Com base em muitos anos de experiência prática em depuração no local, começando pelos princípios de corte de ferramentas de metal, combinados com fatores como material da ferramenta, parâmetros de corte, aresta alisadora, ângulo de ataque, método de processamento e ferramenta composta, seis métodos de otimização são introduzidos para reduzir custos de corte. O objetivo de melhorar a eficiência da produção.
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Prefácio
O rápido desenvolvimento da indústria transformadora do meu país criou enormes benefícios económicos para o nosso país e até para o mundo. À medida que a concorrência no mercado se torna cada vez mais acirrada, a redução de custos e a melhoria da eficiência tornaram-se questões que todas as empresas devem enfrentar. Para reduzir efetivamente os custos e aumentar a eficiência, é necessário analisar a composição dos custos de produção. O custo de produção consiste em três partes: materiais diretos, mão de obra direta e despesas gerais de fabricação. Os materiais diretos referem-se a objetos de trabalho no processo de produção, que são transformados em produtos semiacabados ou acabados, e seu valor de uso torna-se posteriormente outro valor de uso. Mão de obra direta refere-se aos recursos humanos consumidos no processo produtivo, que podem ser calculados por salários, despesas previdenciárias, etc. As despesas de fabricação referem-se a instalações como fábricas, máquinas, veículos e equipamentos, materiais e materiais auxiliares utilizados no processo produtivo. Parte do seu consumo está incluído no custo por meio de depreciação, e a outra parte é por meio de manutenção, despesas fixas, consumo de materiais de máquinas e consumo de materiais auxiliares estão incluídos no custo. Este artigo otimiza vários métodos de uso de ferramentas para reduzir os custos de consumo de ferramentas e melhorar a eficiência do processamento, conseguindo assim o efeito de economizar custos de uso de máquinas-ferramenta.
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Mude o material da ferramenta para melhorar a eficiência do processamento
Os materiais de ferramentas comumente usados incluem os seguintes: aço rápido, metal duro, cerâmica, CBN e PCD. CBN e PCD possuem maior dureza, maior resistência ao desgaste e seus materiais são relativamente frágeis. O aço rápido tem a melhor tenacidade, mas sua dureza é muito baixa e sua resistência ao desgaste é baixa.
O aço rápido é um aço de liga com alto teor de carbono. Os principais elementos da liga são tungstênio, cromo, molibdênio, cobalto, vanádio e alumínio, etc., e contém uma grande quantidade de carbonetos. As ferramentas de corte de aço rápido têm alta tenacidade e dureza relativamente baixa. As vantagens são que são baratos, possuem alta plasticidade e podem processar quase todos os materiais. Eles foram os principais materiais usados nas primeiras ferramentas de corte. As desvantagens são que exigem maiores exigências dos operadores e exigem trabalho manual. A afiação e a velocidade de corte que os materiais de aço rápido podem suportar são muito baixas. Por exemplo, o material da peça é aço 45, a dureza é 250HBW, a velocidade de corte é 30 ~ 60m/min e a eficiência de corte é baixa.
Atualmente, o material de ferramenta mais comumente usado é o metal duro revestido. A dureza e a resistência ao calor das ferramentas de metal duro revestidas são melhores do que as das ferramentas de aço rápido. Pode suportar velocidades de corte mais altas, com velocidades de corte variando de 100 a 300m/min[1].
Tomando o círculo externo de torneamento de peças de aço como exemplo, se ferramentas de torneamento de metal duro forem usadas para substituir ferramentas de torneamento de aço de alta velocidade, a velocidade de corte pode ser aumentada de 50m/min para 180m/min, e a eficiência é aumentada em mais de 3 vezes, e as ferramentas de metal duro também possuem ferramentas de corte mais altas. vida. Ferramentas de torneamento de metal duro com lâminas substituíveis não precisam ser afiadas, basta substituir a lâmina, e o operador não precisa ter habilidades de afiação.
Além das ferramentas de corte de aço rápido e metal duro, há também cerâmica, CBN e PCD. Esses três materiais têm velocidades de corte mais altas - mais de 1.000 m/min, mas sua faixa de aplicação é limitada. Cerâmica e CBN são normalmente usados para processar peças de ferro fundido e peças de aço com alta dureza acima de 50HRC. O PCD é normalmente usado para processar alumínio, plástico, madeira e metal duro, mas não pode processar peças de ferro fundido [2].
