דיון קצר על שש שיטות לשיפור היעילות בעיבוד מתכות

בהתבסס על שנים רבות של ניסיון מעשי בניפוי באגים באתר, החל מעקרונות חיתוך כלי מתכת, בשילוב עם גורמים כמו חומר כלי, פרמטרי חיתוך, קצה מגב, זווית מובילה, שיטת עיבוד וכלי מרוכב, מוצגות שש שיטות אופטימיזציה. להפחית עלויות. מטרת שיפור יעילות הייצור.

01

הַקדָמָה
ההתפתחות המהירה של תעשיית הייצור של ארצי יצרה יתרונות כלכליים עצומים למדינה שלנו ואפילו לעולם. ככל שהתחרות בשוק נעשית עזה יותר ויותר, הפחתת עלויות ושיפור היעילות הפכו לנושאים שכל ארגון צריך להתמודד איתם. על מנת להפחית ביעילות עלויות ולהגדיל את היעילות, יש צורך לנתח את הרכב עלויות הייצור. עלות הייצור מורכבת משלושה חלקים: חומרים ישירים, עבודה ישירה ותקורת ייצור. חומרים ישירים מתייחסים לחפצי עבודה בתהליך הייצור, המעובדים למוצרים מוגמרים למחצה או למוצרים מוגמרים, וערך השימוש שלהם הופך לאחר מכן לערך שימוש נוסף. עבודה ישירה מתייחסת למשאב האנושי הנצרך בתהליך הייצור, אותו ניתן לחשב לפי שכר, הוצאות רווחה וכו'. הוצאות ייצור מתייחסות למתקנים כגון מפעלים, מכונות, כלי רכב וציוד, חומרים וחומרי עזר המשמשים בתהליך הייצור. חלק מתצרוכתם נכלל בעלות באמצעות פחת, והחלק השני הוא באמצעות תחזוקה, הוצאות קבועות, צריכת חומרי מכונות וצריכת חומרי עזר כלולים בעלות. מאמר זה מייעל מספר שיטות שימוש בכלים כדי להפחית את עלויות צריכת הכלים ולשפר את יעילות העיבוד, ובכך להשיג את האפקט של חיסכון בעלויות השימוש בכלי מכונות.

02

שנה חומר כלי כדי לשפר את יעילות העיבוד
חומרי הכלים הנפוצים כוללים את הדברים הבאים: פלדה מהירה, קרביד, קרמיקה, CBN ו-PCD. ל-CBN ול-PCD יש קשיות גבוהה יותר, עמידות בפני שחיקה גבוהה והחומרים שלהם שבירים יחסית. לפלדה מהירה יש את הקשיחות הטובה ביותר, אך הקשיות שלה נמוכה מאוד ועמידות הבלאי שלה ירודה.

פלדה מהירה היא פלדה מסגסוגת פחמן גבוהה. יסודות הסגסוגת העיקריים הם טונגסטן, כרום, מוליבדן, קובלט, ונדיום ואלומיניום וכו', ומכילים כמות גדולה של קרבידים. כלי חיתוך פלדה מהירים הם בעלי קשיחות גבוהה וקשיות נמוכה יחסית. היתרונות הם שהם זולים, בעלי פלסטיות גבוהה ויכולים לעבד כמעט את כל החומרים. הם היו החומרים העיקריים ששימשו בכלי חיתוך מוקדמים. החסרונות הם שהם דורשים דרישות גבוהות יותר מהמפעילים ודורשים עבודת כפיים. השחזה ומהירות החיתוך שחומרי פלדה מהירים יכולים לעמוד בו נמוכה מאוד. לדוגמה, חומר העבודה הוא פלדה 45, הקשיות היא 250HBW, מהירות החיתוך היא 30 ~ 60 מ' לדקה, ויעילות החיתוך נמוכה.

כיום, חומר הכלי הנפוץ ביותר הוא קרביד מצופה. הקשיות ועמידות החום של כלי קרביד מצופים טובים יותר מאלה של כלי פלדה מהירים. זה יכול לעמוד במהירויות חיתוך גבוהות יותר, עם מהירויות חיתוך שנעות בין 100 ל-300 מטר לדקה[1].

אם לוקחים את המעגל החיצוני של חלקי פלדה מסתובבים כדוגמה, אם משתמשים בכלי מפנה קרביד להחלפת כלי סיבוב פלדה מהירים, ניתן להגדיל את מהירות החיתוך מ-50 מ'/דקה ל-180 מ'/דקה, והיעילות מוגברת ביותר מ- פי 3, ולכלי קרביד יש גם כלי חיתוך גבוהים יותר. חַיִים. אין צורך להשחיז כלי מפנה קרביד עם להבים הניתנים להחלפה, רק להחליף את הלהב, והמפעיל לא צריך להיות בעל כישורי השחזה.

בנוסף לכלי חיתוך פלדה וקרביד מהירים, יש גם קרמיקה, CBN ו-PCD. לשלושת החומרים הללו מהירויות חיתוך גבוהות יותר - יותר מ-1000 מטר לדקה, אך טווח היישום שלהם מוגבל. קרמיקה ו-CBN משמשים בדרך כלל לעיבוד חלקי עבודה מברזל יצוק וחלקי עבודה מפלדה עם קשיות גבוהה מעל 50HRC. PCD משמש בדרך כלל לעיבוד אלומיניום, פלסטיק, עץ וקרביד, אך אינו יכול לעבד חלקי ברזל יצוק [2].

אם לוקחים כדוגמה חותכי כרסום מסגסוגת אלומיניום, מהירות החיתוך של חותכי כרסום פלדה במהירות גבוהה היא 120 ~ 300 מ' לדקה. מהירות החיתוך המומלצת של חומרי כרסום קרביד HP615 של מותג Mapal היא 700 מטר/דקה, בעוד שניתן להשתמש בחותכי כרסום העשויים מחומר PCD. מהירות החיתוך היא 1500 ~ 2000m/min.

03

השפעת פרמטרי חיתוך על חיי הכלי ויעילות הייצור
על מנת לשפר את יעילות העיבוד ואת חיי הכלי, יש צורך לקבוע אם פרמטרי החיתוך סבירים ולנתח את ההשפעה של כל פרמטר חיתוך על חיי הכלי והיעילות. פרמטרי חיתוך כוללים מהירות חיתוך (מהירות ליניארית), מהירות הזנה וכמות חיתוך חזרה, הידועים גם כשלושת רכיבי החיתוך.

3.1 מהירות חיתוך vc

הקשר בין מהירות החיתוך vc ומהירות הציר הוא vc=πDn/1000, כאשר D הוא הקוטר האפקטיבי של הכלי/חתיכת העבודה (יחידה: מ"מ), ו-n הוא מהירות כלי המכונה (יחידה: r/min ). כאשר מהירות החיתוך גבוהה מדי, בלאי הצד יגדל ואיכות פני השטח של חומר העבודה תתדרדר. כאשר מהירות החיתוך גבוהה במיוחד, התוסף יעבור גם דפורמציה פלסטית. עקומת ההשפעה של מהירות החיתוך על חיי הכלי מוצגת באיור 1.

תְמוּנָה

איור 1 עקומת השפעה של מהירות חיתוך על חיי הכלי

3.2 מהירות הזנה vf

נוסחת החישוב של מהירות ההזנה היא vf=fZZnn, fZ היא הזנת הכלי (היחידה היא mm/z), Zn הוא מספר קצוות החיתוך היעילים (היחידה היא יחידות), n היא מהירות הכלי (יחידה הוא r/min). אם מהירות ההזנה גבוהה מדי, השבבים יהיו בלתי נשלטים, ואיכות המשטח המעובד תדרדר. כוח החיתוך גבוה, והשבבים ישפיעו על הכלי או על פני השטח המעובדים. עקומת ההשפעה של מהירות ההזנה על חיי הכלי מוצגת באיור 2.

תְמוּנָה
איור 2 עקומת ההשפעה של מהירות ההזנה על חיי הכלי

3.3 כמות הסכין האחורית ap

כמות החיתוך האחורית מתייחסת להבדל בין המשטח הלא חתוך למשטח החתוך. עקומת ההשפעה של כמות החיתוך האחורית על חיי הכלי מוצגת באיור 3.

תְמוּנָה

איור 3 עקומת ההשפעה של כמות החיתוך האחורית על חיי הכלי

בין שלושת גורמי החיתוך, למהירות החיתוך, מהירות ההזנה וכמות החיבור לאחור יש השפעה על חיי הכלי. ההשפעה של כמות החיתוך האחורית היא הקטנה ביותר, למהירות ההזנה השפעה גדולה יותר מכמות החיתוך האחורי, ולמהירות החיתוך יש את ההשפעה הגדולה ביותר על חיי הלהב.

על מנת להשיג את חיי הכלי הגבוהים ביותר, הכיוון של פרמטרי האופטימיזציה הוא: למקסם את חיבור הגב כדי להפחית את מספר מעברי הכלים; למקסם את קצב ההזנה כדי לקצר את זמן החיתוך; להפחית את מהירות החיתוך כדי לקבל את חיי הכלי הטובים ביותר.

כדי לשפר את יעילות החיספוס, אתה יכול להתחיל באופטימיזציה של כמות החיתוך האחורי. אם יש נתיבי כלים רבים, הגדל את כמות החיתוך האחורי והקטין את נתיב הכלי, או הגדל את כמות החיתוך האחורי, הפחית את מהירות החיתוך ושפר את חיי הכלי. , להגדיל את מהירות ההזנה ולהבטיח יעילות עיבוד.

3.4 דוגמאות ליישום

האוגן המיוצר על ידי מפעל לעיבוד חלקי רכב מוצג באיור 4. פתרון העיבוד הקיים אינו יעיל, ויש לבצע אופטימיזציה של פרמטרי חיתוך שונים כדי לשפר את חיי הכלי ויעילות הייצור.

תְמוּנָה

איור 4 אוגן

ייעל את תוכנית העיבוד על ידי הגדלת כמות החיתוך האחורי, הפחתת שבילי הכלים והפחתת מהירות החיתוך. לפני האופטימיזציה, נתיבי הכלים היו רבים וכאוטיים, אך לאחר האופטימיזציה, נתיבי הכלים היו ברורים, כפי שמוצג באיורים 5 ו-6. הפרמטרים לפני ואחרי האופטימיזציה מוצגים בטבלה 1. לאחר האופטימיזציה, חיי הכלי הוגדל מ-15 חלקים ל-31 חלקים.

תְמוּנָה

איור 5 אופטימיזציה של נתיב הכלי הקדמי

תְמוּנָה

איור 6 נתיב כלי אופטימלי

טבלה 1 פרמטרים לפני ואחרי אופטימיזציה
תְמוּנָה

הגורם שמודד את ביצועי החיתוך של הלהב הוא מהירות החיתוך. מערכת CNC קוראת את מהירות הציר. מתכנתים רבים לוקחים בחשבון רק את המהירות בעת עיצוב תוכניות ומתעלמים מגורם הקוטר. עם זאת, בעיבוד שבבי בפועל, גם לגורם הקוטר יש השפעה גדולה יותר. אם לוקחים את הסיבוב כדוגמה, כאשר קוטר חומר העבודה D הוא 50 מ"מ ומהירות כלי המכונה n היא 1000r/min, המהירות הליניארית vc=157m/min. כאשר קוטר חומר העבודה D הוא 100 מ"מ ומהירות כלי המכונה n היא 1000 r/min, המהירות הליניארית vc=314m/min.

על פי דגימת הכלי, מהירות החיתוך של 314 מטר לדקה גבוהה מאוד, קרובה לגבול שלהב הקרביד יכול לעמוד בו. מהירות חיתוך גבוהה יכולה להאיץ את תהליך הבלאי של הכלי ולהפחית את חיי השירות של הכלי.

ניתן לראות מכך שעבור אותה מהירות כלי מכונה, קטרים ​​שונים של חלקי עבודה ומהירויות חיתוך כלי עבודה, כאשר חיי הכלי נמוך מדי, ניתן לבדוק האם זה נגרם ממהירות החיתוך גבוהה מדי.

04

השפעת קצה המגב על יעילות החיתוך
ללהב המגב זווית קצה המורכבת מ-3 עד 9 קשתות עם רדיוסים שונים, ורדיוס הקשת יכול להגיע ליותר מ-900 מ"מ. הקשר בין פילה קצה הכלי, כמות ההזנה ואיכות פני השטח הוא

Rmax＝fn²/8r(1)

Rmax (קצה ניגוב)=Rmax/² (2)
בנוסחה, fn הוא כמות ההזנה (mm/r); r הוא רדיוס פילה קצה הכלי (מ"מ); Rmax הוא הפרש הגובה בין שיא לשפל של משטח החיתוך (מ"מ).

שיטה זו מתאימה לגימור סיבוב או משעמם. לכלי המגב עצמו אין פונקציית הזנה מהירה. עם זאת, על פי הנוסחה הקודמת, ניתן להסיק כי המאפיינים של כלי המגב הם: כאשר פרמטרי העיבוד זהים, ניתן להגדיל את איכות פני השטח של כלי המגב פי 1; כאשר איכות פני השטח זהה, ניתן להגדיל את מהירות ההזנה של כלי המגב פי פעם אחת. .

כאשר נדרשת אותה איכות פני השטח, ניתן להשתמש במהירויות הזנה גבוהות יותר בעת שימוש בכלי מגב.

אם לוקחים את העיבוד של פני הקצה של מעטפת הפלט כדוגמה לשיפור יעילות, חומר העבודה הוא QT500 ונדרש ערך חספוס פני השטח Ra פחות או שווה ל-1.6μm. על מנת לשפר את זמן המחזור נעשה שימוש בלהב מגב. בהנחה של עמידה באותן דרישות חספוס פני השטח, מהירות ההזנה הוגדלה מ-0.36 מ"מ/ר ל-0.5 מ"מ/ר. ערך החספוס הנמדד Ra=1.33μm, וחיי הלהב היו זהים. פרמטרי העיבוד השונים תוך שימוש בתוספי סיבוב רגילים ובתוספות מגבים מוצגים בטבלה 2. הפן הקצה של מעטפת הפלט לאחר האופטימיזציה מוצג באיור 7.

טבלה 2 פרמטרי עיבוד שונים של תוספות סיבוב ותוספות מגבים רגילות
תְמוּנָה

תְמוּנָה

איור 7 פנים קצה מעטפת פלט אופטימלי

05

השפעת זווית הסטייה הראשית על יעילות החיתוך
ההזנה לכל שן הוזכרה בהקדמה הקצרה הקודמת למושג מהירות האכלה. מותגים מסוימים של דוגמאות כלי ממליצים על hex עובי השבב המרבי כפרמטר החיתוך במקום הזנה לכל שן. כי מה שקובע את כמות ההזנה הוא hex עובי השבב המרבי והזווית המובילה Kr של הכלי. נוסחת ההמרה היא hex=fzsinKr.

כאשר זווית הסטייה הראשית היא 90 מעלות , fz=hex, עובי השבב המרבי של הכלי זהה להזנה לכל שן. ככל שזווית הסטייה הראשית פוחתת, ניתן להגביר את מהירות ההזנה.

אם ניקח את חותך כרסום הכתף המרובעת (ראה איור 8) כדוגמה, מספר השיניים ZN של חותך כרסום הכתף המרובעת ב-90 מעלות הוא 5 חלילים, n=1000r/min, hex=0.2mm , fz=0.2mm/z, מהירות הזנת כלי מכונה vf =0.2×5×1000=1000 (מ"מ/דקה).

תְמוּנָה

א) תרשים מבנה חותך כרסום כתף מרובע

תְמוּנָה
ב) חפצים פיזיים
חותך כרסום כתף מרובעת באיור 8 90 מעלות

חותך כרסום פנים עם זווית מובילה של 45 מעלות (ראה איור 9) ל-ZN יש 5 חלילים, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz=hex /sin45 degree {{8} }.282mm/z, ואז מהירות הזנת כלי המכונה vf=0.282×5×1000=1410 (מ"מ/דקה).

תְמוּנָה
א) דיאגרמת מבנה של חותך כרסום פנים

תְמוּנָה
ב) חפצים פיזיים
חותך כרסום כתף מרובעת באיור 9 45 מעלות

חותך כרסום פנים בזווית מובילה של 10 מעלות (ראה איור 10) ל-ZN יש 5 קצוות, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz= hex/sin10 מעלות {{8} }.156mm/z, ואז מהירות הזנת כלי המכונה vf=1.156×5×1000=5780 (מ"מ/דקה).
תְמוּנָה
אות

תְמוּנָה

ב) חפצים פיזיים
חותך כרסום כתף מרובעת באיור 10 10 מעלות

לסיכום, באותה מהירות סיבוב של אותו סוג להב, ככל שזווית הסטייה הראשית קטנה יותר, כך ניתן להשתמש במהירות ההזנה. ראוי לציין כי חותך כרסום כתף מרובע 90 מעלות נושא בעיקר כוח רדיאלי, והכוח הצירי מתקרב לאפס. ככל שזווית הסטייה הראשית יורדת, אם ניקח כדוגמה את חותך כרסום זווית הסטייה הראשית של 10 מעלות, הוא נושא בעיקר כוח צירי. הכוח הרדיאלי קטן מאוד. ככל שזווית הסטייה הראשית קטנה יותר, כך נטיית הרטט גדולה יותר והכוח הנצרך גבוה יותר.

06

השפעת שיטות העיבוד על יעילות החיתוך
לנתיב כלי החיתוך יש גם השפעה רבה על יעילות העיבוד. לדוגמה, שיטת כרסום דינמית פופולרית לאחרונה היא שיטת כרסום טרכואידית יעילה עם נפח חיתוך אחורי גדול ורוחב חיתוך קטן. ההבדל מטחינה טרכואידלית קונבנציונלית הוא שתהליך הטחינה הדינמי דבק בקפדנות על hex עובי השבב הקבוע. בעל שיעור הסרת מתכות גבוה. מכיוון שכרסום דינמי יכול להבטיח כוח חיתוך קבוע במהלך חיתוך הכלים, מהירות העיבוד מהירה ויציבה.

נטילת כרסום של קו המתאר החיצוני של גוף השסתום כדוגמה כדי להמחיש את ההשפעה של שיטות עיבוד על יעילות החיתוך. חומר העבודה עשוי מפלדת אל חלד. הקושי הוא שיחס אורך-קוטר הכלי מגיע לפי 4 מהקוטר, מה שגורם לרטט במהלך העיבוד. התוכנית המקורית השתמשה בחותכי כרסום כתף מרובע הניתנים להחלפה, מה שהביא לרטט חיתוך גדול בגלל יחס הגובה-רוחב הגדול. לא ניתן לעבד כרגיל. אופטימיזציה לשימוש בטחני קצה קרביד, קיבולת חיתוך אחורית גדולה, רוחב חיתוך קטן ושיטת כרסום דינמית. הדמיית נתיב כרסום דינמי מוצגת באיור 11, ופרמטרי ההשוואה מוצגים בטבלה 3.

תְמוּנָה

איור 11 הדמיית נתיב כרסום דינמי

טבלה 3 השוואת פרמטרים
תְמוּנָה

07

שפר את יעילות העיבוד עם כלים מרוכבים
עבור מוצרים בנפח גבוה, בדרך כלל נעשה שימוש בכלים מרוכבים לשיפור יעילות הייצור, כגון מקדחי שיפוע, כלי קידוח מרוכבים (ראה איור 12) וכו'.

תְמוּנָה
איור 12 כלי משעמם מורכב

כלים מרוכבים משתמשים בכלי אחד לעיבוד שלבי עבודה מרובים, מה שמשפר את יעילות העיבוד וחוסך את זמן החלפת הכלים של כלים מרובים. לכלי חיתוך מרוכבים יש גם חסרונות רבים. החיסרון הגדול ביותר הוא שהם לא אוניברסליים. כלי החיתוך מיועדים רק לחומר עבודה מסוים ולא ניתן להשתמש בהם באופן אוניברסלי עם חלקי עבודה אחרים [3].

08

סיכום
מאמר זה מספק שש דרכים לייעל כלי חיתוך, שיכולים לספק הנחיות לשיפור יעילות הייצור והפחתת עלויות. שיטת אופטימיזציית הכלים צריכה להיות גמישה וצריכה להיעשות על בסיס מעשי. לפני האופטימיזציה, יש צורך לנתח את תהליך צוואר הבקבוק, לייעל את הכלי בצורה ממוקדת ולתפוס את נקודות המפתח לפתרון הבעיה בהתאם לתנאי הייצור הספציפיים.