Na podlagi dolgoletnih praktičnih izkušenj z odpravljanjem napak na kraju samem, začenši s principi rezanja kovinskih orodij, v kombinaciji z dejavniki, kot so material orodja, rezalni parametri, rob brisalca, vodilni kot, metoda obdelave in sestavljeno orodje, je predstavljenih šest optimizacijskih metod znižanje stroškov. Namen izboljšanja učinkovitosti proizvodnje.
01
Predgovor
Hiter razvoj predelovalne industrije moje države je ustvaril velike gospodarske koristi za našo državo in celo svet. Ker postaja tržna konkurenca vse hujša, sta zmanjševanje stroškov in izboljšanje učinkovitosti postala problem, s katerim se mora soočiti vsako podjetje. Za učinkovito znižanje stroškov in povečanje učinkovitosti je potrebno analizirati sestavo proizvodnih stroškov. Stroški proizvodnje so sestavljeni iz treh delov: neposrednega materiala, neposrednega dela in režijskih proizvodnih stroškov. Neposredni materiali so predmeti dela v proizvodnem procesu, ki se predelajo v polizdelke ali končne izdelke, njihova uporabna vrednost pa nato postane druga uporabna vrednost. Neposredno delo se nanaša na človeške vire, porabljene v proizvodnem procesu, ki jih je mogoče izračunati s plačami, socialnimi stroški itd. Proizvodni stroški se nanašajo na objekte, kot so tovarne, stroji, vozila in oprema, materiali in pomožni materiali, uporabljeni v proizvodnem procesu. Del njihove porabe je vključen v nabavno vrednost z amortizacijo, drugi del pa z vzdrževanjem, v nabavno vrednost so vključeni stalni stroški, poraba strojnega materiala in poraba pomožnega materiala. Ta članek optimizira več metod uporabe orodja za zmanjšanje stroškov porabe orodja in izboljšanje učinkovitosti obdelave, s čimer se doseže učinek prihranka pri stroških uporabe strojnega orodja.
02
Za izboljšanje učinkovitosti obdelave spremenite material orodja
Običajno uporabljeni orodni materiali vključujejo naslednje: hitrorezno jeklo, karbid, keramiko, CBN in PCD. CBN in PCD imata višjo trdoto, najvišjo odpornost proti obrabi, njuni materiali pa so relativno krhki. Hitrorezno jeklo ima najboljšo žilavost, vendar je njegova trdota zelo nizka in odpornost proti obrabi je slaba.
Hitrorezno jeklo je visokoogljično legirano jeklo. Glavni elementi zlitine so volfram, krom, molibden, kobalt, vanadij in aluminij itd., Vsebuje pa veliko količino karbidov. Rezalna orodja za hitrorezno jeklo imajo visoko žilavost in relativno nizko trdoto. Prednosti so, da so poceni, imajo visoko plastičnost in lahko obdelujejo skoraj vse materiale. Bili so glavni materiali, uporabljeni v zgodnjih rezalnih orodjih. Slabosti so, da zahtevajo višje zahteve za operaterje in zahtevajo ročno delo. Ostrenje in hitrost rezanja, ki ju zdržijo materiali iz hitroreznega jekla, sta zelo nizki. Na primer, material obdelovanca je jeklo 45, trdota je 250HBW, hitrost rezanja je 30~60m/min, učinkovitost rezanja pa je nizka.
Trenutno je najpogosteje uporabljen material za orodje prevlečen karbid. Trdota in toplotna odpornost prevlečenih karbidnih orodij sta boljši kot pri orodjih iz hitroreznega jekla. Prenese lahko višje rezalne hitrosti, s hitrostmi rezanja od 100 do 300 m/min[1].
Če za primer vzamemo zunanji krog struženja jeklenih delov, če se orodja za struženje iz karbidne trdine uporabljajo za zamenjavo orodij za struženje hitroreznega jekla, se lahko rezalna hitrost poveča s 50 m/min na 180 m/min, učinkovitost pa se poveča za več kot 3-krat, orodja iz karbidne trdine pa imajo tudi višja rezalna orodja. življenje. Orodja za struženje iz karbidne trdine z zamenljivimi rezili ni treba brusiti, samo zamenjajte rezilo, operaterju pa ni treba imeti veščin ostrenja.
Poleg rezalnih orodij za hitrorezno jeklo in karbidno trdino so tu še keramika, CBN in PCD. Ti trije materiali imajo višje rezalne hitrosti - več kot 1000 m/min, vendar je njihov obseg uporabe omejen. Keramika in CBN se običajno uporabljata za obdelavo obdelovancev iz litega železa in jeklenih obdelovancev z visoko trdoto nad 50HRC. PCD se običajno uporablja za obdelavo aluminija, plastike, lesa in karbida, ne more pa obdelati delov iz litega železa [2].
Če za primer vzamemo rezkala iz aluminijeve zlitine, je rezalna hitrost rezkarjev za hitrorezno jeklo 120 ~ 300 m/min. Priporočena hitrost rezanja karbidnih rezkarjev HP615 znamke Mapal je 700m/min, lahko pa se uporabljajo rezkarji iz PCD materiala. Hitrost rezanja je 1500 ~ 2000 m/min.
03
Vpliv rezalnih parametrov na življenjsko dobo orodja in učinkovitost proizvodnje
Da bi izboljšali učinkovitost obdelave in življenjsko dobo orodja, je treba ugotoviti, ali so rezalni parametri razumni, in analizirati vpliv vsakega rezalnega parametra na življenjsko dobo in učinkovitost orodja. Parametri rezanja vključujejo hitrost rezanja (linearna hitrost), hitrost podajanja in količino rezanja nazaj, znane tudi kot trije rezalni elementi.
3.1 Rezalna hitrost vc
Razmerje med rezalno hitrostjo vc in hitrostjo vretena je vc=πDn/1000, kjer je D efektivni premer orodja/obdelovanca (enota: mm), n pa hitrost strojnega orodja (enota: r/min ). Ko je hitrost rezanja previsoka, se obraba bokov poveča in kakovost površine obdelovanca se poslabša. Ko je hitrost rezanja izjemno visoka, bo ploščica podvržena tudi plastični deformaciji. Krivulja vpliva rezalne hitrosti na življenjsko dobo orodja je prikazana na sliki 1.
slika
Slika 1 Krivulja vpliva rezalne hitrosti na življenjsko dobo orodja
3.2 Hitrost podajanja vf
Formula za izračun podajalne hitrosti je vf=fZZnn, fZ je pomik orodja (enota je mm/z), Zn je število efektivnih rezalnih robov (enota je enota), n je hitrost strojnega orodja (enota je vrt/min). Če je hitrost podajanja previsoka, bodo odrezki nenadzorovani in kakovost obdelane površine se bo poslabšala. Moč rezanja je visoka in ostružki bodo udarili v orodje ali obdelano površino. Krivulja vpliva podajalne hitrosti na življenjsko dobo orodja je prikazana na sliki 2.
slika
Slika 2 Krivulja vpliva podajalne hitrosti na življenjsko dobo orodja
3.3 Količina zadnjega noža ap
Količina povratnega reza se nanaša na razliko med neporezano in odrezano površino. Krivulja vpliva količine zadnjega rezanja na življenjsko dobo orodja je prikazana na sliki 3.
slika
Slika 3 Krivulja vpliva količine povratnega rezanja na življenjsko dobo orodja
Med tremi dejavniki rezanja na življenjsko dobo orodja vplivajo rezalna hitrost, hitrost pomika in količina zadnjega vpetja. Vpliv količine rezanja nazaj je najmanjši, hitrost podajanja ima večji vpliv kot količina rezanja nazaj, hitrost rezanja pa ima največji vpliv na življenjsko dobo rezila.
Da bi dosegli najvišjo življenjsko dobo orodja, je smer optimizacijskih parametrov: maksimizirajte zadnji vpetje, da zmanjšate število prehodov orodja; povečajte hitrost podajanja, da skrajšate čas rezanja; zmanjšajte hitrost rezanja, da dosežete najboljšo življenjsko dobo orodja.
Za izboljšanje učinkovitosti grobega obdelave lahko začnete z optimizacijo količine povratnega rezanja. Če je poti orodja veliko, povečajte količino rezanja nazaj in zmanjšajte pot orodja ali povečajte količino rezanja nazaj, zmanjšajte hitrost rezanja in izboljšajte življenjsko dobo orodja. , povečajte hitrost podajanja in zagotovite učinkovitost obdelave.
