Sok éves helyszíni gyakorlati hibakeresési tapasztalat alapján, a fémszerszámok forgácsolásának alapelveiből kiindulva, olyan tényezőkkel kombinálva, mint a szerszám anyaga, a forgácsolási paraméterek, az ablaktörlő éle, az elülső szög, a feldolgozási módszer és a kompozit szerszám, hat optimalizálási módszer kerül bemutatásra. csökkenti a költségek csökkentését. A termelés hatékonyságának javítása.
01
Előszó
Hazám feldolgozóiparának gyors fejlődése óriási gazdasági előnyökkel járt országunk, sőt a világ számára is. Ahogy a piaci verseny egyre élesebbé válik, a költségcsökkentés és a hatékonyság növelése olyan problémákká vált, amelyekkel minden vállalkozásnak szembe kell néznie. A költségek hatékony csökkentése és a hatékonyság növelése érdekében szükséges a termelési költségek összetételének elemzése. A termelési költség három részből áll: közvetlen anyagok, közvetlen munkaerő és gyártási rezsi. A közvetlen anyagok a gyártási folyamatban lévő munkatárgyakat jelentik, amelyeket félkész termékekké vagy késztermékekké dolgoznak fel, és használati értékük később más használati értékké válik. A közvetlen munkaerő a termelési folyamat során felhasznált emberi erőforrást jelenti, amely bérek, jóléti kiadások stb. alapján számítható ki. A gyártási költségek olyan létesítményekre vonatkoznak, mint a gyárak, gépek, járművek és berendezések, a gyártási folyamatban felhasznált anyagok és segédanyagok. Felhasználásuk egy része értékcsökkenéssel, másik része pedig karbantartással kerül bekerülésre, a fix kiadások, a gépi anyagfelhasználás és a segédanyag felhasználás az önköltségben szerepel. Ez a cikk számos szerszámhasználati módszert optimalizál a szerszámfelhasználási költségek csökkentése és a feldolgozási hatékonyság javítása érdekében, ezáltal a szerszámgéphasználati költségek megtakarítását éri el.
02
Változtassa meg a szerszám anyagát a feldolgozási hatékonyság javítása érdekében
Az általánosan használt szerszámanyagok a következők: gyorsacél, keményfém, kerámia, CBN és PCD. A CBN-nek és a PCD-nek nagyobb a keménysége, a legmagasabb a kopásállósága, és anyagaik viszonylag törékenyek. A gyorsacélnak van a legjobb szívóssága, de keménysége nagyon alacsony, kopásállósága pedig gyenge.
A gyorsacél nagy széntartalmú ötvözött acél. A fő ötvözetelemek a volfrám, króm, molibdén, kobalt, vanádium és alumínium stb., és nagy mennyiségű karbidot tartalmaznak. A gyorsacél vágószerszámok nagy szívóssággal és viszonylag alacsony keménységgel rendelkeznek. Előnye, hogy olcsók, nagy plaszticitásúak, és szinte minden anyagot képesek feldolgozni. Ezek voltak a korai forgácsolószerszámok fő anyagai. Hátránya, hogy magasabb követelményeket támasztanak a kezelőkkel szemben, és kézi munkát igényelnek. Az élezés és a vágási sebesség, amelyet a gyorsacél anyagok ellenállnak, nagyon alacsony. Például a munkadarab anyaga 45 acél, keménysége 250 HBW, vágási sebessége 30-60 m / perc, és a vágási hatékonyság alacsony.
Jelenleg a leggyakrabban használt szerszámanyag a bevonatos keményfém. A bevonatos keményfém szerszámok keménysége és hőállósága jobb, mint a gyorsacél szerszámoké. Nagyobb vágási sebességnek is ellenáll, 100 és 300 m/perc közötti vágási sebességgel[1].
Példaként az esztergaacél alkatrészek külső körét véve, ha keményfém esztergaszerszámokat használnak a gyorsacél esztergaszerszámok helyettesítésére, akkor a vágási sebesség 50 m/percről 180 m/percre növelhető, és a hatásfok több mint 3-szor, és a keményfém szerszámok magasabb forgácsolószerszámokkal is rendelkeznek. élet. A cserélhető pengével ellátott keményfém esztergaszerszámokat nem kell élezni, elég a pengét kicserélni, és a kezelőnek nem kell élezési ismeretekkel rendelkeznie.
A gyorsacél és keményfém vágószerszámok mellett kerámia, CBN és PCD is található. Ez a három anyag nagyobb vágási sebességgel rendelkezik - több mint 1000 m/perc, de alkalmazási tartományuk korlátozott. A kerámiát és a CBN-t általában öntöttvas és 50 HRC feletti keménységű acél munkadarabok feldolgozására használják. A PCD-t általában alumínium, műanyag, fa és keményfém feldolgozására használják, öntöttvas alkatrészeket azonban nem [2].
Az alumíniumötvözet marószerszámok példájaként a nagysebességű acél marók vágási sebessége 120-300 m/perc. A Mapal márkájú keményfém marók HP615 anyagának ajánlott vágási sebessége 700m/perc, míg PCD anyagból készült marók használhatók. A vágási sebesség 1500-2000 m/perc.
03
A forgácsolási paraméterek hatása a szerszám élettartamára és a gyártási hatékonyságra
A megmunkálási hatékonyság és a szerszám élettartamának javítása érdekében meg kell határozni, hogy a forgácsolási paraméterek ésszerűek-e, és elemezni kell az egyes forgácsolási paraméterek hatását a szerszám élettartamára és hatékonyságára. A vágási paraméterek közé tartozik a vágási sebesség (lineáris sebesség), az előtolási sebesség és a visszavágás mennyisége, más néven három vágóelem.
3.1 Vágási sebesség vc
A vc forgácsolási sebesség és az orsó fordulatszáma közötti összefüggés vc=πDn/1000, ahol D a szerszám/munkadarab effektív átmérője (mértékegysége: mm), n pedig a szerszámgép sebessége (mértékegysége: r/min). ). Ha a vágási sebesség túl nagy, az oldalsó kopás megnő, és a munkadarab felületi minősége romlik. Ha a vágási sebesség rendkívül nagy, a lapka is plasztikus deformáción megy keresztül. A forgácsolási sebességnek a szerszám élettartamára gyakorolt hatásgörbéje az 1. ábrán látható.
kép
1. ábra A forgácsolási sebesség hatásgörbéje a szerszám élettartamára
3.2 Előtolási sebesség vf
Az előtolási sebesség számítási képlete: vf=fZZnn, fZ a szerszám előtolása (mértékegysége mm/z), Zn az effektív vágóélek száma (mértékegysége egység), n a szerszámgép sebessége (mértékegysége) az r/perc). Ha az előtolási sebesség túl magas, a forgács ellenőrizetlen lesz, és a megmunkált felület minősége romlik. A vágási teljesítmény nagy, és a forgácsok becsapódnak a szerszámba vagy a megmunkált felületbe. Az előtolási sebesség befolyásolási görbéje a szerszám élettartamára a 2. ábrán látható.
kép
2. ábra Az előtolási sebesség hatásgörbéje a szerszám élettartamára
3.3 A hátsó kés mennyisége ap
A visszavágás mennyisége a vágatlan és a vágott felület különbségére vonatkozik. A visszavágás mértékének a szerszám élettartamára gyakorolt hatásgörbéje a 3. ábrán látható.
kép
3. ábra A visszavágási mennyiség befolyási görbéje a szerszám élettartamára
A három forgácsolási tényező közül a vágási sebesség, az előtolási sebesség és a visszafogás mértéke egyaránt hatással van a szerszám élettartamára. A visszavágási mennyiség hatása a legkisebb, az előtolási sebesség nagyobb, mint a visszavágás mennyisége, és a vágási sebesség a legnagyobb hatással a penge élettartamára.
A legnagyobb éltartam elérése érdekében az optimalizálási paraméterek iránya a következő: maximalizálja a hátsó kapcsolódást, hogy csökkentse a szerszámmenetek számát; maximalizálja az előtolási sebességet a vágási idő lerövidítése érdekében; csökkentse a vágási sebességet a legjobb élettartam elérése érdekében.
A nagyolás hatékonyságának javítása érdekében kezdje a visszavágás mennyiségének optimalizálásával. Ha sok a szerszámpálya, növelje a visszavágás mennyiségét és csökkentse a szerszámpályát, vagy növelje a visszavágás mennyiségét, csökkentse a vágási sebességet és javítsa a szerszám élettartamát. , növelje az adagolási sebességet és biztosítsa a feldolgozási hatékonyságot.
3.4 Alkalmazási példák
Az autóalkatrész-feldolgozó gyár által gyártott karima a 4. ábrán látható. A meglévő feldolgozási megoldás nem hatékony, és a szerszám élettartamának és a gyártási hatékonyság növelése érdekében optimalizálni kell a különféle forgácsolási paramétereket.
kép
4. ábra Karima
Optimalizálja a feldolgozási tervet a visszavágás mennyiségének növelésével, a szerszámpályák csökkentésével és a vágási sebesség csökkentésével. Az optimalizálás előtt a szerszámpályák sokak és kaotikusak voltak, de az optimalizálás után a szerszámpályák egyértelműek voltak, ahogy az 5. és 6. ábrán látható. Az optimalizálás előtti és utáni paramétereket az 1. táblázat mutatja. Az optimalizálás után a szerszám élettartama megnövekedett 15 résztől 31 részig.
