Na osnovu dugogodišnjeg iskustva praktičnog otklanjanja grešaka na licu mesta, počevši od principa rezanja metalnih alata, u kombinaciji sa faktorima kao što su materijal alata, parametri rezanja, ivica brisača, vodeći ugao, metoda obrade i kompozitni alat, predstavljeno je šest metoda optimizacije za smanjiti troškove rezanja. Svrha poboljšanja efikasnosti proizvodnje.
01
Predgovor
Brzi razvoj proizvodne industrije moje zemlje stvorio je ogromne ekonomske koristi za našu zemlju, pa čak i svijet. Kako tržišna konkurencija postaje sve žešća, smanjenje troškova i poboljšanje efikasnosti postali su problemi sa kojima se svako preduzeće mora suočiti. Da bi se efektivno smanjili troškovi i povećala efikasnost, potrebno je analizirati sastav troškova proizvodnje. Troškovi proizvodnje se sastoje od tri dijela: direktni materijali, direktni rad i režijski troškovi proizvodnje. Direktni materijali se odnose na predmete rada u procesu proizvodnje koji se prerađuju u poluproizvode ili gotove proizvode, a njihova upotrebna vrijednost naknadno postaje druga upotrebna vrijednost. Direktan rad se odnosi na ljudske resurse utrošene u proizvodnom procesu, a koji se mogu izračunati platama, socijalnim troškovima itd. Troškovi proizvodnje odnose se na objekte kao što su fabrike, mašine, vozila i oprema, materijale i pomoćne materijale koji se koriste u procesu proizvodnje. Dio njihove potrošnje je uključen u trošak kroz amortizaciju, a drugi dio kroz održavanje, fiksni troškovi, utrošak mašinskog materijala i potrošnja pomoćnog materijala uključeni su u trošak. Ovaj članak optimizira nekoliko metoda korištenja alata za smanjenje troškova upotrebe alata i poboljšanje efikasnosti obrade, čime se postiže učinak uštede troškova korištenja alatnih strojeva.
02
Promijenite materijal alata kako biste poboljšali efikasnost obrade
Uobičajeni materijali za alate uključuju sljedeće: brzorezni čelik, karbid, keramiku, CBN i PCD. CBN i PCD imaju veću tvrdoću, najveću otpornost na habanje, a njihovi materijali su relativno krti. Brzorezni čelik ima najbolju žilavost, ali je njegova tvrdoća vrlo niska i otpornost na habanje loša.
Brzorezni čelik je legirani čelik s visokim udjelom ugljika. Glavni elementi legure su volfram, hrom, molibden, kobalt, vanadijum i aluminijum itd., a sadrži veliku količinu karbida. Alati za rezanje brzog čelika imaju visoku žilavost i relativno nisku tvrdoću. Prednosti su što su jeftini, imaju visoku plastičnost i mogu obraditi gotovo sve materijale. Oni su bili glavni materijali korišteni u ranim reznim alatima. Nedostaci su što zahtijevaju veće zahtjeve za operatere i zahtijevaju ručni rad. Oštrenje i brzina rezanja koju brzorezni čelični materijali mogu izdržati je vrlo mala. Na primjer, materijal radnog komada je čelik 45, tvrdoća je 250HBW, brzina rezanja je 30~60m/min, a efikasnost rezanja je niska.
Trenutno, najčešće korišteni materijal alata je obložen karbid. Tvrdoća i otpornost na toplinu kod obloženih karbidnih alata su bolja od onih kod alata od brzoreznog čelika. Može izdržati veće brzine rezanja, sa brzinama sečenja u rasponu od 100 do 300 m/min[1].
Uzimajući za primjer vanjski krug tokarskih čeličnih dijelova, ako se alati za struganje od tvrdog metala koriste za zamjenu alata za struganje čelika velike brzine, brzina rezanja se može povećati sa 50m/min na 180m/min, a efikasnost se povećava za više od 3 puta, a karbidni alati imaju i više rezne alate. život. Alati za struganje od tvrdog metala sa zamjenjivim noževima ne moraju se oštriti, samo zamijenite oštricu, a operater ne mora imati vještine oštrenja.
Pored alata za rezanje od brzoreznog čelika i tvrdog metala, tu su i keramika, CBN i PCD. Ova tri materijala imaju veće brzine rezanja - više od 1000m/min, ali je njihov opseg primjene ograničen. Keramika i CBN se obično koriste za obradu obradaka od livenog gvožđa i čelika sa visokom tvrdoćom iznad 50HRC. PCD se obično koristi za obradu aluminija, plastike, drveta i karbida, ali ne može obraditi dijelove od lijevanog željeza [2].
Uzimajući za primjer glodalice od legure aluminija, brzina rezanja glodala za brzi čelik je 120~300m/min. Preporučena brzina rezanja karbidnih glodala marke Mapal materijala HP615 je 700m/min, dok se mogu koristiti glodala od PCD materijala. Brzina rezanja je 1500~2000m/min.
03
Utjecaj parametara rezanja na vijek trajanja alata i efikasnost proizvodnje
Kako bi se poboljšala efikasnost obrade i vijek trajanja alata, potrebno je utvrditi da li su parametri rezanja razumni i analizirati utjecaj svakog parametra rezanja na vijek trajanja i efikasnost alata. Parametri rezanja uključuju brzinu rezanja (linearnu brzinu), brzinu pomaka i povratnu količinu rezanja, također poznate kao tri rezna elementa.
3.1 Brzina rezanja vc
Odnos između brzine rezanja vc i brzine vretena je vc=πDn/1000, gdje je D efektivni prečnik alata/obratka (jedinica: mm), a n brzina alatne mašine (jedinica: r/min ). Kada je brzina rezanja previsoka, trošenje boka će se povećati i kvaliteta površine obratka će se pogoršati. Kada je brzina rezanja izuzetno velika, umetak će također biti podvrgnut plastičnoj deformaciji. Kriva utjecaja brzine rezanja na vijek trajanja alata prikazana je na slici 1.
slika
Slika 1. Kriva utjecaja brzine rezanja na vijek trajanja alata
3.2 Brzina uvlačenja vf
Formula za izračunavanje brzine posmaka je vf=fZZnn, fZ je pomak alata (jedinica je mm/z), Zn je broj efektivnih reznih ivica (jedinica je jedinica), n je brzina alatne mašine (jedinica je r/min). Ako je brzina pomaka previsoka, strugotine će biti nekontrolirane, a kvaliteta obrađene površine će se pogoršati. Snaga rezanja je velika, a strugotine će utjecati na alat ili obrađenu površinu. Kriva utjecaja brzine posmaka na vijek trajanja alata prikazana je na slici 2.
slika
Slika 2. Kriva utjecaja brzine posmaka na vijek trajanja alata
3.3 Količina stražnjeg noža ap
Količina zadnjeg rezanja odnosi se na razliku između nerezane površine i odrezane površine. Krivulja utjecaja količine rezanja pozadi na vijek trajanja alata prikazana je na slici 3.
slika
Slika 3 Kriva uticaja količine rezanja unazad na vijek trajanja alata
Među tri faktora rezanja, brzina rezanja, brzina pomaka i količina povratnog zahvata imaju utjecaj na vijek trajanja alata. Utjecaj zadnje količine rezanja je najmanji, brzina pomaka ima veći utjecaj od količine stražnjeg rezanja, a brzina rezanja ima najveći utjecaj na vijek trajanja oštrice.
Da bi se postigao najveći vijek trajanja alata, smjer parametara optimizacije je: maksimizirati stražnji zahvat kako bi se smanjio broj prolaza alata; maksimizirati brzinu posmaka kako bi se skratilo vrijeme rezanja; smanjite brzinu rezanja kako biste postigli najbolji vijek trajanja alata.
Da biste poboljšali efikasnost grube obrade, možete započeti optimizacijom količine stražnjeg rezanja. Ako postoji mnogo putanja alata, povećajte količinu povratnog rezanja i smanjite putanju alata ili povećajte količinu povratnog rezanja, smanjite brzinu rezanja i produžite vijek trajanja alata. , povećati brzinu dodavanja i osigurati efikasnost obrade.
