Basierend auf langjähriger praktischer Debugging-Erfahrung vor Ort, ausgehend von den Prinzipien des Metallwerkzeugschneidens, kombiniert mit Faktoren wie Werkzeugmaterial, Schnittparameter, Schleifkante, Führungswinkel, Bearbeitungsmethode und Verbundwerkzeug, werden sechs Optimierungsmethoden vorgestellt Schnittkosten reduzieren. Der Zweck der Verbesserung der Produktionseffizienz.
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Vorwort
Die rasante Entwicklung der verarbeitenden Industrie meines Landes hat unserem Land und sogar der Welt enorme wirtschaftliche Vorteile gebracht. Da der Wettbewerb auf dem Markt immer härter wird, sind Kostensenkung und Effizienzsteigerung zu Herausforderungen geworden, mit denen sich jedes Unternehmen auseinandersetzen muss. Um effektiv Kosten zu senken und die Effizienz zu steigern, ist es notwendig, die Zusammensetzung der Produktionskosten zu analysieren. Die Produktionskosten bestehen aus drei Teilen: direkte Materialkosten, direkte Arbeitskosten und Fertigungsgemeinkosten. Als direkte Materialien werden Arbeitsgegenstände im Produktionsprozess bezeichnet, die zu Halbfabrikaten oder Fertigprodukten verarbeitet werden und deren Gebrauchswert anschließend zu einem anderen Gebrauchswert wird. Direkte Arbeit bezieht sich auf die im Produktionsprozess verbrauchten Humanressourcen, die anhand von Löhnen, Sozialausgaben usw. berechnet werden können. Herstellungskosten beziehen sich auf Einrichtungen wie Fabriken, Maschinen, Fahrzeuge und Geräte sowie Materialien und Hilfsstoffe, die im Produktionsprozess verwendet werden. Ein Teil ihres Verbrauchs ist durch Abschreibungen in den Kosten enthalten, der andere Teil durch Wartung. Fixkosten, Maschinenmaterialverbrauch und Hilfsmaterialverbrauch sind in den Kosten enthalten. In diesem Artikel werden mehrere Werkzeugnutzungsmethoden optimiert, um die Werkzeugverbrauchskosten zu senken und die Verarbeitungseffizienz zu verbessern, wodurch der Effekt erzielt wird, dass die Werkzeugmaschinennutzungskosten eingespart werden.
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Ändern Sie das Werkzeugmaterial, um die Bearbeitungseffizienz zu verbessern
Zu den häufig verwendeten Werkzeugmaterialien gehören: Schnellarbeitsstahl, Hartmetall, Keramik, CBN und PKD. CBN und PKD haben eine höhere Härte, höchste Verschleißfestigkeit und ihre Materialien sind relativ spröde. Schnellarbeitsstahl weist die beste Zähigkeit auf, seine Härte ist jedoch sehr gering und seine Verschleißfestigkeit ist schlecht.
Schnellarbeitsstahl ist ein legierter Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt. Die Hauptlegierungselemente sind Wolfram, Chrom, Molybdän, Kobalt, Vanadium und Aluminium usw. und enthalten eine große Menge an Karbiden. Schneidwerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl weisen eine hohe Zähigkeit und eine relativ geringe Härte auf. Die Vorteile liegen darin, dass sie günstig sind, eine hohe Plastizität aufweisen und nahezu alle Materialien verarbeiten können. Sie waren die Hauptmaterialien, die in frühen Schneidwerkzeugen verwendet wurden. Die Nachteile bestehen darin, dass sie höhere Anforderungen an die Bediener stellen und manuelle Arbeit erfordern. Das Schärfen und die Schnittgeschwindigkeit, die Schnellarbeitsstahlmaterialien aushalten, sind sehr gering. Das Werkstückmaterial ist beispielsweise 45-Stahl, die Härte beträgt 250 HBW, die Schnittgeschwindigkeit beträgt 30 bis 60 m/min und die Schnitteffizienz ist gering.
Das derzeit am häufigsten verwendete Werkzeugmaterial ist beschichtetes Hartmetall. Die Härte und Hitzebeständigkeit von beschichteten Hartmetallwerkzeugen ist besser als die von Schnellarbeitsstahlwerkzeugen. Es hält höheren Schnittgeschwindigkeiten stand, wobei die Schnittgeschwindigkeiten zwischen 100 und 300 m/min liegen[1].