3.4 Primeri uporabe
Prirobnica, ki jo proizvaja tovarna za predelavo avtomobilskih delov, je prikazana na sliki 4. Obstoječa rešitev obdelave je neučinkovita, zato je treba optimizirati različne rezalne parametre, da se izboljša življenjska doba orodja in učinkovitost proizvodnje.
slika
Slika 4 Prirobnica
Optimizirajte načrt obdelave s povečanjem količine povratnega rezanja, zmanjšanjem poti orodja in zmanjšanjem hitrosti rezanja. Pred optimizacijo je bilo poti orodij veliko in kaotičnih, po optimizaciji pa so bile poti orodij jasne, kot je prikazano na slikah 5 in 6. Parametri pred in po optimizaciji so prikazani v tabeli 1. Po optimizaciji se je življenjska doba orodja povečala od 15 delov do 31 delov.
slika
Slika 5 Optimizacija sprednje poti orodja
slika
Slika 6 Optimizirana pot orodja
Tabela 1 Parametri pred in po optimizaciji
slika
Faktor, ki meri rezalno zmogljivost rezila, je rezalna hitrost. CNC sistem odčitava število vrtljajev vretena. Mnogi programerji pri načrtovanju programov upoštevajo le hitrost in ignorirajo faktor premera. Vendar pa ima pri dejanski obdelavi večji vpliv tudi faktor premera. Če za primer vzamemo struženje, ko je premer obdelovanca D 50 mm in je hitrost strojnega orodja n 1000r/min, je linearna hitrost vc=157m/min. Ko je premer obdelovanca D 100 mm in je hitrost strojnega orodja n 1000r/min, je linearna hitrost vc=314m/min.
Glede na vzorec orodja je rezalna hitrost 314 m/min zelo visoka, blizu meje, ki jo rezilo iz karbidne trdine lahko prenese. Visoka rezalna hitrost lahko pospeši proces obrabe orodja in zmanjša življenjsko dobo orodja.
Iz tega je razvidno, da lahko pri enaki hitrosti obdelovalnega stroja, različnih premerih obdelovancev in rezalnih hitrostih orodja, ko je življenjska doba orodja prenizka, preverite, ali je to posledica previsoke rezalne hitrosti.
04
Vpliv brisalca na učinkovitost rezanja
Metlica brisalca ima kot konice, sestavljen iz 3 do 9 lokov z različnimi radiji, polmer loka pa lahko doseže več kot 900 mm. Razmerje med zaokroževanjem konice orodja, količino podajanja in kakovostjo površine je
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (rob za brisanje)=Rmax/² (2)
V formuli je fn dovodna količina (mm/r); r polmer zaokrožitve konice orodja (mm); Rmax je višinska razlika med vrhom in vdolbino rezalne površine (mm).
Ta metoda je primerna za končno struženje ali vrtanje. Samo orodje za brisanje nima funkcije hitrega podajanja. Vendar pa je glede na prejšnjo formulo mogoče sklepati, da so značilnosti orodja za brisanje: ko so parametri obdelave enaki, se lahko kakovost površine orodja za brisanje poveča za 1-krat; ko je kakovost površine enaka, se lahko hitrost podajanja orodja za brisanje poveča za 1-krat. .
Kadar je zahtevana enaka kakovost površine, se lahko pri uporabi orodij za brisanje uporabljajo višje hitrosti podajanja.
Če vzamemo obdelavo čelne ploskve izhodne lupine kot primer izboljšanja učinkovitosti, je material obdelovanca QT500 in zahtevana vrednost površinske hrapavosti Ra je manjša ali enaka 1,6 μm. Za izboljšanje časa cikla je bila uporabljena metlica brisalca. Ob predpostavki izpolnjevanja enakih zahtev glede hrapavosti površine se je hitrost podajanja povečala z 0,36 mm/r na 0,5 mm/r. Izmerjena vrednost površinske hrapavosti Ra=1.33μm in življenjska doba rezila je bila enaka. Različni parametri obdelave z uporabo navadnih stružnih vložkov in vložkov za brisanje so prikazani v tabeli 2. Končna stran izhodne lupine po optimizaciji je prikazana na sliki 7.
Tabela 2 Različni parametri obdelave navadnih stružnih ploščic in brisačih ploščic
slika
slika
Slika 7 Optimizirana končna stran izhodne lupine
05
Vpliv glavnega odklonskega kota na učinkovitost rezanja
Pomik na zob je bil omenjen v prejšnjem kratkem uvodu v koncept hitrosti pomika. Nekatere znamke vzorcev orodij priporočajo največjo šestrobo debelino odrezkov kot parameter rezanja namesto podajanja na zob. Kajti tisto, kar določa količino pomika, je največja hex debelina odrezkov in vodilni kot Kr orodja. Formula za pretvorbo je hex=fzsinKr.
Ko je glavni odklonski kot 90 stopinj, fz=hex, je največja debelina odrezka orodja enaka podajanju na zob. Ko se glavni odklonski kot zmanjša, se lahko hitrost podajanja poveča.