kép
5. ábra Az elülső szerszámpálya optimalizálása
kép
6. ábra Optimalizált szerszámút
1. táblázat Paraméterek az optimalizálás előtt és után
kép
A fűrészlap vágási teljesítményét mérő tényező a vágási sebesség. A CNC rendszer leolvassa az orsó fordulatszámát. Sok programozó csak a sebességet veszi figyelembe a programok tervezésekor, és figyelmen kívül hagyja az átmérőtényezőt. A tényleges megmunkálásnál azonban az átmérőtényezőnek is nagyobb a hatása. Példaként az esztergálással, amikor a D munkadarab átmérője 50 mm és a szerszámgép n sebessége 1000 r/perc, a lineáris sebesség vc=157m/min. Ha a D munkadarab átmérője 100 mm és a szerszámgép n sebessége 1000 r/perc, akkor a lineáris sebesség vc{5}}m/min.
A szerszámminta szerint a 314 m/perc vágási sebesség nagyon magas, közel van ahhoz a határhoz, amelyet a keményfém penge elvisel. A nagy vágási sebesség felgyorsíthatja a szerszám kopási folyamatát és csökkentheti a szerszám élettartamát.
Ebből látható, hogy azonos szerszámgépsebesség, különböző munkadarab-átmérők és szerszámforgácsolási sebességek esetén túl alacsony szerszámélettartam esetén ellenőrizhető, hogy nem a túl nagy forgácsolási sebesség okozza-e.
04
Az ablaktörlő élének hatása a vágási hatékonyságra
Az ablaktörlő lapát csúcsszöge 3-9 különböző sugarú ívből áll, és az ív sugara elérheti a 900 mm-t is. A szerszámcsúcs filé, az előtolás mennyisége és a felület minősége közötti kapcsolat az
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (törlő él)=Rmax/² (2)
A képletben fn a betáplálás mennyisége (mm/r); r a szerszámcsúcs kivágás sugara (mm); Rmax a vágási felület csúcsa és mélysége közötti magasságkülönbség (mm).
Ez a módszer alkalmas esztergálás vagy fúrás befejezésére. Maga az ablaktörlő szerszám nem rendelkezik gyors adagolási funkcióval. Az előző képlet alapján azonban arra lehet következtetni, hogy az ablaktörlő szerszám jellemzői: azonos feldolgozási paraméterek esetén az ablaktörlő szerszám felületi minősége 1-szeresére növelhető; ha a felület minősége azonos, az ablaktörlő szerszám előtolási sebessége 1-szer növelhető. .
Ha azonos felületminőségre van szükség, nagyobb előtolási sebességet lehet használni törlőszerszámok használatakor.
A kimeneti héj homlokfelületének feldolgozását tekintve a hatékonyság javításának példájaként, a munkadarab anyaga QT500, és az Ra felületi érdesség értéke 1,6 μm-nél kisebb vagy azzal egyenlő. A ciklusidő javítása érdekében ablaktörlő lapátot használtak. Ugyanezen felületi érdesség követelményeinek teljesítése mellett az előtolási sebességet 0,36 mm/r-ről 0,5 mm/r-re növelték. A mért felületi érdesség Ra=1.33μm, és a penge élettartama megegyezett. A különböző feldolgozási paramétereket közönséges esztergalapkákkal és törlőlapkákkal a 2. táblázat mutatja. A kimeneti héj végfelülete az optimalizálás után a 7. ábrán látható.
2. táblázat A közönséges esztergalapkák és ablaktörlő lapkák különböző feldolgozási paraméterei
kép
kép
7. ábra Optimalizált kimeneti héj homlokfelülete
05
A fő elhajlási szög hatása a vágási hatékonyságra
A fogankénti előtolást az előtolási sebesség fogalmának előző rövid bevezetőjében említettük. Egyes szerszámminták márkái a maximális forgácsvastagság hatszögletét ajánlják vágási paraméterként a fogankénti előtolás helyett. Mert ami az előtolást határozza meg, az a maximális forgácsvastagság hatszög és a szerszám Kr bevezető szöge. A konverziós képlet hex=fzsinKr.
Ha a fő elhajlási szög 90 fok, fz=hex, a szerszám maximális forgácsvastagsága megegyezik a fogankénti előtolással. A fő elhajlási szög csökkenésével az előtolási sebesség növelhető.
Példaként a szögletes vállmaróval (lásd 8. ábra) a 90 fokos szögletes vállmaró ZN fogainak száma 5 horony, n=1000r/perc, hatszögletű=0,2 mm , fz=0.2mm/z, szerszámgép előtolási sebessége vf =0.2×5×1000=1000 (mm/perc).
kép
a) Négyszögletes vállmarás szerkezeti diagramja
kép
b) Fizikai tárgyak
Ábra 8 90 fokos, négyzetes vállmaró
45 fokos homlokszögű homlokmaró (lásd 9. ábra) A ZN 5 hornyával rendelkezik, n=1000r/perc, hatszögletű=0,2 mm, fz=hex /sin45 fok {{8} }.282mm/z, majd a szerszámgép előtolási sebessége vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/perc).
kép
a) Síkmaró szerkezeti diagramja
kép
b) Fizikai tárgyak
Ábra 9 45 fokos, négyzetes vállmaró
10 fokos előszögű homlokmaró (lásd a 10. ábrát) A ZN-nek 5 éle van, n=1000r/min, hatszögletű=0,2 mm, fz= hatszögletű/sin10 fokos {{8} },156 mm/z, majd a szerszámgép előtolási sebessége vf=1,156× 5×1000=5780 (mm/perc).
kép
a) Jel
kép
b) Fizikai tárgyak
Ábra 10 10 fokos, négyzetes vállmaró
Összefoglalva, azonos típusú penge azonos forgási sebessége mellett minél kisebb a fő elhajlási szög, annál nagyobb az előtolási sebesség használható. Érdemes megjegyezni, hogy a 90 fokos szögletes vállmaró főként radiális erőt visel, és az axiális erő közelít a nullához. A fő kihajlási szög csökkenésével, a 10 fokos fő kihajlási szög maróját példának vesszük, főként axiális erőt visel. A radiális erő nagyon kicsi. Minél kisebb a fő elhajlási szög, annál nagyobb a rezgési hajlam és annál nagyobb az energiafogyasztás.
06
A feldolgozási módszerek hatása a vágási hatékonyságra
A forgácsolószerszám útja is nagy hatással van a megmunkálási hatékonyságra. Például egy mostanában népszerű dinamikus marási módszer egy hatékony trochoidális marási módszer, nagy visszavágási térfogattal és kis vágásszélességgel. A különbség a hagyományos trochoidális marástól az, hogy a dinamikus marási eljárás szigorúan betartja az állandó forgácsvastagság hatszögletét. Magas fémeltávolítási sebességgel rendelkezik. Mivel a dinamikus marás állandó forgácsolóerőt biztosít a szerszámvágás során, a feldolgozási sebesség gyors és stabil.
Példaként vesszük a szeleptest külső kontúrjának marását a megmunkálási módszerek vágási hatékonyságra gyakorolt hatásának szemléltetésére. A munkadarab rozsdamentes acélból készült. A nehézség az, hogy a szerszám hossz-átmérő aránya eléri az átmérő 4-szeresét, ami a feldolgozás során vibrációt okoz. Az eredeti terv cserélhető lapkás szögletes vállmarókat használt, ami a nagy oldalarány miatt nagy forgácsolási vibrációt eredményezett. Nem lehet normálisan feldolgozni. Keményfém marók használatára optimalizálva, nagy hátravágási kapacitással, kis vágási szélességgel és dinamikus marási módszerrel. A dinamikus marószerszám pálya szimulációját a 11. ábra, az összehasonlító paramétereket a 3. táblázat mutatja.
kép
11. ábra Dinamikus marószerszám pálya szimuláció
3. táblázat Paraméterek összehasonlítása
kép
07
Növelje a megmunkálási hatékonyságot kompozit szerszámokkal
A nagy volumenű termékeknél általában kompozit szerszámokat használnak a termelés hatékonyságának javítására, ilyenek a leélezett fúrók, kompozit fúrószerszámok (lásd 12. ábra) stb.
kép
12. ábra Összetett fúrószerszám
Az összetett szerszámok egyetlen eszközt használnak több munkalépés feldolgozására, ami javítja a feldolgozás hatékonyságát és megtakarítja több szerszám szerszámcseréjének idejét. A kompozit vágószerszámoknak is sok hiányossága van. A legnagyobb hátrányuk, hogy nem univerzálisak. A vágószerszámokat csak egy bizonyos munkadarabhoz tervezték, és nem használhatók univerzálisan más munkadarabokkal [3].
08
Következtetés
Ez a cikk hat módszert kínál a vágószerszámok optimalizálására, amelyek útmutatást nyújthatnak a termelés hatékonyságának javításához és a költségek csökkentéséhez. Az eszközoptimalizálási módszernek rugalmasnak kell lennie, és gyakorlati alapon kell elvégezni. Az optimalizálás előtt elemezni kell a szűk keresztmetszeti folyamatot, célzottan optimalizálni kell a szerszámot, és meg kell ragadni a kulcspontokat a probléma megoldásához az adott gyártási feltételeknek megfelelően.