Tomando como exemplo as fresas de liga de alumínio, a velocidade de corte das fresas de aço de alta velocidade é de 120 ~ 300 m/min. A velocidade de corte recomendada das fresas de metal duro da marca Mapal para material HP615 é de 700m/min, podendo ser utilizadas fresas feitas de material PCD. A velocidade de corte é de 1500 ~ 2000 m/min.
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Efeito dos parâmetros de corte na vida útil da ferramenta e na eficiência da produção
Para melhorar a eficiência da usinagem e a vida útil da ferramenta, é necessário determinar se os parâmetros de corte são razoáveis e analisar o impacto de cada parâmetro de corte na vida útil e na eficiência da ferramenta. Os parâmetros de corte incluem velocidade de corte (velocidade linear), velocidade de avanço e quantidade de corte reverso, também conhecidos como os três elementos de corte.
3.1 Velocidade de corte vc
A relação entre a velocidade de corte vc e a velocidade do fuso é vc=πDn/1000, onde D é o diâmetro efetivo da ferramenta/peça (unidade: mm) e n é a velocidade da máquina-ferramenta (unidade: r/min ). Quando a velocidade de corte for muito alta, o desgaste do flanco aumentará e a qualidade da superfície da peça se deteriorará. Quando a velocidade de corte é extremamente alta, a pastilha também sofrerá deformação plástica. A curva de influência da velocidade de corte na vida útil da ferramenta é mostrada na Figura 1.
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Figura 1 Curva de efeito da velocidade de corte na vida útil da ferramenta
3.2 Velocidade de alimentação vf
A fórmula de cálculo da velocidade de avanço é vf=fZZnn, fZ é o avanço da ferramenta (a unidade é mm/z), Zn é o número de arestas de corte efetivas (a unidade é unidades), n é a velocidade da máquina-ferramenta (unidade é r/min). Se a velocidade de avanço for muito alta, os cavacos ficarão descontrolados e a qualidade da superfície usinada se deteriorará. O poder de corte é alto e os cavacos impactarão a ferramenta ou a superfície usinada. A curva de influência da velocidade de avanço na vida útil da ferramenta é mostrada na Figura 2.
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Figura 2 Curva de efeito da velocidade de avanço na vida útil da ferramenta
3.3 A quantidade de faca nas costas ap
A quantidade de corte posterior refere-se à diferença entre a superfície não cortada e a superfície cortada. A curva de influência do valor do corte reverso na vida útil da ferramenta é mostrada na Figura 3.
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Figura 3 A curva de influência da quantidade de corte reverso na vida útil da ferramenta
Entre os três fatores de corte, a velocidade de corte, a velocidade de avanço e a quantidade de retorno têm impacto na vida útil da ferramenta. O impacto da quantidade de corte reverso é o menor, a velocidade de avanço tem um impacto maior do que a quantidade de corte reverso e a velocidade de corte tem o maior impacto na vida útil da lâmina.
Para obter a maior vida útil da ferramenta, a direção dos parâmetros de otimização é: maximizar o engate traseiro para reduzir o número de passagens da ferramenta; maximizar a taxa de avanço para reduzir o tempo de corte; reduza a velocidade de corte para obter a melhor vida útil da ferramenta.
Para melhorar a eficiência do desbaste, você pode começar otimizando a quantidade de corte reverso. Se houver muitos caminhos de ferramenta, aumente a quantidade de corte reverso e reduza o caminho da ferramenta, ou aumente a quantidade de corte reverso, reduza a velocidade de corte e melhore a vida útil da ferramenta. , aumente a velocidade de alimentação e garanta a eficiência do processamento.
3.4 Exemplos de aplicação
O flange produzido por uma fábrica de processamento de peças automotivas é mostrado na Figura 4. A solução de processamento existente é ineficiente e vários parâmetros de corte precisam ser otimizados para melhorar a vida útil da ferramenta e a eficiência da produção.
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Figura 4 Flange
Otimize o plano de processamento aumentando a quantidade de cortes inversos, reduzindo os caminhos da ferramenta e reduzindo a velocidade de corte. Antes da otimização, os caminhos da ferramenta eram muitos e caóticos, mas após a otimização, os caminhos da ferramenta ficaram claros, conforme mostrado nas Figuras 5 e 6. Os parâmetros antes e depois da otimização são mostrados na Tabela 1. Após a otimização, a vida útil da ferramenta foi aumentada de 15 peças para 31 peças.
