HQ_IMG_How_To_Find_The_Correct_ToolНесмотря на то, что производители имеют дело с совершенно разными деталями, материалами и процессами металлообработки, все они преследуют одну и ту же цель: обработать определенное количество заготовок требуемого качества в указанный срок и по адекватной стоимости.

Чтобы достичь этой цели, многие следуют узкоориентированной модели и отталкиваются от выбора инструмента и методов обработки, предпочитая принимать пассивные решения. Кардинальное изменение такого подхода позволит уменьшить затраты и увеличить производительность. Вместо того, чтобы ждать появления проблем и в соответствии с ними корректировать конкретный технологический процесс, производителям следует сначала сконцентрировать свое внимание на упреждающем предварительном планировании, которое нацелено на устранение брака и простоев. После организации стабильного и надежного процесса применение концепций экономики производства поможет найти баланс объемов выпуска изделий и производственных затрат. Затем посредством тщательного выбора режущего инструмента и режимов резания производители могут окончательно оптимизировать операции и выполнить свои производственные задачи.

Выбор инструментов и условий резания

Выбор режущего инструмента обычно зависит от операции: предприятие ищет инструмент для обработки определенного материала (например, стали или алюминия), или выполняет конкретную операцию (например, черновую или чистовую обработку). Более эффективный подход к выбору инструментов начинается с анализа того, какую роль данная операция металлообработки играет в деятельности предприятия.

Основным приоритетом такого подхода является обеспечение надежности процесса, предотвращение брака и незапланированных простоев. Надежность, в общем смысле, — это вопрос соблюдения правил. Если мы не будем принимать во внимание особенности обработки, термические и химические факторы, воздействующие на инструмент, придется говорить не о надежности, а о поломке инструмента.

После организации стабильного процесса необходимо выбрать характеристики инструмента и условия обработки в соответствии с общими целями металлообрабатывающего предприятия. Например, максимальная производительность при минимальных затратах может иметь первоочередное значение при массовом производстве простых деталей. С другой стороны, при многономенклатурном производстве дорогих и сложных деталей небольшими партиями необходимо направить все усилия на достижение общей надежности и точности обработки, прежде чем говорить о производственных затратах. Инструментальные системы, применяемые в производстве таких малых партий, прежде всего должны обладать универсальностью (см. дополнение).

Если главной целью является экономическая эффективность, то инструменты необходимо выбирать на основе низких затрат на режущую кромку, и режимы резания следует адаптировать соответственно. Параметры обработки должны обеспечивать длительный срок службы инструмента и надежность процесса. И наоборот, если во главу угла ставится качество обрабатываемого изделия, то правильной стратегией будет использование высокопроизводительных прецизионных инструментов на высоких режимах резания. Независимо от поставленной цели, каждый отдельный набор задач требует выбора разных инструментов и режимов.

RU_HQ_ILL_Tool_Selection_CriteriaНазначение режимов резания

При планировании обработки новой детали выбор инструмента и режимов резания должен начинаться с анализа метода обработки, геометрии инструмента и материала, из которого он изготовлен. Эти требования в большей степени зависят от обрабатываемой детали. Например, деталь из никелевого жаропрочного сплава для аэрокосмической промышленности может потребовать профильного фрезерования твердосплавной концевой фрезой с позитивной геометрией. При выборе предприятие должно руководствоваться своими основными задачами в области темпов производства, затрат и качества изделий. Этот выбор зависит от глубины, скорости резания и подачи, применимых для достижения этих целей.

Для изменения существующих операций обработки с целью повышения производительности, экономии или надежности применяется другой процесс выбора. В этом случае рекомендуется пошаговый подход: отладки режимов резания, затем изменения геометрии инструмента (пластин), инструментальных материалов (сплавов), самих инструментов и, наконец, методов обработки. Примечательно, что большинство предприятий следует противоположной последовательности и, стремясь улучшить результаты, прежде всего меняют инструменты или методы обработки.

Намного более легкий и обычно эффективный подход начинается с изменения режимов резания. Условия обработки влияют на многое, и изменение скорости резания или подачи может решить проблему или увеличить производительность без материальных и временных затрат на замену инструментов.

Если изменение режимов резания не дает желаемого эффекта, можно изменить геометрию режущего инструмента. Однако этот шаг более сложен, чем отладка режимов, и потребует использования нового инструмента (пластин) и повышения временных затрат. Еще одна альтернатива — изменение инструментального материала (сплава), но он также повлечет за собой повышение материальных и временных затрат. Может появиться необходимость заменить пластины или сам инструмент, что увеличивает вероятность перехода на специальный инструмент. Все это может привести к дальнейшему увеличению производственных издержек.

Если все эти шаги не обеспечивают нужное решение, возможно, потребуется изменить метод обработки. При анализе необходимых изменений ключевым моментом является взвешенный пошаговый подход, который позволит понять, какие факторы на самом деле дадут желаемый результат.

