Berdasarkan pengalaman debugging praktis selama bertahun-tahun, mulai dari prinsip pemotongan pahat logam, dikombinasikan dengan faktor-faktor seperti material pahat, parameter pemotongan, tepi penghapus, sudut depan, metode pemrosesan, dan pahat komposit, enam metode pengoptimalan diperkenalkan ke mengurangi biaya pemotongan. Tujuan meningkatkan efisiensi produksi.
01
Kata pengantar
Pesatnya perkembangan industri manufaktur di negara saya telah menciptakan manfaat ekonomi yang sangat besar bagi negara kita bahkan dunia. Ketika persaingan pasar menjadi semakin ketat, pengurangan biaya dan peningkatan efisiensi telah menjadi permasalahan yang harus dihadapi setiap perusahaan. Untuk menekan biaya secara efektif dan meningkatkan efisiensi, perlu dilakukan analisis komposisi biaya produksi. Biaya produksi terdiri dari tiga bagian: bahan langsung, tenaga kerja langsung, dan overhead pabrik. Bahan langsung adalah benda kerja dalam proses produksi, yang diolah menjadi barang setengah jadi atau barang jadi, yang selanjutnya nilai pakainya menjadi nilai pakai lain. Tenaga kerja langsung mengacu pada sumber daya manusia yang dikonsumsi dalam proses produksi, yang dapat dihitung dengan upah, biaya kesejahteraan, dll. Biaya produksi mengacu pada fasilitas seperti pabrik, mesin, kendaraan dan peralatan, bahan dan bahan penolong yang digunakan dalam proses produksi. Sebagian konsumsinya dimasukkan ke dalam biaya melalui penyusutan, dan sebagian lagi melalui pemeliharaan, biaya tetap, konsumsi bahan mesin dan konsumsi bahan penolong dimasukkan ke dalam biaya. Artikel ini mengoptimalkan beberapa metode penggunaan alat untuk mengurangi biaya konsumsi alat dan meningkatkan efisiensi pemrosesan, sehingga mencapai efek penghematan biaya penggunaan alat mesin.
02
Ubah material alat untuk meningkatkan efisiensi pemrosesan
Bahan perkakas yang umum digunakan antara lain sebagai berikut: baja berkecepatan tinggi, karbida, keramik, CBN dan PCD. CBN dan PCD memiliki kekerasan yang lebih tinggi, ketahanan aus yang paling tinggi, dan materialnya relatif rapuh. Baja berkecepatan tinggi memiliki ketangguhan terbaik, namun kekerasannya sangat rendah dan ketahanan ausnya buruk.
Baja berkecepatan tinggi adalah baja paduan karbon tinggi. Elemen paduan utama adalah tungsten, kromium, molibdenum, kobalt, vanadium dan aluminium, dll., dan mengandung sejumlah besar karbida. Alat pemotong baja berkecepatan tinggi memiliki ketangguhan tinggi dan kekerasan yang relatif rendah. Keunggulannya adalah murah, memiliki plastisitas tinggi, dan dapat mengolah hampir semua material. Mereka adalah bahan utama yang digunakan pada alat pemotong awal. Kerugiannya adalah memerlukan persyaratan yang lebih tinggi pada operator dan memerlukan tenaga kerja manual. Penajaman, dan kecepatan potong yang dapat ditahan oleh material baja berkecepatan tinggi sangat rendah. Misalnya, material benda kerja adalah baja 45, kekerasannya 250HBW, kecepatan potong 30~60m/menit, dan efisiensi pemotongannya rendah.
Saat ini, material perkakas yang paling umum digunakan adalah karbida berlapis. Kekerasan dan ketahanan panas perkakas karbida berlapis lebih baik dibandingkan perkakas baja kecepatan tinggi. Ia dapat menahan kecepatan potong yang lebih tinggi, dengan kecepatan potong berkisar antara 100 hingga 300m/menit[1].
