Tuginedes mitmeaastasele praktilisele kohapealse silumiskogemusele, alustades metallitööriistade lõikamise põhimõtetest koos selliste teguritega nagu tööriista materjal, lõikeparameetrid, klaasipuhasti serv, juhtnurk, töötlemismeetod ja komposiittööriist, tutvustatakse kuut optimeerimismeetodit. kärpimiskulusid vähendada. Tootmise efektiivsuse tõstmise eesmärk.
01
Eessõna
Minu kodumaa töötleva tööstuse kiire areng on toonud meie riigile ja isegi maailmale tohutut majanduslikku kasu. Kuna konkurents turul muutub üha karmimaks, on kulude vähendamine ja tõhususe suurendamine muutunud probleemideks, millega iga ettevõte peab silmitsi seisma. Kulude efektiivseks vähendamiseks ja efektiivsuse tõstmiseks on vaja analüüsida tootmiskulude koostist. Tootmiskulu koosneb kolmest osast: otsesed materjalid, otsesed tööjõukulud ja tootmiskulud. Otsesed materjalid viitavad tootmisprotsessis olevatele tööobjektidele, mis töödeldakse pooltoodeteks või valmistoodeteks ning nende kasutusväärtus muutub järgnevalt teiseks kasutusväärtuseks. Otsene tööjõu all mõeldakse tootmisprotsessis tarbitud inimressurssi, mida saab arvutada töötasude, hoolekandekulude jms järgi. Tootmiskulude all mõeldakse rajatisi nagu tehased, masinad, sõidukid ja seadmed, tootmisprotsessis kasutatavad materjalid ja abimaterjalid. Osa nende tarbimisest arvestatakse kulusse läbi amortisatsiooni ja teine osa hooldusega, kulusse lähevad püsikulud, masina materjalikulu ja abimaterjali kulu. See artikkel optimeerib mitmeid tööriistakasutusmeetodeid, et vähendada tööriista kulukulusid ja parandada töötlemise tõhusust, saavutades seeläbi tööpinkide kasutuskulude kokkuhoiu.
02
Töötlemise tõhususe parandamiseks muutke tööriista materjali
Tavaliselt kasutatavad tööriistamaterjalid on järgmised: kiirteras, karbiid, keraamika, CBN ja PCD. CBN-l ja PCD-l on kõrgem kõvadus, kõrgeim kulumiskindlus ja nende materjalid on suhteliselt rabedad. Kiirterasel on parim sitkus, kuid selle kõvadus on väga madal ja kulumiskindlus halb.
Kiirteras on suure süsinikusisaldusega legeerteras. Peamised sulamielemendid on volfram, kroom, molübdeen, koobalt, vanaadium ja alumiinium jne ning sisaldavad suures koguses karbiide. Terasest kiirlõikuriistadel on kõrge sitkus ja suhteliselt madal kõvadus. Eelised on see, et need on odavad, suure plastilisusega ja suudavad töödelda peaaegu kõiki materjale. Need olid peamised materjalid, mida kasutati varajastes lõikeriistades. Puuduseks on see, et need nõuavad operaatoritele kõrgemaid nõudeid ja nõuavad käsitsitööd. Teritamine ja lõikekiirus, mida kiirterasest materjalid taluvad, on väga madal. Näiteks tooriku materjal on 45 teras, kõvadus 250 HBW, lõikekiirus on 30–60 m/min ja lõikamise efektiivsus on madal.
Praegu on kõige sagedamini kasutatav tööriistamaterjal kaetud karbiid. Kaetud karbiidtööriistade kõvadus ja kuumakindlus on paremad kui kiirterasest tööriistadel. See talub suuremat lõikekiirust, lõikekiirused jäävad vahemikku 100–300 m/min[1].
Võttes näiteks terasest osade välimise ringi, kui terasest kiirtreiriistade asendamiseks kasutatakse karbiidist treitööriistu, saab lõikekiirust suurendada 50 m/min-lt 180 m/min-le ja efektiivsus suureneb rohkem kui 3 korda ja karbiidtööriistadel on ka kõrgemad lõikeriistad. elu. Vahetatavate teradega karbiidist treitööriistu ei pea teritama, piisab tera vahetamisest ning operaatoril ei pea olema teritamisoskusi.
Lisaks kiirterasest ja karbiidist lõikeriistadele on olemas ka keraamika, CBN ja PCD. Nendel kolmel materjalil on suurem lõikekiirus – üle 1000 m/min, kuid nende kasutusala on piiratud. Keraamikat ja CBN-i kasutatakse tavaliselt malmist toorikute ja terasest detailide töötlemiseks, mille kõvadus on üle 50 HRC. PCD-d kasutatakse tavaliselt alumiiniumi, plasti, puidu ja karbiidi töötlemiseks, kuid ei saa töödelda malmist osi [2].
Võttes näiteks alumiiniumisulamist freesid, on kiirete terasfreeside lõikekiirus 120–300 m/min. Mapal kaubamärgi karbiidfreeside HP615 materjali soovitatav lõikekiirus on 700m/min, samas saab kasutada PCD materjalist freesi. Lõikekiirus on 1500-2000 m/min.
03
Lõikeparameetrite mõju tööriista elueale ja tootmise efektiivsusele
Töötlemise efektiivsuse ja tööriista eluea parandamiseks on vaja kindlaks teha, kas lõikeparameetrid on mõistlikud ja analüüsida iga lõikeparameetri mõju tööriista elueale ja efektiivsusele. Lõikeparameetrid hõlmavad lõikekiirust (lineaarne kiirus), etteandekiirust ja tagasilõikamise kogust, mida tuntakse ka kolme lõikeelemendina.
3.1 Lõikekiirus vc
Lõikekiiruse vc ja spindli pöörlemissageduse suhe on vc=πDn/1000, kus D on tööriista/tooriku efektiivne läbimõõt (ühik: mm) ja n on tööpingi kiirus (ühik: r/min ). Kui lõikekiirus on liiga suur, suureneb külje kulumine ja töödeldava detaili pinna kvaliteet halveneb. Kui lõikekiirus on väga suur, toimub ka sisetükk plastiline deformatsioon. Lõikekiiruse mõjukõver tööriista elueale on näidatud joonisel 1.
pilt
Joonis 1 Lõikekiiruse mõjukõver tööriista tööeale
3.2 Söötmiskiirus vf
Ettenihkekiiruse arvutusvalem on vf{0}}fZZnn, fZ on tööriista ettenihe (ühik on mm/z), Zn on efektiivsete lõikeservade arv (ühik on ühikud), n on tööpingi kiirus (ühik on r/min). Kui etteandekiirus on liiga kõrge, on laastud kontrollimatu ja töödeldud pinna kvaliteet halveneb. Lõikevõimsus on suur ja laastud mõjutavad tööriista või töödeldud pinda. Ettenihke kiiruse mõjukõver tööriista tööeale on näidatud joonisel 2.
pilt
Joonis 2 Ettenihkekiiruse mõjukõver tööriista tööeale
3.3 Seljanoa kogus ap
Tagalõikuse kogus viitab lõikamata pinna ja lõikepinna erinevusele. Tagasilõike suuruse mõjukõver tööriista tööeale on näidatud joonisel 3.
pilt
Joonis 3 Tagasilõike suuruse mõjukõver tööriista elueale
Kolmest lõiketegurist mõjutavad tööriista kasutusiga lõikekiirus, etteandekiirus ja tagasihaardumine. Tagalõikuse mõju on väikseim, etteandekiirusel on suurem mõju kui tagasilõikamisel ja lõikekiirusel on suurim mõju tera elueale.
Tööriista suurima tööea saavutamiseks on optimeerimisparameetrite suund järgmine: maksimeerida tagasihaardumist, et vähendada tööriista käikude arvu; maksimeerida etteandekiirust, et lühendada lõikamisaega; vähendage lõikekiirust, et saavutada tööriista parim kasutusiga.
Töötlemise tõhususe parandamiseks võite alustada tagasilõikuse optimeerimisest. Kui tööriistaradu on palju, suurendage tagasilõikamise mahtu ja vähendage tööriista teekonda või suurendage tagasilõikamise mahtu, vähendage lõikekiirust ja pikendage tööriista tööiga. , suurendage etteande kiirust ja tagage töötlemise efektiivsus.
3.4 Rakendusnäited
Autoosade töötlemise tehases toodetud äärik on näidatud joonisel 4. Olemasolev töötlemislahendus on ebaefektiivne ning tööriista eluea ja tootmise efektiivsuse parandamiseks on vaja optimeerida erinevaid lõikeparameetreid.
pilt
Joonis 4 Äärik
Optimeerige töötlemisplaani, suurendades tagasilõikamise mahtu, vähendades tööriista liikumisteid ja vähendades lõikekiirust. Enne optimeerimist olid tööriistateed palju ja kaootilised, kuid pärast optimeerimist olid tööriistateed selged, nagu on näha joonistel 5 ja 6. Parameetrid enne ja pärast optimeerimist on toodud tabelis 1. Pärast optimeerimist on tööriista eluiga pikenenud 15 osast 31 osani.
pilt
Joonis 5 Eesmise tööriista tee optimeerimine
pilt
Joonis 6 Optimeeritud tööriista tee
Tabel 1 Parameetrid enne ja pärast optimeerimist
pilt
Tegur, mis mõõdab tera lõikejõudlust, on lõikekiirus. CNC-süsteem loeb spindli kiirust. Paljud programmeerijad arvestavad programmide kavandamisel ainult kiirusega ja eiravad läbimõõdu tegurit. Kuid tegelikus töötlemises on läbimõõdu teguril ka suurem mõju. Võttes näiteks treimise, kui tooriku läbimõõt D on 50mm ja tööpingi kiirus n on 1000r/min, siis lineaarkiirus vc=157m/min. Kui tooriku läbimõõt D on 100 mm ja tööpingi kiirus n on 1000 p/min, on lineaarkiirus vc{5}}m/min.
Tööriistanäidise järgi on lõikekiirus 314m/min väga kõrge, lähedane piirile, mida karbiidist tera talub. Suur lõikekiirus võib kiirendada tööriista kulumisprotsessi ja lühendada tööriista kasutusiga.
Siit on näha, et sama tööpingi kiiruse, erinevate tooriku läbimõõtude ja lõikekiiruste korral saab liiga väikese tööriista eluea korral kontrollida, kas selle põhjuseks on liiga suur lõikekiirus.
04
Klaasipuhasti serva mõju lõikamise efektiivsusele
Klaasipuhasti harja otsa nurk koosneb 3 kuni 9 erineva raadiusega kaarest ja kaare raadius võib ulatuda üle 900 mm. Tööriistaotsa filee, etteande koguse ja pinnakvaliteedi vaheline seos on
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (pühkimisserv)=Rmax/² (2)
Valemis on fn sööda kogus (mm/r); r on tööriista otsa täiteraadius (mm); Rmax on lõikepinna tipu ja süvendi kõrguste vahe (mm).
See meetod sobib treimise või puurimise viimistlemiseks. Klaasipuhasti tööriistal endal kiire etteande funktsioon puudub. Eelmise valemi järgi võib aga järeldada, et puhasti tööriista omadused on järgmised: kui töötlemisparameetrid on samad, saab puhasti tööriista pinna kvaliteeti tõsta 1 korda; Kui pinna kvaliteet on sama, saab klaasipuhasti etteandekiirust 1 kord suurendada. .
Kui on vaja sama pinna kvaliteeti, saab klaasipuhastite kasutamisel kasutada suuremat etteandekiirust.
Võttes efektiivsuse suurendamise näitena välja väljundkesta otspinna töötlemise, on tooriku materjal QT500 ja pinna karedusväärtus Ra Nõutav on 1,6 μm või väiksem. Tsükli aja parandamiseks kasutati klaasipuhasti harja. Eeldusel, et täita samad pinnakareduse nõuded, suurendati etteandekiirust 0,36 mm/r-lt 0,5 mm/r-le. Mõõdetud pinna kareduse väärtus Ra=1,33 μm ja tera eluiga oli sama. Erinevad töötlemisparameetrid, kasutades tavalisi treimis- ja klaasipuhastiid, on toodud tabelis 2. Väljundkesta otspind pärast optimeerimist on näidatud joonisel 7.
Tabel 2 Erinevad tavaliste treimisterade ja klaasipuhastite töötlusparameetrid
pilt
pilt
Joonis 7 Optimeeritud väljundkesta otspind
05
Peamise läbipaindenurga mõju lõikamise efektiivsusele
Ettenihket hamba kohta mainiti etteandekiiruse kontseptsiooni eelmises lühitutvustuses. Mõne tootemarki tööriistanäidiste puhul soovitatakse lõikeparameetrina kasutada maksimaalset laastu paksust kuus, mitte ettenihke kohta hamba kohta. Sest ettenihke koguse määrab maksimaalne laastu paksuse kuuskant ja tööriista juhtnurk Kr. Konversioonivalem on hex=fzsinKr.
Kui peamine läbipaindenurk on 90 kraadi, fz=hex, on tööriista maksimaalne laastu paksus sama, mis ettenihe hamba kohta. Peamise läbipaindenurga vähenemisel saab etteandekiirust suurendada.
Võttes näiteks ruudukujulise õlafreesi (vt joonis 8), on 90-kraadise kandilise õla freesi hammaste arv ZN 5 flöödi, n=1000r/min, hex=0.2mm , fz=0.2mm/z, tööpingi etteandekiirus vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
pilt
a) Ruudukujulise õlaga freesi ehitusskeem
pilt
b) Füüsilised objektid
Joonis 8 90 kraadi kandiline õlgfrees
45-kraadise eesmise nurga all freesfrees (vt joonis 9) ZN-l on 5 soont, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz=hex /sin45 kraadi {{8} },282 mm/z, seejärel tööpingi etteandekiirus vf=0,282 × 5 × 1000=1410 (mm/min).
pilt
a) Esifreesi ehitusskeem
pilt
b) Füüsilised objektid
Joonis 9 45 kraadi kandiline õlgfrees
10-kraadine esinurgaga esifrees (vt joonis 10) ZN-l on 5 serva, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz= hex/sin10 kraadi {{8} },156 mm/z, seejärel tööpingi etteandekiirus vf=1,156 × 5 × 1000=5780 (mm/min).
pilt
a) signaal
pilt
b) Füüsilised objektid
Joonis 10 10 kraadi kandiline õlgfrees
Kokkuvõtteks võib öelda, et sama tüüpi tera sama pöörlemiskiiruse korral on võimalik, et mida väiksem on peamine läbipaindenurk, seda suuremat etteandekiirust saab kasutada. Väärib märkimist, et 90-kraadine õlafrees kannab peamiselt radiaalset jõudu ja aksiaaljõud läheneb nullile. Peamise läbipaindenurga vähenemisel, võttes näiteks 10-kraadise peapaindenurga freesi, kannab see peamiselt aksiaalset jõudu. Radiaaljõud on väga väike. Mida väiksem on põhipaindenurk, seda suurem on vibratsiooni tendents ja seda suurem on tarbitav võimsus.
06
Töötlemismeetodite mõju lõikamise efektiivsusele
Lõikeriista rajal on ka suur mõju töötlemise efektiivsusele. Näiteks viimasel ajal populaarne dünaamiline freesimismeetod on tõhus trohhoidne freesmeetod, millel on suur tagasilõike maht ja väike lõikelaius. Erinevus tavapärasest trohhoidjahvatusest seisneb selles, et dünaamiline jahvatusprotsess järgib rangelt konstantset laastu paksuse kuusnurka. Sellel on kõrge metallieemaldusaste. Kuna dünaamiline freesimine tagab pideva lõikejõu tööriista lõikamise ajal, on töötlemiskiirus kiire ja stabiilne.
Võttes näitena klapi korpuse väliskontuuri freesimise, et illustreerida töötlemismeetodite mõju lõikamise efektiivsusele. Töödeldav detail on valmistatud roostevabast terasest. Raskus seisneb selles, et tööriista pikkuse ja läbimõõdu suhe ulatub 4-kordse läbimõõduni, mis põhjustab töötlemise ajal vibratsiooni. Algses plaanis kasutati vahetatavaid ruudukujulisi õlafreese, mille tulemuseks oli suur lõikevibratsioon tänu suurele kuvasuhtele. Ei saa normaalselt töödelda. Optimeeritud karbiidist otsafreeside, suure tagasilõikevõimsuse, väikese lõikelaiuse ja dünaamilise freesimismeetodi kasutamiseks. Dünaamiline freestööriista tee simulatsioon on näidatud joonisel 11 ja võrdlusparameetrid on toodud tabelis 3.
pilt
Joonis 11 Dünaamiline freestööriista tee simulatsioon
Tabel 3 Parameetrite võrdlus
pilt
07
Parandage töötlemise efektiivsust komposiittööriistade abil
Suuremahuliste toodete puhul kasutatakse tootmise efektiivsuse parandamiseks tavaliselt komposiittööriistu, nagu faasitud puurid, komposiitpuurimistööriistad (vt joonis 12) jne.
pilt
Joonis 12 Puurimistööriist
Komposiittööriistad kasutavad ühte tööriista mitme tööetapi töötlemiseks, mis parandab töötlemise efektiivsust ja säästab mitme tööriista tööriistavahetuse aega. Komposiitlõiketööriistadel on ka palju puudusi. Suurim puudus on see, et need pole universaalsed. Lõikeriistad on mõeldud ainult teatud tooriku jaoks ja neid ei saa kasutada universaalselt koos teiste toorikutega [3].
08
Järeldus
See artikkel pakub kuut viisi lõiketööriistade optimeerimiseks, mis võivad anda juhiseid tootmise tõhususe parandamiseks ja kulude vähendamiseks. Tööriistade optimeerimise meetod peaks olema paindlik ja seda tuleb teha praktilisel alusel. Enne optimeerimist on vaja analüüsida kitsaskoha protsessi, optimeerida tööriist sihipäraselt ja haarata võtmepunktid probleemi lahendamiseks vastavalt konkreetsetele tootmistingimustele.
