Инструменты и параметры по-прежнему играют ключевую роль в успешной обработке

Введение

Хотя детали, материалы заготовок и процессы обработки, с которыми они работают, сильно различаются, все производители разделяют цель обработки определенного количества заготовок желаемого качества за определенное время и по соответствующей цене.

Производители обычно достигают своих целей, следуя узкоперспективной модели, которая начинается с выбора и применения инструментов и решает проблемы на реактивной основе. Изменение этого подхода приведет к снижению затрат и повышению эффективности. Вместо того, чтобы ждать возникновения проблем, а затем вносить коррективы в отдельные операции обработки, производители должны сначала сосредоточиться на упреждающем предварительном планировании, направленном на устранение бракованных деталей и простоев. После создания стабильного и надежного процесса можно применять концепции экономики производства для достижения баланса между производительностью и производственными затратами. Затем, благодаря тщательному выбору режущих инструментов и параметров обработки, производители могут полностью оптимизировать свои операции и достичь своих производственных целей.

Выбор инструментов и условий резания

Выбор металлорежущего инструмента обычно ориентирован на применение:мастерская ищет инструмент для обработки определенного материала заготовки, такого как сталь или алюминий, или для выполнения определенной операции, такой как черновая или чистовая обработка. Более выгодный подход к выбору инструмента начинается с рассмотрения того, как операция механической обработки вписывается в бизнес производителя в целом.

Первоочередной задачей такого подхода является обеспечение надежности процесса и исключение бракованных деталей и незапланированных простоев. Надежность, в общем смысле, — это вопрос соблюдения правил. Если мастерская не признает и не учитывает воздействие режущих, термических и химических сил на инструмент, надежность будет заменена отказом инструмента.

После установления стабильного процесса характеристики инструмента и режимы резания следует выбирать в соответствии с общими целями металлообрабатывающего бизнеса. Например, максимизация производительности при минимальных затратах может быть основным соображением при массовом производстве простых деталей. Но, с другой стороны, при многосерийном и мелкосерийном производстве ценных сложных деталей прежде чем решать вопрос о производственных затратах, необходимо сделать упор на полную надежность и точность. Гибкость является требованием к инструментальным системам, применяемым в таких сценариях с небольшими партиями.

Если главной целью является экономическая эффективность, инструмент должен выбираться на основе низкой стоимости режущей кромки, а выбор режимов резания должен соответствовать этому выбору. Параметры обработки должны подчеркивать длительный срок службы инструмента, а также надежность процесса. Если, наоборот, качество заготовки является главным приоритетом, правильным подходом будет высокопроизводительный прецизионный инструмент, применяемый при соответствующих условиях резания. Какой бы ни была цель, каждый отдельный набор целей приводит к выбору различных условий резания и инструментов.

Выбор и настройка условий резки

При первоначальном планировании обработки новой детали выбор инструментов и режимов резания следует начинать с рассмотрения метода обработки, геометрии инструмента и материала инструмента. Обрабатываемая деталь во многом определяет эти требования. Например, аэрокосмический компонент на основе никеля может потребовать профильного фрезерования с помощью твердосплавной концевой фрезы с положительной геометрией. Выбор определяется основными целями цеха с точки зрения производительности, стоимости и качества заготовок, а также зависит от глубины резания, скорости подачи и скорости резания, которые могут быть применены для достижения этих целей.

Другой процесс отбора подходит для модификации существующих операций по изготовлению деталей для достижения лучших результатов с точки зрения производительности, экономичности или надежности. В этих случаях рекомендуется поэтапный подход, начиная с изменения режимов резания, затем геометрии, режущих материалов, концепций инструментов и, наконец, методов обработки. Примечательно, что большинство цехов работают в обратной последовательности и в первую очередь рассматривают возможность смены инструментов или методов обработки, пытаясь улучшить результаты обработки.

Гораздо более простой и обычно эффективный первоначальный подход начинается с изменения параметров резки. Условия резания имеют широкий диапазон влияния, и изменение скорости резания или подачи на номинальную величину может решить проблему или повысить производительность без затрат или времени, затрачиваемого на замену инструментов.

Если изменение параметров резания не дает желаемого эффекта, можно внести изменения в геометрию режущего инструмента. Однако этот шаг более сложен, чем простое изменение параметров, потребует применения новых инструментов и увеличит затраты инструментального и машинного времени. Переход на материалы режущего инструмента является еще одной альтернативой, но также требует больших затрат времени и денег. Может потребоваться замена самих режущих инструментов или держателей, но это повышает вероятность перехода на инструменты, изготовленные по индивидуальному заказу, что может еще больше увеличить производственные затраты.

Если все эти шаги не дают желаемого результата, может потребоваться изменение метода обработки. Суть в том, чтобы изучить изменения преднамеренно, шаг за шагом, чтобы было ясно, какие факторы действительно приводят к желаемому результату.

Поскольку это кажется быстрым и простым подходом, многие мастерские используют CAM-системы для выбора инструмента. Этот метод эффективен во многих случаях, но может не дать оптимальных результатов. CAM-система не учитывает весь спектр индивидуальных эксплуатационных характеристик. Например, применение фрезы — это не просто подключение скорости, скорости подачи и DOC. Оптимальное применение включает в себя множество факторов, начиная от количества зубьев фрезы и заканчивая тем, насколько хорошо удаляется стружка, прочностью инструмента и стабильностью фрезерного станка. Необходимо учитывать все эти факторы для полного достижения целей производственной операции, будь то скорость съема металла, стойкость инструмента, шероховатость поверхности или экономичность.

Скорость, подача и глубина резания

Многие руководители цехов считают, что простое увеличение скорости резки позволит производить больше деталей за определенный период времени и, таким образом, снизит производственные затраты. Тем не менее, существует больше элементов производственных затрат, чем только объем выпускаемой продукции. Примером может служить операция, в которой смена инструмента в середине операции отрицательно скажется на качестве детали и времени обработки.

Увеличение скорости резания приведет к более быстрому производству, но срок службы инструмента уменьшится. Затраты на обработку вырастут из-за более частой замены инструмента и увеличения времени простоя станка во время замены.

Повышение скорости резания сокращает срок службы инструмента и может сделать операцию менее стабильной, в то время как изменение глубины резания или скорости подачи оказывает минимальное влияние на срок службы инструмента. Соответственно, наилучшие результаты достигаются при сбалансированном подходе, который включает в себя снижение скорости резания в сочетании с пропорциональным увеличением скорости подачи и глубины резания. Использование максимально возможной глубины резания снижает количество необходимых проходов резания и тем самым сокращает время обработки. Скорость подачи также должна быть максимальной, хотя чрезмерная скорость подачи может повлиять на качество заготовки и чистоту поверхности.

В обобщенном примере увеличение скорости резания со 180 м/мин до 200 м/мин увеличит скорость съема металла всего примерно на 10 процентов, но окажет негативное влияние на стойкость инструмента. Увеличение скорости подачи с 0,2 мм/об до 0,3 мм/об увеличит скорость съема металла на 50 процентов с минимальным влиянием на стойкость инструмента, если оно вообще будет.

В большинстве случаев увеличение скорости подачи и глубины резания при той же или более низкой скорости резания повысит скорость съема металла за операцию до уровня, достигаемого только за счет более высоких скоростей резания. Одним из преимуществ работы с сочетанием более низких скоростей резания с большей подачей и меньшей глубиной резания является снижение потребления энергии.

Последним шагом в оптимизации условий резания является выбор соответствующего критерия с точки зрения минимальной стоимости или максимальной производительности и использование скорости резания для точной настройки достижения этого критерия. В этом выборе может помочь модель, разработанная в начале 20 века американским инженером-механиком Ф. У. Тейлором.

Модель демонстрирует, что для данной комбинации глубины резания и подачи существует определенное окно скоростей резания, при котором износ инструмента является безопасным, предсказуемым и контролируемым. Работая в этом окне, можно определить и количественно определить взаимосвязь между скоростью резания, износом инструмента и сроком службы инструмента. Целью является более высокая скорость резания, которая снижает затраты машинного времени, но не увеличивает чрезмерно затраты на режущий инструмент из-за ускоренного износа инструмента.

Подложка и геометрия инструмента

Дополнительные шаги по оптимизации применения инструмента могут включать точную настройку характеристик основы и геометрии инструмента. Точно так же, как настройка условий резания связана с поиском компромиссов в зависимости от желаемых результатов, для достижения максимальной производительности за счет изменения основы инструмента требуется баланс между свойствами основы.

Поскольку режущая кромка инструмента должна быть тверже материала, который он режет, твердость является ключевой характеристикой инструмента. Высокая твердость, особенно при повышенных температурах, возникающих при высокоскоростной обработке, продлевает срок службы инструмента. Однако более твердый инструмент более хрупок. Неравномерные силы резания, возникающие при черновой обработке, особенно при прерывистом резании с окалиной или различной глубиной резания, могут привести к поломке твердого режущего инструмента. Нестабильность станка, крепления или заготовки также может привести к поломке.

И наоборот, повышение ударной вязкости инструмента, например, путем добавления более высокого процента связующего кобальта позволит инструменту противостоять ударам. Но в то же время пониженная твердость делает инструмент подверженным быстрому износу и/или деформации при высокоскоростных операциях или при обработке абразивных заготовок. Ключевым моментом является баланс свойств инструмента с учетом обрабатываемого материала заготовки.

Выбор геометрии инструмента также требует компромиссов. Позитивная геометрия резания и острая режущая кромка снижают силы резания и максимизируют сход стружки. Однако острый край не такой прочный, как закругленный. Геометрические элементы, такие как Т-образные пазы и фаски, можно изменять для усиления режущей кромки.

Т-образная кромка — область усиления за режущей кромкой, установленная под положительным углом, может обеспечить достаточную прочность для выполнения определенных операций и материалов заготовки и максимально снизить силы резания. Фаска сглаживает самую слабую часть острой режущей кромки ценой увеличения сил резания. «Жесткая» геометрия управления стружкодроблением направляет стружку под относительно острым углом, сворачивая и сразу ломая ее. Такая геометрия может быть эффективна при работе с материалами, дающими длинную стружку, но создает дополнительную нагрузку на режущую кромку. «Мягкая» геометрия отвода стружки оказывает меньшую нагрузку на режущую кромку, но создает более длинную стружку. Различные геометрические элементы, а также обработки кромок инструментов, такие как хонингование, можно комбинировать для оптимизации производительности резания при работе с конкретными материалами заготовки.

Заключение

Следует отметить, что в то время как производственный персонал и, возможно, инженеры-технологи очень озабочены условиями резания и производительностью, которую они представляют, руководители более высокого уровня не так озабочены этими цифрами, как бизнес-целями производственных операций в целом. Те, кто выбирает режимы резания и режущие инструменты, должны в первую очередь думать о более широких целях операций обработки своей компании и использовать их для управления выбором режимов резания и инструментов, обеспечивающих производительность, которая сделает возможным достижение этих целей.

Универсальность инструмента для современных производственных сценариев

Производство переходит от крупносерийного массового производства к сценариям обработки с большим ассортиментом и меньшими объемами в результате более широкого использования производственных стратегий «точно в срок» и роста аутсорсинга. Субподрядчики все чаще производят партии меньшего размера на прерывистой, но повторяющейся основе. Чтобы найти баланс между производительностью и стоимостью инструмента, необходимы инструменты, которые обеспечивают универсальность и гибкость в широком диапазоне приложений. Минимизация количества различных инструментов в мастерской сокращает время обработки инструментов и увеличивает время, доступное для операций обработки.

Традиционный способ повысить производительность отдельной операции, включающей длинные партии идентичных деталей, — это применение инструментов, специально разработанных для этого конкретного процесса. Разработка и внедрение специального инструмента имеет смысл, когда расходы могут быть амортизированы в течение длительного производственного цикла.

Тем не менее, баланс производительности и стоимости инструмента в различных ситуациях с небольшими партиями лучше достигается с помощью универсального «универсального» инструмента, который обеспечивает гибкость в широком диапазоне приложений. Эти инструменты сокращают время простоя, сводя к минимуму время, необходимое для переключения на новый инструмент при смене заготовки. Они также избавляют от необходимости настраивать и тестировать новые инструменты.

Примером такой оснастки является линейка фрез Seco Turbo. Эти инструменты предлагают универсальность в широком диапазоне приложений, обеспечивая сочетание экономической эффективности и высокой производительности. Положительная режущая геометрия фрез снижает энергопотребление, что приводит к увеличению срока службы инструмента и возможности увеличения глубины резания и подачи.

Другой подход к универсальному инструментарию включает в себя сборку набора инструментов, который подходит для различных приложений. Инструменты Seco Selection обеспечивают гибкость. Выбранная группа включает ограниченное количество инструментов, которые не всегда могут обеспечить абсолютную максимальную производительность или экономическую эффективность в каждом приложении. Однако инструменты будут лучшим и наиболее экономичным выбором, когда требуется максимальная гибкость для обработки быстро меняющихся материалов и компонентов заготовки.

Ранее размещалось на сайте SecoTools.com.