Dựa trên nhiều năm kinh nghiệm gỡ lỗi thực tế tại chỗ, bắt đầu từ nguyên tắc cắt dụng cụ kim loại, kết hợp với các yếu tố như vật liệu dụng cụ, thông số cắt, cạnh gạt nước, góc dẫn, phương pháp xử lý và dụng cụ tổng hợp, sáu phương pháp tối ưu hóa được giới thiệu cho giảm chi phí cắt giảm. Mục đích nâng cao hiệu quả sản xuất.
01
Lời nói đầu
Sự phát triển nhanh chóng của ngành sản xuất ở nước ta đã tạo ra những lợi ích kinh tế to lớn cho nước ta và thậm chí cả thế giới. Khi thị trường cạnh tranh ngày càng khốc liệt, việc cắt giảm chi phí và nâng cao hiệu quả đã trở thành vấn đề mà mọi doanh nghiệp đều phải đối mặt. Để giảm chi phí và tăng hiệu quả một cách hiệu quả, cần phân tích cơ cấu chi phí sản xuất. Chi phí sản xuất bao gồm ba bộ phận: nguyên vật liệu trực tiếp, nhân công trực tiếp và chi phí sản xuất chung. Vật liệu trực tiếp là vật thể lao động trong quá trình sản xuất được chế biến thành bán thành phẩm hoặc thành phẩm và giá trị sử dụng của chúng sau đó trở thành giá trị sử dụng khác. Lao động trực tiếp là nguồn nhân lực tiêu tốn trong quá trình sản xuất, có thể được tính bằng tiền lương, chi phí phúc lợi,… Chi phí sản xuất là nói đến cơ sở vật chất như nhà xưởng, máy móc, phương tiện, thiết bị, vật tư, phụ liệu sử dụng trong quá trình sản xuất. Một phần tiêu hao của chúng được tính vào chi phí thông qua khấu hao, phần còn lại là do bảo trì, chi phí cố định, tiêu hao nguyên liệu máy và tiêu hao vật liệu phụ trợ đều được tính vào chi phí. Bài viết này tối ưu hóa một số phương pháp sử dụng công cụ để giảm chi phí tiêu thụ công cụ và nâng cao hiệu quả xử lý, từ đó đạt được hiệu quả tiết kiệm chi phí sử dụng máy công cụ.
02
Thay đổi vật liệu dụng cụ để nâng cao hiệu quả xử lý
Các vật liệu dụng cụ thường được sử dụng bao gồm: thép tốc độ cao, cacbua, gốm sứ, CBN và PCD. CBN và PCD có độ cứng cao hơn, khả năng chống mài mòn cao nhất và vật liệu của chúng tương đối giòn. Thép tốc độ cao có độ dẻo dai tốt nhất, nhưng độ cứng rất thấp và khả năng chống mài mòn kém.
Thép tốc độ cao là thép hợp kim có hàm lượng carbon cao. Các nguyên tố hợp kim chính là vonfram, crom, molypden, coban, vanadi và nhôm, v.v., và chứa một lượng lớn cacbua. Dụng cụ cắt thép tốc độ cao có độ bền cao và độ cứng tương đối thấp. Ưu điểm là giá rẻ, độ dẻo cao, có thể gia công hầu hết mọi loại vật liệu. Chúng là vật liệu chính được sử dụng trong các công cụ cắt sớm. Nhược điểm là chúng yêu cầu cao hơn đối với người vận hành và yêu cầu lao động thủ công. Độ mài và tốc độ cắt mà vật liệu thép tốc độ cao có thể chịu được là rất thấp. Ví dụ, vật liệu phôi là thép 45, độ cứng 250HBW, tốc độ cắt 30 ~ 60m / phút và hiệu suất cắt thấp.
Hiện nay, vật liệu làm dụng cụ được sử dụng phổ biến nhất là cacbua phủ. Độ cứng và khả năng chịu nhiệt của dụng cụ cacbua được phủ tốt hơn so với dụng cụ bằng thép tốc độ cao. Nó có thể chịu được tốc độ cắt cao hơn, với tốc độ cắt từ 100 đến 300m/phút[1].