3.4 Primjeri primjene
Prirubnica proizvedena u fabrici za preradu automobilskih delova prikazana je na slici 4. Postojeće rešenje za obradu je neefikasno i potrebno je optimizovati različite parametre rezanja kako bi se poboljšao životni vek alata i efikasnost proizvodnje.
slika
Slika 4 Prirubnica
Optimizirajte plan obrade povećanjem količine povratnog rezanja, smanjenjem putanje alata i smanjenjem brzine rezanja. Prije optimizacije, putanje alata je bilo mnogo i haotično, ali nakon optimizacije, putanje alata su bile jasne, kao što je prikazano na slikama 5 i 6. Parametri prije i nakon optimizacije prikazani su u Tabeli 1. Nakon optimizacije, vijek trajanja alata je produžen. od 15 dijelova do 31 dijela.
slika
Slika 5 Optimizacija prednje putanje alata
slika
Slika 6 Optimizirana putanja alata
Tabela 1 Parametri prije i poslije optimizacije
slika
Faktor koji mjeri učinak rezanja oštrice je brzina rezanja. CNC sistem očitava brzinu vretena. Mnogi programeri uzimaju u obzir samo brzinu prilikom dizajniranja programa i zanemaruju faktor promjera. Međutim, u stvarnoj obradi faktor promjera također ima veći utjecaj. Uzimajući za primjer struganje, kada je prečnik radnog komada D 50 mm, a brzina alatne mašine n je 1000 r/min, linearna brzina vc=157m/min. Kada je prečnik radnog komada D 100 mm i brzina alata n iznosi 1000 o/min, linearna brzina vc=314m/min.
Prema uzorku alata, brzina rezanja od 314m/min je vrlo visoka, blizu granice koju može izdržati oštrica od tvrdog metala. Velika brzina rezanja može ubrzati proces habanja alata i smanjiti vijek trajanja alata.
Iz ovoga se može vidjeti da za istu brzinu alatne mašine, različite prečnike predmeta i brzine rezanja alata, kada je vijek trajanja alata prenizak, možete provjeriti da li je to uzrokovano prevelikom brzinom rezanja.
04
Uticaj ivice brisača na efikasnost rezanja
Metlica brisača ima ugao vrha sastavljen od 3 do 9 lukova različitih poluprečnika, a radijus luka može doseći više od 900 mm. Odnos između vrha alata, količine posmaka i kvaliteta površine je
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (brisanje ruba)=Rmax/² (2)
U formuli, fn je količina pomaka (mm/r); r radijus vrha alata (mm); Rmax je visinska razlika između vrha i udubljenja površine rezanja (mm).
Ova metoda je prikladna za završno tokarenje ili bušenje. Sam alat za brisače nema funkciju brzog uvlačenja. Međutim, prema prethodnoj formuli, može se zaključiti da su karakteristike alata za brisanje: kada su parametri obrade isti, kvalitet površine alata za brisanje može se povećati za 1 puta; kada je kvalitet površine isti, brzina pomaka alata za brisanje može se povećati za 1 put. .
Kada je potreban isti kvalitet površine, mogu se koristiti veće brzine uvlačenja kada se koriste alati za brisanje.
Uzimajući obradu krajnje strane izlazne školjke kao primjer poboljšanja efikasnosti, materijal obratka je QT500 i potrebna je vrijednost hrapavosti površine Ra manja ili jednaka 1,6μm. Kako bi se poboljšao vrijeme ciklusa, korištena je metlica brisača. Pod pretpostavkom ispunjavanja istih zahtjeva za hrapavost površine, brzina dodavanja je povećana sa 0,36 mm/r na 0,5 mm/r. Izmjerena vrijednost hrapavosti površine Ra=1.33μm, a vijek trajanja oštrice bio je isti. Različiti parametri obrade pomoću običnih okretnih umetaka i umetaka za brisanje prikazani su u tabeli 2. Krajnja strana izlazne školjke nakon optimizacije prikazana je na slici 7.
Tabela 2 Različiti parametri obrade običnih okretnih umetaka i umetaka za brisače
slika
slika
Slika 7 Optimizirana krajnja površina izlazne školjke
05
Utjecaj glavnog ugla otklona na efikasnost rezanja
Količina hrane po zubu spomenuta je u prethodnom kratkom uvodu u koncept brzine uvlačenja. Neki brendovi uzoraka alata preporučuju maksimalnu debljinu strugotine hex kao parametar rezanja umjesto pomaka po zubu. Jer ono što određuje količinu posmaka je maksimalna debljina strugotine hex i vodeći ugao Kr alata. Formula konverzije je hex=fzsinKr.
Kada je glavni ugao otklona 90 stepeni, fz=hex, maksimalna debljina strugotine alata je ista kao i pomak po zubu. Kako se glavni ugao otklona smanjuje, brzina pomaka se može povećati.
Uzimajući za primjer glodalo sa četvrtastim ramenom (vidi sliku 8), broj zuba ZN glodala za četvrtaste rame od 90 stepeni je 5 žlebova, n=1000r/min, hex=0.2mm , fz=0.2mm/z, brzina pomaka alatne mašine vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
slika
a) Dijagram strukture glodala s kvadratnim ramenom
slika
b) Fizički objekti
Slika 8 90 stepen kvadratne glodalice za rame
Glodalo sa vodećim uglom od 45 stepeni (vidi sliku 9) ZN ima 5 žlebova, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz=hex /sin45 stepeni {{8} }.282mm/z, zatim brzina pomaka alatne mašine vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
slika
a) Strukturni dijagram čeone glodalice
slika
b) Fizički objekti
Slika 9 45 stepen kvadratne glodalice za rame
Glodalo sa vodećim uglom od 10 stepeni (vidi sliku 10) ZN ima 5 ivica, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz= hex/sin10 stepeni {{8} }.156mm/z, zatim brzina pomaka alatne mašine vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
slika
a) Signal
slika
b) Fizički objekti
Slika 10 10 stepen kvadratne glodalice za rame
Ukratko, pri istoj brzini rotacije iste vrste oštrice, što je manji glavni ugao otklona, to je veća brzina pomaka koja se može koristiti. Vrijedi napomenuti da glodalo s kvadratnim ramenom od 90 stupnjeva uglavnom nosi radijalnu silu, a aksijalna sila približava se nuli. Kako se glavni ugao otklona smanjuje, uzimajući za primjer glodalo za glavni ugao skretanja od 10 stupnjeva, on uglavnom podnosi aksijalnu silu. Radijalna sila je veoma mala. Što je manji glavni ugao otklona, veća je tendencija vibracija i veća je potrošnja energije.
06
Uticaj metoda obrade na efikasnost rezanja
Putanja reznog alata takođe ima veliki uticaj na efikasnost obrade. Na primjer, nedavno popularna metoda dinamičkog glodanja je efikasna trohoidna metoda glodanja s velikom stražnjom zapreminom rezanja i malom širinom rezanja. Razlika od konvencionalnog trohoidnog glodanja je u tome što se dinamički proces glodanja striktno pridržava heksadecimalne debljine strugotine. Ima visoku brzinu uklanjanja metala. Budući da dinamičko glodanje može osigurati konstantnu silu rezanja tokom rezanja alata, brzina obrade je brza i stabilna.
Uzimajući glodanje vanjske konture tijela ventila kao primjer za ilustraciju utjecaja metoda obrade na efikasnost rezanja. Radni komad je izrađen od nerđajućeg čelika. Poteškoća je u tome što odnos dužine i prečnika alata dostiže 4 puta veći prečnik, što uzrokuje vibracije tokom obrade. Prvobitni plan koristio je zamjenjive glodalice s četvrtastim ramenima, što je rezultiralo velikim vibracijama rezanja zbog velikog omjera širine i visine. Nije moguće normalno obraditi. Optimizirano za korištenje glodala od tvrdog metala, velikog stražnjeg reznog kapaciteta, male širine rezanja i dinamičke metode glodanja. Simulacija dinamičke putanje alata za glodanje prikazana je na slici 11, a usporedni parametri prikazani su u tablici 3.
slika
Slika 11 Simulacija putanje dinamičkog alata za glodanje
Tabela 3 Poređenje parametara
slika
07
Poboljšajte efikasnost obrade kompozitnim alatima
Za proizvode velikog obima, kompozitni alati se obično koriste za poboljšanje efikasnosti proizvodnje, kao što su bušilice za skošenje, kompozitni alati za bušenje (vidi sliku 12), itd.
slika
Slika 12 Složeni alat za bušenje
Kompozitni alati koriste jedan alat za obradu više radnih koraka, što poboljšava efikasnost obrade i štedi vrijeme promjene alata za više alata. Kompozitni alati za rezanje također imaju mnogo nedostataka. Najveći nedostatak je što nisu univerzalni. Alati za rezanje su dizajnirani samo za određeni radni komad i ne mogu se univerzalno koristiti s drugim obradacima [3].
08
Zaključak
Ovaj članak pruža šest načina za optimizaciju reznih alata, koji mogu pružiti smjernice za poboljšanje efikasnosti proizvodnje i smanjenje troškova. Metoda optimizacije alata treba da bude fleksibilna i da se radi na praktičnoj osnovi. Prije optimizacije potrebno je analizirati proces uskog grla, ciljano optimizirati alat i shvatiti ključne točke za rješavanje problema prema specifičnim proizvodnim uvjetima.
