A partir de molts anys d'experiència pràctica de depuració in situ, a partir dels principis del tall d'eines metàl·liques, combinats amb factors com el material de l'eina, els paràmetres de tall, la vora del netejador, l'angle d'avantguarda, el mètode de processament i l'eina composta, s'introdueixen sis mètodes d'optimització per reduir costos de reducció. L'objectiu és millorar l'eficiència de la producció.
01
Pròleg
El ràpid desenvolupament de la indústria manufacturera del meu país ha generat grans beneficis econòmics per al nostre país i fins i tot per al món. A mesura que la competència del mercat es fa cada cop més ferotge, la reducció de costos i la millora de l'eficiència s'han convertit en problemes que totes les empreses han d'enfrontar. Per tal de reduir eficaçment els costos i augmentar l'eficiència, cal analitzar la composició dels costos de producció. El cost de producció consta de tres parts: materials directes, mà d'obra directa i despeses generals de fabricació. Els materials directes es refereixen a objectes laborals en el procés de producció, que es transformen en productes semielaborats o productes acabats, i el seu valor d'ús es converteix posteriorment en un altre valor d'ús. La mà d'obra directa fa referència als recursos humans consumits en el procés productiu, que es poden calcular per salaris, despeses de benestar, etc. Les despeses de fabricació fan referència a instal·lacions com fàbriques, màquines, vehicles i equips, materials i materials auxiliars utilitzats en el procés productiu. Una part del seu consum s'inclou en el cost mitjançant l'amortització, i l'altra part és per manteniment, s'inclouen en el cost les despeses fixes, el consum de material de màquina i el consum de material auxiliar. Aquest article optimitza diversos mètodes d'ús d'eines per reduir els costos de consum d'eines i millorar l'eficiència del processament, aconseguint així l'efecte d'estalviar els costos d'ús de la màquina-eina.
02
Canviar el material de l'eina per millorar l'eficiència del processament
Els materials d'eina d'ús habitual inclouen els següents: acer d'alta velocitat, carbur, ceràmica, CBN i PCD. CBN i PCD tenen una duresa més alta, una major resistència al desgast i els seus materials són relativament fràgils. L'acer d'alta velocitat té la millor duresa, però la seva duresa és molt baixa i la seva resistència al desgast és pobre.
L'acer d'alta velocitat és un acer d'aliatge d'alt carboni. Els principals elements d'aliatge són tungstè, crom, molibdè, cobalt, vanadi i alumini, etc., i conté una gran quantitat de carburs. Les eines de tall d'acer d'alta velocitat tenen una duresa alta i una duresa relativament baixa. Els avantatges són que són barats, tenen una gran plasticitat i poden processar gairebé tots els materials. Eren els principals materials utilitzats en les primeres eines de tall. Els desavantatges són que requereixen més exigències als operaris i requereixen mà d'obra. L'afilat i la velocitat de tall que poden suportar els materials d'acer d'alta velocitat és molt baixa. Per exemple, el material de la peça és d'acer 45, la duresa és de 250 HBW, la velocitat de tall és de 30 ~ 60 m/min i l'eficiència de tall és baixa.
Actualment, el material d'eina més utilitzat és el carbur revestit. La duresa i la resistència a la calor de les eines de carbur recobert són millors que les de les eines d'acer d'alta velocitat. Pot suportar velocitats de tall més altes, amb velocitats de tall que oscil·len entre 100 i 300 m/min[1].
Prenent com a exemple el cercle exterior de peces de tornejat d'acer, si s'utilitzen eines de tornejat de carbur per substituir eines de tornejat d'acer d'alta velocitat, la velocitat de tall es pot augmentar de 50 m/min a 180 m/min i l'eficiència augmenta en més de 3 vegades, i les eines de carbur també tenen eines de tall més altes. vida. Les eines de tornejat de carbur amb fulles reemplaçables no s'han d'esmolar, només cal substituir la fulla i l'operador no necessita tenir habilitats per esmolar.
A més de les eines de tall d'acer i carbur d'alta velocitat, també hi ha ceràmica, CBN i PCD. Aquests tres materials tenen velocitats de tall més altes, més de 1000 m/min, però el seu rang d'aplicació és limitat. La ceràmica i el CBN s'utilitzen normalment per processar peces de ferro colat i peces d'acer amb una duresa elevada per sobre de 50HRC. El PCD s'utilitza normalment per processar alumini, plàstic, fusta i carbur, però no pot processar peces de ferro colat [2].
Prenent com a exemple les freses d'aliatge d'alumini, la velocitat de tall de les freses d'acer d'alta velocitat és de 120 ~ 300 m/min. La velocitat de tall recomanada del material HP615 de les freses de carbur de la marca Mapal és de 700 m/min, mentre que es poden utilitzar freses de material PCD. La velocitat de tall és de 1500 ~ 2000 m/min.
03
Efecte dels paràmetres de tall sobre la vida útil i l'eficiència de la producció
Per millorar l'eficiència del mecanitzat i la vida útil de l'eina, cal determinar si els paràmetres de tall són raonables i analitzar l'impacte de cada paràmetre de tall en la vida i l'eficiència de l'eina. Els paràmetres de tall inclouen la velocitat de tall (velocitat lineal), la velocitat d'alimentació i la quantitat de tall posterior, també coneguts com els tres elements de tall.
3.1 Velocitat de tall vc
La relació entre la velocitat de tall vc i la velocitat del cargol és vc=πDn/1000, on D és el diàmetre efectiu de l'eina/peça (unitat: mm) i n és la velocitat de la màquina-eina (unitat: r/min). ). Quan la velocitat de tall és massa alta, el desgast dels flancs augmentarà i la qualitat de la superfície de la peça es deteriorarà. Quan la velocitat de tall és extremadament alta, la inserció també patirà una deformació plàstica. La corba d'influència de la velocitat de tall en la vida útil de l'eina es mostra a la figura 1.
imatge
Figura 1 Corba d'efecte de la velocitat de tall sobre la vida útil de l'eina
3.2 Velocitat d'alimentació vf
La fórmula de càlcul de la velocitat d'avanç és vf=fZZnn, fZ és l'avançament de l'eina (la unitat és mm/z), Zn és el nombre de talls efectius (unitat són unitats), n és la velocitat de la màquina-eina (unitat és r/min). Si la velocitat d'alimentació és massa alta, els xips no es controlaran i la qualitat de la superfície mecanitzada es deteriorarà. La potència de tall és alta i els xips afectaran l'eina o la superfície mecanitzada. La corba d'influència de la velocitat d'alimentació en la vida útil de l'eina es mostra a la figura 2.
imatge
Figura 2 Corba d'efecte de la velocitat d'avanç sobre la vida útil de l'eina
3.3 La quantitat de ganivet posterior ap
La quantitat de tall posterior es refereix a la diferència entre la superfície sense tallar i la superfície tallada. La corba d'influència de la quantitat de tall posterior sobre la vida útil de l'eina es mostra a la figura 3.
imatge
Figura 3 La corba d'influència de la quantitat de tall posterior en la vida útil de l'eina
Entre els tres factors de tall, la velocitat de tall, la velocitat d'avanç i la quantitat d'acoblament posterior tenen un impacte en la vida útil de l'eina. L'impacte de la quantitat de tall posterior és el més petit, la velocitat d'alimentació té un impacte més gran que la quantitat de tall posterior i la velocitat de tall té el major impacte en la vida útil de la fulla.
Per tal d'obtenir la màxima vida útil de l'eina, la direcció dels paràmetres d'optimització és: maximitzar l'engranatge posterior per reduir el nombre de passades d'eina; maximitzar la velocitat d'alimentació per escurçar el temps de tall; reduir la velocitat de tall per obtenir la millor vida útil de l'eina.
Per millorar l'eficiència del desbast, podeu començar optimitzant la quantitat de tall posterior. Si hi ha molts camins d'eina, augmenta la quantitat de tall posterior i redueix el recorregut de l'eina, o augmenta la quantitat de tall posterior, redueix la velocitat de tall i millora la vida útil de l'eina. , augmentar la velocitat d'alimentació i garantir l'eficiència del processament.
3.4 Exemples d'aplicació
La brida produïda per una fàbrica de processament de peces d'automòbil es mostra a la figura 4. La solució de processament existent és ineficient i cal optimitzar diversos paràmetres de tall per millorar la vida útil i l'eficiència de la producció.
imatge
Figura 4 Brida
Optimitzeu el pla de processament augmentant la quantitat de tall posterior, reduint els recorreguts de les eines i reduint la velocitat de tall. Abans de l'optimització, els camins de l'eina eren molts i caòtics, però després de l'optimització, els camins de l'eina eren clars, tal com es mostra a les figures 5 i 6. Els paràmetres abans i després de l'optimització es mostren a la taula 1. Després de l'optimització, s'ha augmentat la vida útil de l'eina. de 15 parts a 31 parts.
imatge
Figura 5 Optimització del recorregut de l'eina frontal
imatge
Figura 6 Trajecte de l'eina optimitzat
Taula 1 Paràmetres abans i després de l'optimització
imatge
El factor que mesura el rendiment de tall de la fulla és la velocitat de tall. El sistema CNC llegeix la velocitat del cargol. Molts programadors només tenen en compte la velocitat a l'hora de dissenyar programes i ignoren el factor diàmetre. Tanmateix, en el mecanitzat real, el factor diàmetre també té un impacte més gran. Prenent com a exemple el tornejat, quan el diàmetre de la peça D és de 50 mm i la velocitat de la màquina-eina n és de 1000r/min, la velocitat lineal vc=157m/min. Quan el diàmetre de la peça D és de 100 mm i la velocitat de la màquina-eina n és de 1000r/min, la velocitat lineal vc=314m/min.
Segons la mostra de l'eina, la velocitat de tall de 314 m/min és molt alta, propera al límit que pot suportar la fulla de carbur. L'alta velocitat de tall pot accelerar el procés de desgast de l'eina i reduir la vida útil de l'eina.
Es pot veure a partir d'això que per a la mateixa velocitat de màquina-eina, diferents diàmetres de peça i velocitats de tall de l'eina, quan la vida útil de l'eina és massa baixa, podeu comprovar si és causada perquè la velocitat de tall és massa alta.
04
La influència de la vora del netejador en l'eficiència del tall
La fulla de neteja té un angle de punta compost de 3 a 9 arcs amb diferents radis, i el radi de l'arc pot arribar a més de 900 mm. La relació entre el filet de punta de l'eina, la quantitat d'alimentació i la qualitat de la superfície és
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (vora de neteja)=Rmax/² (2)
A la fórmula, fn és la quantitat d'alimentació (mm/r); r és el radi de la punta de l'eina (mm); Rmax és la diferència d'alçada entre el pic i l'abeurador de la superfície de tall (mm).
Aquest mètode és adequat per acabar de tornejat o avorrit. L'eina de neteja en si no té una funció d'alimentació ràpida. Tanmateix, d'acord amb la fórmula anterior, es pot deduir que les característiques de l'eina netejador són: quan els paràmetres de processament són els mateixos, la qualitat de la superfície de l'eina netejador es pot augmentar 1 vegades; quan la qualitat de la superfície és la mateixa, la velocitat d'alimentació de l'eina netejador es pot augmentar 1 cop. .
Quan es requereix la mateixa qualitat de superfície, es poden utilitzar velocitats d'avanç més altes quan s'utilitzen eines de neteja.
Prenent el processament de la cara final de la carcassa de sortida com a exemple de millora de l'eficiència, el material de la peça és QT500 i el valor de rugositat superficial Ra és inferior o igual a 1,6 μm. Per tal de millorar el temps de cicle, es va utilitzar un eixugaparabrises. Amb la premissa de complir els mateixos requisits de rugositat superficial, la velocitat d'alimentació es va augmentar de 0,36 mm/r a 0,5 mm/r. El valor de rugositat de la superfície mesurat Ra=1,33μm i la vida útil de la fulla va ser la mateixa. A la taula 2 es mostren els diferents paràmetres de processament que utilitzen insercions de tornejat i eixugaparabrises. La cara final de la carcassa de sortida després de l'optimització es mostra a la figura 7.
Taula 2 Diversos paràmetres de processament d'inserts de tornejat i eixugaparabrises ordinaris
imatge
imatge
Figura 7 Cara final de la carcassa de sortida optimitzada
05
Efecte de l'angle de deflexió principal sobre l'eficiència de tall
L'alimentació per dent es va esmentar a la breu introducció anterior al concepte de velocitat d'alimentació. Algunes marques de mostres d'eines recomanen l'hexagonal de gruix màxim d'encenall com a paràmetre de tall en lloc de l'alimentació per dent. Perquè el que determina la quantitat d'alimentació és l'hexagonal de gruix màxim d'encenall i l'angle d'avantguarda Kr de l'eina. La fórmula de conversió és hex=fzsinKr.
Quan l'angle de deflexió principal és de 90 graus, fz=hex, el gruix màxim d'encenall de l'eina és el mateix que l'alimentació per dent. A mesura que l'angle de deflexió principal disminueix, la velocitat d'alimentació es pot augmentar.
Prenent com a exemple la fresa d'espatlla quadrada (vegeu la figura 8), el nombre de dents ZN de la fresa d'espatlla quadrada de 90 graus és de 5 flautes, n=1000r/min, hexagonal=0,2 mm , fz=0,2 mm/z, velocitat d'avanç de la màquina-eina vf =0,2×5×1000=1000 (mm/min).
imatge
a) Diagrama de l'estructura de la fresa d'espatlla quadrada
imatge
b) Objectes físics
Figura fresa d'espatlla quadrada de 8 90 graus
Fresa d'angle davanter de 45 graus (vegeu la figura 9) ZN té 5 flautes, n=1000r/min, hex=0,2 mm, fz=hex /sin45 grau {{8} },282 mm/z, després la velocitat d'avanç de la màquina-eina vf=0,282× 5×1000=1410 (mm/min).
imatge
a) Esquema estructural de la fresa frontal
imatge
b) Objectes físics
Figura fresa d'espatlla quadrada de 9 45 graus
Fresa d'angle davanter de 10 graus (vegeu la figura 10) ZN té 5 vores, n=1000r/min, hex=0,2 mm, fz= hex/sin10 graus {{8} },156 mm/z, després la velocitat d'avanç de la màquina-eina vf=1,156× 5×1000=5780 (mm/min).
imatge
a) Senyal
imatge
b) Objectes físics
Figura fresa d'espatlla quadrada de 10 10 graus
En resum, a la mateixa velocitat de rotació del mateix tipus de fulla, com més petit sigui l'angle de deflexió principal, més gran serà la velocitat d'alimentació que es pot utilitzar. Val la pena assenyalar que la fresa d'espatlla quadrada de 90 graus suporta principalment la força radial i la força axial s'acosta a zero. A mesura que l'angle de deflexió principal disminueix, prenent com a exemple la fresa d'angle de deflexió principal de 10 graus, suporta principalment la força axial. La força radial és molt petita. Com més petit sigui l'angle de deflexió principal, més gran serà la tendència a la vibració i més gran serà l'energia consumida.
06
La influència dels mètodes de processament en l'eficiència de tall
El recorregut de l'eina de tall també té un gran impacte en l'eficiència del mecanitzat. Per exemple, un mètode de fresat dinàmic popular recentment és un mètode de fresat trocoidal eficient amb un gran volum de tall posterior i una amplada de tall petita. La diferència amb el fresat trocoïdal convencional és que el procés de fresat dinàmic s'adhereix estrictament a l'hexagonal de gruix constant d'encenall. Té una alta taxa d'eliminació de metalls. Com que el fresat dinàmic pot garantir una força de tall constant durant el tall de l'eina, la velocitat de processament és ràpida i estable.
Prenent com a exemple el fresat del contorn exterior del cos de la vàlvula per il·lustrar l'impacte dels mètodes de processament en l'eficiència de tall. La peça de treball està feta d'acer inoxidable. La dificultat és que la relació longitud-diàmetre de l'eina arriba a 4 vegades el diàmetre, cosa que provoca vibracions durant el processament. El pla original utilitzava freses d'espatlla quadrades d'inserció reemplaçables, que van donar lloc a una gran vibració de tall a causa de la gran relació d'aspecte. No es pot processar amb normalitat. Optimitzat per utilitzar freses de carbur, gran capacitat de tall posterior, amplada de tall petita i mètode de fresat dinàmic. La simulació del recorregut de l'eina de fresat dinàmic es mostra a la figura 11 i els paràmetres de comparació es mostren a la taula 3.
imatge
Figura 11 Simulació de recorregut dinàmic de l'eina de fresat
Taula 3 Comparació de paràmetres
imatge
07
Millorar l'eficiència del mecanitzat amb eines compostes
Per als productes de gran volum, normalment s'utilitzen eines compostes per millorar l'eficiència de la producció, com ara broques de xamfrà, eines de mandrinatge compostes (vegeu la figura 12), etc.
imatge
Figura 12 Eina de mandrinar compost
Les eines compostes utilitzen una eina per processar múltiples passos de treball, la qual cosa millora l'eficiència del processament i estalvia el temps de canvi d'eines de diverses eines. Les eines de tall compostes també tenen moltes deficiències. El major inconvenient és que no són universals. Les eines de tall només estan dissenyades per a una determinada peça i no es poden utilitzar universalment amb altres peces [3].
08
Conclusió
Aquest article ofereix sis maneres d'optimitzar les eines de tall, que poden proporcionar orientació per millorar l'eficiència de la producció i reduir costos. El mètode d'optimització de l'eina ha de ser flexible i s'ha de fer de manera pràctica. Abans de l'optimització, cal analitzar el procés de coll d'ampolla, optimitzar l'eina de manera específica i comprendre els punts clau per resoldre el problema segons les condicions de producció específiques.
