Освоение металлообработки: проверенные стратегии преодоления ключевых технических вызовов

Когда речь идет о резке металла, время и качество часто находятся в конфликте друг с другом, к сожалению. Проблемы качества деталей и станков возникнут, что может потребовать изменения статуса-кво, говорят специалисты по металлообработке в поле. Посмотрите, как три специалиста диагностируют и лечат системные вызовы.

Термическое трещинование. Деформация. Ямовый износ. Нет, это не термины научной фантастики о безжизненных и пустых лунах и планетах, поврежденных космических кораблях или описании странных, инородных инопланетян. Это термины о термических отказах режущих инструментов при близком рассмотрении на микроскопических уровнях. Но есть много других типов повреждений инструментов — некоторые из которых связаны с механическими отказами.

И что с того? Режущие инструменты должны делать свою работу и затем заменяться и утилизироваться. Вы вставляете новый инструмент, возвращаетесь к работе и забываете, верно? Если бы было так просто. Обширное повреждение инструмента часто является симптомом более крупных системных и взаимосвязанных факторов — и требует правильной диагностики для лечения.

Специалисты MSC по металлообработке Рэй Гэвин, Брайан Лаффи и Мак Олсап недавно говорили нам о общих и необычных технических вызовах режущих инструментов, которые они наблюдают и исследуют регулярно. Абсолютно верно, что режущие вставки ожидают изнашиваться и заменяться, они объясняют. Проблема в том, как производители используют свои режущие инструменты в станках для поставки качественных деталей по производственному графику — означающем конкретное количество деталей, изготовленных ежедневно.

«Когда речь идет о клиентах, мы начинаем оценивать, где они находятся и где им нужно быть», — говорит Гэвин. На самом базовом уровне это понимание их целей, «таких как им нужно делать больше деталей в день, или они хотят производить детали более высокого качества?»

Часто ответ — и то, и другое, но тогда начинаются проблемы — и со временем это влияет на бизнес. Инструменты должны меняться с более высокой частотой — что может не казаться большой проблемой первые несколько раз — но затем простой станка может реально начать влиять на поставку продукции, они объясняют. Понимание того, как лечить базовую проблему, может требовать более глубокого анализа корневых причин.

Озабочены затратами на оснастку? Узнайте, как лучше измерять ценность оснастки с техническим руководством.

Ежедневные зоны проблем режущих инструментов и обработки

Какие виды проблем они видят на работе каждый день? Коллективно, эти полевые техники находят, что инструменты повреждаются и детали не выходят правильно из-за отсутствия правильного применения СОС или потому что угол резания или «геометрия» вставки не установлены правильно — или станок не работает на правильной скорости для обрабатываемого материала и типа инструмента.

Анекдотически, тип отказов, которые они видят больше всего, более механические, в отличие от отказов от слишком большого или слишком малого тепла, и они включают: износ задней поверхности, сколы, щели глубины резания и разрушение. Температура, однако, почти всегда является фактором во всем, что касается резки металла — поэтому группировка вещей в терминах тепло vs механический отказ может быть слишком упрощенной.

Корневая причина отказа не так бинарна как температура или механический износ, что говорит о сложности диагностики проблем металлообработки. Когда речь идет о резке металла, тепловые и механические вопросы интимно связаны. Это в основном значит, что причина отказа может быть атрибутирована больше к одной области над другой, объясняют специалисты.

Из тепло-связанных отказов, одним из более общих, испытываемых, является термическое трещинование. Почему так? «СОС не применяется правильно в точке резания», — говорит Гэвин. «Как стружка создается от резания и СОС применяется, сама стружка может встать на пути. СОС через инструмент может помочь».

Эта технология «в-точке-реза» позволяет СОС применяться в двух разных позициях сверху и снизу удерживателя инструмента. Когда используется, результат обычно намного лучший контроль стружки и меньший шанс для стружки-связанных травм, когда станочники заходят, чтобы удалить длинные нити стружки и режутся, говорит Гэвин.

Все три специалиста говорят, что они видят очень мало ямивого износа или деформации, но это случается в применениях с титаном, железом и высокотемпературными сплавами и в некоторых сверхвысокоскоростных операциях. Для лучшей иллюстрации некоторых более общих технических зон проблем, вот несколько реальных ситуаций, с которыми специалисты столкнулись — и как они решили проблемы.

Вызов: Разрушение

Реальный пример: Крупный аэрокосмический производитель обрабатывал Iconel (силы «50 Rockwell») с использованием лицевой фрезы. Деталь, строящаяся, 50–60 дюймов в диаметре, и станочники использовали твердые сплавные резаки и наладки (наладки на детали). На фрезерование одной детали уходило 20 часов, потому что материал был сверхпрочным, и им пришлось запускать станок очень медленно, затем останавливать его, когда инструменты переставали быть эффективными. Срок службы инструмента был ужасен, и производительность предсказуемо плоха.

Решение: Лаффи посоветовал использовать керамический фрезерный резак и сделал небольшую корректировку траектории резания, чтобы материал мог быть лучше отработан. Деталь теперь могла быть изготовлена за четыре часа.

Результат: Производительность взлетела: время обработки сократилось на 80% с 20 часов до четырех.

«Несмотря на то, что индивидуальная цена инструмента стоила в два раза больше, было довольно трудно спорить с выигранным временем — и тем, что инструмент просто работал лучше с материалом», — говорит Лаффи.

Вызов: Нарост ребра от плохого контроля стружки, щель глубины резания

Реальный пример: Крупный производитель автоматизации и энергетики имел большой станок с патроном 36 дюймов в диаметре для очень больших нержавеющих деталей, у которых стружка навивалась вокруг патрона, вызывая много простоя и сжигание инструментов. Каждый раз, когда это случалось, было 20 минут непроизводительной работы на каждые 30 минут времени цикла. И производитель недоедал карбидный индексируемый токарный инструмент, что вызывало нарост ребра. Это также было опасностью безопасности, так как станочники залезали в станок и резались. Они использовали кожаные перчатки, а не резоустойчивые.

«Хорошее место для поиска — в переработанном ломе клиента, чтобы увидеть все проблемы, которые инструмент может испытывать», — говорит Олсап. «Я использую 30x лупу D-цикла, чтобы увидеть точно, что происходит. В этом случае у них было много нароста ребра от слишком медленного движения. Это было так, будто они пытались резать замороженное масло масленным ножом. Так материал прилипал к покрытию инструмента».

Решение: Олсап рекомендовал изменить параметры, скорректировать глубину резания и поверхностную скорость, использовать более острую геометрию и увеличить скорость и подачу.

«У них был правильный сорт, но их глубина резания была меньше рекомендуемого уровня для того типа ломчика стружки», — говорит Олсап.

Результат: Уровни производства вернулись к нормальным, и простой был полностью устранен.

«Экономия затрат составила 2500 долларов, но главная экономия была от остановки станка и вынимания стружки из станка каждые 15 минут», — говорит Олсап. «Изменения процесса позволили клиенту прогнать деталь полностью без остановки станка и устранения опасности безопасности».

Вызов: Сколы, разрушение

Реальный пример: Субподрядчик аэрокосмической отрасли фрезеровал большую деталь двигателя, 30 дюймов в диаметре с 36 карманами на горизонтальном ЧПУ 5-осевом станке. Те карманы были из очень твердого никелевого сплава, Rene 41, который Лаффи описывает как «гадкий и почти отказывающийся быть обработанным». С используемой торцевой фрезой станочники могли вырезать только четыре кармана, прежде чем она разрушалась — и было мало способов оценить состояние торцевой фрезы. Производителю пришлось останавливать станок, устанавливать новый инструмент, затем делать пробный разрез, чтобы убедиться, что новый работает — что было очень затратным по времени и расстраивающим.

Решение: Лаффи посоветовал использовать торцевую фрезу с обменной головкой, имеющую зажим инструмента с резьбовым концом, который можно легко вкручивать и выкручивать для более легкой смены инструмента и наладки. Производитель теперь мог делать 10 карманов за заход вместо четырех.

Результат: Производитель получил 24 часа в неделю назад. Экономия времени несла клиенту три восьмичасовые смены.

«Цена за инструмент выросла с 25 до 75 долларов, чтобы получить 24 часа назад», — говорит Лаффи. «Математика была очевидна, как и увеличение карманов, созданных в детали инструментом. И им не пришлось перекалибровывать, не было пробного резания, и не нужно было новых измерений — просто сменой механизма зажима они смогли лучше работать с деталью… Они не знали, что существует технология зажима».

Вызов: Плохая чистота детали, плохой срок службы инструмента

Реальный пример: Крупная аэрокосмическая компания, делающая специальные детали из нержавейки 17-4 PH, имела материал, резаный примерно 40 дюймов в минуту в ячейке из четырех станков, работающих в 24/7 операции. Производитель выполнял высокоскоростную обработку с шаровыми торцевыми фрезами, используя 4-осевой станок, вращающийся на оси А на высоком объеме. Самое важное было делать максимально возможное количество деталей, но чистота детали была плохого качества, и срок службы инструмента слаб.

Решение: Гэвин посоветовал переключиться на высокоподвижные фрезы и использовать другой профильный подход. Он работал с производителем для перепрограммирования траектории инструмента полностью новым способом.

«Мы пошли на 180 градусов иначе на этом и подумали вне коробки», — говорит Гэвин. «Мы смогли драматически снизить "время-в-резе"».

Результат: Время цикла резания сократилось с примерно 18 минут на деталь до 4,5 минут. Скорость резания материала пошла с 40 ipm до 300 в минуту. Стоимость на деталь снизилась почти на 300%.

Другой результат: Другое отделение на кампусе этого производителя услышало об улучшениях, и тот же подход был затем внедрен на еще восемь станков.

Работают ли ваши станки так оптимально, как вы хотели бы? Как ваш цех справляется с проблемами выхода, происходящими на станке? Поделитесь опытом.