторію інструменту та зменшивши швидкість різання. До оптимізації траєкторії інструментів були численними та хаотичними, але після оптимізації траєкторії інструментів були чіткими, як показано на малюнках 5 і 6. Параметри до та після оптимізації наведено в таблиці 1. Після оптимізації термін служби інструменту збільшився від 15 частин до 31 частини.
картина
Рисунок 5 Оптимізація траєкторії переднього інструменту
картина
Рисунок 6 Оптимізована траєкторія інструменту
Таблиця 1 Параметри до і після оптимізації
картина
Фактором, який вимірює ефективність різання леза, є швидкість різання. Система ЧПК зчитує швидкість шпинделя. Багато програмістів враховують лише швидкість під час розробки програм і ігнорують фактор діаметра. Однак у реальній механічній обробці фактор діаметра також має більший вплив. Взявши для прикладу токарну роботу, коли діаметр заготовки D становить 50 мм, а швидкість верстата n становить 1000 об/хв, лінійна швидкість vc=157м/хв. Коли діаметр заготовки D становить 100 мм, а швидкість верстата n становить 1000 об/хв, лінійна швидкість vc=314м/хв.
Відповідно до зразка інструменту, швидкість різання 314 м/хв є дуже високою, близькою до межі, яку може витримати твердосплавний диск. Висока швидкість різання може прискорити процес зносу інструменту та скоротити термін служби інструменту.
Звідси видно, що для однакової швидкості верстата, різних діаметрів заготовки та швидкостей різання інструменту, коли термін служби інструменту занадто низький, ви можете перевірити, чи це викликано занадто високою швидкістю різання.
04
Вплив стиральної кромки на ефективність різання
Щітка склоочисника має кут нахилу, що складається з 3-9 дуг з різними радіусами, і радіус дуги може досягати більше 900 мм. Взаємозв’язок між наконечником наконечника, кількістю подачі та якістю поверхні є
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (протираючий край)=Rmax/² (2)
У формулі fn — кількість подачі (мм/об); r - радіус скруглення вершини інструменту (мм); Rmax — різниця у висоті між піком і спадом поверхні різання (мм).
Цей спосіб підходить для чистового точіння або розточування. Сам інструмент склоочисника не має функції швидкої подачі. Проте, згідно з попередньою формулою, можна зробити висновок, що характеристики стирального інструменту такі: коли параметри обробки однакові, якість поверхні стирального інструменту може бути збільшена в 1 раз; при незмінній якості поверхні швидкість подачі склоочисника можна збільшити в 1 раз. .
Якщо потрібна така ж якість поверхні, можна використовувати більш високі швидкості подачі при використанні стиральних інструментів.
Беручи обробку торця вихідної оболонки як приклад підвищення ефективності, матеріал заготовки QT500, а значення шорсткості поверхні Ra потрібне менше або дорівнює 1,6 мкм. Щоб збільшити час циклу, використовували щітку склоочисника. За умови відповідності тим самим вимогам до шорсткості поверхні швидкість подачі була збільшена з 0,36 мм/об до 0,5 мм/об. Виміряне значення шорсткості поверхні Ra=1.33 мкм, а термін служби леза був таким самим. Різні параметри обробки з використанням звичайних токарних та стиральних пластин наведено в таблиці 2. Торець вихідної оболонки після оптимізації показаний на малюнку 7.
Таблиця 2 Різноманітні параметри обробки звичайних токарних та стиральних пластин
картина
картина
Малюнок 7 Оптимізований вихідний торець оболонки
05
Вплив головного кута відхилення на ефективність різання
Подача на зуб згадувалась у попередньому короткому вступі до концепції швидкості подачі. Деякі бренди зразків інструментів рекомендують максимальну товщину стружки як параметр різання замість подачі на зуб. Тому що те, що визначає величину подачі, - це максимальна товщина стружки за шестигранником і передній кут Kr інструмента. Формула перетворення: hex=fzsinKr.
Коли основний кут відхилення становить 90 градусів, fz=hex, максимальна товщина стружки інструмента дорівнює подачі на зуб. Зі зменшенням головного кута відхилення можна збільшити швидкість подачі.
Взявши для прикладу фрезу з квадратним уступом (див. Малюнок 8), кількість зубів ZN фрези з квадратним уступом 90 градусів становить 5 канавок, n=1000об/хв, шестигранник=0.2 мм , fz=0.2mm/z, швидкість подачі верстата vf =0.2×5×1000=1000 (мм/хв).
картина
а) Структурна схема квадратної фрези
картина
б) Фізичні об'єкти
Фігура 8 90 градусів квадратної фрези з плечами
Торцева фреза з переднім кутом 45 градусів (див. Малюнок 9) ZN має 5 канавок, n=1000об/хв, шестигранник=0.2 мм, fz=шестигранник /sin45 градусів {{8} }.282 мм/z, тоді швидкість подачі верстата vf=0.282× 5×1000=1410 (мм/хв).
картина
а) Структурна схема торцевої фрези
картина
б) Фізичні об'єкти
Фігура 9 45 градусів квадратної фрези з плечами
Торцева фреза з переднім кутом 10 градусів (див. Малюнок 10) ZN має 5 кромок, n=1000об/хв, шестигранник=0.2 мм, fz= шестигранник/sin10 градусів {{8} }.156 мм/z, тоді швидкість подачі верстата vf=1.156× 5×1000=5780 (мм/хв).
картина
а) Сигнал
картина
б) Фізичні об'єкти
Фігура 10 10 градусів квадратної фрези з плечами
Підводячи підсумок, можна сказати, що при однаковій швидкості обертання одного і того ж типу леза чим менший головний кут відхилення, тим вище швидкість подачі, яку можна використовувати. Варто відзначити, що 90-градусний квадратний фрезерний фреза в основному несе радіальну силу, а осьова сила наближається до нуля. Оскільки основний кут відхилення зменшується, беручи за приклад фрезу з основним кутом відхилення 10 градусів, вона в основному несе осьову силу. Радіальна сила дуже мала. Чим менший основний кут відхилення, тим більша схильність до вібрації та вище споживана потужність.
06
Вплив методів обробки на ефективність різання
Траєкторія ріжучого інструменту також має великий вплив на ефективність обробки. Наприклад, останнім часом популярним методом динамічного фрезерування є ефективний трохоїдний метод фрезерування з великим об’ємом заднього різання та малою шириною різання. Відмінність від звичайного трохоїдального фрезерування полягає в тому, що процес динамічного фрезерування суворо дотримується шестигранника постійної товщини стружки. Має високу швидкість зняття металу. Оскільки динамічне фрезерування може забезпечити постійну силу різання під час різання інструментом, швидкість обробки є швидкою та стабільною.
Візьмемо фрезерування зовнішнього контуру корпусу клапана як приклад, щоб проілюструвати вплив методів обробки на ефективність різання. Заготовка виготовлена з нержавіючої сталі. Складність полягає в тому, що співвідношення довжини інструменту до діаметра досягає 4-кратного діаметра, що викликає вібрацію під час обробки. Початковий план використовував фрези зі змінними пластинами з квадратними уступами, що призводило до великої вібрації різання через велике співвідношення сторін. Неможливо нормально обробити. Оптимізовано для використання твердосплавних кінцевих фрез, великої потужності зворотного різання, малої ширини різання та динамічного методу фрезерування. Динамічне моделювання траєкторії фрезерного інструменту показано на малюнку 11, а параметри порівняння наведені в таблиці 3.
картина
Рисунок 11 Динамічне моделювання траєкторії фрезерного інструменту
Таблиця 3 Порівняння параметрів
картина
07
Підвищте ефективність обробки за допомогою композитних інструментів
Для продукції великого обсягу для підвищення ефективності виробництва зазвичай використовуються композитні інструменти, наприклад свердла для зняття фасок, композитні розточувальні інструменти (див. рис. 12) тощо.
картина
Малюнок 12 Складний буровий інструмент
Композитні інструменти використовують один інструмент для обробки кількох робочих кроків, що покращує ефективність обробки та економить час зміни інструменту кількох інструментів. Композитні ріжучі інструменти також мають багато недоліків. Найбільшим недоліком є те, що вони не універсальні. Ріжучі інструменти призначені лише для певної заготовки і не можуть використовуватися універсально з іншими заготовками [3].
08
Висновок
У цій статті наведено шість способів оптимізації ріжучих інструментів, які можуть надати рекомендації щодо підвищення ефективності виробництва та зниження витрат. Метод оптимізації інструменту має бути гнучким і його потрібно виконувати на практичній основі. Перед оптимізацією необхідно проаналізувати вузьке місце процесу, цілеспрямовано оптимізувати інструмент і зрозуміти ключові моменти для вирішення проблеми відповідно до конкретних умов виробництва.