Mengambil contoh lingkaran luar dari pembubutan bagian baja, jika perkakas pembubutan karbida digunakan untuk menggantikan perkakas pembubutan baja berkecepatan tinggi, kecepatan potong dapat ditingkatkan dari 50m/menit menjadi 180m/menit, dan efisiensinya meningkat lebih dari 3 kali, dan perkakas karbida juga memiliki perkakas pemotong yang lebih tinggi. kehidupan. Alat pembubut karbida dengan bilah yang dapat diganti tidak perlu diasah, cukup mengganti bilahnya, dan operator tidak perlu memiliki keterampilan mengasah.
Selain alat pemotong baja berkecepatan tinggi dan karbida, ada juga keramik, CBN, dan PCD. Ketiga material ini memiliki kecepatan pemotongan yang lebih tinggi - lebih dari 1000m/menit, namun jangkauan penerapannya terbatas. Keramik dan CBN biasanya digunakan untuk mengolah benda kerja besi cor dan benda kerja baja dengan kekerasan tinggi diatas 50HRC. PCD biasanya digunakan untuk mengolah aluminium, plastik, kayu dan karbida, namun tidak dapat mengolah bagian besi cor [2].
Mengambil contoh pemotong penggilingan paduan aluminium, kecepatan potong pemotong penggilingan baja kecepatan tinggi adalah 120~300m/menit. Kecepatan potong yang direkomendasikan untuk pemotong frais karbida merek Mapal bahan HP615 adalah 700m/menit, sedangkan pemotong frais yang terbuat dari bahan PCD dapat digunakan. Kecepatan potongnya adalah 1500~2000m/menit.
03
Pengaruh parameter pemotongan terhadap umur pahat dan efisiensi produksi
Untuk meningkatkan efisiensi pemesinan dan umur pahat, penting untuk menentukan apakah parameter pemotongan masuk akal dan menganalisis dampak setiap parameter pemotongan terhadap umur dan efisiensi pahat. Parameter pemotongan meliputi kecepatan potong (kecepatan linier), kecepatan pemakanan dan jumlah pemotongan balik, disebut juga dengan tiga elemen pemotongan.
3.1 Kecepatan potong vc
Hubungan antara kecepatan potong vc dan kecepatan spindel adalah vc=πDn/1000, dengan D adalah diameter efektif pahat/benda kerja (satuan: mm), dan n adalah kecepatan perkakas mesin (satuan: r/min ). Jika kecepatan potong terlalu tinggi, keausan sayap akan meningkat dan kualitas permukaan benda kerja akan menurun. Ketika kecepatan potong sangat tinggi, sisipan juga akan mengalami deformasi plastis. Kurva pengaruh kecepatan potong terhadap umur pahat ditunjukkan pada Gambar 1.
gambar
Gambar 1 Kurva pengaruh kecepatan potong terhadap umur pahat
3.2 Kecepatan umpan vf
Rumus perhitungan kecepatan pemakanan adalah vf=fZZnn, fZ adalah pemakanan pahat (satuannya adalah mm/z), Zn adalah jumlah tepi potong efektif (satuannya adalah satuan), n adalah kecepatan perkakas mesin (satuannya adalah putaran/menit). Jika kecepatan pengumpanan terlalu tinggi, chip akan menjadi tidak terkendali, dan kualitas permukaan mesin akan menurun. Daya potongnya tinggi, dan serpihannya akan berdampak pada pahat atau permukaan mesin. Kurva pengaruh kecepatan pemakanan terhadap umur pahat ditunjukkan pada Gambar 2.
gambar
Gambar 2 Kurva pengaruh kecepatan pemakanan terhadap umur pahat
3.3 Jumlah pisau belakang ap
Jumlah pemotongan bagian belakang mengacu pada perbedaan antara permukaan yang belum dipotong dan permukaan yang dipotong. Kurva pengaruh jumlah back cutting terhadap umur pahat ditunjukkan pada Gambar 3.
gambar
Gambar 3 Kurva pengaruh jumlah back cutting terhadap umur pahat
Di antara ketiga faktor pemotongan tersebut, kecepatan pemotongan, kecepatan pemakanan, dan jumlah pengikatan balik, semuanya berdampak pada umur pahat. Dampak dari jumlah pemotongan kembali adalah yang terkecil, kecepatan pemakanan mempunyai pengaruh yang lebih besar dibandingkan dengan jumlah pemotongan kembali, dan kecepatan potong mempunyai pengaruh yang paling besar terhadap umur mata pisau.