Če za primer vzamemo rezkalo s kvadratnim robom (glej sliko 8), je število zob ZN 90-stopinjskega rezkarja s kvadratnim robom 5 žlebov, n=1000r/min, hex=0.2 mm , fz=0.2mm/z, podajalna hitrost obdelovalnega stroja vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
slika
a) Strukturni diagram kvadratnega ramenskega rezkarja
slika
b) Fizični objekti
Slika 8 90 stopinjsko frezalo s kvadratnim robom
45-stopinjsko čelno rezkalo (glejte sliko 9) ZN ima 5 žlebov, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz=hex /sin45 stopinj {{8} }.282mm/z, nato hitrost podajanja obdelovalnega stroja vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
slika
a) Strukturni diagram čelnega rezkarja
slika
b) Fizični objekti
Slika 9 45 stopinjsko frezalo s kvadratnim robom
10-stopinjsko čelno rezkalo (glejte sliko 10) ZN ima 5 robov, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz= hex/sin10 stopinj {{8} }.156mm/z, nato hitrost podajanja obdelovalnega stroja vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
slika
a) Signal
slika
b) Fizični objekti
Slika 10 10 stopinjsko frezalo s kvadratnim robom
Če povzamemo, pri enaki hitrosti vrtenja istega tipa rezila, manjši kot je glavni kot odklona, višjo hitrost podajanja lahko uporabimo. Treba je omeniti, da 90-stopinjsko rezkalo s kvadratnimi rameni nosi predvsem radialno silo, aksialna sila pa se približuje ničli. Ko se glavni uklonski kot zmanjša, na primer rezkalo z glavnim uklonskim kotom 10 stopinj nosi predvsem aksialno silo. Radialna sila je zelo majhna. Manjši kot je glavni kot odklona, večja je nagnjenost k tresljajem in večja je poraba energije.
06
Vpliv metod obdelave na rezalno učinkovitost
Tudi pot rezalnega orodja ima velik vpliv na učinkovitost obdelave. Nedavno priljubljena metoda dinamičnega rezkanja je na primer učinkovita metoda trohoidnega rezkanja z velikim volumnom zadnjega rezanja in majhno širino rezanja. Razlika od običajnega trohoidnega rezkanja je v tem, da se pri dinamičnem rezkanju strogo drži hex konstantne debeline odrezkov. Ima visoko stopnjo odstranjevanja kovine. Ker lahko dinamično rezkanje zagotovi konstantno rezalno silo med rezanjem orodja, je hitrost obdelave hitra in stabilna.
Rezkanje zunanjega obrisa telesa ventila je primer za ponazoritev vpliva metod obdelave na učinkovitost rezanja. Obdelovanec je izdelan iz nerjavečega jekla. Težava je v tem, da razmerje med dolžino in premerom orodja doseže 4-kratnik premera, kar povzroča vibracije med obdelavo. Prvotni načrt je uporabljal rezkalne rezkare z zamenljivimi ploščicami s kvadratnimi rameni, kar je povzročilo velike vibracije pri rezanju zaradi velikega razmerja stranic. Ni mogoče normalno obdelati. Optimiziran za uporabo čelnih rezkarjev iz karbidne trdine, velike zmogljivosti rezanja nazaj, majhne širine rezanja in metode dinamičnega rezkanja. Dinamična simulacija poti rezkalnega orodja je prikazana na sliki 11, primerjalni parametri pa so prikazani v tabeli 3.
slika
Slika 11 Simulacija poti dinamičnega rezkalnega orodja
Tabela 3 Primerjava parametrov
slika
07
Izboljšajte učinkovitost obdelave s kompozitnimi orodji
Za izdelke velikega obsega se običajno uporabljajo kompozitna orodja za izboljšanje učinkovitosti proizvodnje, kot so svedri za posnemanje robov, kompozitna vrtalna orodja (glej sliko 12) itd.
slika
Slika 12 Orodje za sestavljeno vrtanje
Sestavljena orodja uporabljajo eno orodje za obdelavo več delovnih korakov, kar izboljša učinkovitost obdelave in prihrani čas menjave orodja več orodij. Kompozitna rezalna orodja imajo tudi številne pomanjkljivosti. Največja pomanjkljivost je, da niso univerzalni. Rezalna orodja so zasnovana samo za določen obdelovanec in jih ni mogoče univerzalno uporabljati z drugimi obdelovanci [3].
08
Zaključek
Ta članek ponuja šest načinov za optimizacijo rezalnih orodij, ki lahko nudijo smernice za izboljšanje učinkovitosti proizvodnje in zmanjšanje stroškov. Metoda optimizacije orodja mora biti prilagodljiva in mora biti izvedena na praktični podlagi. Pred optimizacijo je treba analizirati proces ozkega grla, ciljno optimizirati orodje in dojeti ključne točke za rešitev problema glede na specifične proizvodne pogoje.
