Na základe dlhoročných praktických skúseností s ladením na mieste, počínajúc princípmi rezania kovových nástrojov, v kombinácii s faktormi, ako sú materiál nástroja, rezné parametre, hrana stierača, uhol nábehu, metóda spracovania a kompozitný nástroj, je predstavených šesť optimalizačných metód. znížiť náklady na rezanie. Účelom je zvýšenie efektívnosti výroby.
01
Predslov
Rýchly rozvoj výrobného priemyslu mojej krajiny vytvoril obrovské ekonomické výhody pre našu krajinu a dokonca aj pre svet. Keďže konkurencia na trhu je čoraz ostrejšia, znižovanie nákladov a zvyšovanie efektívnosti sa stali problémami, ktorým musí čeliť každý podnik. Pre efektívne znižovanie nákladov a zvyšovanie efektívnosti je potrebné analyzovať zloženie výrobných nákladov. Výrobné náklady sa skladajú z troch častí: priamy materiál, priama práca a výrobná réžia. Priame materiály sú pracovné predmety vo výrobnom procese, ktoré sa spracovávajú na polotovary alebo hotové výrobky a ich úžitková hodnota sa následne stáva ďalšou úžitkovou hodnotou. Priama práca sa vzťahuje na ľudské zdroje spotrebované vo výrobnom procese, ktoré možno vypočítať na základe miezd, sociálnych nákladov atď. Výrobné náklady sa týkajú zariadení, akými sú továrne, stroje, vozidlá a zariadenia, materiály a pomocné materiály používané vo výrobnom procese. Časť ich spotreby je zahrnutá do nákladov prostredníctvom odpisov a časť je súčasťou nákladov na údržbu, fixné náklady, spotreba strojného materiálu a spotreba pomocného materiálu. Tento článok optimalizuje niekoľko metód používania nástrojov na zníženie nákladov na spotrebu nástrojov a zlepšenie efektivity spracovania, čím sa dosiahne efekt úspory nákladov na používanie obrábacích strojov.
02
Zmeňte materiál nástroja, aby ste zlepšili efektivitu spracovania
Medzi bežne používané nástrojové materiály patria: rýchlorezná oceľ, karbid, keramika, CBN a PCD. CBN a PCD majú vyššiu tvrdosť, najvyššiu odolnosť proti opotrebeniu a ich materiály sú relatívne krehké. Rýchlorezná oceľ má najlepšiu húževnatosť, ale jej tvrdosť je veľmi nízka a odolnosť proti opotrebeniu je nízka.
Rýchlorezná oceľ je legovaná oceľ s vysokým obsahom uhlíka. Hlavnými zliatinovými prvkami sú volfrám, chróm, molybdén, kobalt, vanád a hliník atď. a obsahuje veľké množstvo karbidov. Rezné nástroje z rýchloreznej ocele majú vysokú húževnatosť a relatívne nízku tvrdosť. Výhodou je, že sú lacné, majú vysokú plasticitu a dokážu spracovať takmer všetky materiály. Boli to hlavné materiály používané v raných rezných nástrojoch. Nevýhodou je, že vyžadujú vyššie nároky na obsluhu a vyžadujú manuálnu prácu. Ostrenie a rýchlosť rezania, ktoré znesú materiály z rýchloreznej ocele, je veľmi nízka. Napríklad materiál obrobku je oceľ 45, tvrdosť je 250 HBW, rýchlosť rezania je 30 ~ 60 m / min a účinnosť rezania je nízka.
V súčasnosti je najčastejšie používaným nástrojovým materiálom povlakovaný karbid. Tvrdosť a tepelná odolnosť nástrojov z karbidu s povlakom sú lepšie ako u nástrojov z rýchloreznej ocele. Znesie vyššie rezné rýchlosti, pričom rezné rýchlosti sa pohybujú od 100 do 300 m/min[1].
Ak vezmeme ako príklad vonkajší okruh sústružníckych oceľových dielov, ak sa používajú sústružnícke nástroje z tvrdokovu na nahradenie vysokorýchlostných sústružníckych nástrojov z ocele, rýchlosť rezania sa môže zvýšiť z 50 m/min na 180 m/min a účinnosť sa zvýši o viac ako 3 krát a nástroje z tvrdokovu majú aj vyššie rezné nástroje. života. Sústružnícke nástroje z tvrdokovu s vymeniteľnými čepeľami nie je potrebné brúsiť, stačí čepeľ vymeniť a obsluha nemusí mať ostriace zručnosti.
Okrem rezných nástrojov z rýchloreznej ocele a tvrdokovu je to aj keramika, CBN a PCD. Tieto tri materiály majú vyššie rezné rýchlosti - viac ako 1000 m/min, ale rozsah ich použitia je obmedzený. Keramika a CBN sa zvyčajne používajú na spracovanie liatinových obrobkov a oceľových obrobkov s vysokou tvrdosťou nad 50 HRC. PCD sa zvyčajne používa na spracovanie hliníka, plastov, dreva a karbidu, ale nemôže spracovať liatinové diely [2].
Ak vezmeme ako príklad frézy z hliníkovej zliatiny, rýchlosť rezania vysokorýchlostných oceľových fréz je 120 ~ 300 m / min. Odporúčaná rezná rýchlosť karbidových fréz značky Mapal materiál HP615 je 700 m/min, pričom je možné použiť frézy z materiálu PCD. Rýchlosť rezania je 1500 ~ 2000 m/min.
03
Vplyv rezných parametrov na životnosť nástroja a efektivitu výroby
Aby sa zlepšila efektivita obrábania a životnosť nástroja, je potrebné určiť, či sú rezné parametre primerané a analyzovať vplyv každého rezného parametra na životnosť a efektivitu nástroja. Parametre rezu zahŕňajú rýchlosť rezania (lineárnu rýchlosť), rýchlosť posuvu a množstvo spätného rezu, známe tiež ako tri rezné prvky.
3.1 Rýchlosť rezania vc
Vzťah medzi reznou rýchlosťou vc a rýchlosťou vretena je vc{0}}πDn/1000, kde D je efektívny priemer nástroja/obrobku (jednotka: mm) a n je rýchlosť obrábacieho stroja (jednotka: r/min ). Keď je rezná rýchlosť príliš vysoká, opotrebenie bokov sa zvýši a kvalita povrchu obrobku sa zhorší. Keď je rýchlosť rezania extrémne vysoká, doštička tiež podlieha plastickej deformácii. Krivka vplyvu reznej rýchlosti na životnosť nástroja je znázornená na obrázku 1.
obrázok
Obrázok 1 Krivka účinku reznej rýchlosti na životnosť nástroja
3.2 Rýchlosť posuvu vf
Výpočtový vzorec rýchlosti posuvu je vf=fZZnn, fZ je posuv nástroja (jednotka je mm/z), Zn je počet efektívnych rezných hrán (jednotka je jednotka), n je rýchlosť obrábacieho stroja (jednotka je r/min). Ak je rýchlosť posuvu príliš vysoká, triesky budú nekontrolované a kvalita obrobeného povrchu sa zhorší. Rezný výkon je vysoký a triesky narážajú na nástroj alebo obrobený povrch. Krivka vplyvu rýchlosti posuvu na životnosť nástroja je znázornená na obrázku 2.
obrázok
Obrázok 2 Krivka účinku rýchlosti posuvu na životnosť nástroja
3.3 Množstvo zadného noža cca
Množstvo spätného rezu sa vzťahuje na rozdiel medzi nezrezaným povrchom a povrchom rezu. Krivka vplyvu množstva spätného rezu na životnosť nástroja je znázornená na obrázku 3.
obrázok
Obrázok 3 Krivka vplyvu množstva spätného rezu na životnosť nástroja
Spomedzi troch rezných faktorov má na životnosť nástroja vplyv rezná rýchlosť, rýchlosť posuvu a veľkosť spätného záberu. Vplyv množstva spätného rezu je najmenší, rýchlosť posuvu má väčší vplyv ako množstvo spätného rezu a rýchlosť rezu má najväčší vplyv na životnosť kotúča.
Aby sa dosiahla čo najvyššia životnosť nástroja, smer optimalizačných parametrov je: maximalizovať spätný záber, aby sa znížil počet prechodov nástrojom; maximalizujte rýchlosť posuvu, aby ste skrátili čas rezania; znížte rýchlosť rezania, aby ste dosiahli čo najlepšiu životnosť nástroja.
Ak chcete zlepšiť účinnosť hrubovania, môžete začať optimalizáciou množstva spätného rezu. Ak existuje veľa dráh nástroja, zvýšte rozsah spätného rezu a znížte dráhu nástroja, alebo zvýšte rozsah spätného rezu, znížte rýchlosť rezania a zvýšte životnosť nástroja. , zvýšte rýchlosť podávania a zaistite efektivitu spracovania.
3.4 Príklady použitia
Príruba vyrobená v závode na spracovanie automobilových dielov je znázornená na obrázku 4. Existujúce riešenie spracovania je neefektívne a je potrebné optimalizovať rôzne parametre rezu, aby sa zlepšila životnosť nástroja a efektívnosť výroby.
obrázok
Obrázok 4 Príruba
Optimalizujte plán spracovania zvýšením množstva spätného rezu, znížením dráh nástroja a znížením reznej rýchlosti. Pred optimalizáciou bolo dráh nástroja veľa a boli chaotické, ale po optimalizácii boli dráhy nástroja jasné, ako je znázornené na obrázkoch 5 a 6. Parametre pred a po optimalizácii sú uvedené v tabuľke 1. Po optimalizácii sa životnosť nástroja zvýšila z 15 dielov na 31 dielov.
obrázok
Obrázok 5 Optimalizácia prednej dráhy nástroja
obrázok
Obrázok 6 Optimalizovaná dráha nástroja
Tabuľka 1 Parametre pred a po optimalizácii
obrázok
Faktor, ktorý meria rezný výkon kotúča, je rýchlosť rezania. CNC systém sníma otáčky vretena. Mnoho programátorov zohľadňuje rýchlosť iba pri navrhovaní programov a ignoruje faktor priemeru. Pri skutočnom obrábaní má však väčší vplyv aj faktor priemeru. Ak vezmeme ako príklad sústruženie, keď je priemer obrobku D 50 mm a rýchlosť obrábacieho stroja n je 1000 ot./min., lineárna rýchlosť vc=157m/min. Keď je priemer obrobku D 100 mm a rýchlosť obrábacieho stroja n je 1000 ot/min, lineárna rýchlosť vc=314m/min.
Podľa vzorky nástroja je rýchlosť rezania 314 m/min veľmi vysoká, blízka hranici, ktorú karbidový kotúč vydrží. Vysoká rýchlosť rezania môže urýchliť proces opotrebovania nástroja a znížiť životnosť nástroja.
Z toho je vidieť, že pri rovnakej rýchlosti obrábacieho stroja, rôznych priemeroch obrobku a reznej rýchlosti nástroja, keď je životnosť nástroja príliš nízka, môžete skontrolovať, či to nie je spôsobené príliš vysokou rýchlosťou rezania.
04
Vplyv stieracej hrany na účinnosť rezania
List stierača má uhol hrotu zložený z 3 až 9 oblúkov s rôznymi polomermi a polomer oblúka môže dosiahnuť viac ako 900 mm. Vzťah medzi zaoblením hrotu nástroja, množstvom posuvu a kvalitou povrchu je
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (stieracia hrana)=Rmax/² (2)
Vo vzorci je fn množstvo posuvu (mm/r); r je polomer zaoblenia hrotu nástroja (mm); Rmax je výškový rozdiel medzi vrcholom a dnom reznej plochy (mm).
Táto metóda je vhodná na dokončovacie sústruženie alebo vyvrtávanie. Samotný stierací nástroj nemá funkciu rýchleho posuvu. Podľa predchádzajúceho vzorca však možno usúdiť, že charakteristiky stieracieho nástroja sú: keď sú parametre spracovania rovnaké, kvalita povrchu stieracieho nástroja sa môže zvýšiť 1-krát; keď je kvalita povrchu rovnaká, rýchlosť posuvu stieracieho nástroja sa môže zvýšiť 1 krát. .
Keď sa požaduje rovnaká kvalita povrchu, pri použití stieracích nástrojov možno použiť vyššie rýchlosti posuvu.
Ak vezmeme opracovanie čelnej plochy výstupného plášťa ako príklad zlepšenia účinnosti, materiál obrobku je QT500 a vyžaduje sa hodnota drsnosti povrchu Ra menšia alebo rovná 1,6 μm. Na zlepšenie doby cyklu bola použitá stieracia lišta. Za predpokladu splnenia rovnakých požiadaviek na drsnosť povrchu sa rýchlosť posuvu zvýšila z 0,36 mm/r na 0,5 mm/r. Nameraná hodnota drsnosti povrchu Ra=1.33μm a životnosť čepele boli rovnaké. Rôzne parametre spracovania pomocou bežných sústružníckych doštičiek a stieracích doštičiek sú uvedené v tabuľke 2. Koncová plocha výstupného plášťa po optimalizácii je znázornená na obrázku 7.
Tabuľka 2 Rôzne parametre spracovania bežných sústružníckych doštičiek a stieracích doštičiek
obrázok
obrázok
Obrázok 7 Optimalizovaná čelná plocha výstupného plášťa
05
Vplyv hlavného uhla vychýlenia na účinnosť rezania
Posuv na zub bol spomenutý v predchádzajúcom krátkom úvode k pojmu rýchlosť posuvu. Niektoré značky vzoriek nástrojov odporúčajú ako rezný parameter maximálnu hrúbku triesky hex namiesto posuvu na zub. Pretože to, čo určuje množstvo posuvu, je maximálna hrúbka triesky hex a uhol nábehu Kr nástroja. Konverzný vzorec je hexa{0}}fzsinKr.
Keď je hlavný uhol vychýlenia 90 stupňov , fz=hex, maximálna hrúbka triesky nástroja je rovnaká ako posuv na zub. Keď sa hlavný uhol vychýlenia zmenšuje, rýchlosť posuvu sa môže zvýšiť.
Ak si vezmeme ako príklad štvorcovú frézu s dosadacím priestorom (pozri obrázok 8), počet zubov ZN 90-stupňovej frézy so štvorcovým ramenom je 5 drážok, n=1000r/min, šesťhran=0,2 mm , fz=0.2mm/z, rýchlosť posuvu obrábacieho stroja vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
obrázok
a) Schéma štruktúry štvorhrannej frézy
obrázok
b) Fyzické predmety
Obrázok 8 90 stupňovej štvorcovej frézy s ramenom
Čelná fréza s predným uhlom 45 stupňov (pozri obrázok 9) ZN má 5 drážok, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz=hex /sin45 stupňov {{8} }.282mm/z, potom rýchlosť posuvu obrábacieho stroja vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
obrázok
a) Schéma štruktúry čelnej frézy
obrázok
b) Fyzické predmety
Obrázok 9 45 stupňovej štvorcovej frézy s ramenom
Čelná fréza s predným uhlom 10 stupňov (pozri obrázok 10) ZN má 5 hrán, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz= hex/sin10 stupňov {{8} }.156mm/z, potom rýchlosť posuvu obrábacieho stroja vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
obrázok
a) Signál
obrázok
b) Fyzické predmety
Obrázok 10 10 stupňovej štvorcovej frézy s ramenom
Suma sumárum, pri rovnakej rýchlosti otáčania rovnakého typu čepele, čím menší je hlavný uhol vychýlenia, tým vyššiu rýchlosť posuvu je možné použiť. Stojí za zmienku, že 90-stupňová štvorcová fréza nesie hlavne radiálnu silu a axiálna sila sa blíži k nule. Keď sa hlavný uhol vychýlenia zmenšuje, berieme ako príklad frézu s hlavným uhlom vychýlenia 10 stupňov, nesie hlavne axiálnu silu. Radiálna sila je veľmi malá. Čím menší je hlavný uhol vychýlenia, tým väčšia je tendencia k vibráciám a tým vyššia je spotreba energie.
06
Vplyv metód spracovania na efektivitu rezania
Dráha rezného nástroja má tiež veľký vplyv na efektivitu obrábania. Napríklad nedávno populárna metóda dynamického frézovania je účinná metóda trochoidného frézovania s veľkým objemom zadného rezu a malou šírkou rezu. Rozdiel oproti konvenčnému trochoidnému frézovaniu je v tom, že proces dynamického frézovania striktne dodržuje konštantnú hrúbku triesky hex. Má vysokú rýchlosť úberu kovu. Pretože dynamické frézovanie môže zabezpečiť konštantnú reznú silu počas rezania nástroja, rýchlosť spracovania je rýchla a stabilná.
Ako príklad použijeme frézovanie vonkajšieho obrysu telesa ventilu na ilustráciu vplyvu metód spracovania na účinnosť rezania. Obrobok je vyrobený z nehrdzavejúcej ocele. Problém je v tom, že pomer dĺžky a priemeru nástroja dosahuje 4-násobok priemeru, čo spôsobuje vibrácie počas spracovania. Pôvodný plán používal vymeniteľné doštičkové frézy so štvorcovými ramenami, čo malo za následok veľké rezné vibrácie v dôsledku veľkého pomeru strán. Nedá sa normálne spracovať. Optimalizované na použitie karbidových stopkových fréz, veľká kapacita spätného rezu, malá šírka rezu a metóda dynamického frézovania. Simulácia dynamickej dráhy frézovacieho nástroja je znázornená na obrázku 11 a porovnávacie parametre sú uvedené v tabuľke 3.
obrázok
Obrázok 11 Simulácia dráhy dynamického frézovacieho nástroja
Tabuľka 3 Porovnanie parametrov
obrázok
07
Zlepšite efektivitu obrábania pomocou kompozitných nástrojov
Pre veľkoobjemové výrobky sa zvyčajne používajú kompozitné nástroje na zlepšenie efektívnosti výroby, ako sú skosené vrtáky, kompozitné vyvrtávacie nástroje (pozri obrázok 12) atď.
obrázok
Obrázok 12 Zložený vyvrtávací nástroj
Kompozitné nástroje používajú jeden nástroj na spracovanie viacerých pracovných krokov, čo zlepšuje efektivitu spracovania a šetrí čas na výmenu nástrojov viacerých nástrojov. Kompozitné rezné nástroje majú tiež veľa nedostatkov. Najväčšou nevýhodou je, že nie sú univerzálne. Rezné nástroje sú určené len pre určitý obrobok a nie je možné ich univerzálne použiť s inými obrobkami [3].
08
Záver
Tento článok poskytuje šesť spôsobov optimalizácie rezných nástrojov, ktoré môžu poskytnúť návod na zlepšenie efektívnosti výroby a zníženie nákladov. Metóda optimalizácie nástroja by mala byť flexibilná a je potrebné ju vykonávať na praktickom základe. Pred optimalizáciou je potrebné analyzovať proces úzkeho miesta, cielene optimalizovať nástroj a pochopiť kľúčové body riešenia problému podľa konkrétnych výrobných podmienok.