Untuk mendapatkan umur pahat yang tertinggi, arah parameter optimasinya adalah: memaksimalkan pengikatan kembali untuk mengurangi jumlah lintasan pahat; memaksimalkan laju umpan untuk mempersingkat waktu pemotongan; kurangi kecepatan potong untuk mendapatkan umur pahat terbaik.
Untuk meningkatkan efisiensi pengasaran, Anda dapat memulai dengan mengoptimalkan jumlah pemotongan bagian belakang. Jika terdapat banyak jalur pahat, tambah jumlah pemotongan balik dan kurangi jalur pahat, atau tambah jumlah pemotongan balik, kurangi kecepatan potong, dan tingkatkan umur pahat. , meningkatkan kecepatan umpan dan memastikan efisiensi pemrosesan.
3.4 Contoh penerapan
Flensa yang diproduksi oleh pabrik pemrosesan suku cadang kendaraan bermotor ditunjukkan pada Gambar 4. Solusi pemrosesan yang ada saat ini tidak efisien, dan berbagai parameter pemotongan perlu dioptimalkan untuk meningkatkan masa pakai alat dan efisiensi produksi.
gambar
Gambar 4 Flensa
Optimalkan rencana pemrosesan dengan meningkatkan jumlah pemotongan balik, mengurangi jalur pahat, dan mengurangi kecepatan pemotongan. Sebelum dilakukan optimasi, jalur pahat banyak dan semrawut, namun setelah dilakukan optimasi, jalur pahat menjadi jelas seperti terlihat pada Gambar 5 dan 6. Parameter sebelum dan sesudah optimasi terlihat pada Tabel 1. Setelah dilakukan optimasi, umur pahat bertambah dari 15 bagian menjadi 31 bagian.
gambar
Gambar 5 Mengoptimalkan jalur pahat depan
gambar
Gambar 6 Jalur alat yang dioptimalkan
Tabel 1 Parameter sebelum dan sesudah optimasi
gambar
Faktor yang mengukur kinerja pemotongan mata pisau adalah kecepatan potong. Sistem CNC membaca kecepatan spindel. Banyak programmer yang hanya mempertimbangkan kecepatan saat merancang program dan mengabaikan faktor diameter. Namun, dalam pemesinan sebenarnya, faktor diameter juga mempunyai pengaruh yang lebih besar. Mengambil contoh pembubutan, ketika diameter benda kerja D adalah 50mm dan kecepatan perkakas mesin n adalah 1000r/mnt, maka kecepatan linier vc=157m/mnt. Ketika diameter benda kerja D adalah 100mm dan kecepatan perkakas mesin n adalah 1000r/mnt, kecepatan linier vc=314m/mnt.
Menurut sampel alat, kecepatan potong 314m/mnt sangat tinggi, mendekati batas yang dapat ditahan oleh bilah karbida. Kecepatan potong yang tinggi dapat mempercepat proses keausan pahat dan mengurangi masa pakai pahat.
Dari sini terlihat bahwa untuk kecepatan perkakas mesin yang sama, diameter benda kerja yang berbeda, dan kecepatan potong pahat, bila umur pahat terlalu rendah, Anda dapat memeriksa apakah hal tersebut disebabkan oleh kecepatan potong yang terlalu tinggi.
04
Pengaruh tepi wiper terhadap efisiensi pemotongan
Bilah penghapus memiliki sudut ujung yang terdiri dari 3 hingga 9 busur dengan jari-jari berbeda, dan radius busur dapat mencapai lebih dari 900mm. Hubungan antara fillet ujung alat, jumlah umpan dan kualitas permukaan adalah
Rmaks＝fn²/8r(1)
Rmax (menghapus tepi)=Rmax/² (2)
Dalam rumusnya, fn adalah jumlah umpan (mm/r); r adalah radius fillet ujung pahat (mm); Rmax adalah perbedaan ketinggian antara puncak dan lembah permukaan pemotongan (mm).