Многие производители основывают выбор инструмента на использовании систем CAM, поскольку этот подход представляется быстрым и легким. Этот метод эффективен во многих случаях, но не всегда обеспечивает оптимальные результаты. Система CAM не принимает во внимание все особенности конкретной операции. Например, при использовании фрезы недостаточно просто задать скорость, подачу и глубину резания. Оптимальным решением было бы учитывать все факторы, такие как количество зубьев, прочность инструмента, качество отвода стружки и жесткость станка. Необходимо четко понимать все эти факторы, чтобы полностью обеспечить решение поставленных задач, будь то скорость съема металла, стойкость инструмента, шероховатость поверхности или экономическая эффективность.RU_HQ_ILL_Cutting_Conditions_And_Process_Results

Скорость, подача и глубина резания

Многие руководители предприятий считают, что простое увеличение скорости резания позволит изготовить больше деталей за единицу времени и снизить производственные затраты. Однако производственные затраты подразумевают гораздо больше факторов, чем просто объем выпуска. Примером может служит техпроцесс, где замена инструмента во время операции негативно сказывается на качестве детали и времени еe обработки.

7572-HQ_IMG_Reprocessing_Cost_Time_And_MoneyПовышение скорости резания увеличило бы производительность, но снизило срок службы инструмента. Стоимость обработки возросла бы из-за более частой смены инструмента и, как следствие, увеличения времени простоя станка.

Увеличение скорости резания сокращает стойкость инструмента и делает процесс менее стабильным, в то время как изменение глубины резания или подачи оказывают минимальное влияние на стойкость. Таким образом, лучших результатов можно добиться, исходя из сбалансированного подхода, который предусматривает снижение скорости резания пропорционально увеличению подачи и глубины резания. Использование максимально возможной глубины резания снижает количество проходов и таким образом сокращает время обработки. Подача также должна быть максимально увеличена, но не должна быть чрезмерной, так как это может негативно повлиять на качество изделия и шероховатость поверхности.

Например, увеличение скорости резания с 180 м/мин до 200 м/мин повысит скорость съема металла всего примерно на 10%, но окажет негативное воздействие на срок службы инструмента. Увеличение скорости подачи от 0,2 мм/об до 0,3 мм/об повысит скорость съема металла на 50% с минимальным или нулевым влиянием на стойкость инструмента.

В большинстве случаев увеличение подачи и глубины резания при такой же или меньшей скорости резания, повышает скорость съема металла до значений, которых можно достичь просто более высокими скоростями резания. Среди других преимуществ сочетания снижения скорости резания, повышения с подачи и уменьшения глубины резания можно отметить сокращение потребления электроэнергии.

Последним этапом оптимизации условий резания является выбор соответствующего критерия с точки зрения минимизации затрат или повышения производительности и использование скорости резания для достижения этого критерия. Для этого используется модель, разработанная в начале XX века американским инженером-механиком Ф.У. Тейлором.

Эта модель показывает, что при заданной комбинации глубины резания и скорости подачи существует определенный диапазон скоростей резания, в котором износ инструмента безопасен, предсказуем и управляем. Работа в этом диапазоне дает возможность оценить качественное и количественное соотношение скорости резания, износа инструмента и срока его службы. Целью является повышение скорости резания, которое сокращает время обработки, но не приводит к чрезмерному увеличению затрат на режущий инструмент вследствие износа.

Инструментальные материалы и режущая геометрия

Дополнительные этапы оптимизации применения инструмента могут включать в себя точный подбор характеристик материала основы инструмента и геометрии. Как отладка режимов резания подразумевает наличие побочных эффектов, неизбежных для получения желаемых результатов, так для увеличения производительности с помощью изменений инструментального материала (сплава) необходимо найти баланс его свойств.

Твердость является ключевой характеристикой инструмента, поэтому режущая кромка инструмента должна быть тверже обрабатываемого материала. Высокая твердость, особенно при повышенных температурах, возникающих во время высокоскоростной обработки, увеличивает срок службы инструмента. Однако инструмент с высокой твердостью также обладает большей хрупкостью. Неравномерные усилия резания, возникающие при черновой обработке, особенно при прерывистой обработке по корке или с переменным припуском, могут привести к поломке твердого режущего инструмента. Нежесткость станка, оснастки или заготовки также может спровоцировать сбой в работе.

И наоборот, увеличение прочности инструмента путем повышения процентного содержания кобальтовой связки, например, даст инструменту способность противостоять ударной нагрузке. В то же время инструмент с более низкой твёрдостью подвержен ускоренному износу и/или деформации при высокоскоростной обработке или при работе с абразивными заготовками. В этом случае необходимо сбалансировать свойства инструмента в зависимости от материала обрабатываемого изделия.

Выбор геометрии инструмента также подразумевает учет побочных эффектов. Позитивная геометрия резания и острая режущая кромка уменьшают усилия резания и улучшают сход стружки. Однако острая кромка не такая прочная, как скругленная. Такие геометрические характеристики, как упрочняющие фаски, можно применять для усиления режущей кромки.

