Basado en muchos años de experiencia práctica en depuración in situ, a partir de los principios del corte de herramientas metálicas, combinados con factores como el material de la herramienta, los parámetros de corte, el borde limpiador, el ángulo de avance, el método de procesamiento y la herramienta compuesta, se presentan seis métodos de optimización para reducir los costos de corte. El propósito de mejorar la eficiencia de la producción.
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Prefacio
El rápido desarrollo de la industria manufacturera de mi país ha creado enormes beneficios económicos para nuestro país e incluso para el mundo. A medida que la competencia en el mercado se vuelve cada vez más feroz, la reducción de costos y la mejora de la eficiencia se han convertido en cuestiones que toda empresa debe afrontar. Para reducir costos de manera efectiva y aumentar la eficiencia, es necesario analizar la composición de los costos de producción. El costo de producción consta de tres partes: materiales directos, mano de obra directa y gastos generales de fabricación. Los materiales directos se refieren a objetos de trabajo en el proceso de producción, que se transforman en productos semiacabados o productos terminados, y su valor de uso se convierte posteriormente en otro valor de uso. La mano de obra directa se refiere a los recursos humanos consumidos en el proceso de producción, que pueden calcularse mediante salarios, gastos de bienestar, etc. Los gastos de fabricación se refieren a instalaciones como fábricas, máquinas, vehículos y equipos, materiales y materiales auxiliares utilizados en el proceso de producción. Parte de su consumo se incluye en el coste mediante depreciación, y la otra parte es mediante mantenimiento, se incluyen en el coste los gastos fijos, el consumo de material de la máquina y el consumo de material auxiliar. Este artículo optimiza varios métodos de uso de herramientas para reducir los costos de consumo de herramientas y mejorar la eficiencia del procesamiento, logrando así el efecto de ahorrar costos de uso de máquinas herramienta.
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Cambie el material de la herramienta para mejorar la eficiencia del procesamiento.
Los materiales de herramientas más utilizados incluyen los siguientes: acero de alta velocidad, carburo, cerámica, CBN y PCD. El CBN y el PCD tienen mayor dureza, mayor resistencia al desgaste y sus materiales son relativamente frágiles. El acero rápido tiene la mejor tenacidad, pero su dureza es muy baja y su resistencia al desgaste es pobre.
El acero rápido es un acero de aleación con alto contenido de carbono. Los principales elementos de la aleación son tungsteno, cromo, molibdeno, cobalto, vanadio y aluminio, etc., y contienen una gran cantidad de carburos. Las herramientas de corte de acero de alta velocidad tienen una gran tenacidad y una dureza relativamente baja. Las ventajas son que son económicos, tienen una alta plasticidad y pueden procesar casi todos los materiales. Fueron los principales materiales utilizados en las primeras herramientas de corte. Las desventajas son que requieren mayores requisitos para los operadores y requieren mano de obra. El afilado y la velocidad de corte que pueden soportar los materiales de acero de alta velocidad son muy bajos. Por ejemplo, el material de la pieza de trabajo es acero 45, la dureza es 250 HBW, la velocidad de corte es 30~60 m/min y la eficiencia de corte es baja.
En la actualidad, el material para herramientas más utilizado es el carburo recubierto. La dureza y la resistencia al calor de las herramientas de carburo recubiertas son mejores que las de las herramientas de acero de alta velocidad. Puede soportar velocidades de corte más altas, con velocidades de corte que oscilan entre 100 y 300 m/min[1].
Tomando como ejemplo el círculo exterior de torneado de piezas de acero, si se utilizan herramientas de torneado de carburo para reemplazar las herramientas de torneado de acero de alta velocidad, la velocidad de corte se puede aumentar de 50 m/min a 180 m/min, y la eficiencia aumenta en más de 3 veces, y las herramientas de carburo también tienen herramientas de corte más altas. vida. Las herramientas de torneado de carburo con hojas reemplazables no necesitan afilarse, simplemente reemplace la hoja y el operador no necesita tener habilidades de afilado.
Además de las herramientas de corte de acero rápido y carburo, también hay herramientas de cerámica, CBN y PCD. Estos tres materiales tienen velocidades de corte más altas, más de 1000 m/min, pero su rango de aplicación es limitado. La cerámica y el CBN se utilizan generalmente para procesar piezas de hierro fundido y piezas de acero con una dureza superior a 50 HRC. El PCD se utiliza normalmente para procesar aluminio, plástico, madera y carburo, pero no puede procesar piezas de hierro fundido [2].
