Remiantis ilgamete praktinio derinimo vietoje patirtimi, pradedant nuo metalinių įrankių pjovimo principų, kartu su tokiais veiksniais kaip įrankio medžiaga, pjovimo parametrai, valytuvo kraštas, įėjimo kampas, apdorojimo metodas ir sudėtinis įrankis, pateikiami šeši optimizavimo metodai. sumažinti išlaidas. Tikslas padidinti gamybos efektyvumą.
01
Pratarmė
Sparti mano šalies gamybos pramonės plėtra atnešė didžiulę ekonominę naudą mūsų šaliai ir net pasauliui. Kadangi konkurencija rinkoje tampa vis aštresnė, išlaidų mažinimas ir efektyvumo didinimas tapo problemomis, su kuriomis turi susidurti kiekviena įmonė. Norint efektyviai sumažinti išlaidas ir padidinti efektyvumą, būtina išanalizuoti gamybos sąnaudų sudėtį. Gamybos savikaina susideda iš trijų dalių: tiesioginių medžiagų, tiesioginio darbo ir gamybos pridėtinių išlaidų. Tiesioginės medžiagos – tai gamybos procese esantys darbo objektai, kurie perdirbami į pusgaminius ar gatavus gaminius, o jų naudojimo vertė vėliau tampa kita naudojimo verte. Tiesioginė darbo jėga – tai gamybos procese sunaudoti žmogiškieji ištekliai, kuriuos galima skaičiuoti pagal darbo užmokestį, socialines išlaidas ir kt. Gamybos sąnaudos – tai įrenginiai, tokie kaip gamyklos, mašinos, transporto priemonės ir įranga, gamybos procese naudojamos medžiagos ir pagalbinės medžiagos. Dalis jų suvartojimo įtraukiama į savikainą per nusidėvėjimą, o kita dalis – per techninę priežiūrą, į savikainą įtraukiamos fiksuotos išlaidos, mašinų medžiagų sąnaudos ir pagalbinių medžiagų sąnaudos. Šiame straipsnyje optimizuojami keli įrankių naudojimo būdai, siekiant sumažinti įrankių sąnaudas ir pagerinti apdorojimo efektyvumą, taip sutaupant staklių naudojimo išlaidas.
02
Pakeiskite įrankio medžiagą, kad pagerintumėte apdorojimo efektyvumą
Dažniausiai naudojamos įrankių medžiagos: greitaeigis plienas, karbidas, keramika, CBN ir PCD. CBN ir PCD turi didesnį kietumą, didžiausią atsparumą dilimui, o jų medžiagos yra gana trapios. Greitaeigis plienas pasižymi geriausiu kietumu, tačiau jo kietumas yra labai mažas, o atsparumas dilimui yra menkas.
Greitaeigis plienas yra daug anglies turintis legiruotas plienas. Pagrindiniai lydinio elementai yra volframas, chromas, molibdenas, kobaltas, vanadis ir aliuminis ir kt., Jame yra daug karbidų. Greitaeigiai plieniniai pjovimo įrankiai pasižymi dideliu tvirtumu ir santykinai mažu kietumu. Privalumai yra tai, kad jie yra pigūs, turi didelį plastiškumą ir gali apdoroti beveik visas medžiagas. Jie buvo pagrindinės medžiagos, naudojamos ankstyviesiems pjovimo įrankiams. Trūkumai yra tai, kad jie reikalauja didesnių reikalavimų operatoriams ir reikalauja rankų darbo. Galandimas ir pjovimo greitis, kurį gali atlaikyti greitaeigio plieno medžiagos, yra labai mažas. Pavyzdžiui, ruošinio medžiaga yra 45 plieno, kietumas yra 250 HBW, pjovimo greitis yra 30–60 m / min, o pjovimo efektyvumas yra mažas.
Šiuo metu dažniausiai naudojama įrankių medžiaga yra padengtas karbidas. Dengtų karbido įrankių kietumas ir atsparumas karščiui yra geresni nei greitaeigių plieno įrankių. Jis gali atlaikyti didesnį pjovimo greitį, kai pjovimo greitis svyruoja nuo 100 iki 300 m/min[1].
Kaip pavyzdį imant išorinį tekinimo plieninių dalių apskritimą, jei greitaeigiams plieno tekinimo įrankiams pakeisti naudojami karbido tekinimo įrankiai, pjovimo greitis gali būti padidintas nuo 50 m/min iki 180 m/min, o efektyvumas padidėja daugiau nei 3 kartus, o karbidiniai įrankiai turi ir aukštesnius pjovimo įrankius. gyvenimą. Karbido tekinimo įrankių su keičiamais peiliais galąsti nereikia, užtenka pakeisti peilį, o operatoriui nereikia turėti galandimo įgūdžių.
Be greitaeigių plieno ir karbido pjovimo įrankių, taip pat yra keramikos, CBN ir PCD. Šios trys medžiagos turi didesnį pjovimo greitį – daugiau nei 1000 m/min, tačiau jų panaudojimo diapazonas yra ribotas. Keramika ir CBN paprastai naudojami ketaus ruošiniams ir plieno ruošiniams, kurių kietumas didesnis nei 50 HRC, apdoroti. PCD dažniausiai naudojamas aliuminiui, plastikui, medžiui ir karbidui apdoroti, tačiau negali apdoroti ketaus dalių [2].
Pavyzdžiui, aliuminio lydinio frezos, greitaeigių plieno frezų pjovimo greitis yra 120–300 m/min. Rekomenduojamas Mapal markės karbidinių frezų HP615 medžiagos pjovimo greitis yra 700m/min, tuo tarpu galima naudoti iš PCD medžiagos pagamintus frezus. Pjovimo greitis yra 1500–2000 m/min.
03
Pjovimo parametrų įtaka įrankio tarnavimo laikui ir gamybos efektyvumui
Siekiant pagerinti apdirbimo efektyvumą ir įrankio tarnavimo laiką, būtina nustatyti, ar pjovimo parametrai yra pagrįsti, ir išanalizuoti kiekvieno pjovimo parametro įtaką įrankio tarnavimo laikui ir efektyvumui. Pjovimo parametrai apima pjovimo greitį (tiesinį greitį), padavimo greitį ir atgalinį pjovimo kiekį, dar vadinamą trimis pjovimo elementais.
3.1 Pjovimo greitis vc
Ryšys tarp pjovimo greičio vc ir suklio greičio yra vc=πDn/1000, kur D yra efektyvusis įrankio / ruošinio skersmuo (vienetas: mm), o n yra staklių greitis (vienetas: r/min. ). Kai pjovimo greitis yra per didelis, padidės šonų susidėvėjimas ir pablogės ruošinio paviršiaus kokybė. Kai pjovimo greitis yra labai didelis, įdėklas taip pat plastiškai deformuojasi. Pjovimo greičio įtakos įrankio tarnavimo laikui kreivė parodyta 1 paveiksle.
paveikslėlį
1 pav. Pjovimo greičio poveikio įrankio tarnavimo laikui kreivė
3.2 Tiekimo greitis vf
Pastūmos greičio skaičiavimo formulė yra vf{0}}fZZnn, fZ – įrankio pastūma (vienetas mm/z), Zn – efektyvių pjovimo briaunų skaičius (vienetas – vienetai), n – staklių greitis (vienetas). yra r/min). Jei padavimo greitis yra per didelis, drožlės bus nekontroliuojamos, o apdirbamo paviršiaus kokybė pablogės. Pjovimo galia yra didelė, o drožlės atsitrenks į įrankį arba apdirbtą paviršių. Pastūmos greičio įtakos įrankio tarnavimo laikui kreivė parodyta 2 pav.
paveikslėlį
2 pav. Tiekimo greičio poveikio įrankio tarnavimo laikui kreivė
3.3 Užpakalinio peilio kiekis ap
Atgalinis pjovimo dydis reiškia skirtumą tarp nenupjauto ir nupjauto paviršiaus. Atgalinio pjovimo dydžio įtakos įrankio tarnavimo laikui kreivė parodyta 3 paveiksle.
paveikslėlį
3 pav. Atgalinio pjovimo dydžio įtakos įrankio tarnavimo laikui kreivė
Tarp trijų pjovimo veiksnių, pjovimo greitis, pastūmos greitis ir atgalinio įjungimo kiekis, turi įtakos įrankio tarnavimo laikui. Atgalinio pjovimo įtaka yra mažiausia, padavimo greitis turi didesnį poveikį nei atgalinio pjovimo kiekis, o pjovimo greitis turi didžiausią įtaką ašmenų eksploatavimo trukmei.
Norint pasiekti didžiausią įrankio tarnavimo laiką, optimizavimo parametrų kryptis yra tokia: maksimaliai padidinti užpakalinį įjungimą, kad sumažėtų įrankio važiavimų skaičius; padidinti padavimo greitį, kad sutrumpėtų pjovimo laikas; sumažinti pjovimo greitį, kad įrankio tarnavimo laikas būtų kuo ilgesnis.
Norėdami pagerinti grublėto apdirbimo efektyvumą, galite pradėti optimizuodami atgalinio pjovimo kiekį. Jei įrankio takų yra daug, padidinkite atgalinio pjovimo skaičių ir sumažinkite įrankio kelią arba padidinkite atgalinio pjovimo kiekį, sumažinkite pjovimo greitį ir pailginkite įrankio tarnavimo laiką. , padidinkite tiekimo greitį ir užtikrinkite apdorojimo efektyvumą.
3.4 Taikymo pavyzdžiai
Automobilių dalių apdirbimo gamykloje pagamintas flanšas parodytas 4 pav. Esamas apdorojimo sprendimas yra neefektyvus, todėl norint pagerinti įrankio tarnavimo laiką ir gamybos efektyvumą, reikia optimizuoti įvairius pjovimo parametrus.
paveikslėlį
4 pav. Flanšas
Optimizuokite apdorojimo planą padidindami atgalinio pjovimo skaičių, sumažindami įrankio kelius ir sumažindami pjovimo greitį. Prieš optimizavimą įrankio keliai buvo daug ir chaotiški, tačiau po optimizavimo įrankio keliai buvo aiškūs, kaip parodyta 5 ir 6 pav. Parametrai prieš ir po optimizavimo pateikti 1 lentelėje. Po optimizavimo įrankio tarnavimo laikas buvo padidintas nuo 15 dalių iki 31 dalies.
paveikslėlį
5 pav. Priekinio įrankio kelio optimizavimas
paveikslėlį
6 pav. Optimizuotas įrankio kelias
1 lentelė Parametrai prieš ir po optimizavimo
paveikslėlį
Peilio pjovimo našumą matuojantis veiksnys yra pjovimo greitis. CNC sistema nuskaito suklio greitį. Daugelis programuotojų kurdami programas atsižvelgia tik į greitį ir nepaiso skersmens faktoriaus. Tačiau faktinio apdirbimo metu skersmens koeficientas taip pat turi didesnį poveikį. Pavyzdžiui, tekinimas, kai ruošinio skersmuo D yra 50 mm, o staklių greitis n yra 1000 r/min, tiesinis greitis vc=157m/min. Kai ruošinio skersmuo D yra 100 mm, o staklių greitis n yra 1000 r/min, tiesinis greitis vc{5}}m/min.
Pagal įrankio pavyzdį 314 m/min pjovimo greitis yra labai didelis, artimas ribos, kurią gali atlaikyti karbido ašmenys. Didelis pjovimo greitis gali pagreitinti įrankio susidėvėjimo procesą ir sutrumpinti įrankio tarnavimo laiką.
Iš to matyti, kad esant tam pačiam staklių greičiui, skirtingiems ruošinio skersmenims ir įrankio pjovimo greičiams, kai įrankio tarnavimo laikas yra per mažas, galite patikrinti, ar tai nėra dėl per didelio pjovimo greičio.
04
Valytuvo krašto įtaka pjovimo efektyvumui
Valytuvo šluostės galiuko kampas sudarytas iš 3–9 skirtingų spindulių lankų, o lanko spindulys gali siekti daugiau nei 900 mm. Ryšys tarp įrankio antgalio filė, padavimo kiekio ir paviršiaus kokybės yra
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (valymo kraštas)=Rmax/² (2)
Formulėje fn yra padavimo kiekis (mm/r); r – įrankio antgalio filė spindulys (mm); Rmax yra aukščio skirtumas tarp pjovimo paviršiaus smailės ir dugno (mm).
Šis metodas tinka apdailai tekinant arba gręžiant. Pats valytuvo įrankis neturi greito padavimo funkcijos. Tačiau pagal ankstesnę formulę galima daryti išvadą, kad valytuvo įrankio charakteristikos yra tokios: kai apdorojimo parametrai yra vienodi, valytuvo įrankio paviršiaus kokybė gali būti padidinta 1 kartą; kai paviršiaus kokybė yra tokia pati, valytuvo įrankio padavimo greitis gali būti padidintas 1 kartą. .
Kai reikalinga ta pati paviršiaus kokybė, naudojant valytuvus galima naudoti didesnį padavimo greitį.
Atsižvelgiant į išvesties apvalkalo galinio paviršiaus apdorojimą kaip efektyvumo didinimo pavyzdį, ruošinio medžiaga yra QT500, o paviršiaus šiurkštumo vertė Ra turi būti mažesnė nei 1,6 μm arba lygi. Siekiant pagerinti ciklo trukmę, buvo naudojama valytuvo šluostė. Atsižvelgiant į tuos pačius paviršiaus šiurkštumo reikalavimus, padavimo greitis buvo padidintas nuo 0,36 mm/r iki 0,5 mm/r. Išmatuota paviršiaus šiurkštumo vertė Ra=1,33 μm, o ašmenų tarnavimo laikas buvo toks pat. Įvairūs apdorojimo parametrai naudojant įprastus tekinimo įdėklus ir valytuvų įdėklus parodyti 2 lentelėje. Išvesties apvalkalo galinis paviršius po optimizavimo parodytas 7 pav.
2 lentelė Įvairūs įprastų tekinimo įdėklų ir valytuvų įdėklų apdorojimo parametrai
paveikslėlį
paveikslėlį
7 pav. Optimizuotas išvesties korpuso galas
05
Pagrindinio įlinkio kampo įtaka pjovimo efektyvumui
Pašaras vienam dantukui buvo paminėtas ankstesniame trumpame maitinimo greičio sąvokos įvade. Kai kurių gamintojų įrankių pavyzdžiuose kaip pjovimo parametrą rekomenduojamas maksimalus drožlių storis šešiakampis, o ne pastūma vienam dantukui. Nes pastūmos kiekį lemia maksimalus drožlių storio šešiakampis ir įrankio įvedimo kampas Kr. Konversijos formulė yra hex=fzsinKr.
Kai pagrindinis įlinkio kampas yra 90 laipsnių , fz=hex, didžiausias įrankio drožlių storis yra toks pat kaip pastūma vienam dantukui. Mažėjant pagrindiniam įlinkio kampui, padavimo greitis gali būti padidintas.
Kaip pavyzdį paėmus kvadratinį pečių frezą (žr. 8 pav.), 90 laipsnių kvadratinio mentės frezos dantų skaičius ZN yra 5 grioveliai, n=1000r/min, šešiakampis=0,2 mm , fz=0.2mm/z, staklių padavimo greitis vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
paveikslėlį
a) Kvadratinės peties frezos konstrukcijos schema
paveikslėlį
b) Fiziniai objektai
Pav. 8 90 laipsnio kvadratinė pečių freza
45 laipsnių priekinio kampo frontalinis frezavimas (žr. 9 pav.) ZN turi 5 griovelius, n=1000r/min, šešiakampis=0,2 mm, fz=šeš. /sin45 laipsnis {{8} }.282mm/z, tada staklių padavimo greitis vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
paveikslėlį
a) Veido frezos konstrukcijos schema
paveikslėlį
b) Fiziniai objektai
Pav. 9 45 laipsnio kvadratinė pečių freza
10 laipsnių priekinio kampo frontalinis frezavimas (žr. 10 pav.) ZN turi 5 briaunas, n=1000r/min, šešiakampis=0,2 mm, fz= šešiakampis/sin10 laipsnių {{8} }.156mm/z, tada staklių padavimo greitis vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
paveikslėlį
a) Signalas
paveikslėlį
b) Fiziniai objektai
Pav. 10 10 laipsnio kvadratinė pečių freza
Apibendrinant galima teigti, kad esant tokiam pačiam to paties tipo ašmenų sukimosi greičiui, kuo mažesnis pagrindinis įlinkio kampas, tuo didesnis padavimo greitis gali būti naudojamas. Verta paminėti, kad 90 laipsnių kvadratinė pečių freza daugiausia veikia radialinę jėgą, o ašinė jėga artėja prie nulio. Kadangi pagrindinis įlinkio kampas mažėja, pavyzdžiui, 10 laipsnių pagrindinio įlinkio kampo frezą, jis daugiausiai veikia ašinę jėgą. Radialinė jėga yra labai maža. Kuo mažesnis pagrindinis įlinkio kampas, tuo didesnė vibracijos tendencija ir tuo didesnė suvartojama galia.
06
Apdirbimo metodų įtaka pjovimo efektyvumui
Pjovimo įrankio kelias taip pat turi didelę įtaką apdirbimo efektyvumui. Pavyzdžiui, pastaruoju metu išpopuliarėjęs dinaminis frezavimo metodas yra efektyvus trochoidinis frezavimo būdas, turintis didelį atgalinio pjovimo tūrį ir mažą pjovimo plotį. Skirtumas nuo įprasto trochoidinio frezavimo yra tas, kad dinaminio frezavimo procese griežtai laikomasi pastovaus drožlių storio šešiakampio. Turi didelį metalo pašalinimo greitį. Kadangi dinaminis frezavimas gali užtikrinti pastovią pjovimo jėgą įrankio pjovimo metu, apdorojimo greitis yra greitas ir stabilus.
Kaip pavyzdį imamas vožtuvo korpuso išorinio kontūro frezavimas, iliustruojantis apdorojimo metodų įtaką pjovimo efektyvumui. Ruošinys pagamintas iš nerūdijančio plieno. Sunkumas yra tas, kad įrankio ilgio ir skersmens santykis siekia 4 kartus didesnį skersmenį, o tai apdorojant sukelia vibraciją. Pradiniame plane buvo naudojamos keičiamos kvadratinės mentės frezos, dėl kurių dėl didelio kraštinių santykio atsirado didelė pjovimo vibracija. Neįmanoma normaliai apdoroti. Optimizuotas naudoti karbido galinius frezus, didelę atgalinio pjovimo galią, mažą pjovimo plotį ir dinaminį frezavimo metodą. Dinaminis frezavimo įrankio trajektorijos modeliavimas parodytas 11 pav., o palyginimo parametrai – 3 lentelėje.
paveikslėlį
11 pav. Dinaminis frezavimo įrankio trajektorijos modeliavimas
3 lentelė Parametrų palyginimas
paveikslėlį
07
Pagerinkite apdirbimo efektyvumą naudodami sudėtinius įrankius
Didelės apimties gaminiams gaminti dažniausiai naudojami sudėtiniai įrankiai, siekiant pagerinti gamybos efektyvumą, pvz., nuožulnieji grąžtai, kompozitiniai gręžimo įrankiai (žr. 12 pav.) ir kt.
paveikslėlį
12 pav. Sudėtinio gręžimo įrankis
Sudėtiniai įrankiai naudoja vieną įrankį keletui darbo etapų apdorojimui, o tai pagerina apdorojimo efektyvumą ir sutaupo kelių įrankių keitimo laiką. Kompozitiniai pjovimo įrankiai taip pat turi daug trūkumų. Didžiausias trūkumas yra tai, kad jie nėra universalūs. Pjovimo įrankiai yra skirti tik tam tikram ruošiniui ir negali būti naudojami universaliai su kitais ruošiniais [3].
08
Išvada
Šiame straipsnyje pateikiami šeši būdai, kaip optimizuoti pjovimo įrankius, kurie gali padėti pagerinti gamybos efektyvumą ir sumažinti išlaidas. Įrankio optimizavimo metodas turėtų būti lankstus ir turi būti atliktas praktiškai. Prieš optimizuojant būtina išanalizuoti kliūties procesą, kryptingai optimizuoti įrankį ir suvokti pagrindinius klausimus, kaip išspręsti problemą pagal konkrečias gamybos sąlygas.
