При фрезеровании серии отверстий в корпусах двигателей изменение способа выборки позволило ускорить цикл обработки в среднем в три раза и увеличить срок службы инструмента в 10 раз.

О чем эта статья:

  • Металлорежущий инструмент Ingersoll
  • В поисках новых идей
  • Новый метод и инструменты
Торцевая фреза Ingersoll Hi-Feed Deka в работе

Крупный план процесса выборки отверстия, показана торцевая фреза Ingersoll Hi-Feed Deka в работе (наполовину готовое отверстие).

При спиральном фрезеровании инструмент подвержен боковому давлению и ударному воздействию, но поскольку фреза в 2 раза толще, чем используемые ранее концевые фрезы, она не так подвержена деформации, плюс отсутствует сердцевина отверстия, которая может, вылетев на последнем проходе, нанести травму или обломить фрезу.

Металлорежущий инструмент Ingersoll

Выборка больших отверстий в металлических деталях – это довольно медленный процесс. Работа фрезами больших диаметров требует высокой мощности оборудования и расхода электроэнергии, кроме того, трудно достать фрезы нестандартного размера. Кислородная резка может применяться только с плоскими заготовками, плюс это довольно трудоемкий процесс и после него требуется чистовая доводка. Область действия трепанирующего сверления, требующего дорогой оснастки, ограничивается объемными поточными проектами. Орбитальное фрезерование – более быстрый и универсальный способ, но существует вероятность обламывания хрупких твердосплавных концевых фрез.

Новая технология выборки отверстий

Недавно Baldor Electric Company (Гейнсвилл, штат Джорджия) настолько успешно улучшила процесс выборки отверстий больших диаметров в одной из операций, что стала применять этот способ и для 10 других операций. В настоящее время компания внедряет этот способ ещё на нескольких своих заводах.

Baldor производит электродвигатели и приводы с регулируемой скоростью вращения. На заводе в Гейнсвилле работает 400 сотрудников, принимающие участие в изготовлении двигателей постоянного и переменного тока (1- 1500 л.с.).

За счет перехода от орбитальной фрезеровки к спиральной, с использованием торцевых фрез Hi-Feed Deka производства Ingersoll Cutting Tools для черновой выборки отверстий диаметром свыше 38 мм, Baldor удалось ускорить цикл обработки в среднем в три раза, а срок службы инструмента увеличился, в среднем, в 10 раз. Годовая экономия от внедрения новой технологии на заводе в Гейнсвилле оценивается более чем в 40 000 долларов.

Переход на новую технологию получил толчок в начале 2010 года, когда Даримус Гласпер, инженер завода в Гейнсвилле, начал поиски более эффективного способа выборки трехдюймовых отверстий в отливках из ковкого чугуна с толщиной стенки в 2 дюйма (50.8 мм). Эта деталь представляет собой взрывозащищенную крышку коробки выводов электродвигателя, закрывающую электропроводку в больших двигателях. Годовой объем производства таких деталей на заводе Baldor в Гейнсвилле – 100 штук, изготавливаемых партиями по 10 штук одновременно.

По словам Гласпера, отверстия, из-за геометрии заготовки, приходится сверлить в труднодоступных местах на большом вылете инструмента, что является очень медленным процессом при орбитальном фрезеровании. «Мы испробовали множество видов фрез», — сказал Гласпер. Также он отметил, что операторы станков обеспокоены тем, что устройство измерения нагрузки на шпиндель показывает 90% допустимой, и это при такой медленной подаче.

В то время стандартным способом черновой выборки отверстий было орбитальное фрезерование твердосплавной четырехзубой концевой фрезой диаметром ¾ дюйма (11.5 мм). При орбитальном фрезеровании техника работы состоит в погружении фрезы на 15 миллиметров вглубь металла и дальнейшем круговом движении при очень осторожной подаче, чтобы избежать обламывания, к которому склонны твердосплавные концевые фрезы. Далее процесс повторяется до получения сквозного отверстия, с надеждой на то, что при конечном отрезании сердцевина отверстия не выстрелит в глаз оператору или не поломает фрезу. Так это выглядит вкратце. На самом же деле для сверления каждого отверстия в пятидесятимиллиметровой стенке приходилось выполнять до 20 операций.

Гласпер выбрал эту взрывозащищенную крышку в качестве полигона для экспериментов, так как она требовала наибольшего количества операций по сравнению со всеми заводскими деталями с большими отверстиями, и любое действенное нововведение сразу же сказалось бы на себестоимости. Гласпер сказал, что  «надо решить эту проблему, экспериментируя с самой трудозатратной деталью – тогда сразу достигается максимальный эффект в денежном выражении».

Спиральное фрезерование и металлорежущий инструмент – в поисках новых идей

За идеями Даримус обратился в компанию Ingersoll к Крису Поупу, который и предложил спиральную технику с использованием фрезы большого диаметра с быстрорежущими пластинами.

«При спиральном фрезеровании режущая часть постоянно сдвигается по мере круговой подачи», – сказал Поуп, – «а геометрия вставок из быстрорежущей стали позволяет увеличить скорость подачи, позволяя получать менее глубокие, но более частые резы, быстрее продвигаясь вглубь обрабатываемого материала, при этом не требуется значительной силы реза и снижается нагрузка на шпиндель».

Орбитальное и спиральное фрезерование

Техника спирального фрезерования известна в течение довольно долгого времени, но до недавних пор её практическое применение было ограничено. При спиральном фрезеровании траектория движения режущих зубцов имеет винтовую форму и является непрерывной, а не пошаговой, как при орбитальном фрезеровании. В основном этот метод применялся для рассверливания уже имеющихся отверстий в заготовках небольшой толщины, а также в операциях с горизонтальным расположением фрезы, когда стружка сама удаляется под силой тяжести.

