Gebaseerd op vele jaren praktische foutopsporingservaring op locatie, uitgaande van de principes van het snijden van metalen gereedschappen, gecombineerd met factoren zoals gereedschapsmateriaal, snijparameters, wisserrand, voorloophoek, verwerkingsmethode en composietgereedschap, worden zes optimalisatiemethoden geïntroduceerd om de snijkosten verlagen. Het doel van het verbeteren van de productie-efficiëntie.
01
Voorwoord
De snelle ontwikkeling van de productie-industrie van mijn land heeft enorme economische voordelen opgeleverd voor ons land en zelfs voor de wereld. Nu de concurrentie op de markt steeds heviger wordt, zijn kostenreductie en efficiëntieverbetering kwesties geworden waar elke onderneming mee te maken krijgt. Om de kosten effectief te verlagen en de efficiëntie te verhogen, is het noodzakelijk om de samenstelling van de productiekosten te analyseren. De productiekosten bestaan uit drie delen: directe materialen, directe arbeid en productieoverhead. Directe materialen hebben betrekking op arbeidsobjecten in het productieproces, die worden verwerkt tot halffabrikaten of eindproducten, en hun gebruikswaarde wordt vervolgens een andere gebruikswaarde. Directe arbeid verwijst naar de menselijke hulpbronnen die in het productieproces worden verbruikt en kan worden berekend aan de hand van lonen, sociale uitgaven, enz. Productiekosten hebben betrekking op faciliteiten zoals fabrieken, machines, voertuigen en uitrusting, materialen en hulpmaterialen die in het productieproces worden gebruikt. Een deel van hun verbruik wordt via afschrijvingen in de kosten opgenomen, en het andere deel via onderhoud, vaste kosten, verbruik van machinemateriaal en verbruik van hulpmaterialen. Dit artikel optimaliseert verschillende methoden voor gereedschapsgebruik om de kosten voor gereedschapsverbruik te verlagen en de verwerkingsefficiëntie te verbeteren, waardoor het effect van besparing op de gebruikskosten van werktuigmachines wordt bereikt.
02
Verander gereedschapsmateriaal om de verwerkingsefficiëntie te verbeteren
Veelgebruikte gereedschapsmaterialen zijn onder meer: snelstaal, carbide, keramiek, CBN en PCD. CBN en PCD hebben een hogere hardheid, de hoogste slijtvastheid en hun materialen zijn relatief bros. Snelstaal heeft de beste taaiheid, maar de hardheid is erg laag en de slijtvastheid is slecht.
Snelstaal is een gelegeerd staal met een hoog koolstofgehalte. De belangrijkste legeringselementen zijn wolfraam, chroom, molybdeen, kobalt, vanadium en aluminium, enz., en bevatten een grote hoeveelheid carbiden. Snijgereedschappen voor snelstaal hebben een hoge taaiheid en een relatief lage hardheid. De voordelen zijn dat ze goedkoop zijn, een hoge plasticiteit hebben en bijna alle materialen kunnen verwerken. Het waren de belangrijkste materialen die werden gebruikt in vroege snijgereedschappen. De nadelen zijn dat ze hogere eisen stellen aan operators en handarbeid vereisen. Het slijpen en de snijsnelheid die hogesnelheidsstaalmaterialen kunnen weerstaan, zijn erg laag. Het werkstukmateriaal is bijvoorbeeld 45 staal, de hardheid is 250HBW, de snijsnelheid is 30 ~ 60 m/min en de snijefficiëntie is laag.
Momenteel is het meest gebruikte gereedschapsmateriaal gecoat hardmetaal. De hardheid en hittebestendigheid van gecoate hardmetalen gereedschappen zijn beter dan die van snelstaalgereedschappen. Het is bestand tegen hogere snijsnelheden, met snijsnelheden variërend van 100 tot 300 m/min[1].
Als we de buitenste cirkel van draaiende stalen onderdelen als voorbeeld nemen: als hardmetalen draaigereedschappen worden gebruikt ter vervanging van sneldraaigereedschappen voor staal, kan de snijsnelheid worden verhoogd van 50 m/min naar 180 m/min, en wordt de efficiëntie met meer dan verhoogd. 3 keer, en hardmetalen gereedschappen hebben ook hogere snijgereedschappen. leven. Hardmetalen draaigereedschappen met vervangbare messen hoeven niet te worden geslepen; vervang gewoon het mes en de operator hoeft geen slijpvaardigheden te hebben.
Naast snelstaal- en hardmetalen snijgereedschappen zijn er ook keramiek, CBN en PCD. Deze drie materialen hebben hogere snijsnelheden - meer dan 1000 m/min, maar hun toepassingsbereik is beperkt. Keramiek en CBN worden meestal gebruikt voor het bewerken van gietijzeren werkstukken en stalen werkstukken met een hoge hardheid boven 50HRC. PCD wordt meestal gebruikt voor de verwerking van aluminium, kunststof, hout en carbide, maar kan geen gietijzeren onderdelen verwerken [2].
Als we bijvoorbeeld frezen van aluminiumlegeringen nemen, bedraagt de snijsnelheid van hogesnelheidsfrezen van staal 120 ~ 300 m/min. De aanbevolen snijsnelheid van hardmetalen frezen van het merk Mapal HP615-materiaal is 700 m/min, terwijl frezen van PCD-materiaal kunnen worden gebruikt. De snijsnelheid bedraagt 1500 ~ 2000 m/min.
03
Effect van snijparameters op de standtijd en productie-efficiëntie
Om de bewerkingsefficiëntie en standtijd te verbeteren, is het noodzakelijk om te bepalen of de snijparameters redelijk zijn en de impact van elke snijparameter op de standtijd en efficiëntie te analyseren. Snijparameters omvatten snijsnelheid (lineaire snelheid), voedingssnelheid en hoeveelheid terugsnijding, ook wel de drie snijelementen genoemd.
3.1 Snijsnelheid vc
De relatie tussen de snijsnelheid vc en de spilsnelheid is vc=πDn/1000, waarbij D de effectieve diameter van het gereedschap/werkstuk is (eenheid: mm), en n de snelheid van de werktuigmachine (eenheid: r/min ). Wanneer de snijsnelheid te hoog is, zal de flankslijtage toenemen en zal de oppervlaktekwaliteit van het werkstuk verslechteren. Wanneer de snijsnelheid extreem hoog is, zal de wisselplaat ook plastische vervorming ondergaan. De invloedscurve van de snijsnelheid op de standtijd wordt weergegeven in Figuur 1.
afbeelding
Figuur 1 Effectcurve van de snijsnelheid op de standtijd
3.2 Aanvoersnelheid vf
De berekeningsformule voor de voedingssnelheid is vf=fZZnn, fZ is de gereedschapsvoeding (eenheid is mm/z), Zn is het aantal effectieve snijkanten (eenheid is eenheden), n is de gereedschapssnelheid (eenheid is t/min). Als de voedingssnelheid te hoog is, zullen de spanen ongecontroleerd zijn en zal de kwaliteit van het bewerkte oppervlak verslechteren. Het snijvermogen is hoog en de spanen zullen het gereedschap of het bewerkte oppervlak beïnvloeden. De invloedscurve van de voedingssnelheid op de standtijd wordt weergegeven in Figuur 2.
afbeelding
Figuur 2 Effectcurve van de voedingssnelheid op de standtijd
3.3 De hoeveelheid achtermes ca
De hoeveelheid terugsnijding verwijst naar het verschil tussen het ongesneden oppervlak en het snijoppervlak. De invloedscurve van de terugsnijhoeveelheid op de standtijd wordt weergegeven in Figuur 3.
afbeelding
Figuur 3 De invloedscurve van de terugsnijhoeveelheid op de standtijd
Van de drie snijfactoren hebben snijsnelheid, voedingssnelheid en mate van terugwaartse ingrijping allemaal invloed op de standtijd van het gereedschap. De impact van de hoeveelheid terugsnijding is het kleinst, de voedingssnelheid heeft een grotere impact dan de hoeveelheid terugsnijding en de snijsnelheid heeft de grootste impact op de levensduur van het mes.
