Uzun yıllara dayanan yerinde pratik hata ayıklama deneyimine dayanarak, metal takım kesme prensiplerinden başlayarak takım malzemesi, kesme parametreleri, silici kenarı, hücum açısı, işleme yöntemi ve kompozit takım gibi faktörlerle birleştirilmiş altı optimizasyon yöntemi tanıtılmıştır. kesme maliyetlerini azaltır. Üretim verimliliğini arttırmanın amacı.
01
Önsöz
Ülkemin imalat sanayiinin hızla gelişmesi, ülkemize ve hatta dünyaya büyük ekonomik faydalar yarattı. Pazar rekabeti giderek şiddetli hale geldikçe, maliyetlerin azaltılması ve verimliliğin artırılması her işletmenin yüzleşmesi gereken sorunlar haline geldi. Maliyetleri etkili bir şekilde azaltmak ve verimliliği artırmak için üretim maliyetlerinin kompozisyonunu analiz etmek gerekir. Üretim maliyeti üç bölümden oluşur: direkt malzeme, direkt işçilik ve genel üretim giderleri. Doğrudan malzemeler, üretim sürecinde yarı mamul veya nihai ürüne işlenen emek nesnelerini ifade eder ve bunların kullanım değeri daha sonra başka bir kullanım değeri haline gelir. Doğrudan işçilik, üretim sürecinde tüketilen ve ücretler, sosyal yardım giderleri vb. ile hesaplanabilen insan kaynağını ifade eder. Üretim giderleri, üretim sürecinde kullanılan fabrika, makine, araç ve ekipman, malzeme ve yardımcı malzemeler gibi tesisleri ifade eder. Bunların tüketimlerinin bir kısmı amortisman yoluyla maliyete, diğer kısmı ise bakım, sabit giderler, makine malzeme sarfiyatı ve yardımcı malzeme sarfiyatından olup maliyete dahildir. Bu makale, takım tüketim maliyetlerini azaltmak ve işleme verimliliğini artırmak için çeşitli takım kullanım yöntemlerini optimize ederek, takım tezgahı kullanım maliyetlerinden tasarruf etme etkisine ulaşıyor.
02
İşleme verimliliğini artırmak için takım malzemesini değiştirin
Yaygın olarak kullanılan takım malzemeleri şunları içerir: yüksek hız çeliği, karbür, seramik, CBN ve PCD. CBN ve PCD daha yüksek sertliğe, en yüksek aşınma direncine sahiptir ve malzemeleri nispeten kırılgandır. Yüksek hız çeliği en iyi tokluğa sahiptir ancak sertliği çok düşüktür ve aşınma direnci zayıftır.
Yüksek hız çeliği, yüksek karbon alaşımlı bir çeliktir. Ana alaşım elementleri tungsten, krom, molibden, kobalt, vanadyum ve alüminyum vb.'dir ve büyük miktarda karbür içerir. Yüksek hız çeliği kesici takımlar yüksek tokluğa ve nispeten düşük sertliğe sahiptir. Avantajları ucuz olmaları, yüksek plastisiteye sahip olmaları ve neredeyse tüm malzemeleri işleyebilmeleridir. İlk kesici aletlerde kullanılan ana malzemeler bunlardı. Dezavantajları ise operatörler açısından daha yüksek gereksinimler gerektirmesi ve el emeği gerektirmesidir. Yüksek hız çeliği malzemelerin dayanabileceği bileme ve kesme hızı çok düşüktür. Örneğin, iş parçası malzemesi 45 çeliktir, sertlik 250HBW'dir, kesme hızı 30~60m/dak'dır ve kesme verimliliği düşüktür.
Şu anda en yaygın kullanılan takım malzemesi kaplamalı karbürdür. Kaplamalı karbür takımların sertliği ve ısı direnci, yüksek hız çeliği takımlardan daha iyidir. 100 ila 300 m/dak[1] arasında değişen kesme hızlarıyla daha yüksek kesme hızlarına dayanabilir.
Çelik parçaların tornalanmasının dış çemberini örnek olarak alırsak, yüksek hızlı çelik tornalama takımlarının yerine karbür tornalama takımları kullanılırsa, kesme hızı 50 m/dak'dan 180 m/dak'ya yükseltilebilir ve verimlilik 100 m/dak'dan daha fazla arttırılabilir. 3 kat ve karbür takımlarda ayrıca daha yüksek kesici takımlar bulunur. hayat. Değiştirilebilir bıçaklara sahip karbür tornalama takımlarının keskinleştirilmesine gerek yoktur, yalnızca bıçağı değiştirin ve operatörün bileme becerisine sahip olmasına gerek yoktur.
Yüksek hız çeliği ve karbür kesici takımların yanı sıra seramik, CBN ve PCD de bulunmaktadır. Bu üç malzeme daha yüksek kesme hızlarına sahiptir (1000 m/dak'dan fazla), ancak uygulama aralıkları sınırlıdır. Seramik ve CBN genellikle dökme demir iş parçalarını ve 50HRC'nin üzerinde yüksek sertliğe sahip çelik iş parçalarını işlemek için kullanılır. PCD genellikle alüminyum, plastik, ahşap ve karbür işlemek için kullanılır ancak dökme demir parçaları işleyemez [2].
Alüminyum alaşımlı freze takımlarını örnek alırsak, yüksek hızlı çelik freze takımlarının kesme hızı 120~300 m/dak'dır. Mapal marka karbür freze takımlarının HP615 malzemesinden tavsiye edilen kesme hızı 700 m/dak olup, PCD malzemeden üretilen freze takımları da kullanılabilmektedir. Kesme hızı 1500~2000 m/dak'dır.
03
Kesme parametrelerinin takım ömrüne ve üretim verimliliğine etkisi
İşleme verimliliğini ve takım ömrünü artırmak için kesme parametrelerinin makul olup olmadığını belirlemek ve her kesme parametresinin takım ömrü ve verimliliği üzerindeki etkisini analiz etmek gerekir. Kesme parametreleri, üç kesme elemanı olarak da bilinen kesme hızını (doğrusal hız), ilerleme hızını ve arka kesme miktarını içerir.
3.1 Kesme hızı vc
Kesme hızı vc ile iş mili hızı arasındaki ilişki vc=πDn/1000'dir; burada D, takımın/iş parçasının etkin çapıdır (birim: mm) ve n, makinenin hızıdır (birim: dev/dak) ). Kesme hızı çok yüksek olduğunda yan aşınma artacak ve iş parçasının yüzey kalitesi bozulacaktır. Kesme hızı çok yüksek olduğunda kesici uç da plastik deformasyona uğrayacaktır. Kesme hızının takım ömrü üzerindeki etki eğrisi Şekil 1'de gösterilmektedir.
resim
Şekil 1 Kesme hızının takım ömrü üzerindeki etki eğrisi
3.2 Besleme hızı vf
İlerleme hızı hesaplama formülü vf=fZZnn'dir, fZ takım ilerlemesidir (birim mm/z'dir), Zn etkin kesme kenarlarının sayısıdır (birim birimdir), n takım tezgahının hızıdır (birimdir) r/dak'dır). İlerleme hızı çok yüksek olursa talaşlar kontrolsüzleşecek ve işlenen yüzeyin kalitesi bozulacaktır. Kesme gücü yüksektir ve talaşlar takımı veya işlenmiş yüzeyi etkileyecektir. İlerleme hızının takım ömrü üzerindeki etki eğrisi Şekil 2'de gösterilmektedir.
resim
Şekil 2 İlerleme hızının takım ömrü üzerindeki etki eğrisi
3.3 Arka bıçak ap miktarı
Arka kesim miktarı kesilmemiş yüzey ile kesilmiş yüzey arasındaki farkı ifade eder. Geri kesme miktarının takım ömrü üzerindeki etki eğrisi Şekil 3'te gösterilmektedir.
resim
Şekil 3 Geri kesme miktarının takım ömrü üzerindeki etki eğrisi
Üç kesme faktörü arasında kesme hızı, ilerleme hızı ve geri kavrama miktarının tümü takım ömrü üzerinde etkiye sahiptir. Arka kesme miktarının etkisi en küçüktür, ilerleme hızı arka kesme miktarından daha büyük etkiye sahiptir ve kesme hızı bıçağın ömrüne en büyük etkiye sahiptir.
En yüksek takım ömrünü elde etmek için optimizasyon parametrelerinin yönü şu şekildedir: takım geçişlerinin sayısını azaltmak için arka kavramayı maksimuma çıkarın; kesme süresini kısaltmak için ilerleme hızını maksimuma çıkarın; En iyi takım ömrünü elde etmek için kesme hızını azaltın.
Kaba işleme verimliliğini artırmak için arkadan kesme miktarını optimize ederek başlayabilirsiniz. Çok sayıda takım yolu varsa, arka kesme miktarını artırın ve takım yolunu azaltın veya arka kesme miktarını artırın, kesme hızını azaltın ve takım ömrünü artırın. , besleme hızını artırın ve işleme verimliliğini sağlayın.
3.4 Uygulama örnekleri
Bir otomobil parçası işleme fabrikası tarafından üretilen flanş Şekil 4'te gösterilmektedir. Mevcut işleme çözümü verimsizdir ve takım ömrünü ve üretim verimliliğini artırmak için çeşitli kesme parametrelerinin optimize edilmesi gerekir.
resim
Şekil 4 Flanş
Arkadan kesme miktarını artırarak, takım yollarını azaltarak ve kesme hızını azaltarak işleme planını optimize edin. Optimizasyondan önce takım yolları çok sayıda ve kaotikti ancak optimizasyondan sonra, Şekil 5 ve 6'da gösterildiği gibi takım yolları açıktı. Optimizasyondan önceki ve sonraki parametreler Tablo 1'de gösterilmektedir. Optimizasyondan sonra takım ömrü arttı 15 parçadan 31 parçaya kadar.
resim
Şekil 5 Ön takım yolunu optimize etme
resim
Şekil 6 Optimize edilmiş takım yolu
Tablo 1 Optimizasyondan önceki ve sonraki parametreler
resim
Bıçağın kesme performansını ölçen faktör kesme hızıdır. CNC sistemi iş mili hızını okur. Çoğu programcı, programları tasarlarken yalnızca hızı dikkate alır ve çap faktörünü göz ardı eder. Ancak gerçek işlemede çap faktörünün de daha büyük etkisi vardır. Tornalamayı örnek olarak alırsak, iş parçası çapı D 50 mm ve takım tezgahı hızı n 1000 dev/dak olduğunda, doğrusal hız vc=157m/dak. İş parçası çapı D 100 mm ve takım tezgahı hızı n 1000 dev/dak olduğunda, doğrusal hız vc=314m/dak.
Takım örneğine göre 314 m/dak'lık kesme hızı çok yüksektir ve karbür bıçağın dayanabileceği sınıra yakındır. Yüksek kesme hızı, aletin aşınma sürecini hızlandırabilir ve aletin servis ömrünü kısaltabilir.
Buradan aynı takım tezgahı hızı, farklı iş parçası çapları ve takım kesme hızları için takım ömrünün çok düşük olması durumunda bunun kesme hızının çok yüksek olmasından kaynaklanıp kaynaklanmadığını kontrol edebileceğiniz görülmektedir.
04
Silecek kenarının kesme verimliliği üzerindeki etkisi
Silecek bıçağı, farklı yarıçaplara sahip 3 ila 9 yaydan oluşan bir uç açısına sahiptir ve yay yarıçapı 900 mm'nin üzerine çıkabilir. Takım ucu filetosu, besleme miktarı ve yüzey kalitesi arasındaki ilişki
Rmaks=fn²/8r(1)
Rmax (silme kenarı)=Rmax/² (2)
Formülde fn ilerleme miktarıdır (mm/d); r, takım ucu dolgu yarıçapıdır (mm); Rmax, kesme yüzeyinin tepe noktası ile çukur noktası arasındaki yükseklik farkıdır (mm).
Bu yöntem tornalama veya delik işlemenin bitirilmesi için uygundur. Silecek aletinin kendisi hızlı besleme fonksiyonuna sahip değildir. Ancak önceki formüle göre silici takımın özelliklerinin şu şekilde olduğu sonucuna varılabilir: İşleme parametreleri aynı olduğunda, silici takımın yüzey kalitesi 1 kat arttırılabilir; yüzey kalitesi aynı olduğunda silici takımın ilerleme hızı 1 kat arttırılabilir. .
Aynı yüzey kalitesi istendiğinde, silici takımlar kullanılırken daha yüksek ilerleme hızları kullanılabilir.
Verimlilik iyileştirme örneği olarak çıkış kabuğunun uç yüzünün işlenmesini ele alırsak, iş parçası malzemesi QT500'tir ve yüzey pürüzlülük değeri Ra'nın 1,6μm'den küçük veya ona eşit olması gerekir. Çevrim süresini iyileştirmek için bir silecek lastiği kullanıldı. Aynı yüzey pürüzlülüğü gereksinimlerini karşılamak amacıyla ilerleme hızı 0,36 mm/dev'den 0,5 mm/dev'e çıkarıldı. Ölçülen yüzey pürüzlülüğü değeri Ra=1.33μm ve bıçak ömrü aynıydı. Sıradan tornalama uçları ve silici uçlar kullanılarak yapılan çeşitli işleme parametreleri Tablo 2'de gösterilmektedir. Optimizasyondan sonra çıkış kabuğunun uç yüzü Şekil 7'de gösterilmektedir.
Tablo 2 Sıradan tornalama uçları ve silici uçların çeşitli işleme parametreleri
resim
resim
Şekil 7 Optimize edilmiş çıkış kabuğu uç yüzü
05
Ana sapma açısının kesme verimliliğine etkisi
Diş başına ilerlemeden, ilerleme hızı kavramına ilişkin önceki kısa girişte bahsedilmişti. Bazı takım numunesi markaları kesme parametresi olarak diş başına ilerleme yerine maksimum talaş kalınlığı hex'i önerir. Çünkü ilerleme miktarını belirleyen takımın maksimum talaş kalınlığı hex ve ön açısı Kr'dir. Dönüşüm formülü hex=fzsinKr'dir.
Ana sapma açısı 90 derece (fz=hex) olduğunda, takımın maksimum talaş kalınlığı diş başına ilerlemeyle aynıdır. Ana sapma açısı azaldıkça ilerleme hızı artırılabilir.
Örnek olarak kare kenar frezeleme takımı alınırsa (bkz. Şekil 8), 90 derecelik kare kenar frezeleme takımının ZN diş sayısı 5 kanaldır, n=1000dev/dak, altıgen=0,2 mm , fz=0.2mm/z, takım tezgahı ilerleme hızı vf =0.2×5×1000=1000 (mm/dak).
resim
a) Kare kenar frezeleme takımı yapı şeması
resim
b) Fiziksel nesneler
Şekil 8 90 derece kare kenar frezeleme takımı
45 derece ön açılı yüzey frezeleme takımı (bkz. Şekil 9) ZN'de 5 kanal bulunur, n=1000dev/dak, altıgen=0,2 mm, fz=altıgen /sin45 derece {{8} }.282mm/z, ardından takım tezgahı ilerleme hızı vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/dak).
resim
a) Yüzey frezeleme takımının yapı şeması
resim
b) Fiziksel nesneler
Şekil 9 45 derece kare kenar frezeleme takımı
10 derece ön açılı yüzey frezeleme takımı (bkz. Şekil 10) ZN'nin 5 kenarı vardır, n=1000dev/dak, altıgen=0,2 mm, fz= altıgen/sin10 derece {{8} }.156mm/z, ardından takım tezgahı ilerleme hızı vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/dak).