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Figura 5 Otimizando o caminho frontal da ferramenta
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Figura 6 Caminho otimizado da ferramenta
Tabela 1 Parâmetros antes e depois da otimização
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O fator que mede o desempenho de corte da lâmina é a velocidade de corte. O sistema CNC lê a velocidade do fuso. Muitos programadores consideram apenas a velocidade ao projetar programas e ignoram o fator diâmetro. Porém, na usinagem real, o fator diâmetro também tem um impacto maior. Tomando o torneamento como exemplo, quando o diâmetro da peça D é 50 mm e a velocidade da máquina-ferramenta n é 1000 r/min, a velocidade linear vc=157m/min. Quando o diâmetro da peça D é 100 mm e a velocidade da máquina-ferramenta n é 1000 r/min, a velocidade linear vc=314m/min.
De acordo com a amostra da ferramenta, a velocidade de corte de 314m/min é muito alta, próxima do limite que a lâmina de metal duro pode suportar. A alta velocidade de corte pode acelerar o processo de desgaste da ferramenta e reduzir a vida útil da ferramenta.
Pode-se observar a partir disso que para a mesma velocidade da máquina-ferramenta, diferentes diâmetros de peça e velocidades de corte da ferramenta, quando a vida útil da ferramenta é muito baixa, você pode verificar se isso é causado pela velocidade de corte muito alta.
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A influência da aresta alisadora na eficiência de corte
A palheta do limpador possui um ângulo de ponta composto de 3 a 9 arcos com raios diferentes, e o raio do arco pode atingir mais de 900 mm. A relação entre o filete da ponta da ferramenta, a quantidade de avanço e a qualidade da superfície é
Rmáx＝fn²/8r(1)
Rmax (borda de limpeza)=Rmax/² (2)
Na fórmula, fn é a quantidade de avanço (mm/r); r é o raio do filete da ponta da ferramenta (mm); Rmax é a diferença de altura entre o pico e o vale da superfície de corte (mm).
Este método é adequado para acabamento de torneamento ou mandrilamento. A ferramenta de limpeza em si não possui uma função de alimentação rápida. Porém, de acordo com a fórmula anterior, pode-se inferir que as características da ferramenta alisadora são: quando os parâmetros de processamento são os mesmos, a qualidade da superfície da ferramenta alisadora pode ser aumentada em 1 vez; quando a qualidade da superfície é a mesma, a velocidade de avanço da ferramenta alisadora pode ser aumentada em 1 vez. .
Quando a mesma qualidade de superfície é necessária, velocidades de avanço mais altas podem ser usadas ao usar ferramentas alisadoras.
Tomando o processamento da face final do invólucro de saída como um exemplo de melhoria de eficiência, o material da peça é QT500 e o valor de rugosidade da superfície Ra menor ou igual a 1,6μm é necessário. Para melhorar o tempo de ciclo, foi utilizada uma palheta limpadora. Com a premissa de atender aos mesmos requisitos de rugosidade superficial, a velocidade de avanço foi aumentada de 0,36mm/r para 0,5mm/r. O valor medido da rugosidade da superfície Ra=10,33μm e a vida útil da lâmina foram os mesmos. Os vários parâmetros de processamento usando pastilhas de torneamento comuns e pastilhas alisadoras são mostrados na Tabela 2. A face final do invólucro de saída após a otimização é mostrada na Figura 7.
Tabela 2 Vários parâmetros de processamento de pastilhas de torneamento comuns e pastilhas alisadoras
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Figura 7 Face final do shell de saída otimizada
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Efeito do ângulo de deflexão principal na eficiência de corte
O avanço por dente foi mencionado na breve introdução anterior ao conceito de velocidade de avanço. Algumas marcas de amostras de ferramentas recomendam a espessura máxima do cavaco hexadecimal como parâmetro de corte em vez do avanço por dente. Porque o que determina o avanço é a espessura máxima do cavaco hexadecimal e o ângulo de ataque Kr da ferramenta. A fórmula de conversão é hexadecimal=fzsinKr.
Quando o ângulo de deflexão principal é 90 graus, fz=hex, a espessura máxima do cavaco da ferramenta é igual ao avanço por dente. À medida que o ângulo de deflexão principal diminui, a velocidade de avanço pode ser aumentada.
Tomando a fresa para cantos a 90 graus quadrada (ver Figura 8) como exemplo, o número de dentes ZN da fresa para cantos a 90 graus é 5 canais, n=1000r/min, hex=0,2mm , fz=0,2mm/z, velocidade de avanço da máquina-ferramenta vf =0,2×5×1000=1000 (mm/min).
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a) Diagrama da estrutura da fresa para cantos a 90 graus
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b) Objetos físicos
Figura fresa de canto quadrado 8 90 graus
Fresa de facear com ângulo de ataque de 45 graus (veja a Figura 9) ZN tem 5 canais, n=1000r/min, hex=0,2mm, fz=hex /sin45 graus {{8} },282 mm/z, então a velocidade de avanço da máquina-ferramenta vf=0,282× 5×1000=1410 (mm/min).
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a) Diagrama de estrutura da fresa de facear
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b) Objetos físicos
Figura fresa de canto quadrado 9 45 graus
Fresa de facear com ângulo principal de 10 graus (veja a Figura 10) ZN tem 5 arestas, n=1000r/min, hex=0,2mm, fz= hex/sin10 graus {{8} },156 mm/z, então a velocidade de avanço da máquina-ferramenta vf=1,156× 5×1000=5780 (mm/min).
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um sinal
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b) Objetos físicos
Figura fresa de canto quadrado 10 10 graus
Resumindo, na mesma velocidade de rotação do mesmo tipo de lâmina, quanto menor o ângulo de deflexão principal, maior será a velocidade de avanço que pode ser utilizada. É importante notar que a fresa de canto quadrado de 90 graus suporta principalmente força radial e a força axial se aproxima de zero. À medida que o ângulo de deflexão principal diminui, tomando como exemplo a fresa com ângulo de deflexão principal de 10 graus, ela suporta principalmente força axial. A força radial é muito pequena. Quanto menor o ângulo de deflexão principal, maior será a tendência à vibração e maior será a potência consumida.
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A influência dos métodos de processamento na eficiência de corte
O caminho da ferramenta de corte também tem um grande impacto na eficiência da usinagem. Por exemplo, um método de fresamento dinâmico recentemente popular é um método de fresamento trocoidal eficiente com um grande volume de corte traseiro e uma pequena largura de corte. A diferença do fresamento trocoidal convencional é que o processo de fresamento dinâmico segue estritamente a espessura constante do cavaco hexadecimal. Possui alta taxa de remoção de metal. Como o fresamento dinâmico pode garantir força de corte constante durante o corte da ferramenta, a velocidade de processamento é rápida e estável.
Tomando a fresagem do contorno externo do corpo da válvula como exemplo para ilustrar o impacto dos métodos de processamento na eficiência de corte. A peça de trabalho é feita de aço inoxidável. A dificuldade é que a relação comprimento/diâmetro da ferramenta chega a 4 vezes o diâmetro, o que causa vibração durante o processamento. O plano original usava fresas de canto quadrado com pastilhas substituíveis, o que resultava em grande vibração de corte devido à grande relação de aspecto. Não é possível processar normalmente. Otimizado para usar fresas de topo de metal duro, grande capacidade de corte traseiro, pequena largura de corte e método de fresamento dinâmico. A simulação dinâmica do caminho da ferramenta de fresamento é mostrada na Figura 11, e os parâmetros de comparação são mostrados na Tabela 3.
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Figura 11 Simulação dinâmica do caminho da ferramenta de fresamento
Tabela 3 Comparação de parâmetros
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Melhore a eficiência da usinagem com ferramentas compostas
Para produtos de alto volume, ferramentas compostas são geralmente usadas para melhorar a eficiência da produção, como brocas de chanfro, ferramentas de mandrilamento compostas (ver Figura 12), etc.
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Figura 12 Ferramenta de mandrilamento composto
As ferramentas compostas usam uma ferramenta para processar várias etapas de trabalho, o que melhora a eficiência do processamento e economiza o tempo de troca de ferramentas de várias ferramentas. As ferramentas de corte compostas também apresentam muitas deficiências. A maior desvantagem é que eles não são universais. As ferramentas de corte são projetadas apenas para uma determinada peça e não podem ser usadas universalmente com outras peças [3].
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Conclusão
Este artigo fornece seis maneiras de otimizar ferramentas de corte, que podem fornecer orientação para melhorar a eficiência da produção e reduzir custos. O método de otimização da ferramenta deve ser flexível e precisa ser feito de forma prática. Antes da otimização, é necessário analisar o gargalo do processo, otimizar a ferramenta de forma direcionada e captar os pontos-chave para solucionar o problema de acordo com as condições específicas de produção.