Упрочняющая фаска (усиленная область позади режущей кромки), установленная под позитивным углом, может обеспечить достаточную прочность для обработки и максимально снизить усилия резания. Фаска удаляет самую непрочную часть острой режущей кромки, но при этом увеличивается сила резания. Более прочные (черновые) геометрии сильнее воздействуют на стружку, закручивают и ломают еe. Данная геометрия эффективна при работе с материалами, образующими при резании длинную стружку, но вызывает дополнительную нагрузку на режущую кромку. Более острые геометрии стружколома дают меньше нагрузки на режущую кромку, но производят более длинную стружку. Для оптимизации процесса обработки можно комбинировать разные геометрии стружколомов.

Эксплуатационные расходы

Модели затрат на обработку так же можно представить с точки зрения микро- и макроподходов. В микромоделях процессы резания рассматриваются в узком контексте: условия обработки напрямую связаны с затратами. В макромоделях процесс анализируется в рамках более широкого контекста и особое внимание уделяется времени, необходимому для обработки заготовки.

Объемы выпуска могут определяться по-разному, например, количеством заготовок, обработанных за определенный промежуток времени, или общей продолжительностью операции. На объемы выпуска влияют многие факторы, в том числе технические требования, свойства материала, производственный цикл на предприятии, человеческий фактор, техническое обслуживание, вспомогательное оборудование, а также трудности, связанные с защитой окружающей среды, переработкой отходов и обеспечением безопасности (См. дополнение).

Некоторые составляющие производственных затрат представляют собой постоянные издержки. Как правило, сложность детали и материал определяют тип и количество операций, необходимых для ее изготовления. Затраты предприятия на приобретение станков, их техническое обслуживание и энергопотребление обычно фиксированы. Трудозатраты — более гибкая статья расходов, но и они являются постоянными на определенный период. Эти издержки должны компенсироваться за счет продаж произведенных деталей. Увеличение темпов производства, т.е. скорости обработки заготовок и выпуска готовой продукции, может обеспечить компенсацию постоянных затрат.

Заключение

Необходимо отметить, что в то время как операторы и технологи занимаются вопросами режимов резания и производительности, руководители более высокого уровня уделяют свое основное внимание бизнес-целям производства в целом. Те, кто принимает решение по выбору режимов резания и режущего инструмента, должны прежде всего учитывать цели всего предприятия в более широком смысле и руководствоваться ими для достижения необходимой производительности.

Дополнение

Универсальность инструментов в условиях современного производства

Современное производство постепенно переходит от больших серий к обработке меньших по размеру партий деталей и применению аутсорсинга. Субподрядчики производят более мелкие партии продукции на нерегулярной, но повторяющейся основе. Баланс производительности и затрат требует наличие такого инструмента, который обеспечил бы универсальность в широкой области применения. Минимизация количества различных инструментов на предприятии позволяет избежать частой смены инструмента и уделять больше времени производству.

При производстве крупных партий идентичных изделий традиционным способом повышения производительности отдельного процесса является применение специального инструмента. Целесообразно прибегать к разработке и внедрению специальных инструментов, если крупносерийное производство сможет покрыть эти расходы.

Однако баланс производительности и затрат на инструмент при нерегулярном изготовлении мелких партий лучше достигается при использовании универсального инструмента. Такой инструмент уменьшает простои, сокращая время, необходимое для установки нового инструмента при смене заготовки, и исключает необходимость настройки и пробного прохода.

HQ_IMG_Uncontrolled_Chip_Formation_Creates_Unplanned_DowntimeПримером такого инструмента является линейка фрез Seco Turbo. Эти фрезы обладают высокой универсальностью и выгодным сочетанием экономической эффективности и высокой производительности. Позитивная режущая геометрия снижает потребление энергии, продлевает срок службы инструмента и дает возможность увеличить глубину резания и подачу.

Другой подход к универсальности инструмента подразумевает создание комплекта инструментов, который подходит для нескольких операций. Инструменты Seco Selection разработаны для обеспечения такой универсальности. Подобранная группа включает ограниченное количество инструментов, которые, возможно, не будут полностью обеспечивать максимальную производительность или экономичность всех операций, но будут лучшим и наиболее экономичным выбором для достижения максимальной универсальности при обработке широкой номенклатуры деталей из различных материалов.

Источник новости: пресс-релиз от
ООО «Секо Тулс», г.  Москва

Автор:
Патрик де Вос (Patrick de Vos),
управляющий по корпоративному
техническому обучению
компании Seco Tools

О компании

Компания Seco, штаб-квартира которой располагается в г. Фагерста, Швеция, и представленная более чем в 75 странах — это один из ведущих мировых поставщиков инструментальных решений для фрезерования, токарной обработки, обработки отверстий и нарезания резьбы. Уже более 80 лет компания тесно сотрудничает с производителями во всех отраслях промышленности и разрабатывает инструменты, технологии и услуги, позволяющие обеспечить максимальную производительность и прибыльность производства. Для получения подробной информации обратитесь к Вашему представителю Seco или посетите сайт www.secotools.com.



Понравилась статья? Поделитесь: