Na základě mnohaletých praktických zkušeností s laděním na místě, počínaje principy řezání kovových nástrojů, v kombinaci s faktory, jako je materiál nástroje, řezné parametry, hrana stěrače, úhel náběhu, metoda zpracování a kompozitní nástroj, je představeno šest optimalizačních metod. snížit náklady na řezání. Účel zlepšit efektivitu výroby.
01
Předmluva
Rychlý rozvoj zpracovatelského průmyslu mé země vytvořil obrovské ekonomické výhody pro naši zemi a dokonce i pro svět. Vzhledem k tomu, že konkurence na trhu je stále tvrdší, snižování nákladů a zvyšování efektivity se staly problémy, kterým musí každý podnik čelit. Pro efektivní snižování nákladů a zvyšování efektivity je nutné analyzovat skladbu výrobních nákladů. Výrobní náklady se skládají ze tří částí: přímý materiál, přímá práce a výrobní režie. Přímými materiály se rozumí pracovní předměty ve výrobním procesu, které se zpracovávají na polotovary nebo hotové výrobky a jejich užitná hodnota se následně stává další užitnou hodnotou. Přímá práce se vztahuje na lidské zdroje spotřebované ve výrobním procesu, které lze vypočítat pomocí mezd, sociálních výdajů atd. Výrobní náklady se týkají zařízení, jako jsou továrny, stroje, vozidla a zařízení, materiály a pomocné materiály používané ve výrobním procesu. Část jejich spotřeby je zahrnuta do nákladů prostřednictvím odpisů a část je součástí nákladů na údržbu, stálé náklady, spotřeba strojního materiálu a spotřeba pomocného materiálu. Tento článek optimalizuje několik metod používání nástrojů pro snížení nákladů na spotřebu nástrojů a zlepšení efektivity zpracování, čímž se dosáhne efektu úspory nákladů na používání obráběcího stroje.
02
Změňte materiál nástroje pro zlepšení efektivity zpracování
Mezi běžně používané nástrojové materiály patří: rychlořezná ocel, karbid, keramika, CBN a PCD. CBN a PCD mají vyšší tvrdost, nejvyšší odolnost proti opotřebení a jejich materiály jsou relativně křehké. Rychlořezná ocel má nejlepší houževnatost, ale její tvrdost je velmi nízká a odolnost proti opotřebení špatná.
Rychlořezná ocel je vysoce uhlíková legovaná ocel. Hlavní slitinové prvky jsou wolfram, chrom, molybden, kobalt, vanad a hliník atd. a obsahuje velké množství karbidů. Řezné nástroje z rychlořezné oceli mají vysokou houževnatost a relativně nízkou tvrdost. Výhodou je, že jsou levné, mají vysokou plasticitu a dokážou zpracovat téměř všechny materiály. Byly to hlavní materiály používané v raných řezných nástrojích. Nevýhodou jsou vyšší nároky na obsluhu a manuální práce. Ostření a řezná rychlost, kterou materiály z rychlořezné oceli vydrží, je velmi nízká. Například materiál obrobku je ocel 45, tvrdost je 250 HBW, rychlost řezání je 30 ~ 60 m/min a účinnost řezání je nízká.
V současnosti je nejčastěji používaným nástrojovým materiálem povlakovaný karbid. Tvrdost a tepelná odolnost potažených karbidových nástrojů je lepší než u nástrojů z rychlořezné oceli. Snese vyšší řezné rychlosti, přičemž řezné rychlosti se pohybují od 100 do 300 m/min[1].
Vezmeme-li jako příklad vnější kruh soustružnických ocelových dílů, pokud se soustružnické nástroje z tvrdokovu používají jako náhrada za soustružnické nástroje z rychlořezné oceli, lze řeznou rychlost zvýšit z 50 m/min na 180 m/min a účinnost se zvýší o více než 3 krát a tvrdokovové nástroje mají také vyšší řezné nástroje. život. Tvrdokovové soustružnické nástroje s vyměnitelnými břity není nutné brousit, stačí vyměnit břit a obsluha nemusí mít ostřící dovednosti.
Kromě řezných nástrojů z rychlořezné oceli a tvrdokovu také keramika, CBN a PCD. Tyto tři materiály mají vyšší řezné rychlosti - více než 1000 m/min, ale rozsah jejich použití je omezený. Keramika a CBN se obvykle používají ke zpracování litinových obrobků a ocelových obrobků s vysokou tvrdostí nad 50HRC. PCD se obvykle používá ke zpracování hliníku, plastů, dřeva a karbidu, ale nemůže zpracovávat litinové díly [2].
Vezmeme-li jako příklad frézy z hliníkové slitiny, rychlost řezání vysokorychlostních ocelových fréz je 120 ~ 300 m/min. Doporučená řezná rychlost tvrdokovových fréz značky Mapal materiál HP615 je 700 m/min, přičemž lze použít frézy z materiálu PCD. Řezná rychlost je 1500~2000m/min.
03
Vliv řezných parametrů na životnost nástroje a efektivitu výroby
Aby se zlepšila efektivita obrábění a životnost nástroje, je nutné určit, zda jsou řezné parametry přiměřené, a analyzovat dopad každého řezného parametru na životnost a efektivitu nástroje. Řezné parametry zahrnují řeznou rychlost (lineární rychlost), rychlost posuvu a množství zpětného řezu, známé také jako tři řezné prvky.
3.1 Řezná rychlost vc
Vztah mezi řeznou rychlostí vc a rychlostí vřetena je vc{0}}πDn/1000, kde D je efektivní průměr nástroje/obrobku (jednotka: mm) a n je rychlost obráběcího stroje (jednotka: r/min ). Když je řezná rychlost příliš vysoká, opotřebení hřbetu se zvýší a kvalita povrchu obrobku se zhorší. Když je řezná rychlost extrémně vysoká, vložka také podstoupí plastickou deformaci. Křivka vlivu řezné rychlosti na životnost nástroje je na obrázku 1.
obrázek
Obrázek 1 Křivka vlivu řezné rychlosti na životnost nástroje
3.2 Rychlost posuvu vf
Výpočtový vzorec rychlosti posuvu je vf=fZZnn, fZ je posuv nástroje (jednotka je mm/z), Zn je počet efektivních břitů (jednotka jsou jednotky), n je rychlost obráběcího stroje (jednotka je r/min). Pokud je rychlost posuvu příliš vysoká, třísky budou nekontrolovatelné a kvalita obrobeného povrchu se zhorší. Řezný výkon je vysoký a třísky budou dopadat na nástroj nebo obrobený povrch. Křivka vlivu rychlosti posuvu na životnost nástroje je na obrázku 2.
obrázek
Obrázek 2 Křivka vlivu rychlosti posuvu na životnost nástroje
3.3 Velikost zadního nože cca
Míra zpětného řezu se vztahuje k rozdílu mezi neřezaným povrchem a řezným povrchem. Křivka vlivu velikosti zpětného řezu na životnost nástroje je znázorněna na obrázku 3.
obrázek
Obrázek 3 Křivka vlivu velikosti zpětného řezu na životnost nástroje
Mezi třemi řeznými faktory mají vliv na životnost nástroje řezná rychlost, rychlost posuvu a velikost zpětného záběru. Vliv množství zpětného řezu je nejmenší, rychlost posuvu má větší vliv než velikost zpětného řezu a rychlost řezu má největší vliv na životnost kotouče.
Aby se dosáhlo co nejvyšší životnosti nástroje, směr optimalizačních parametrů je: maximalizovat zadní záběr, aby se snížil počet průchodů nástrojem; maximalizujte rychlost posuvu pro zkrácení doby řezání; snižte řeznou rychlost, abyste dosáhli co nejlepší životnosti nástroje.
Chcete-li zlepšit účinnost hrubování, můžete začít optimalizací množství zpětného řezu. Pokud existuje mnoho drah nástroje, zvyšte množství zpětného řezu a snižte dráhu nástroje, nebo zvyšte míru zpětného řezu, snižte řeznou rychlost a prodlužte životnost nástroje. zvyšte rychlost podávání a zajistěte efektivitu zpracování.
3.4 Příklady použití
Příruba vyrobená továrnou na zpracování automobilových dílů je znázorněna na obrázku 4. Stávající řešení zpracování je neefektivní a různé řezné parametry je třeba optimalizovat, aby se zlepšila životnost nástroje a efektivita výroby.
obrázek
Obrázek 4 Příruba
Optimalizujte plán zpracování zvýšením množství zpětného řezu, snížením dráhy nástroje a snížením řezné rychlosti. Před optimalizací bylo drah nástroje mnoho a byly chaotické, ale po optimalizaci byly dráhy nástroje jasné, jak je znázorněno na obrázcích 5 a 6. Parametry před a po optimalizaci jsou uvedeny v tabulce 1. Po optimalizaci se životnost nástroje zvýšila z 15 dílů na 31 dílů.
obrázek
Obrázek 5 Optimalizace přední dráhy nástroje
obrázek
Obrázek 6 Optimalizovaná dráha nástroje
Tabulka 1 Parametry před a po optimalizaci
obrázek
Faktorem, který měří řezný výkon kotouče, je řezná rychlost. CNC systém snímá otáčky vřetena. Mnoho programátorů bere v úvahu rychlost pouze při navrhování programů a ignoruje faktor průměru. Při skutečném obrábění má však větší vliv také faktor průměru. Vezmeme-li jako příklad soustružení, když průměr obrobku D je 50 mm a rychlost obráběcího stroje n je 1000 ot/min, lineární rychlost vc=157m/min. Když je průměr obrobku D 100 mm a rychlost obráběcího stroje n je 1000 ot/min, lineární rychlost vc=314m/min.
Podle vzorku nástroje je řezná rychlost 314 m/min velmi vysoká, blíží se hranici, kterou karbidový kotouč vydrží. Vysoká řezná rychlost může urychlit proces opotřebení nástroje a snížit životnost nástroje.
Z toho je vidět, že pro stejnou rychlost obráběcího stroje, různé průměry obrobku a řezné rychlosti nástroje, když je životnost nástroje příliš nízká, můžete zkontrolovat, zda to není způsobeno příliš vysokou řeznou rychlostí.
04
Vliv stírací hrany na účinnost řezání
List stěrače má úhel špičky složený ze 3 až 9 oblouků s různými poloměry a poloměr oblouku může dosáhnout více než 900 mm. Vztah mezi zaoblením hrotu nástroje, množstvím posuvu a kvalitou povrchu je
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (stírací hrana)=Rmax/² (2)
Ve vzorci je fn množství posuvu (mm/r); r je poloměr zaoblení špičky nástroje (mm); Rmax je výškový rozdíl mezi vrcholem a prohlubní řezné plochy (mm).
Tato metoda je vhodná pro dokončovací soustružení nebo vyvrtávání. Samotný nástroj stěrače nemá funkci rychlého posuvu. Podle předchozího vzorce však lze usuzovat, že vlastnosti stíracího nástroje jsou: když jsou parametry zpracování stejné, kvalita povrchu stíracího nástroje může být zvýšena 1krát; při stejné kvalitě povrchu lze rychlost posuvu nástroje stěrače zvýšit 1krát. .
Je-li požadována stejná kvalita povrchu, lze při použití stíracích nástrojů použít vyšší rychlosti posuvu.
Vezmeme-li jako příklad zlepšení účinnosti zpracování čelní plochy výstupního pláště, materiál obrobku je QT500 a je požadována hodnota drsnosti povrchu Ra menší nebo rovna 1,6μm. Pro zlepšení doby cyklu byla použita lišta stěrače. Za předpokladu splnění stejných požadavků na drsnost povrchu byla rychlost posuvu zvýšena z 0,36 mm/r na 0,5 mm/r. Naměřená hodnota drsnosti povrchu Ra=1.33μm a životnost čepele byly stejné. Různé parametry zpracování pomocí běžných soustružnických břitových destiček a břitových destiček jsou uvedeny v tabulce 2. Koncová plocha výstupní skořepiny po optimalizaci je znázorněna na obrázku 7. Obr.
Tabulka 2 Různé parametry zpracování běžných soustružnických břitových destiček a břitových destiček stíracích
obrázek
obrázek
Obrázek 7 Optimalizovaná čelní plocha výstupní skořepiny
05
Vliv hlavního úhlu vychýlení na účinnost řezání
Posuv na zub byl zmíněn v předchozím krátkém úvodu k pojmu rychlost posuvu. Některé značky vzorků nástrojů doporučují jako řezný parametr maximální tloušťku třísky hex namísto posuvu na zub. Protože to, co určuje množství posuvu, je maximální tloušťka třísky hex a úhel náběhu Kr nástroje. Konverzní vzorec je hex=fzsinKr.
Když je hlavní úhel vychýlení 90 stupňů, fz=hex, maximální tloušťka třísky nástroje je stejná jako posuv na zub. S klesajícím hlavním úhlem vychýlení lze rychlost posuvu zvýšit.