В идею вертикального погружения такой фрезы в толстый целостный металл трудно сразу поверить. Как-то раз один владелец небольшого завода мелкосерийной продукции в штате Джорджия увидел демонстрацию процесса выборки, проведенной данным методом отверстий под направляющие втулки на плитах штампов. Он тут же купил оснастку и переписал параметры работы, рекомендованные инженером-консультантом. Затем он неделями тренировался на обрезках древесины, прежде чем осмелился подступиться к настоящей металлической заготовке. Но как только он наладил процесс, время выборки отверстий во многих операциях на его предприятии сократилось в девять раз.

Когда Крис Поуп проводил первые пробные пуски технологии на заводе Baldor, трехзубая фреза Decamill Hi-Feed справлялась с задачей выборки отверстия за 5 минут в отличие от 17-минутного цикла выборки такого же отверстия орбитальным способом. В отладочном режиме фреза плавно заглублялась на 5 миллиметров при каждом витке, проделывая отверстие за шесть витков. Скорость углубления при этом составила 330 см/мин., в отличие от 18,5 сантиметров в минуту при орбитальном фрезеровании. При этом скорость резания составила 149 метров в минуту против 62 м/мин.

Демонстрация оказалась настолько впечатляющей, что Гласпер в течение двух недель ввел спиральное фрезерование в качестве стандартного метода выборки отверстий. Гласпер был восхищен: «Я никогда в жизни не видел такого быстрого сверления!»

Перестройка процесса не ограничилась простой заменой оснастки. Потребовалось перепрограммирование траекторий движения инструмента и параметров работы станков, а также понадобилась установка на станки системы подачи СОЖ внутри шпинделя для эффективного удаления стружки. Поуп и менеджер юго-восточного отделения Ingersoll Филипп Джонсон принимали непосредственное участие в процессе перенастройки.

Нововведения, однако, мгновенно окупились. Операционное время выборки отверстия в крышке упало с 17 до 5 минут, точно до значений, полученных во время тестирования технологии, а режущая кромка стала работать в 10 раз дольше. До этого твердосплавной фрезы хватало на одно отверстие, а после внедрения новой технологии комплекта сменных пластин фрезы Ingersoll стало хватать на десять отверстий. По словам Гласпера, новый метод не только намного быстрее, но и гораздо менее требователен в обслуживании.

Вот цифры:

У каждой из пластинок – по 10 режущих граней, соответственно, пластинки хватает на 100 отверстий (по 10 отверстий на грань). Новый набор из трех пластинок – ещё 100 отверстий. Это в сумме стоит гораздо дешевле, чем одна-единственная твердосплавная фреза, которой хватает только на одно отверстие.

Новый метод и инструменты

«Прирост производительности, достигнутый в Гейнсвилл Baldor, произошёл благодаря изменению способа обработки, основанного на применении нового инструмента», – заявил менеджер Ingersoll по продуктам для металлообработки Майк Дикен. «Во-первых, процесс выборки происходит непрерывно по винтовой траектории, а не по принципу «старт-стоп».  У нашей фрезы со сменными пластинами диаметр в два раза больше, чем у обычной фрезы, поэтому она гораздо лучше выдерживает боковые нагрузки. Более того, 70-градусный угол атаки помогает смягчить ударное воздействие и боковые нагрузки при входе в материал». Также он добавил, что сочетание геометрии режущих пластин и меньшее количество зубьев позволяет применять большую подачу на зуб.

«23-миллиметровая торцевая фреза со сменными пластинами Hi-Feed Deka позволяет применять подачу на зуб от двух до шести миллиметров, в отличие от 0,3–0,9 мм для обычной твердосплавной фрезы диаметром 12 мм», – продолжает он. «За счет меньшего количества зубьев стружка выходит гораздо быстрее, поскольку у неё больше места для выхода, благодаря более крупным канавкам».

Изменение технологии также увеличило безопасность работы. «Поскольку большинство отверстий на заводе в Гейнсвилле в диаметре меньше 46 миллиметров, а 23-миллиметровая фреза выбирает половину диаметра, в отверстии не остается сердцевины, и нет опасности травмирования рабочих или повреждения оборудования при вылете этой сердцевины из отверстия по окончании резки. Весь металл выходит в виде стружки», – говорит Поуп. По окончании работ по изменению техпроцесса на заводе в Гейнсвилле Поуп стал работать с Gamco Services Inc., основным поставщиком Baldor.

В течение последующих нескольких месяцев Гласпер внедрил технологию спирального фрезерования и на других деталях, меньшего размера. В настоящее время Baldor-Гейнсвилл применяет этот метод в широком спектре операций выборки отверстий диаметром от 23 миллиметров. Многие из этих отверстий – нестандартного диаметра, для них трудно найти готовые фрезы.

Вскоре после успешного внедрения технологии Гласпер и менеджер по готовой продукции Дуг Буши поделились своим опытом на одной из внутренних телеконференций, которые Baldor проводит еженедельно для обмена опытом и идеями. В результате десять других заводов Baldor в настоящее время находятся на разных стадиях внедрения технологии спирального фрезерования.

«В этот способ трудно поверить, но результаты говорят сами за себя!» – заключает Гласпер.

 

Перевод статьи
Corkscrew Milling Speeds Up Holemaking
автора Doc Ardrey,
Americanmachinist.com

Скачать каталоги инструмента Ingersoll и получить информацию о данном производителе вы можете по этой ссылке: Инструмент Ingersoll, каталоги Ingersoll



Понравилась статья? Поделитесь: