Основываясь на многолетнем опыте практической отладки на месте, начиная с принципов резки металлического инструмента в сочетании с такими факторами, как материал инструмента, параметры резания, зачистная кромка, ведущий угол, метод обработки и композитный инструмент, представлены шесть методов оптимизации. сократить затраты на резку. Цель повышения эффективности производства.
01
Предисловие
Быстрое развитие обрабатывающей промышленности моей страны принесло огромные экономические выгоды нашей стране и даже всему миру. Поскольку рыночная конкуренция становится все более жесткой, снижение затрат и повышение эффективности стали проблемами, с которыми должно столкнуться каждое предприятие. Чтобы эффективно снизить затраты и повысить эффективность, необходимо проанализировать состав производственных затрат. Себестоимость продукции состоит из трех частей: прямых материалов, прямых трудозатрат и производственных накладных расходов. К прямым материалам относятся предметы труда в процессе производства, которые перерабатываются в полуфабрикаты или готовую продукцию, а их потребительная стоимость впоследствии становится другой потребительной стоимостью. Под прямым трудом понимаются человеческие ресурсы, потребляемые в производственном процессе, которые можно рассчитать по заработной плате, расходам на социальное обеспечение и т. д. К производственным расходам относятся такие объекты, как заводы, машины, транспортные средства и оборудование, материалы и вспомогательные материалы, используемые в производственном процессе. Часть их расхода включается в стоимость за счет амортизации, а другая часть за счет технического обслуживания, в стоимость включаются постоянные затраты, расход машинного материала и расход вспомогательного материала. В этой статье оптимизируются несколько методов использования инструмента, чтобы снизить затраты на его использование и повысить эффективность обработки, тем самым достигая эффекта экономии затрат на использование станков.
02
Измените материал инструмента для повышения эффективности обработки.
Обычно используемые инструментальные материалы включают следующие: быстрорежущая сталь, твердый сплав, керамика, CBN и PCD. CBN и PCD обладают более высокой твердостью, высочайшей износостойкостью, а их материалы относительно хрупкие. Наилучшей ударной вязкостью обладает быстрорежущая сталь, но ее твердость очень низкая, а износостойкость плохая.
Быстрорежущая сталь – это высокоуглеродистая легированная сталь. Основными элементами сплава являются вольфрам, хром, молибден, кобальт, ванадий и алюминий и др., он содержит большое количество карбидов. Режущие инструменты из быстрорежущей стали обладают высокой вязкостью и относительно низкой твердостью. Плюсы в том, что они дешевы, обладают высокой пластичностью и позволяют обрабатывать практически все материалы. Они были основными материалами, использовавшимися в ранних режущих инструментах. Недостатком является то, что они требуют более высоких требований к операторам и требуют ручного труда. Заточка и скорость резания, которую могут выдержать материалы из быстрорежущей стали, очень низки. Например, материал заготовки — сталь 45, твердость — 250HBW, скорость резки — 30–60 м/мин, эффективность резки низкая.
В настоящее время наиболее часто используемым инструментальным материалом является твердый сплав с покрытием. Твердость и термостойкость твердосплавных инструментов с покрытием лучше, чем у инструментов из быстрорежущей стали. Он может выдерживать более высокие скорости резки: от 100 до 300 м/мин[1].
Если взять в качестве примера внешний круг токарной стали, то если для замены токарных инструментов из быстрорежущей стали используются твердосплавные токарные инструменты, скорость резания может быть увеличена с 50 м/мин до 180 м/мин, а эффективность увеличивается более чем на В 3 раза, а твердосплавные инструменты также имеют более высокие режущие инструменты. жизнь. Твердосплавные токарные инструменты со сменными лезвиями не нужно затачивать, достаточно заменить лезвие, при этом оператору не нужно обладать навыками заточки.
Помимо режущего инструмента из быстрорежущей стали и твердого сплава, существуют также керамика, CBN и PCD. Эти три материала имеют более высокие скорости резания – более 1000 м/мин, но область их применения ограничена. Керамика и CBN обычно используются для обработки заготовок из чугуна и стали с высокой твердостью выше 50HRC. PCD обычно используется для обработки алюминия, пластика, дерева и твердого сплава, но не может обрабатывать чугунные детали [2].
Если взять в качестве примера фрезы из алюминиевого сплава, то скорость резания фрез из быстрорежущей стали составляет 120–300 м/мин. Рекомендуемая скорость резания твердосплавных фрез марки Mapal из материала HP615 составляет 700 м/мин, при этом можно использовать фрезы из материала PCD. Скорость резки 1500~2000м/мин.
03
Влияние параметров резания на стойкость инструмента и эффективность производства
Чтобы повысить эффективность обработки и срок службы инструмента, необходимо определить, являются ли параметры резания разумными, и проанализировать влияние каждого параметра резания на срок службы и эффективность инструмента. Параметры резания включают скорость резания (линейную скорость), скорость подачи и величину обратного резания, также известную как три режущих элемента.
3.1 Скорость резания vc
Зависимость между скоростью резания vc и скоростью шпинделя равна vc=πDn/1000, где D — эффективный диаметр инструмента/заготовки (единица измерения: мм), а n — скорость станка (единица измерения: об/мин). ). При слишком высокой скорости резания увеличивается износ задней поверхности и ухудшается качество поверхности заготовки. Когда скорость резания чрезвычайно высока, пластина также подвергается пластической деформации. Кривая влияния скорости резания на стойкость инструмента показана на рисунке 1.
картина
Рисунок 1. Кривая влияния скорости резания на стойкость инструмента.
3.2 Скорость подачи vf
Формула расчета скорости подачи: vf=fZZnn, fZ — подача инструмента (единицы измерения — мм/z), Zn — количество эффективных режущих кромок (единицы измерения — единицы измерения), n — скорость станка (единицы измерения это об/мин). Если скорость подачи слишком высока, стружка будет неконтролируемой, а качество обрабатываемой поверхности ухудшится. Мощность резания высока, и стружка будет воздействовать на инструмент или обрабатываемую поверхность. Кривая влияния скорости подачи на стойкость инструмента показана на рисунке 2.
картина
Рисунок 2. Кривая влияния скорости подачи на стойкость инструмента.
3.3 Величина заднего ножа ap
Величина обратного резания относится к разнице между необрезанной поверхностью и обрезанной поверхностью. Кривая влияния величины обратного резания на стойкость инструмента показана на рисунке 3.
картина
Рисунок 3. Кривая влияния величины обратного резания на стойкость инструмента.
Среди трех факторов резания на срок службы инструмента влияют скорость резания, скорость подачи и величина обратного зацепления. Влияние величины обратного резания наименьшее, скорость подачи оказывает большее влияние, чем величина обратного резания, а скорость резания оказывает наибольшее влияние на срок службы лезвия.
Чтобы получить максимальную стойкость инструмента, параметры оптимизации должны быть следующими: максимизировать обратное зацепление, чтобы уменьшить количество проходов инструмента; максимизируйте скорость подачи, чтобы сократить время резания; уменьшите скорость резания, чтобы добиться наилучшего срока службы инструмента.
Чтобы повысить эффективность черновой обработки, вы можете начать с оптимизации количества обратного резания. Если имеется много траекторий инструмента, увеличьте количество обратного резания и уменьшите траекторию инструмента или увеличьте количество обратного резания, уменьшите скорость резания и увеличьте срок службы инструмента. , увеличьте скорость подачи и обеспечьте эффективность обработки.
3.4 Примеры применения
Фланец, изготовленный на заводе по обработке автомобильных деталей, показан на рисунке 4. Существующее технологическое решение неэффективно, и необходимо оптимизировать различные параметры резки, чтобы увеличить срок службы инструмента и эффективность производства.
картина
Рисунок 4. Фланец
Оптимизируйте план обработки, увеличив количество обратного резания, уменьшив траекторию движения инструмента и уменьшив скорость резания. До оптимизации траектории инструмента были многочисленными и хаотичными, но после оптимизации траектории инструмента были четкими, как показано на рисунках 5 и 6. Параметры до и после оптимизации показаны в таблице 1. После оптимизации стойкость инструмента увеличилась. от 15 частей до 31 части.
картина
Рисунок 5. Оптимизация траектории переднего инструмента.
картина
Рис. 6 Оптимизированная траектория инструмента
Таблица 1 Параметры до и после оптимизации
картина
Фактором, определяющим режущую способность лезвия, является скорость резания. Система ЧПУ считывает скорость шпинделя. Многие программисты при разработке программ учитывают только скорость и игнорируют коэффициент диаметра. Однако при реальной обработке фактор диаметра также имеет большее влияние. Возьмем для примера токарную обработку: диаметр заготовки D составляет 50 мм, а скорость станка n равна 1000 об/мин, линейная скорость vc=157 м/мин. Когда диаметр заготовки D составляет 100 мм, а скорость станка n равна 1000 об/мин, линейная скорость vc=314 м/мин.
Судя по образцу инструмента, скорость резания 314 м/мин очень высока и близка к пределу, который может выдержать твердосплавное лезвие. Высокая скорость резания может ускорить процесс износа инструмента и сократить срок его службы.
Из этого видно, что при одинаковой скорости станка, разных диаметрах заготовки и скоростях резания инструмента, когда срок службы инструмента слишком мал, вы можете проверить, не вызвано ли это слишком высокой скоростью резания.
04
Влияние зачистной кромки на эффективность резки
Щетка стеклоочистителя имеет угол при вершине, состоящий из 3-9 дуг разного радиуса, а радиус дуги может достигать более 900 мм. Взаимосвязь между скруглением кончика инструмента, величиной подачи и качеством поверхности
Rмакс＝fn²/8r(1)
Rmax (вытирающая кромка)=Rmax/² (2)
В формуле fn – количество подачи (мм/об); r – радиус скругления вершины инструмента (мм); Rmax — разница высот между вершиной и впадиной режущей поверхности (мм).
Этот метод подходит для чистового точения или растачивания. Сам инструмент для очистки не имеет функции быстрой подачи. Однако по предыдущей формуле можно сделать вывод, что характеристики зачистного инструмента таковы: при одинаковых параметрах обработки качество поверхности зачистного инструмента может быть увеличено в 1 раз; при одинаковом качестве поверхности скорость подачи зачистного инструмента можно увеличить в 1 раз. .
Если требуется одинаковое качество поверхности, при использовании зачистных инструментов можно использовать более высокие скорости подачи.
Если взять обработку торцевой поверхности выходной оболочки в качестве примера повышения эффективности, материал заготовки QT500, а значение шероховатости поверхности Ra должно быть меньше или равно 1,6 мкм. Чтобы сократить время цикла, была использована щетка стеклоочистителя. Учитывая те же требования к шероховатости поверхности, скорость подачи была увеличена с 0,36 мм/об до 0,5 мм/об. Измеренное значение шероховатости поверхности Ra=1.33 мкм, срок службы лезвия был таким же. Различные параметры обработки с использованием обычных токарных пластин и пластин Wiper показаны в Таблице 2. Торцевая поверхность выходной гильзы после оптимизации показана на Рисунке 7.
Таблица 2. Различные параметры обработки обычных токарных пластин и пластин Wiper.
картина
картина
Рисунок 7. Оптимизированная торцевая поверхность выходной оболочки.
05
Влияние основного угла отклонения на эффективность резания
Подача на зуб была упомянута в предыдущем кратком введении в концепцию скорости подачи. Некоторые марки образцов инструментов рекомендуют в качестве параметра резания максимальную толщину стружки вместо подачи на зуб. Потому что величину подачи определяет максимальная толщина стружки шестигранник и ведущий угол Kr инструмента. Формула преобразования: hex=fzsinKr.
Когда главный угол отклонения составляет 90 градусов, fz=hex, максимальная толщина стружки инструмента равна подаче на зуб. По мере уменьшения основного угла отклонения скорость подачи можно увеличить.
На примере фрезы с квадратным уступом (см. рисунок 8) число зубьев ZN фрезы с квадратным уступом 90 градусов составляет 5 канавок, n=1000об/мин, шестигранник=0,2 мм. , fz=0.2мм/z, скорость подачи станка vf =0.2×5×1000=1000 (мм/мин).
картина
а) Схема конструкции фрезы с квадратным уступом
картина
б) Физические объекты
Фигура 8 90 фреза с квадратным уступом, градус
Торцевая фреза с углом опережения 45 градусов (см. рисунок 9) ZN имеет 5 канавок, n=1000об/мин, шестигранник=0.2 мм, fz=шестигранник /sin45 градусов {{8} }.282мм/z, затем скорость подачи станка vf=0.282× 5×1000=1410 (мм/мин).
картина
а) Структурная схема торцевой фрезы
картина
б) Физические объекты
Фигура 9 45 фреза с квадратным уступом, градус
Торцевая фреза с передним углом 10 градусов (см. Рисунок 10) ZN имеет 5 кромок, n=1000об/мин, шестигранник=0.2мм, fz= шестигранник/sin10 градусов {{8} }.156 мм/z, затем скорость подачи станка vf=1.156× 5×1000=5780 (мм/мин).
картина
а) Сигнал
картина
б) Физические объекты
Фигура 10 10 фреза с квадратным уступом, градус
Подводя итог, можно сказать, что при одинаковой скорости вращения лезвия одного и того же типа, чем меньше главный угол отклонения, тем выше скорость подачи, которую можно использовать. Стоит отметить, что фреза с квадратным уступом 90 градусов в основном воспринимает радиальную силу, а осевая сила приближается к нулю. Поскольку основной угол отклонения уменьшается, на примере фрезы с основным углом отклонения 10 градусов в качестве примера он воспринимает в основном осевую силу. Радиальная сила очень мала. Чем меньше главный угол отклонения, тем больше склонность к вибрации и тем выше потребляемая мощность.
06
Влияние методов обработки на эффективность резки
Траектория режущего инструмента также оказывает большое влияние на эффективность обработки. Например, недавно популярный метод динамического фрезерования представляет собой эффективный метод трохоидального фрезерования с большим объемом обратного резания и небольшой шириной резания. Отличие от обычного трохоидального фрезерования состоит в том, что процесс динамического фрезерования строго придерживается шестигранника постоянной толщины стружки. Имеет высокую скорость съема металла. Поскольку динамическое фрезерование может обеспечить постоянную силу резания во время резки инструмента, скорость обработки высокая и стабильная.
На примере фрезерования внешнего контура корпуса клапана проиллюстрируем влияние методов обработки на эффективность резки. Заготовка изготовлена из нержавеющей стали. Сложность в том, что соотношение длины инструмента к диаметру достигает 4-кратного диаметра, что вызывает вибрацию во время обработки. В первоначальном плане использовались фрезы с квадратными уступами со сменными пластинами, что приводило к сильной вибрации при резании из-за большого соотношения сторон. Невозможно нормально обработать. Оптимизирован для использования твердосплавных концевых фрез, имеет большую производительность обратного резания, небольшую ширину резания и метод динамического фрезерования. Динамическое моделирование траектории фрезерного инструмента показано на рисунке 11, а параметры сравнения показаны в таблице 3.
картина
Рисунок 11. Динамическое моделирование траектории фрезерного инструмента.
Таблица 3 Сравнение параметров
картина
07
Повышение эффективности обработки с помощью композитных инструментов
Для изделий большого объема обычно используются композитные инструменты для повышения эффективности производства, такие как сверла для снятия фасок, композитные расточные инструменты (см. Рисунок 12) и т. д.
картина
Рисунок 12. Расточный инструмент для комбинированных соединений.
В составных инструментах используется один инструмент для обработки нескольких рабочих этапов, что повышает эффективность обработки и экономит время смены инструмента при использовании нескольких инструментов. Композитные режущие инструменты также имеют множество недостатков. Самый большой недостаток – они не универсальны. Режущие инструменты предназначены только для определенной детали и не могут использоваться универсально с другими заготовками [3].
08
Заключение
В этой статье представлены шесть способов оптимизации режущих инструментов, которые могут дать рекомендации по повышению эффективности производства и снижению затрат. Метод оптимизации инструмента должен быть гибким и должен осуществляться на практической основе. Перед оптимизацией необходимо проанализировать узкие места процесса, целенаправленно оптимизировать инструмент и уловить ключевые моменты для решения проблемы в соответствии с конкретными производственными условиями.