Cara ini cocok untuk finishing pembubutan atau pemboran. Alat wiper sendiri tidak memiliki fungsi fast feed. Namun berdasarkan rumus sebelumnya dapat disimpulkan bahwa ciri-ciri alat wiper adalah: bila parameter pengolahannya sama maka kualitas permukaan alat wiper dapat ditingkatkan 1 kali lipat; bila kualitas permukaannya sama, kecepatan pengumpanan alat penghapus dapat ditingkatkan 1 kali lipat. .
Jika diperlukan kualitas permukaan yang sama, kecepatan pengumpanan yang lebih tinggi dapat digunakan saat menggunakan alat penghapus.
Mengambil pemrosesan permukaan ujung cangkang keluaran sebagai contoh peningkatan efisiensi, material benda kerja adalah QT500 dan nilai kekasaran permukaan Ra Diperlukan kurang dari atau sama dengan 1,6μm. Untuk meningkatkan waktu siklus, bilah penghapus digunakan. Dengan alasan memenuhi persyaratan kekasaran permukaan yang sama, kecepatan pengumpanan ditingkatkan dari 0,36 mm/r menjadi 0,5 mm/r. Nilai kekasaran permukaan yang diukur adalah Ra=1.33μm, dan umur bilahnya sama. Berbagai parameter pemrosesan menggunakan sisipan pemutar biasa dan sisipan wiper ditunjukkan pada Tabel 2. Permukaan ujung cangkang keluaran setelah optimasi ditunjukkan pada Gambar 7.
Tabel 2 Berbagai parameter pemrosesan sisipan pembubutan biasa dan sisipan wiper
gambar
gambar
Gambar 7 Tampilan ujung shell keluaran yang dioptimalkan
05
Pengaruh sudut defleksi utama terhadap efisiensi pemotongan
Jumlah umpan per gigi telah disebutkan dalam pengenalan singkat sebelumnya tentang konsep kecepatan umpan. Beberapa merek sampel alat merekomendasikan hex ketebalan chip maksimum sebagai parameter pemotongan, bukan jumlah umpan per gigi. Karena yang menentukan jumlah umpan adalah hex ketebalan chip maksimum dan sudut depan pahat. Rumus konversinya adalah hex=fzsinKr.
Jika sudut defleksi utama adalah 90 derajat , fz=hex, ketebalan chip maksimum pahat sama dengan jumlah umpan per gigi. Ketika sudut defleksi utama berkurang, kecepatan pengumpanan dapat ditingkatkan.
Mengambil pemotong frais bahu persegi (lihat Gambar 8) sebagai contoh, jumlah gigi ZN dari pemotong frais bahu persegi 90 derajat adalah 5 seruling, n=1000r/mnt, hex=0.2mm , fz=0.2mm/z, kecepatan pengumpanan alat mesin vf =0.2×5×1000=1000 (mm/mnt).
gambar
a) Diagram struktur pemotong frais bahu persegi
gambar
b) Benda fisik
Gambar pemotong frais bahu persegi 8 90 derajat
Pemotong penggilingan muka sudut depan 45 derajat (lihat Gambar 9) ZN memiliki 5 seruling, n=1000r/mnt, hex=0.2mm, fz=hex /sin45 derajat {{8} }.282mm/z, maka kecepatan pengumpanan alat mesin vf=0.282× 5×1000=1410 (mm/mnt).
gambar
a) Diagram struktur pemotong frais muka
gambar
b) Benda fisik
Gambar pemotong frais bahu persegi 9 45 derajat
Pemotong penggilingan muka sudut depan 10 derajat (lihat Gambar 10) ZN memiliki 5 sisi, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz= hex/sin10 derajat {{8} }.156mm/z, maka kecepatan pengumpanan alat mesin vf=1.156× 5×1000=5780 (mm/mnt).
gambar
a) Sinyal
gambar
b) Benda fisik
Gambar pemotong frais bahu persegi 10 10 derajat
Ringkasnya, pada kecepatan putaran yang sama pada jenis sudu yang sama, semakin kecil sudut defleksi utama maka semakin tinggi kecepatan pengumpanan yang dapat digunakan. Perlu dicatat bahwa pemotong penggilingan bahu persegi 90 derajat sebagian besar menanggung gaya radial, dan gaya aksial mendekati nol. Saat sudut defleksi utama berkurang, dengan mengambil contoh pemotong penggilingan sudut defleksi utama 10 derajat, alat ini terutama menanggung gaya aksial. Gaya radialnya sangat kecil. Semakin kecil sudut defleksi utama, semakin besar kecenderungan getaran dan semakin besar pula daya yang dikonsumsi.
06
Pengaruh metode pengolahan terhadap efisiensi pemotongan
Jalur pahat pemotong juga mempunyai pengaruh yang besar terhadap efisiensi pemesinan. Misalnya, metode penggilingan dinamis yang populer saat ini adalah metode penggilingan trochoidal yang efisien dengan volume pemotongan belakang yang besar dan lebar pemotongan yang kecil. Perbedaan dari penggilingan trochoidal konvensional adalah bahwa proses penggilingan dinamis secara ketat mengikuti hex ketebalan chip yang konstan. Memiliki tingkat penghilangan logam yang tinggi. Karena penggilingan dinamis dapat memastikan gaya pemotongan yang konstan selama pemotongan pahat, kecepatan pemrosesan menjadi cepat dan stabil.
Mengambil penggilingan kontur luar badan katup sebagai contoh untuk menggambarkan dampak metode pemrosesan terhadap efisiensi pemotongan. Benda kerja terbuat dari baja tahan karat. Kesulitannya adalah rasio panjang pahat terhadap diameter mencapai 4 kali diameter sehingga menimbulkan getaran pada saat pengerjaan. Rencana awal menggunakan pemotong penggilingan bahu persegi sisipan yang dapat diganti, yang menghasilkan getaran pemotongan yang besar karena rasio aspek yang besar. Tidak dapat memproses secara normal. Dioptimalkan untuk menggunakan pabrik akhir karbida, kapasitas pemotongan belakang yang besar, lebar pemotongan kecil, dan metode penggilingan dinamis. Simulasi jalur alat milling dinamis ditunjukkan pada Gambar 11, dan parameter perbandingan ditunjukkan pada Tabel 3.
gambar
Gambar 11 Simulasi jalur alat milling dinamis
Tabel 3 Perbandingan parameter
gambar
07
Tingkatkan efisiensi pemesinan dengan perkakas komposit
Untuk produk bervolume tinggi, perkakas komposit biasanya digunakan untuk meningkatkan efisiensi produksi, seperti bor talang, perkakas bor komposit (lihat Gambar 12), dll.
gambar
Gambar 12 Alat pengebor majemuk
Perkakas komposit menggunakan satu perkakas untuk memproses beberapa langkah kerja, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan dan menghemat waktu penggantian pahat pada beberapa perkakas. Alat potong komposit juga mempunyai banyak kekurangan. Kelemahan terbesarnya adalah tidak universal. Alat potong tersebut hanya dirancang untuk benda kerja tertentu dan tidak dapat digunakan secara universal dengan benda kerja lainnya [3].
08
Kesimpulan
Artikel ini memberikan enam cara untuk mengoptimalkan alat pemotong, yang dapat memberikan panduan untuk meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi biaya. Metode optimasi alat harus fleksibel dan perlu dilakukan berdasarkan praktik. Sebelum optimasi, penting untuk menganalisis proses kemacetan, mengoptimalkan alat secara tepat sasaran, dan memahami poin-poin penting untuk memecahkan masalah sesuai dengan kondisi produksi tertentu.