Om de hoogste standtijd van het gereedschap te verkrijgen, is de richting van de optimalisatieparameters: maximaliseer de achteraangrijping om het aantal gereedschapspassages te verminderen; maximaliseer de voedingssnelheid om de snijtijd te verkorten; verlaag de snijsnelheid om de beste standtijd te verkrijgen.
Om de voorbewerkingsefficiëntie te verbeteren, kunt u beginnen met het optimaliseren van de hoeveelheid terugsnijding. Als er veel gereedschapspaden zijn, verhoog dan de hoeveelheid terugsnijding en verklein het gereedschapspad, of verhoog de hoeveelheid terugsnijding, verlaag de snijsnelheid en verbeter de standtijd van het gereedschap. , verhoog de invoersnelheid en zorg voor verwerkingsefficiëntie.
3.4 Toepassingsvoorbeelden
De flens geproduceerd door een fabriek voor de verwerking van auto-onderdelen wordt weergegeven in figuur 4. De bestaande verwerkingsoplossing is inefficiënt en verschillende snijparameters moeten worden geoptimaliseerd om de standtijd van het gereedschap en de productie-efficiëntie te verbeteren.
afbeelding
Figuur 4 Flens
Optimaliseer het verwerkingsplan door de hoeveelheid terugsnijden te vergroten, de gereedschapspaden te verkleinen en de snijsnelheid te verlagen. Vóór de optimalisatie waren de gereedschapspaden talrijk en chaotisch, maar na de optimalisatie waren de gereedschapspaden duidelijk, zoals weergegeven in figuren 5 en 6. De parameters voor en na de optimalisatie worden weergegeven in Tabel 1. Na de optimalisatie is de standtijd toegenomen van 15 delen tot 31 delen.
afbeelding
Figuur 5 Optimalisatie van het voorste gereedschapspad
afbeelding
Figuur 6 Geoptimaliseerd gereedschapspad
Tabel 1 Parameters voor en na optimalisatie
afbeelding
De factor die de snijprestaties van het mes meet, is de snijsnelheid. Het CNC-systeem leest het spiltoerental. Veel programmeurs houden bij het ontwerpen van programma's alleen rekening met de snelheid en negeren de diameterfactor. Bij de daadwerkelijke bewerking heeft de diameterfactor echter ook een grotere impact. Als we het draaien als voorbeeld nemen, wanneer de werkstukdiameter D 50 mm is en de snelheid van de machine n 1000 omw/min is, is de lineaire snelheid vc=157m/min. Wanneer de werkstukdiameter D 100 mm is en de snelheid van de werktuigmachine n 1000 omw/min is, is de lineaire snelheid vc=314m/min.
Volgens het gereedschapsmonster is de snijsnelheid van 314 m/min zeer hoog, dicht bij de limiet die het hardmetalen zaagblad kan weerstaan. Een hoge snijsnelheid kan het slijtageproces van het gereedschap versnellen en de levensduur van het gereedschap verkorten.
Hieruit blijkt dat bij dezelfde gereedschapsmachinesnelheid, verschillende werkstukdiameters en gereedschapssnijsnelheden, wanneer de standtijd te laag is, u kunt controleren of dit wordt veroorzaakt door een te hoge snijsnelheid.
04
De invloed van de wisserrand op de snijefficiëntie
Het wisserblad heeft een punthoek bestaande uit 3 tot 9 bogen met verschillende stralen, en de boogstraal kan meer dan 900 mm bereiken. De relatie tussen gereedschapspuntfilet, voerhoeveelheid en oppervlaktekwaliteit is
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (veegrand)=Rmax/² (2)
In de formule is fn de hoeveelheid voer (mm/r); r is de radius van de gereedschapspuntafronding (mm); Rmax is het hoogteverschil tussen de piek en het dal van het snijoppervlak (mm).
Deze methode is geschikt voor het nabewerken van draaien of kotteren. Het wissergereedschap zelf heeft geen snelle invoerfunctie. Volgens de voorgaande formule kan echter worden geconcludeerd dat de kenmerken van het wissergereedschap de volgende zijn: wanneer de verwerkingsparameters hetzelfde zijn, kan de oppervlaktekwaliteit van het wissergereedschap met 1 keer worden verhoogd; wanneer de oppervlaktekwaliteit hetzelfde is, kan de voedingssnelheid van het wissergereedschap 1 keer worden verhoogd. .
Wanneer dezelfde oppervlaktekwaliteit vereist is, kunnen hogere voedingssnelheden worden gebruikt bij het gebruik van wipergereedschappen.
Als we de bewerking van het eindvlak van de uitvoerschaal als voorbeeld van efficiëntieverbetering nemen, is het werkstukmateriaal QT500 en is de oppervlakteruwheidswaarde Ra kleiner dan of gelijk aan 1,6 μm vereist. Om de cyclustijd te verbeteren werd een wisserblad gebruikt. Omdat we aan dezelfde vereisten voor oppervlakteruwheid moesten voldoen, werd de voedingssnelheid verhoogd van 0,36 mm/omw naar 0,5 mm/omw. De gemeten waarde van de oppervlakteruwheid Ra=1.33μm, en de levensduur van het blad waren hetzelfde. De verschillende verwerkingsparameters waarbij gewone draaiwisselplaten en wiper-wisselplaten worden gebruikt, worden weergegeven in Tabel 2. Het eindvlak van de uitvoerbehuizing na optimalisatie wordt weergegeven in Figuur 7.
Tabel 2 Diverse verwerkingsparameters van gewone draaiwisselplaten en wiper-wisselplaten
afbeelding
afbeelding
Figuur 7 Geoptimaliseerd eindvlak van de uitvoerschaal
05
Effect van de hoofdafbuighoek op de snijefficiëntie
De voeding per tand werd genoemd in de vorige korte introductie van het begrip voedingssnelheid. Sommige merken gereedschapsmonsters adviseren de maximale spaandikte zeskant als snijparameter in plaats van de voeding per tand. Want wat de voedingshoeveelheid bepaalt, zijn de maximale spaandikte zeskant en de inloophoek Kr van het gereedschap. De conversieformule is hex=fzsinKr.
Wanneer de hoofdafbuighoek 90 graden fz=hex is, is de maximale spaandikte van het gereedschap hetzelfde als de voeding per tand. Naarmate de hoofdafbuighoek kleiner wordt, kan de invoersnelheid worden verhoogd.
Als we de hoekfrees (zie Figuur 8) als voorbeeld nemen, bedraagt het aantal tanden ZN van de 90 graden hoekfrees 5 spaangroeven, n=1000r/min, hex=0.2mm , fz=0.2 mm/z, voedingssnelheid van gereedschapsmachine vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
afbeelding
a) Structuurdiagram van de vierkante schouderfrees
afbeelding
b) Fysieke objecten
Figuur 8 90 graden hoekfrees
Vlakfrees met 45 graden voorste hoek (zie afbeelding 9) ZN heeft 5 spaangroeven, n=1000r/min, hex=0.2 mm, fz=hex /sin45 graden {{8} }.282 mm/z, dan de voedingssnelheid van de werktuigmachine vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
afbeelding
a) Structuurdiagram van vlakfrees
afbeelding
b) Fysieke objecten
Figuur 9 45 graden hoekfrees
Vlakfrees met 10 graden voorste hoek (zie afbeelding 10) ZN heeft 5 snijkanten, n=1000r/min, hex=0.2 mm, fz= hex/sin10 graden {{8} }.156 mm/z, dan de voedingssnelheid van de werktuigmachine vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
afbeelding
een signaal
afbeelding
b) Fysieke objecten
Figuur 10 10 graden hoekfrees
Samenvattend: bij dezelfde rotatiesnelheid van hetzelfde type blad geldt: hoe kleiner de hoofdafbuighoek, hoe hoger de voedingssnelheid die kan worden gebruikt. Het is vermeldenswaard dat de 90 graden hoekfrees voornamelijk radiale kracht draagt, en dat de axiale kracht nul nadert. Naarmate de hoofdafbuighoek kleiner wordt, wordt, als we de hoofdafbuighoekfrees van 10 graden als voorbeeld nemen, voornamelijk axiale kracht uitgeoefend. De radiale kracht is zeer klein. Hoe kleiner de hoofdafbuighoek, hoe groter de trillingsneiging en hoe hoger het opgenomen vermogen.
06
De invloed van verwerkingsmethoden op de snijefficiëntie
Het snijgereedschapspad heeft ook een grote invloed op de bewerkingsefficiëntie. Een recentelijk populaire dynamische freesmethode is bijvoorbeeld een efficiënte trochoïdale freesmethode met een groot terugsnijvolume en een kleine snijbreedte. Het verschil met conventioneel trochoïdaal frezen is dat het dynamische freesproces zich strikt houdt aan de constante spaandikte zeskant. Heeft een hoge verspaningssnelheid. Omdat dynamisch frezen een constante snijkracht kan garanderen tijdens het gereedschapssnijden, is de verwerkingssnelheid snel en stabiel.
We nemen het frezen van de buitencontour van het kleplichaam als voorbeeld om de impact van verwerkingsmethoden op de snijefficiëntie te illustreren. Het werkstuk is gemaakt van roestvrij staal. De moeilijkheid is dat de verhouding tussen gereedschapslengte en diameter 4 keer de diameter bereikt, wat trillingen veroorzaakt tijdens de verwerking. Het oorspronkelijke plan maakte gebruik van verwisselbare hoekfrezen met wisselplaat, wat resulteerde in grote snijtrilling als gevolg van de grote aspectverhouding. Kan niet normaal verwerken. Geoptimaliseerd voor het gebruik van hardmetalen vingerfrezen, grote terugsnijcapaciteit, kleine snijbreedte en dynamische freesmethode. De dynamische freesgereedschappadsimulatie wordt getoond in Figuur 11, en de vergelijkingsparameters worden getoond in Tabel 3.
afbeelding
Figuur 11 Dynamische simulatie van het freesgereedschappad
Tabel 3 Parametervergelijking
afbeelding
07
Verbeter de bewerkingsefficiëntie met composietgereedschappen
Voor producten met grote volumes worden meestal composietgereedschappen gebruikt om de productie-efficiëntie te verbeteren, zoals afschuinboren, composietkottergereedschappen (zie figuur 12), enz.
afbeelding
Figuur 12 Samengesteld kottergereedschap
Samengestelde gereedschappen gebruiken één gereedschap om meerdere werkstappen te verwerken, wat de verwerkingsefficiëntie verbetert en de gereedschapswisseltijd van meerdere gereedschappen bespaart. Composiet snijgereedschappen hebben ook veel tekortkomingen. Het grootste nadeel is dat ze niet universeel zijn. De snijgereedschappen zijn alleen ontworpen voor een bepaald werkstuk en kunnen niet universeel worden gebruikt met andere werkstukken [3].
08
Conclusie
Dit artikel biedt zes manieren om snijgereedschappen te optimaliseren, die richtlijnen kunnen bieden voor het verbeteren van de productie-efficiëntie en het verlagen van de kosten. De tooloptimalisatiemethode moet flexibel zijn en op een praktische basis worden uitgevoerd. Vóór de optimalisatie is het noodzakelijk om het knelpuntproces te analyseren, de tool gericht te optimaliseren en de belangrijkste punten te begrijpen om het probleem op te lossen volgens de specifieke productieomstandigheden.
