Условия резания

Операции механической обработки ориентированы на производство деталей в пределах размерных допусков с минимальными затратами – то есть на достижение максимальной рентабельности. Традиционный способ снижения стоимости обработки – это повышение темпа производительности с использованием высоких режимов резания (как правило, повышенной скорости резания). Однако этот подход не учитывает такие важные составляющие стоимости, как расходы на брак и простои. Стратегия, основанная на полном анализе экономики производства, обеспечивает оптимальный баланс производительности и затрат на производство с учетом всех факторов стоимости.

Контроль расходов

Некоторые составляющие экономики производства практически не подлежат контролю со стороны производителя. Например, вид и стоимость материалов зависят от применения обрабатываемой детали. Нельзя сэкономить при производстве турбинного двигателя, заменив сплав Inconel® серым чугуном. Аналогичным образом, расходы предприятия на инструменты для обработки, их техническое обслуживание и энергопотребление, как правило, фиксированы и часто требуют постоянных выплат за аренду оборудования. Трудозатраты — более гибкая статья расходов, но и они являются фиксированными на определенный период. Эти расходы, как и стоимость инструмента, должны быть компенсированы за счет продаж обработанных компонентов. Рост темпов производства — скорость обработки заготовок до готовой продукции — может обеспечить компенсацию фиксированных расходов.

Быстрее — не всегда лучше

К составляющим процесса обработки, которые производители могут контролировать, относятся параметры использования режущего инструмента. Темп производства зависит от используемых инструментов, методик и стратегий. Кроме того, распространено мнение, что можно увеличить количество деталей, произведенных за единицу времени, – а значит, сократить производственные расходы — просто повысив скорости резания.

Однако на деле все гораздо сложнее. Повышение скорости резания не достается даром. Как правило, чем быстрее выполняется операция, тем меньше ее стабильность. Износ инструмента происходит быстрее, а прогнозируется хуже. Инструмент может выйти из строя и повредить заготовку, а износ инструмента или вибрация могут стать причиной недопустимых отклонений от требуемых размеров или шероховатости. При этом прибыль сократится на стоимость испорченной заготовки. В зависимости от стоимости материала и конечного применения компонента – например при использовании дорогостоящего сплава для сложных компонентов аэрокосмической промышленности – отбраковка заготовки может существенно сказаться на общей стоимости операции. Кроме того, процесс, требующий высочайшей надежности, не может выполняться без обслуживающего персонала или с его минимальным присутствием, что ограничивает возможности сэкономить на трудозатратах.

Применение повышенных скоростей резания напрямую влияет на срок службы инструмента. Чрезмерно высокие скорости повышают износ инструмента до такой степени, что возникает необходимость в частой замене инструмента. Из-за более быстрого износа возрастает расход инструмента на обработку определенного количества деталей. Теоретически производственные затраты и темп производства сокращаются за счет повышения стоимости инструмента и расходов, связанных с простоем оборудования.Типы производительности

Стоимость простоя оборудования

Применение повышенных скоростей повышает стоимость режущего инструмента, но при этом снижает стоимость обработки. Поскольку станок производит больше деталей за единицу времени, фиксированные расходы на станки обеспечат больший доход. Однако если скорость превышает определенное значение, стоимость обработки снова увеличивается. Срок службы инструмента сокращается настолько, что снижение стоимости обработки за счет повышения режимов становится несущественным по сравнению со стремительным ростом стоимости инструмента и простоя, необходимого для его замены. Кроме того, чрезмерно высокие режимы резания в некоторых случаях могут стать причиной повышения стоимости технического обслуживания станка и даже привести к простоям, связанным с его поломкой.Минимальная стоимость при максимальной производительности

Оптимальные режимы

Применение повышенных скоростей резания может увеличить выпуск готовой продукции, но в то же время стать причиной роста стоимости инструмента и обработки. Напротив, пониженные скорости резания сокращают стоимость инструмента и обработки, но при этом падает общая производительность.