Am Beispiel des Außenkreises zum Drehen von Stahlteilen kann die Schnittgeschwindigkeit von 50 m/min auf 180 m/min erhöht werden, wenn Hartmetalldrehwerkzeuge anstelle von Hochgeschwindigkeitsstahldrehwerkzeugen verwendet werden, und die Effizienz wird um mehr als gesteigert 3-fach, und Hartmetallwerkzeuge haben auch höhere Schneidwerkzeuge. Leben. Hartmetall-Drehwerkzeuge mit auswechselbaren Klingen müssen nicht geschärft werden, es reicht aus, die Klinge auszutauschen, und der Bediener muss nicht über Schleifkenntnisse verfügen.
Neben Schneidwerkzeugen aus Schnellarbeitsstahl und Hartmetall gibt es auch Keramik, CBN und PKD. Diese drei Materialien haben höhere Schnittgeschwindigkeiten – mehr als 1000 m/min –, ihr Anwendungsbereich ist jedoch begrenzt. Keramik und CBN werden üblicherweise zur Bearbeitung von Gusseisenwerkstücken und Stahlwerkstücken mit hoher Härte über 50 HRC verwendet. PKD wird üblicherweise zur Bearbeitung von Aluminium, Kunststoff, Holz und Hartmetall verwendet, kann jedoch keine Gusseisenteile bearbeiten [2].
Am Beispiel von Fräsern aus Aluminiumlegierung beträgt die Schnittgeschwindigkeit von Hochgeschwindigkeitsstahlfräsern 120 bis 300 m/min. Die empfohlene Schnittgeschwindigkeit der Hartmetallfräser der Marke Mapal aus HP615-Material beträgt 700 m/min, wobei Fräser aus PKD-Material verwendet werden können. Die Schnittgeschwindigkeit beträgt 1500–2000 m/min.
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Einfluss der Schnittparameter auf Standzeit und Produktionseffizienz
Um die Bearbeitungseffizienz und die Werkzeuglebensdauer zu verbessern, muss festgestellt werden, ob die Schnittparameter angemessen sind, und die Auswirkungen jedes Schnittparameters auf die Werkzeuglebensdauer und -effizienz analysiert werden. Zu den Schnittparametern gehören die Schnittgeschwindigkeit (lineare Geschwindigkeit), die Vorschubgeschwindigkeit und die Rückschnittmenge, auch bekannt als die drei Schneidelemente.
3.1 Schnittgeschwindigkeit vc
Die Beziehung zwischen Schnittgeschwindigkeit vc und Spindeldrehzahl beträgt vc=πDn/1000, wobei D der effektive Durchmesser des Werkzeugs/Werkstücks (Einheit: mm) und n die Werkzeugmaschinengeschwindigkeit (Einheit: U/min) ist ). Bei zu hoher Schnittgeschwindigkeit steigt der Freiflächenverschleiß und die Oberflächenqualität des Werkstücks verschlechtert sich. Bei extrem hohen Schnittgeschwindigkeiten kommt es auch zu einer plastischen Verformung der Wendeschneidplatte. Die Einflusskurve der Schnittgeschwindigkeit auf die Standzeit ist in Abbildung 1 dargestellt.
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Abbildung 1 Wirkungskurve der Schnittgeschwindigkeit auf die Werkzeugstandzeit
3.2 Vorschubgeschwindigkeit vf
Die Berechnungsformel der Vorschubgeschwindigkeit lautet vf=fZZnn, fZ ist der Werkzeugvorschub (Einheit ist mm/z), Zn ist die Anzahl der effektiven Schneidkanten (Einheit ist Einheit), n ist die Werkzeugmaschinengeschwindigkeit (Einheit). ist U/min). Bei zu hoher Vorschubgeschwindigkeit kommt es zu einem unkontrollierten Späneausstoß und zu einer Verschlechterung der Qualität der bearbeiteten Oberfläche. Die Schnittleistung ist hoch und die Späne treffen auf das Werkzeug oder die bearbeitete Oberfläche. Die Einflusskurve der Vorschubgeschwindigkeit auf die Standzeit ist in Abbildung 2 dargestellt.
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Abbildung 2 Wirkungskurve der Vorschubgeschwindigkeit auf die Werkzeugstandzeit
3.3 Die Höhe des Rückenmessers ap
Der Rückschnittbetrag bezieht sich auf die Differenz zwischen der ungeschnittenen Oberfläche und der geschnittenen Oberfläche. Die Einflusskurve der Hinterschnittmenge auf die Standzeit ist in Abbildung 3 dargestellt.
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Abbildung 3: Die Einflusskurve der Hinterschnittmenge auf die Werkzeugstandzeit
Von den drei Schnittfaktoren haben alle die Schnittgeschwindigkeit, die Vorschubgeschwindigkeit und der Eingriffsgrad einen Einfluss auf die Standzeit des Werkzeugs. Der Einfluss des Rückschnittbetrags ist am geringsten, die Vorschubgeschwindigkeit hat einen größeren Einfluss als der Rückschnittbetrag und die Schnittgeschwindigkeit hat den größten Einfluss auf die Lebensdauer der Klinge.
Um die höchste Werkzeugstandzeit zu erreichen, ist die Richtung der Optimierungsparameter: Maximieren des Hintereingriffs, um die Anzahl der Werkzeugdurchgänge zu reduzieren; Maximieren Sie die Vorschubgeschwindigkeit, um die Schnittzeit zu verkürzen. Reduzieren Sie die Schnittgeschwindigkeit, um die beste Standzeit zu erzielen.
Um die Effizienz beim Schruppen zu verbessern, können Sie damit beginnen, die Menge des Hinterschneidens zu optimieren. Wenn viele Werkzeugwege vorhanden sind, erhöhen Sie den Umfang des Hinterschneidens und verkleinern Sie den Werkzeugweg, oder erhöhen Sie den Umfang des Hinterschneidens, verringern Sie die Schnittgeschwindigkeit und verbessern Sie die Standzeit des Werkzeugs. , erhöhen Sie die Vorschubgeschwindigkeit und stellen Sie die Verarbeitungseffizienz sicher.
3.4 Anwendungsbeispiele
Der von einer Automobilteileverarbeitungsfabrik hergestellte Flansch ist in Abbildung 4 dargestellt. Die vorhandene Verarbeitungslösung ist ineffizient und verschiedene Schnittparameter müssen optimiert werden, um die Werkzeuglebensdauer und die Produktionseffizienz zu verbessern.
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Abbildung 4 Flansch
Optimieren Sie den Bearbeitungsplan, indem Sie den Umfang des Hinterschneidens erhöhen, die Werkzeugwege verkürzen und die Schnittgeschwindigkeit verringern. Vor der Optimierung waren die Werkzeugwege zahlreich und chaotisch, aber nach der Optimierung waren die Werkzeugwege klar, wie in den Abbildungen 5 und 6 dargestellt. Die Parameter vor und nach der Optimierung sind in Tabelle 1 aufgeführt. Nach der Optimierung wurde die Werkzeuglebensdauer erhöht von 15 Teilen auf 31 Teile.
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Abbildung 5 Optimierung des vorderen Werkzeugwegs
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Abbildung 6 Optimierter Werkzeugweg
Tabelle 1 Parameter vor und nach der Optimierung
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Der Faktor, der die Schneidleistung der Klinge misst, ist die Schnittgeschwindigkeit. Das CNC-System liest die Spindeldrehzahl. Viele Programmierer berücksichtigen beim Entwerfen von Programmen nur die Geschwindigkeit und ignorieren den Durchmesserfaktor. Bei der tatsächlichen Bearbeitung hat jedoch auch der Durchmesserfaktor einen größeren Einfluss. Am Beispiel des Drehens beträgt die Lineargeschwindigkeit vc=157m/min, wenn der Werkstückdurchmesser D 50 mm beträgt und die Werkzeugmaschinengeschwindigkeit n 1000 U/min beträgt. Wenn der Werkstückdurchmesser D 100 mm beträgt und die Werkzeugmaschinengeschwindigkeit n 1000 U/min beträgt, beträgt die lineare Geschwindigkeit vc=314m/min.
Laut Werkzeugprobe ist die Schnittgeschwindigkeit mit 314 m/min sehr hoch und liegt nahe an der Grenze, die die Hartmetallklinge aushält. Eine hohe Schnittgeschwindigkeit kann den Verschleißprozess des Werkzeugs beschleunigen und die Lebensdauer des Werkzeugs verringern.
Daraus ist ersichtlich, dass bei gleicher Werkzeugmaschinengeschwindigkeit, unterschiedlichen Werkstückdurchmessern und Werkzeugschnittgeschwindigkeiten bei zu geringer Standzeit überprüft werden kann, ob dies auf eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit zurückzuführen ist.
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Der Einfluss der Wiper-Kante auf die Schneideffizienz
Das Wischerblatt hat einen Spitzenwinkel, der aus 3 bis 9 Bögen mit unterschiedlichen Radien besteht, und der Bogenradius kann mehr als 900 mm erreichen. Die Beziehung zwischen Werkzeugspitzenverrundung, Vorschubmenge und Oberflächenqualität ist
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (Wischkante)=Rmax/² (2)
In der Formel ist fn die Vorschubmenge (mm/U); r ist der Rundungsradius der Werkzeugspitze (mm); Rmax ist der Höhenunterschied zwischen der Spitze und dem Tiefpunkt der Schnittfläche (mm).
Diese Methode eignet sich zum Schlichtdrehen oder Bohren. Das Wischerwerkzeug selbst verfügt nicht über eine Schnellvorschubfunktion. Aus der vorherigen Formel lässt sich jedoch ableiten, dass die Eigenschaften des Wischerwerkzeugs wie folgt sind: Bei gleichen Bearbeitungsparametern kann die Oberflächenqualität des Wischerwerkzeugs um das 1-fache erhöht werden; Bei gleicher Oberflächenqualität kann die Vorschubgeschwindigkeit des Wischerwerkzeugs um das 1-fache erhöht werden. .
Bei gleichbleibender Oberflächengüte können beim Einsatz von Wiper-Werkzeugen höhere Vorschubgeschwindigkeiten eingesetzt werden.
Nehmen wir die Bearbeitung der Endfläche des Ausgangsgehäuses als Beispiel für eine Effizienzsteigerung. Das Werkstückmaterial ist QT500 und der Oberflächenrauheitswert Ra ist kleiner oder gleich 1,6 μm erforderlich. Um die Zykluszeit zu verbessern, wurde ein Wischerblatt eingesetzt. Unter der Voraussetzung, die gleichen Anforderungen an die Oberflächenrauheit zu erfüllen, wurde die Vorschubgeschwindigkeit von 0,36 mm/U auf 0,5 mm/U erhöht. Der gemessene Oberflächenrauheitswert betrug Ra=1,33 μm und die Lebensdauer der Klinge war gleich. Die verschiedenen Bearbeitungsparameter unter Verwendung gewöhnlicher Dreheinsätze und Wiper-Einsätze sind in Tabelle 2 dargestellt. Die Endfläche der Ausgangsschale nach der Optimierung ist in Abbildung 7 dargestellt.
Tabelle 2 Verschiedene Verarbeitungsparameter gewöhnlicher Dreheinsätze und Wiper-Einsätze
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Abbildung 7: Optimierte Endfläche der Ausgangsschale
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Einfluss des Hauptablenkwinkels auf die Schnittleistung
Der Vorschub pro Zahn wurde bereits in der vorherigen kurzen Einführung in das Konzept der Vorschubgeschwindigkeit erwähnt. Einige Marken von Werkzeugmustern empfehlen als Schnittparameter die maximale Spandicke hex anstelle des Vorschubs pro Zahn. Denn was den Vorschubbetrag bestimmt, ist die maximale Spandicke hex und der Anstellwinkel Kr des Werkzeugs. Die Umrechnungsformel lautet hex=fzsinKr.
Wenn der Hauptablenkwinkel 90 Grad beträgt, fz=hex, ist die maximale Spandicke des Werkzeugs gleich dem Vorschub pro Zahn. Mit abnehmendem Hauptablenkwinkel kann die Vorschubgeschwindigkeit erhöht werden.
Am Beispiel des Vierkant-Eckfräsers (siehe Abbildung 8) beträgt die Anzahl der Zähne ZN des 90-Grad-Eckfräsers 5 Nuten, n=1000r/min, hex=0,2 mm , fz=0.2mm/z, Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
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a) Strukturdiagramm des Eckfräsers
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b) Physische Objekte
Abbildung 8 90 Grad quadratischer Eckfräser
45-Grad-Vorwinkel-Planfräser (siehe Abbildung 9) ZN hat 5 Nuten, n=1000U/min, hex=0,2 mm, fz=hex /sin45 Grad {{8} }.282mm/z, dann ist die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
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a) Strukturdiagramm des Planfräsers
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b) Physische Objekte
Abbildung 9 45 Grad quadratischer Eckfräser
10-Grad-Vorwinkel-Planfräser (siehe Abbildung 10) ZN hat 5 Kanten, n=1000r/min, hex=0,2 mm, fz= hex/sin10 Grad {{8} }.156mm/z, dann die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
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ein Signal
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b) Physische Objekte
Abbildung 10 10 Grad quadratischer Eckfräser
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei gleicher Drehzahl des gleichen Messertyps die Vorschubgeschwindigkeit umso höher sein kann, je kleiner der Hauptablenkwinkel ist. Es ist zu beachten, dass der 90-Grad-Vierkantfräser hauptsächlich eine Radialkraft ausübt und die Axialkraft gegen Null geht. Wenn der Hauptablenkwinkel abnimmt, trägt der Fräser mit einem Hauptablenkwinkel von 10 Grad als Beispiel hauptsächlich eine Axialkraft. Die Radialkraft ist sehr klein. Je kleiner der Hauptablenkwinkel ist, desto größer ist die Schwingungsneigung und desto höher ist die aufgenommene Leistung.
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Der Einfluss von Bearbeitungsmethoden auf die Schneidleistung
Auch der Schneidweg hat großen Einfluss auf die Bearbeitungseffizienz. Ein in letzter Zeit beliebtes dynamisches Fräsverfahren ist beispielsweise ein effizientes Trochoidenfräsverfahren mit großem Hinterschnittvolumen und kleiner Schnittbreite. Der Unterschied zum herkömmlichen Wirbelfräsen besteht darin, dass beim dynamischen Fräsverfahren die konstante Spandicke hex strikt eingehalten wird. Hat eine hohe Zerspanungsleistung. Da beim dynamischen Fräsen eine konstante Schnittkraft beim Werkzeugschneiden gewährleistet werden kann, ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit schnell und stabil.
Am Beispiel des Fräsens der Außenkontur des Ventilkörpers soll der Einfluss der Bearbeitungsverfahren auf die Zerspanungseffizienz verdeutlicht werden. Das Werkstück besteht aus Edelstahl. Die Schwierigkeit besteht darin, dass das Verhältnis von Werkzeuglänge zu Durchmesser das Vierfache des Durchmessers erreicht, was zu Vibrationen während der Bearbeitung führt. Im ursprünglichen Plan wurden quadratische Eckfräser mit auswechselbaren Einsätzen verwendet, was aufgrund des großen Seitenverhältnisses zu starken Schnittvibrationen führte. Normale Verarbeitung nicht möglich. Optimiert für den Einsatz von Hartmetall-Schaftfräsern, großer Hinterschnittkapazität, kleiner Schnittbreite und dynamischer Fräsmethode. Die Simulation des dynamischen Fräswerkzeugwegs ist in Abbildung 11 dargestellt, und die Vergleichsparameter sind in Tabelle 3 aufgeführt.
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Abbildung 11 Dynamische Simulation des Fräswerkzeugwegs
Tabelle 3 Parametervergleich
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Verbessern Sie die Bearbeitungseffizienz mit Verbundwerkzeugen
Bei großvolumigen Produkten werden in der Regel Verbundwerkzeuge zur Verbesserung der Produktionseffizienz eingesetzt, z. B. Fasenbohrer, Verbundbohrwerkzeuge (siehe Abbildung 12) usw.
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Abbildung 12 Verbundbohrwerkzeug
Verbundwerkzeuge verarbeiten mit einem Werkzeug mehrere Arbeitsschritte, was die Verarbeitungseffizienz verbessert und die Werkzeugwechselzeit mehrerer Werkzeuge spart. Verbundschneidwerkzeuge weisen auch viele Mängel auf. Der größte Nachteil besteht darin, dass sie nicht universell sind. Die Schneidwerkzeuge sind nur für ein bestimmtes Werkstück konzipiert und nicht universell bei anderen Werkstücken einsetzbar [3].
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Abschluss
Dieser Artikel stellt sechs Möglichkeiten zur Optimierung von Schneidwerkzeugen vor, die als Leitfaden zur Verbesserung der Produktionseffizienz und zur Kostensenkung dienen können. Die Methode zur Werkzeugoptimierung sollte flexibel sein und muss auf praktischer Basis durchgeführt werden. Vor der Optimierung ist es notwendig, den Engpassprozess zu analysieren, das Werkzeug gezielt zu optimieren und die Schlüsselpunkte zur Problemlösung entsprechend den spezifischen Produktionsbedingungen zu erfassen.