Lấy vòng tròn bên ngoài của các bộ phận tiện bằng thép làm ví dụ, nếu sử dụng dụng cụ tiện cacbua để thay thế dụng cụ tiện bằng thép tốc độ cao, tốc độ cắt có thể tăng từ 50m/phút lên 180m/phút và hiệu suất tăng hơn hơn 3 lần, và dụng cụ cacbua cũng có dụng cụ cắt cao hơn. mạng sống. Dụng cụ tiện cacbua với lưỡi dao có thể thay thế không cần mài sắc, chỉ cần thay lưỡi dao và người vận hành không cần phải có kỹ năng mài sắc.
Ngoài các dụng cụ cắt thép và cacbua tốc độ cao, còn có gốm sứ, CBN và PCD. Ba vật liệu này có tốc độ cắt cao hơn - hơn 1000m/phút, nhưng phạm vi ứng dụng của chúng bị hạn chế. Gốm sứ và CBN thường được sử dụng để gia công phôi gang và phôi thép có độ cứng cao trên 50HRC. PCD thường được sử dụng để gia công nhôm, nhựa, gỗ và cacbua, nhưng không thể gia công các bộ phận bằng gang [2].
Lấy dao phay hợp kim nhôm làm ví dụ, tốc độ cắt của dao phay thép tốc độ cao là 120 ~ 300m/phút. Tốc độ cắt khuyến nghị của dao phay cacbua thương hiệu Mapal vật liệu HP615 là 700m/phút, trong khi có thể sử dụng dao phay làm bằng vật liệu PCD. Tốc độ cắt là 1500 ~ 2000m/phút.
03
Ảnh hưởng của các thông số cắt đến tuổi thọ dụng cụ và hiệu quả sản xuất
Để nâng cao hiệu quả gia công và tuổi thọ dao cụ, cần xác định xem các thông số cắt có hợp lý hay không và phân tích tác động của từng thông số cắt đến tuổi thọ và hiệu suất dao cụ. Các thông số cắt bao gồm tốc độ cắt (tốc độ tuyến tính), tốc độ tiến dao và lượng cắt ngược, còn được gọi là ba phần tử cắt.
3.1 Tốc độ cắt vc
Mối quan hệ giữa tốc độ cắt vc và tốc độ trục chính là vc=πDn/1000, trong đó D là đường kính hiệu dụng của dụng cụ/phôi (đơn vị: mm) và n là tốc độ máy công cụ (đơn vị: r/min ). Khi tốc độ cắt quá cao, độ mòn của mặt sau sẽ tăng lên và chất lượng bề mặt của phôi sẽ giảm đi. Khi tốc độ cắt cực cao, hạt dao cũng sẽ bị biến dạng dẻo. Đường cong ảnh hưởng của tốc độ cắt đến tuổi thọ dụng cụ được thể hiện trên Hình 1.
hình ảnh
Hình 1 Đường cong ảnh hưởng của tốc độ cắt đến tuổi thọ dụng cụ
3.2 Tốc độ nạp vf
Công thức tính tốc độ tiến dao là vf=fZZnn, fZ là bước tiến dao (đơn vị là mm/z), Zn là số lưỡi cắt hiệu dụng (đơn vị là đơn vị), n là tốc độ máy công cụ (đơn vị là vòng/phút). Nếu tốc độ nạp quá cao, phoi sẽ không được kiểm soát và chất lượng bề mặt gia công sẽ kém đi. Công suất cắt cao và phoi sẽ tác động lên dụng cụ hoặc bề mặt gia công. Đường cong ảnh hưởng của tốc độ tiến dao đến tuổi thọ dao được thể hiện trong Hình 2.
hình ảnh
Hình 2 Đường cong ảnh hưởng của tốc độ tiến dao đến tuổi thọ dao
3.3 Số lượng ap dao sau
Lượng cắt phía sau đề cập đến sự khác biệt giữa bề mặt chưa cắt và bề mặt cắt. Đường cong ảnh hưởng của lượng cắt lùi đến tuổi thọ dao được thể hiện trên Hình 3.
hình ảnh
Hình 3 Đường cong ảnh hưởng của lượng cắt ngược tới tuổi thọ dụng cụ
Trong số ba yếu tố cắt, tốc độ cắt, tốc độ tiến dao và lượng ăn khớp ngược đều có tác động đến tuổi thọ dụng cụ. Tác động của lượng cắt phía sau là nhỏ nhất, tốc độ nạp liệu có tác động lớn hơn lượng cắt phía sau và tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến tuổi thọ của lưỡi dao.
Để đạt được tuổi thọ dao cao nhất, hướng của các tham số tối ưu hóa là: tối đa hóa sự ăn khớp ngược để giảm số lần chạy dao; tối đa hóa tốc độ tiến dao để rút ngắn thời gian cắt; giảm tốc độ cắt để đạt được tuổi thọ dụng cụ tốt nhất.
Để cải thiện hiệu quả gia công thô, bạn có thể bắt đầu bằng cách tối ưu hóa lượng cắt ngược. Nếu có nhiều đường chạy dao, hãy tăng lượng cắt ngược và giảm đường chạy dao hoặc tăng lượng cắt lùi, giảm tốc độ cắt và cải thiện tuổi thọ dao. , tăng tốc độ cấp liệu và đảm bảo hiệu quả xử lý.
3.4 Ví dụ ứng dụng
Mặt bích do một nhà máy gia công phụ tùng ô tô sản xuất được thể hiện trong Hình 4. Giải pháp xử lý hiện tại không hiệu quả và cần phải tối ưu hóa các thông số cắt khác nhau để cải thiện tuổi thọ dụng cụ và hiệu quả sản xuất.
hình ảnh
Hình 4 Mặt bích
Tối ưu hóa kế hoạch xử lý bằng cách tăng số lượng cắt ngược, giảm đường chạy dao và giảm tốc độ cắt. Trước khi tối ưu hóa, các đường chạy dao rất nhiều và hỗn loạn, nhưng sau khi tối ưu hóa, các đường chạy dao rõ ràng, như trong Hình 5 và 6. Các tham số trước và sau khi tối ưu hóa được trình bày trong Bảng 1. Sau khi tối ưu hóa, tuổi thọ của dao đã được tăng lên từ 15 phần đến 31 phần.
hình ảnh
Hình 5 Tối ưu hóa đường chạy dao phía trước
hình ảnh
Hình 6 Đường chạy dao được tối ưu hóa
Bảng 1 Các thông số trước và sau khi tối ưu hóa
hình ảnh
Yếu tố đo lường hiệu suất cắt của lưỡi dao là tốc độ cắt. Hệ thống CNC đọc tốc độ trục chính. Nhiều lập trình viên chỉ quan tâm đến tốc độ khi thiết kế chương trình mà bỏ qua hệ số đường kính. Tuy nhiên, trong thực tế gia công, hệ số đường kính cũng có tác động lớn hơn. Lấy tiện làm ví dụ, khi đường kính phôi D là 50 mm và tốc độ máy công cụ n là 1000 vòng/phút, tốc độ tuyến tính vc{2}}m/phút. Khi đường kính phôi D là 100 mm và tốc độ máy công cụ n là 1000 vòng/phút, tốc độ tuyến tính vc=314m/phút.
Theo mẫu dụng cụ, tốc độ cắt 314m/phút là rất cao, gần với giới hạn mà lưỡi cacbua có thể chịu được. Tốc độ cắt cao có thể đẩy nhanh quá trình mài mòn của dụng cụ và giảm tuổi thọ của dụng cụ.
Từ đó có thể thấy rằng đối với cùng một tốc độ máy công cụ, đường kính phôi khác nhau và tốc độ cắt dao, khi tuổi thọ dao quá thấp, bạn có thể kiểm tra xem nguyên nhân có phải do tốc độ cắt quá cao hay không.
04
Ảnh hưởng của cạnh gạt đến hiệu suất cắt
Lưỡi gạt nước có góc đầu gồm 3 đến 9 cung với bán kính khác nhau và bán kính cung có thể đạt tới hơn 900mm. Mối quan hệ giữa phi lê đầu dụng cụ, lượng cấp liệu và chất lượng bề mặt là
Rmax＝fn²/8r(1)
Rmax (xóa cạnh)=Rmax/² (2)
Trong công thức, fn là lượng cấp liệu (mm/r); r là bán kính góc của mũi dao (mm); Rmax là chênh lệch độ cao giữa đỉnh và đáy của bề mặt cắt (mm).
Phương pháp này phù hợp để tiện hoàn thiện hoặc doa. Bản thân công cụ gạt nước không có chức năng nạp nhanh. Tuy nhiên, theo công thức trước, có thể suy ra đặc điểm của công cụ gạt nước là: khi các thông số xử lý giống nhau thì chất lượng bề mặt của công cụ gạt nước có thể tăng lên 1 lần; khi chất lượng bề mặt như nhau, tốc độ nạp của công cụ gạt nước có thể tăng lên 1 lần. .
Khi yêu cầu chất lượng bề mặt giống nhau, có thể sử dụng tốc độ tiến dao cao hơn khi sử dụng công cụ gạt nước.
Lấy việc xử lý mặt cuối của vỏ đầu ra làm ví dụ về cải thiện hiệu quả, vật liệu phôi là QT500 và giá trị độ nhám bề mặt Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 1,6μm là bắt buộc. Để cải thiện thời gian chu kỳ, lưỡi gạt nước đã được sử dụng. Trên cơ sở đáp ứng các yêu cầu về độ nhám bề mặt tương tự, tốc độ cấp liệu đã tăng từ 0,36 mm/r lên 0,5 mm/r. Giá trị độ nhám bề mặt đo được Ra=1.33μm và tuổi thọ của lưỡi dao là như nhau. Các tham số xử lý khác nhau sử dụng hạt dao tiện thông thường và hạt dao gạt nước được thể hiện trong Bảng 2. Mặt cuối của lớp vỏ đầu ra sau khi tối ưu hóa được thể hiện trong Hình 7.
Bảng 2 Các thông số xử lý khác nhau của hạt dao tiện thông thường và hạt dao gạt nước
hình ảnh
hình ảnh
Hình 7 Mặt cuối vỏ đầu ra được tối ưu hóa
05
Ảnh hưởng của góc lệch chính đến hiệu suất cắt
Bước tiến trên mỗi răng đã được đề cập trong phần giới thiệu ngắn gọn trước đây về khái niệm tốc độ tiến dao. Một số thương hiệu mẫu dụng cụ khuyến nghị độ dày phoi tối đa hex làm thông số cắt thay vì bước tiến trên mỗi răng. Bởi vì yếu tố quyết định lượng tiến dao là độ dày phoi tối đa hình lục giác và góc dẫn Kr của dụng cụ. Công thức chuyển đổi là hex=fzsinKr.
Khi góc lệch chính là 90 độ , fz=hex, độ dày phoi tối đa của dụng cụ bằng với lượng tiến dao trên mỗi răng. Khi góc lệch chính giảm, tốc độ tiến dao có thể tăng lên.
Lấy dao phay vai vuông (xem Hình 8) làm ví dụ, số răng ZN của dao phay vai vuông 90 độ là 5 me, n=1000r/min, hex=0.2mm , fz=0.2mm/z, tốc độ tiến dao của máy công cụ vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
hình ảnh
a) Sơ đồ cấu trúc dao phay vai vuông
hình ảnh
b) Vật thể vật chất
Dao phay vai vuông hình 8 90 độ
Dao phay mặt góc nghiêng 45 độ (xem Hình 9) ZN có 5 me, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz=hex /sin45 độ {{8} },282mm/z, khi đó tốc độ tiến dao của máy công cụ vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/min).
hình ảnh
a) Sơ đồ cấu tạo dao phay mặt
hình ảnh
b) Vật thể vật chất
Dao phay vai vuông hình 9 45 độ
Dao phay mặt góc nghiêng 10 độ (xem Hình 10) ZN có 5 cạnh, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz= hex/sin10 độ {{8} }.156mm/z thì tốc độ tiến dao của máy công cụ vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/min).
hình ảnh
Một tín hiệu
hình ảnh
b) Vật thể vật chất
Dao phay vai vuông hình 10 10 độ
Tóm lại, ở cùng một tốc độ quay của cùng một loại lưỡi dao, góc lệch chính càng nhỏ thì tốc độ cấp liệu có thể sử dụng càng cao. Điều đáng chú ý là dao phay bậc vuông 90 độ chủ yếu chịu lực hướng tâm và lực dọc trục tiến tới bằng không. Khi góc lệch chính giảm, lấy dao phay góc lệch chính 10 độ làm ví dụ, nó chủ yếu chịu lực dọc trục. Lực hướng tâm rất nhỏ. Góc lệch chính càng nhỏ thì xu hướng rung càng lớn và điện năng tiêu thụ càng cao.
06
Ảnh hưởng của phương pháp xử lý đến hiệu suất cắt
Đường chạy dao cắt cũng có tác động lớn đến hiệu quả gia công. Ví dụ, phương pháp phay động phổ biến gần đây là phương pháp phay trochoidal hiệu quả với khối lượng cắt lưng lớn và chiều rộng cắt nhỏ. Sự khác biệt so với phay trochoidal thông thường là quy trình phay động tuân thủ nghiêm ngặt độ dày phoi không đổi hình lục giác. Có tốc độ loại bỏ kim loại cao. Vì phay động có thể đảm bảo lực cắt không đổi trong quá trình cắt dụng cụ nên tốc độ xử lý nhanh và ổn định.
Lấy việc phay đường viền bên ngoài của thân van làm ví dụ để minh họa tác động của các phương pháp xử lý đến hiệu quả cắt. Các phôi được làm bằng thép không gỉ. Khó khăn là tỷ lệ chiều dài trên đường kính của dụng cụ đạt tới 4 lần đường kính, gây ra rung động trong quá trình gia công. Kế hoạch ban đầu sử dụng dao phay vai vuông hạt dao có thể thay thế được, dẫn đến độ rung khi cắt lớn do tỷ lệ khung hình lớn. Không thể xử lý bình thường. Được tối ưu hóa để sử dụng dao phay ngón cacbua, công suất cắt lưng lớn, chiều rộng cắt nhỏ và phương pháp phay động. Mô phỏng đường dẫn dao phay động được hiển thị trong Hình 11 và các tham số so sánh được hiển thị trong Bảng 3.
hình ảnh
Hình 11 Mô phỏng đường chạy dao phay động
Bảng 3 So sánh thông số
hình ảnh
07
Cải thiện hiệu quả gia công với các công cụ tổng hợp
Đối với các sản phẩm có khối lượng lớn, các công cụ composite thường được sử dụng để nâng cao hiệu quả sản xuất, chẳng hạn như máy khoan vát mép, dụng cụ khoét composite (xem Hình 12), v.v.
hình ảnh
Hình 12 Dụng cụ khoan phức hợp
Các công cụ tổng hợp sử dụng một công cụ để xử lý nhiều bước công việc, giúp cải thiện hiệu quả xử lý và tiết kiệm thời gian thay đổi công cụ của nhiều công cụ. Dụng cụ cắt composite cũng có nhiều khuyết điểm. Hạn chế lớn nhất là chúng không phổ biến. Các dụng cụ cắt chỉ được thiết kế cho một phôi nhất định và không thể sử dụng phổ biến với các phôi khác [3].
08
Phần kết luận
Bài viết này cung cấp sáu cách để tối ưu hóa dụng cụ cắt, có thể đưa ra hướng dẫn nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí. Phương pháp tối ưu hóa công cụ phải linh hoạt và cần được thực hiện trên cơ sở thực tế. Trước khi tối ưu hóa, cần phân tích quy trình thắt cổ chai, tối ưu hóa công cụ theo mục tiêu và nắm bắt những điểm chính để giải quyết vấn đề theo điều kiện sản xuất cụ thể.