Tomando como ejemplo las fresas de aleación de aluminio, la velocidad de corte de las fresas de acero de alta velocidad es de 120~300 m/min. La velocidad de corte recomendada para el material HP615 de las fresas de carburo de la marca Mapal es de 700 m/min, mientras que se pueden utilizar fresas hechas de material PCD. La velocidad de corte es de 1500~2000m/min.
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Efecto de los parámetros de corte sobre la vida útil de la herramienta y la eficiencia de la producción.
Para mejorar la eficiencia del mecanizado y la vida útil de la herramienta, es necesario determinar si los parámetros de corte son razonables y analizar el impacto de cada parámetro de corte en la vida útil y la eficiencia de la herramienta. Los parámetros de corte incluyen la velocidad de corte (velocidad lineal), la velocidad de avance y la cantidad de corte posterior, también conocidos como los tres elementos de corte.
3.1 Velocidad de corte vc
La relación entre la velocidad de corte vc y la velocidad del husillo es vc=πDn/1000, donde D es el diámetro efectivo de la herramienta/pieza de trabajo (unidad: mm) y n es la velocidad de la máquina herramienta (unidad: r/min). ). Cuando la velocidad de corte es demasiado alta, el desgaste de los flancos aumentará y la calidad de la superficie de la pieza de trabajo se deteriorará. Cuando la velocidad de corte es extremadamente alta, la plaquita también sufrirá deformación plástica. La curva de influencia de la velocidad de corte en la vida útil de la herramienta se muestra en la Figura 1.
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Figura 1 Curva de efecto de la velocidad de corte en la vida útil de la herramienta
3.2 Velocidad de avance vf
La fórmula de cálculo de la velocidad de avance es vf=fZZnn, fZ es el avance de la herramienta (la unidad es mm/z), Zn es el número de filos de corte efectivos (la unidad es unidades), n es la velocidad de la máquina herramienta (la unidad es r/min). Si la velocidad de avance es demasiado alta, las virutas quedarán descontroladas y la calidad de la superficie mecanizada se deteriorará. La potencia de corte es alta y las virutas impactarán en la herramienta o en la superficie mecanizada. La curva de influencia de la velocidad de avance en la vida útil de la herramienta se muestra en la Figura 2.
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Figura 2 Curva de efecto de la velocidad de avance en la vida útil de la herramienta
3.3 La cantidad de cuchillo trasero ap
La cantidad de corte posterior se refiere a la diferencia entre la superficie sin cortar y la superficie cortada. La curva de influencia de la cantidad de contracorte en la vida útil de la herramienta se muestra en la Figura 3.
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Figura 3 La curva de influencia de la cantidad de contracorte en la vida útil de la herramienta
Entre los tres factores de corte, la velocidad de corte, la velocidad de avance y la cantidad de compromiso posterior tienen un impacto en la vida útil de la herramienta. El impacto de la cantidad de corte posterior es el más pequeño, la velocidad de avance tiene un impacto mayor que la cantidad de corte posterior y la velocidad de corte tiene el mayor impacto en la vida útil de la hoja.
Para obtener la mayor vida útil de la herramienta, la dirección de los parámetros de optimización es: maximizar el compromiso posterior para reducir el número de pasadas de la herramienta; maximizar la velocidad de avance para acortar el tiempo de corte; Reduzca la velocidad de corte para obtener la mejor vida útil de la herramienta.
Para mejorar la eficiencia del desbaste, puede comenzar optimizando la cantidad de contracorte. Si hay muchas trayectorias de herramientas, aumente la cantidad de contracorte y reduzca la trayectoria de la herramienta, o aumente la cantidad de contracorte, reduzca la velocidad de corte y mejore la vida útil de la herramienta. , aumente la velocidad de alimentación y garantice la eficiencia del procesamiento.
3.4 Ejemplos de aplicación
En la Figura 4 se muestra la brida producida por una fábrica de procesamiento de piezas de automóviles. La solución de procesamiento existente es ineficiente y es necesario optimizar varios parámetros de corte para mejorar la vida útil de la herramienta y la eficiencia de la producción.
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Figura 4 Brida
Optimice el plan de procesamiento aumentando la cantidad de corte posterior, reduciendo las trayectorias de la herramienta y reduciendo la velocidad de corte. Antes de la optimización, las trayectorias de las herramientas eran muchas y caóticas, pero después de la optimización, las trayectorias de las herramientas eran claras, como se muestra en las Figuras 5 y 6. Los parámetros antes y después de la optimización se muestran en la Tabla 1. Después de la optimización, la vida útil de la herramienta ha aumentado. de 15 partes a 31 partes.
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Figura 5 Optimización de la ruta de la herramienta frontal
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Figura 6 Ruta de herramienta optimizada
Tabla 1 Parámetros antes y después de la optimización
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El factor que mide el rendimiento de corte de la hoja es la velocidad de corte. El sistema CNC lee la velocidad del husillo. Muchos programadores sólo consideran la velocidad al diseñar programas e ignoran el factor diámetro. Sin embargo, en el mecanizado real, el factor diámetro también tiene un mayor impacto. Tomando el torneado como ejemplo, cuando el diámetro de la pieza de trabajo D es de 50 mm y la velocidad de la máquina herramienta n es 1000 r/min, la velocidad lineal vc=157m/min. Cuando el diámetro de la pieza de trabajo D es de 100 mm y la velocidad de la máquina herramienta n es 1000 r/min, la velocidad lineal vc=314m/min.
Según la muestra de herramienta, la velocidad de corte de 314 m/min es muy alta, cercana al límite que puede soportar la hoja de carburo. La alta velocidad de corte puede acelerar el proceso de desgaste de la herramienta y reducir la vida útil de la herramienta.
De esto se puede ver que para la misma velocidad de máquina herramienta, diferentes diámetros de pieza de trabajo y velocidades de corte de la herramienta, cuando la vida útil de la herramienta es demasiado baja, se puede verificar si se debe a que la velocidad de corte es demasiado alta.
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La influencia del filo limpiador en la eficiencia de corte
La escobilla del limpiaparabrisas tiene un ángulo de punta compuesto de 3 a 9 arcos con diferentes radios, y el radio del arco puede alcanzar más de 900 mm. La relación entre el filete de la punta de la herramienta, la cantidad de avance y la calidad de la superficie es
Rmáx＝fn²/8r(1)
Rmax (borde de limpieza)=Rmax/² (2)
En la fórmula, fn es la cantidad de alimentación (mm/r); r es el radio de filete de la punta de la herramienta (mm); Rmax es la diferencia de altura entre el pico y el valle de la superficie de corte (mm).
Este método es adecuado para terminar torneando o taladrando. La herramienta limpiadora en sí no tiene una función de avance rápido. Sin embargo, de acuerdo con la fórmula anterior, se puede inferir que las características de la herramienta limpiadora son: cuando los parámetros de procesamiento son los mismos, la calidad de la superficie de la herramienta limpiadora se puede aumentar 1 veces; cuando la calidad de la superficie es la misma, la velocidad de avance de la herramienta limpiadora se puede aumentar 1 vez. .
Cuando se requiere la misma calidad de superficie, se pueden utilizar velocidades de avance más altas cuando se utilizan herramientas limpiadoras.
Tomando el procesamiento de la cara del extremo de la carcasa de salida como ejemplo de mejora de la eficiencia, el material de la pieza de trabajo es QT500 y el valor de rugosidad de la superficie Ra es menor o igual a 1,6 μm. Para mejorar el tiempo del ciclo, se utilizó una escobilla limpiadora. Con la premisa de cumplir con los mismos requisitos de rugosidad de la superficie, la velocidad de alimentación se aumentó de 0,36 mm/r a 0,5 mm/r. El valor medido de rugosidad de la superficie Ra=1.33μm y la vida útil de la hoja fueron los mismos. Los diversos parámetros de procesamiento que utilizan insertos de torneado e insertos limpiadores ordinarios se muestran en la Tabla 2. La cara final de la carcasa de salida después de la optimización se muestra en la Figura 7.
Tabla 2 Diversos parámetros de procesamiento de plaquitas de torneado ordinarias y plaquitas limpiadoras
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Figura 7 Cara del extremo de la carcasa de salida optimizada
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Efecto del ángulo de desviación principal sobre la eficiencia de corte
El avance por diente se mencionó en la breve introducción anterior al concepto de velocidad de avance. Algunas marcas de muestras de herramientas recomiendan el espesor máximo de viruta hexagonal como parámetro de corte en lugar del avance por diente. Porque lo que determina la cantidad de avance es el espesor máximo de viruta hex y el ángulo de ataque Kr de la herramienta. La fórmula de conversión es hexadecimal=fzsinKr.
Cuando el ángulo de deflexión principal es de 90 grados, fz=hex, el espesor máximo de viruta de la herramienta es el mismo que el avance por diente. A medida que disminuye el ángulo de desviación principal, se puede aumentar la velocidad de alimentación.
Tomando como ejemplo la fresa de escuadrado (ver Figura 8), el número de dientes ZN de la fresa de escuadrado de 90 grados es 5 flautas, n=1000r/min, hex=0.2 mm , fz=0.2mm/z, velocidad de avance de la máquina herramienta vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
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a) Diagrama de estructura de la fresa de escuadrar
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b) Objetos físicos
Figura 8 90 grado de fresa de escuadrado cuadrado
Fresa frontal con ángulo de avance de 45 grados (consulte la Figura 9) ZN tiene 5 flautas, n=1000r/min, hex=0.2 mm, fz=hex /sin45 grados {{8} }.282mm/z, luego la velocidad de avance de la máquina herramienta vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
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a) Diagrama de estructura de la fresa planeadora.
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b) Objetos físicos
Figura 9 45 grado de fresa de escuadrado cuadrado
Fresa frontal con ángulo de ataque de 10 grados (consulte la Figura 10) ZN tiene 5 filos, n=1000r/min, hex=0.2 mm, fz= hex/sin10 grados {{8} }.156mm/z, luego la velocidad de avance de la máquina herramienta vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
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una señal
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b) Objetos físicos
Figura 10 10 grado de fresa de escuadrado cuadrado
En resumen, a la misma velocidad de rotación del mismo tipo de cuchilla, cuanto menor sea el ángulo de desviación principal, mayor será la velocidad de avance que se puede utilizar. Vale la pena señalar que la fresa de escuadrado de 90 grados soporta principalmente fuerza radial y la fuerza axial se acerca a cero. A medida que el ángulo de deflexión principal disminuye, tomando como ejemplo la fresa con ángulo de deflexión principal de 10 grados, soporta principalmente la fuerza axial. La fuerza radial es muy pequeña. Cuanto menor sea el ángulo de desviación principal, mayor será la tendencia a la vibración y mayor será la potencia consumida.
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La influencia de los métodos de procesamiento en la eficiencia del corte.
La trayectoria de la herramienta de corte también tiene un gran impacto en la eficiencia del mecanizado. Por ejemplo, un método de fresado dinámico recientemente popular es un método de fresado trocoidal eficiente con un gran volumen de corte posterior y una pequeña anchura de corte. La diferencia con el fresado trocoidal convencional es que el proceso de fresado dinámico se adhiere estrictamente al hexágono de espesor de viruta constante. Tiene una alta tasa de eliminación de metal. Dado que el fresado dinámico puede garantizar una fuerza de corte constante durante el corte de la herramienta, la velocidad de procesamiento es rápida y estable.
Tomemos como ejemplo el fresado del contorno exterior del cuerpo de la válvula para ilustrar el impacto de los métodos de procesamiento en la eficiencia del corte. La pieza de trabajo está hecha de acero inoxidable. La dificultad es que la relación longitud-diámetro de la herramienta alcanza 4 veces el diámetro, lo que provoca vibraciones durante el procesamiento. El plan original utilizaba fresas de escuadrado con plaquita reemplazable, lo que provocaba una gran vibración de corte debido a la gran relación de aspecto. No se puede procesar normalmente. Optimizado para utilizar fresas de carburo, gran capacidad de corte posterior, ancho de corte pequeño y método de fresado dinámico. La simulación dinámica de la trayectoria de la herramienta de fresado se muestra en la Figura 11 y los parámetros de comparación se muestran en la Tabla 3.
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Figura 11 Simulación dinámica de trayectoria de herramienta de fresado
Tabla 3 Comparación de parámetros
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Mejore la eficiencia del mecanizado con herramientas compuestas
Para productos de gran volumen, generalmente se utilizan herramientas compuestas para mejorar la eficiencia de la producción, como brocas de chaflán, herramientas de perforación compuestas (ver Figura 12), etc.
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Figura 12 Herramienta de mandrinado compuesto
Las herramientas compuestas utilizan una herramienta para procesar múltiples pasos de trabajo, lo que mejora la eficiencia del procesamiento y ahorra el tiempo de cambio de herramientas de múltiples herramientas. Las herramientas de corte compuestas también tienen muchas desventajas. El mayor inconveniente es que no son universales. Las herramientas de corte están diseñadas únicamente para una determinada pieza y no se pueden utilizar de forma universal con otras piezas [3].
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Conclusión
Este artículo proporciona seis formas de optimizar las herramientas de corte, que pueden proporcionar orientación para mejorar la eficiencia de la producción y reducir los costos. El método de optimización de la herramienta debe ser flexible y debe realizarse de forma práctica. Antes de la optimización, es necesario analizar el proceso de cuello de botella, optimizar la herramienta de manera específica y captar los puntos clave para resolver el problema de acuerdo con las condiciones de producción específicas.