resim
bir işaret
resim
b) Fiziksel nesneler
Şekil 10 10 derece kare kenar frezeleme takımı
Özetlemek gerekirse, aynı tip bıçağın aynı dönüş hızında, ana sapma açısı ne kadar küçük olursa, kullanılabilecek ilerleme hızı da o kadar yüksek olur. 90 derecelik kare kenar frezeleme takımının esas olarak radyal kuvvet taşıdığını ve eksenel kuvvetin sıfıra yaklaştığını belirtmekte fayda var. Ana sapma açısı azaldıkça, 10 derecelik ana sapma açısı frezeleme takımını örnek alırsak, esas olarak eksenel kuvvet taşır. Radyal kuvvet çok küçüktür. Ana sapma açısı ne kadar küçük olursa, titreşim eğilimi o kadar büyük olur ve tüketilen güç de o kadar yüksek olur.
06
İşleme yöntemlerinin kesme verimliliği üzerindeki etkisi
Kesici takım yolunun da işleme verimliliği üzerinde büyük etkisi vardır. Örneğin, son zamanlarda popüler olan dinamik frezeleme yöntemi, büyük arka kesme hacmine ve küçük kesme genişliğine sahip verimli bir trokoidal frezeleme yöntemidir. Geleneksel trokoidal frezelemeden farkı, dinamik frezeleme işleminin sabit altıgen talaş kalınlığına sıkı sıkıya bağlı olmasıdır. Yüksek talaş kaldırma oranına sahiptir. Dinamik frezeleme, takım kesimi sırasında sabit kesme kuvveti sağlayabildiğinden işlem hızı hızlı ve stabildir.
İşleme yöntemlerinin kesme verimliliği üzerindeki etkisini göstermek için valf gövdesinin dış çevresinin frezelenmesi örnek olarak alınmıştır. İş parçası paslanmaz çelikten yapılmıştır. Buradaki zorluk, takım uzunluk/çap oranının çapın 4 katına ulaşmasıdır, bu da işleme sırasında titreşime neden olur. Orijinal planda değiştirilebilir kesici uçlu kare kenar frezeleme takımları kullanıldı ve bu da büyük en-boy oranı nedeniyle büyük kesme titreşimine neden oldu. Normal şekilde işlenemiyor. Karbür parmak frezeleri, büyük arka kesme kapasitesini, küçük kesme genişliğini ve dinamik frezeleme yöntemini kullanacak şekilde optimize edilmiştir. Dinamik frezeleme takımı yolu simülasyonu Şekil 11'de gösterilmektedir ve karşılaştırma parametreleri Tablo 3'te gösterilmektedir.
resim
Şekil 11 Dinamik frezeleme takımı yolu simülasyonu
Tablo 3 Parametre karşılaştırması
resim
07
Kompozit takımlarla işleme verimliliğini artırın
Yüksek hacimli ürünler için üretim verimliliğini artırmak amacıyla genellikle pah matkapları, kompozit delik işleme takımları (bkz. Şekil 12) vb. gibi kompozit takımlar kullanılır.
resim
Şekil 12 Bileşik delik işleme takımı
Kompozit takımlar birden fazla iş adımını işlemek için tek bir takım kullanır, bu da işleme verimliliğini artırır ve birden fazla takımın takım değiştirme süresinden tasarruf sağlar. Kompozit kesici takımların da birçok eksikliği bulunmaktadır. En büyük dezavantajı evrensel olmamalarıdır. Kesici takımlar yalnızca belirli bir iş parçası için tasarlanmıştır ve diğer iş parçalarıyla birlikte evrensel olarak kullanılamaz [3].
08
Çözüm
Bu makale, üretim verimliliğini artırmak ve maliyetleri azaltmak için rehberlik sağlayabilecek kesici takımları optimize etmenin altı yolunu sunmaktadır. Takım optimizasyon yöntemi esnek olmalı ve pratik bir şekilde yapılması gerekmektedir. Optimizasyondan önce darboğaz sürecini analiz etmek, aracı hedeflenen şekilde optimize etmek ve belirli üretim koşullarına göre sorunu çözmek için kilit noktaları kavramak gerekir.