Vezmeme-li jako příklad čtvercovou frézu do rohu (viz obrázek 8), počet zubů ZN 90stupňové frézy se čtvercovým ramenem je 5 břitů, n=1000r/min, šestihran=0,2mm , fz=0.2mm/z, rychlost posuvu obráběcího stroje vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
obrázek
a) Schéma struktury čtvercové frézy s osazením
obrázek
b) Fyzické předměty
Obrázek 8 90 stupňů čtvercová fréza s osazením
Čelní fréza s předním úhlem 45 stupňů (viz obrázek 9) ZN má 5 břitů, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz=hex /sin45 stupňů {{8} }.282mm/z, pak rychlost posuvu obráběcího stroje vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
obrázek
a) Schéma struktury čelní frézy
obrázek
b) Fyzické předměty
Obrázek 9 45 stupňů čtvercová fréza s osazením
Čelní fréza s předním úhlem 10 stupňů (viz obrázek 10) ZN má 5 hran, n=1000r/min, hex=0,2mm, fz= hex/sin10 stupňů {{8} }.156mm/z, pak rychlost posuvu obráběcího stroje vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
obrázek
a) Signál
obrázek
b) Fyzické předměty
Obrázek 10 10 stupňů čtvercová fréza s osazením
Suma sumárum, při stejné rychlosti otáčení stejného typu kotouče, čím menší je úhel hlavního vychýlení, tím vyšší rychlost posuvu lze použít. Stojí za zmínku, že čtvercová fréza s úhlem 90 stupňů nese hlavně radiální sílu a axiální síla se blíží nule. Když se úhel hlavního vychýlení zmenšuje, vezmeme-li jako příklad frézu s hlavním úhlem vychýlení 10 stupňů, nese hlavně axiální sílu. Radiální síla je velmi malá. Čím menší je hlavní úhel vychýlení, tím větší je sklon k vibracím a tím vyšší je spotřeba energie.
06
Vliv zpracovatelských metod na efektivitu řezání
Dráha řezného nástroje má také velký vliv na efektivitu obrábění. Například nedávno populární metoda dynamického frézování je účinná metoda trochoidního frézování s velkým objemem zadního řezu a malou šířkou řezu. Rozdíl oproti konvenčnímu trochoidnímu frézování spočívá v tom, že proces dynamického frézování přísně dodržuje hex konstantní tloušťky třísky. Má vysokou rychlost úběru kovu. Protože dynamické frézování může zajistit konstantní řeznou sílu během řezání nástroje, rychlost zpracování je rychlá a stabilní.
Vezmeme-li jako příklad frézování vnějšího obrysu těla ventilu pro ilustraci dopadu metod zpracování na účinnost řezání. Obrobek je vyroben z nerezové oceli. Potíž je v tom, že poměr délky k průměru nástroje dosahuje 4násobku průměru, což způsobuje vibrace během zpracování. Původní plán používal vyměnitelné břitové frézy se čtvercovými rameny, což mělo za následek velké řezné vibrace kvůli velkému poměru stran. Nelze normálně zpracovat. Optimalizováno pro použití karbidových stopkových fréz, velká kapacita zadního řezu, malá šířka řezu a metoda dynamického frézování. Simulace dynamické dráhy frézovacího nástroje je znázorněna na obrázku 11 a srovnávací parametry jsou uvedeny v tabulce 3.
obrázek
Obrázek 11 Simulace dynamické dráhy frézovacího nástroje
Tabulka 3 Porovnání parametrů
obrázek
07
Zlepšete efektivitu obrábění pomocí kompozitních nástrojů
U velkoobjemových výrobků se ke zlepšení efektivity výroby obvykle používají kompozitní nástroje, jako jsou srážecí vrtáky, kompozitní vyvrtávací nástroje (viz obrázek 12) atd.
obrázek
Obrázek 12 Složený vyvrtávací nástroj
Kompozitní nástroje používají jeden nástroj ke zpracování více pracovních kroků, což zlepšuje efektivitu zpracování a šetří čas na výměnu nástroje u více nástrojů. Kompozitní řezné nástroje mají také mnoho nedostatků. Největší nevýhodou je, že nejsou univerzální. Řezné nástroje jsou určeny pouze pro určitý obrobek a nelze je univerzálně použít s jinými obrobky [3].
08
Závěr
Tento článek poskytuje šest způsobů optimalizace řezných nástrojů, které mohou poskytnout vodítko pro zlepšení efektivity výroby a snížení nákladů. Metoda optimalizace nástroje by měla být flexibilní a je třeba ji provádět na praktickém základě. Před optimalizací je nutné analyzovat úzký proces, cíleně optimalizovat nástroj a uchopit klíčové body pro řešení problému podle konkrétních výrobních podmínek.