Рациональный подход заключается в том, чтобы снизить скорость резания пропорционально повышению скорости подачи и глубине резания. Использование самой большой глубины резания сокращает необходимое количество проходов, а следовательно, время обработки. Также следует увеличить скорость подачи, хотя ее чрезмерное повышение может сказаться на качестве заготовки и качестве обработки поверхности. Иногда повышение скорости подачи и глубины резания при той же или пониженной скорости может увеличить объем материала, снимаемого за операцию, как если бы применялись повышенные скорости резания.

При стабильном и надежном сочетании скорости подачи и глубины резания можно применять скорости резания при окончательной калибровке. Это позволяет повысить глубину резания, чтобы снизить стоимость обработки (из расчета за одну заготовку), не слишком сильно повышая стоимость инструмента (из расчета за одну заготовку) при ускоренном износе инструмента.

Модель эффективности

В начале XX века американский инженер Ф. У. Тейлор разработал модель определения срока службы инструмента. Эта модель доказывает, что при заданном сочетании глубины резания и подачи существует определенный диапазон скоростей резания, при которых износ инструмента является безопасным, прогнозируемым и контролируемым. При работе в этом диапазоне можно вычислить зависимость между скоростью резания, износом и сроком службы инструмента. Модель позволяет соотнести производительность и экономическую эффективность и дает объективное представление о желаемых оптимальных скоростях резания для конкретной операции.

При пониженных скоростях резания суммарное значение стоимости режущего инструмента и обработки обеспечивает максимальную экономичность, что слегка сказывается на производительности. С другой стороны, повышенные скорости резания обеспечивают максимальную производительность в ущерб экономичности. Высокоэффективная скорость резания находится между экономичной и производительной скоростями.

К слову, экономические и технологические факторы иногда совпадают. Например, из-за прочности и плохой теплопроводности титана его обработка производится при пониженных скоростях резания, что позволяет сократить стоимость обработки. В этом случае сами по себе характеристики заготовки определяют параметры обработки, обеспечивающие производительность и экономичность.

Стабильность обработки имеет значение

Чтобы обеспечить производительность и качество заготовки и избежать брака, необходимо организовать стабильный процесс обработки. Общепринятое определение экономики производства следующее: «Обеспечение максимальной безопасности и предсказуемости процесса обработки при стабильной высокой производительности и низких производственных затратах».

Организация стабильного процесса включает в себя создание оптимальной производственной среды. Помимо выбора материала инструмента, покрытия и геометрии, лучше всего подходящих для существующих заготовок и операций, необходимо рассматривать оптимизацию программы обработки CAM, систем держателей инструмента и подачи СОЖ. Автоматизированные системы манипулирования обработанными деталями, такие как устройства смены инструмента или системы автоматической подачи/снятия детали, также должны входить в процесс интеграции, поскольку манипуляции с заготовкой и обработанной деталью являются главной причиной простоя станка.Стоимость и время обработки

Дополнительные факторы

Помимо долгосрочных задач по достижению производительности и экономичности производители уделяют все больше внимания относительно недавним проблемам, таким как охрана окружающей среды. Рациональный подход к экономике производства может оказать помощь в решении и этих вопросов. При применении пониженных скоростей резания меньше энергии уходит на съем материала, кроме того, это снижает энергозатраты и уменьшает глубину резания в сочетании с повышением скорости подачи. Применение пониженных скоростей инструмента повышает срок его службы, сокращая расход инструмента и необходимость его утилизации или переработки. Меньшее теплообразование за счет пониженных скоростей резания дает возможность применять минимальную подачу СОЖ или обходиться без нее.

Заключение

Применение различных стратегий экономики производства требует всеобъемлющего анализа производственной среды и применения подходов, противоречащих общепринятым методикам обработки металла. Однако соблюдение этих концепций помогает сократить расходы, повысить качество заготовки и позаботиться об охране окружающей среды, обеспечив производительность, стабильность и надежность обработки.

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

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

Скачать каталоги инструмента Seco и получить информацию о данном производителе вы можете по этой ссылке: Seco Tools, каталоги инструмента Секо



Понравилась статья? Поделитесь: