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重新裝配改善粗銑加工操作

時(shí)間:2017/12/15文章來源：山一數(shù)控分享到：

刀片的破裂對(duì)生產(chǎn)能力造成的影響將是難以估量的(尤其是在近期訂單量增長(zhǎng)了一倍之多的重壓下)。McGill Machine Works公司的生產(chǎn)協(xié)調(diào)員Rich Bauer在一次粗銑加工過程中，就遭遇了這一情景。不過，通過對(duì)設(shè)備重新裝配的切削刀具，如今Ingersoll公司的生產(chǎn)能力已實(shí)現(xiàn)了80%的增長(zhǎng)，并且該刀具的使用壽命是原刀具的8倍，Bauer表示。

Bauer所在的機(jī)械裝備車間共擁有10名員工。該車間每天運(yùn)行22h，每周5天，而Bauer的主要工作是對(duì)高鉻鋼材料進(jìn)行粗銑加工，制成D-2鍛件，用作釘槍機(jī)構(gòu)上的易磨損零件。經(jīng)過粗加工后的矩形成品零件尺寸為：2.5in(1in=25.4mm)長(zhǎng)，1.25in寬，0.350in厚(最窄處為0.194in)。在粗加工中，通過面銑和方肩端銑的方式對(duì)原材料進(jìn)行銑削，使其重量減少了一多半。這一操作時(shí)間占據(jù)了整個(gè)機(jī)械加工流程的80%。隨后進(jìn)行鉆孔、開槽，最終將其車成圓角，來消除存在應(yīng)力集中的交角。接著對(duì)該零件進(jìn)行熱處理，使之達(dá)到60～62HRC，并涂敷氧化物涂層。

圖1 McGill Machine Works使用Ingersoll公司制造的新型Di-Pos Hexa平面銑刀，對(duì)存在操作難度的D-2存貨進(jìn)行了重新裝配，從而改善了粗銑加工操作。刀具壽命得到了延長(zhǎng)，生產(chǎn)能力提升了80%，運(yùn)行過程中的噪聲水平降低，并且也不會(huì)因?yàn)榍邢饕涸斐膳K亂現(xiàn)象

盡管Bauer最初使用的是專門為高鉻鋼設(shè)計(jì)的刀片，在他看來，能夠在5個(gè)此類刀片碎裂之前將其取出來，就已經(jīng)是足夠幸運(yùn)的了。他嘗試降低材料去除率，然而這作用不大。他說，當(dāng)使用Kia vx 500數(shù)控立式加工中心來加工零件時(shí)，需要耗費(fèi)51min才能完成整個(gè)粗加工流程。其中，該設(shè)備采用的是直徑為2 in的四節(jié)錐角式平面銑刀(采用合成的冷卻液)，并且設(shè)置為625sfm、10in/min和切削深度0.050in。在這些條件下，每4～5個(gè)刀片中，就會(huì)有一個(gè)出現(xiàn)碎裂。增加切削深度會(huì)導(dǎo)致切屑堵塞。加工過程通常會(huì)產(chǎn)生重?fù)粼肼?，以及粉末狀的切屑——這是硬質(zhì)零件機(jī)械加工的特點(diǎn)。

“工具的損毀是我們所面臨的主要挑戰(zhàn)，但同時(shí)我們也在尋求提高生產(chǎn)能力?！盉auer說道。促成上述變化的是一封來自Ingersoll公司的宣傳電郵：其中介紹了該公司最新制造的高效Di-Pos Hexa平面銑刀。在與現(xiàn)場(chǎng)代表Jarett Johnson進(jìn)行嘗試性的溝通后，Bauer獲得了一個(gè)新工具，以及隨附的推薦參數(shù)和對(duì)停止使用冷卻液的建議。

圖2 這種由Ingersoll公司制造的Di-Pos Hexa易切式平面銑刀，在金屬的堅(jiān)硬表面下進(jìn)行切削，產(chǎn)生均勻一致的切屑，并且將工具和工件在機(jī)械加工中產(chǎn)生的切削熱帶走。其上的先進(jìn)涂層減小了摩擦力，并且為刀片基層提供了隔熱保護(hù)

Bauer說他沒法立刻抽身去試驗(yàn)這種新型刀具，但當(dāng)他在隨后的幾天內(nèi)采用了隨附的參數(shù)后，他決定一試。盡管來自Quality Tools and Abrasives的經(jīng)銷商Johnson和Mike Toleman試圖提供幫助，但Bauer認(rèn)為重新裝配并不難，因此不需要手把手的輔導(dǎo)。

在試驗(yàn)中，他采用了Johnson推薦的參數(shù)，并且按照他的提議停止了對(duì)冷卻液的使用。對(duì)于直徑為2in的六節(jié)錐角式Di-Pos Hexa刀具，其具體設(shè)置為：500sfm、40in/min和切削深度0.075in。這類刀具的運(yùn)轉(zhuǎn)周期僅為28min，并且刀片的壽命延長(zhǎng)到了先前的6倍之久。同時(shí)，表面修整也得到了改善，并控制在了30～60微英寸的規(guī)范水平內(nèi)。在提高材料去除率的同時(shí)，主軸負(fù)載儀也很少再超過50%的水平，并且運(yùn)行過程中的噪聲水平也有所降低。所形成的切屑呈現(xiàn)均勻一致的C型，表明這是一種充分的易切式操作。

“在堅(jiān)硬的材料上進(jìn)行干式處理看起來似乎是不可能的，但切削液往往會(huì)產(chǎn)生熱沖擊，這會(huì)對(duì)現(xiàn)有的高性能刀片的涂層造成損傷?！盝ohnson說道，“此外，Di-Pos Hexa刀具在運(yùn)行時(shí)的溫度很低，因此最初無需使用切削液?！?/span>

圖3 注意該刀片的易切式幾何結(jié)構(gòu)。據(jù)Ingersoll公司稱，雙面刀片都較薄，刀具上較大的溝槽是為了方便增加切削深度而設(shè)計(jì)的

在進(jìn)行了數(shù)次試驗(yàn)后，Bauer減少了進(jìn)料，試圖令表面修整精度達(dá)到25微英寸的水平(此時(shí)的設(shè)置為20in/min，其他參數(shù)保持不變)。這一變動(dòng)使周期延長(zhǎng)至39min，但仍然要比之前縮短了25%。刀具壽命同樣也得到了提升，現(xiàn)如今，車間使用的一件刀具，其壽命相當(dāng)于之前所采用的八件刀具之久，這成為了McGill公司在該項(xiàng)加工流程中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)?，F(xiàn)今，刀具碎裂的難題已被攻克。該公司采用了一種側(cè)面磨損的故障模式，為加工流程提供更多保障。

“由于縮短了用于工具維修的停機(jī)時(shí)間，因此工序時(shí)間得到了極大地改善?！盉auer說道，“我們能夠使用一套刀具來完整地運(yùn)行一次以上的輪班，并且期間不會(huì)發(fā)生刀片破裂的事故?！彼罍y(cè)，對(duì)刀具的重新裝配可以在每年為McGill公司總共節(jié)省大約10000美元的成本費(fèi)用。

除了Di-Pos Hexa刀具材料的加熱硬化性能以外，還有幾個(gè)關(guān)鍵性的因素可以用來解釋其在D-2上的出色表現(xiàn)?！笆紫?，刀片同時(shí)具有軸向和徑向的前削度，切削動(dòng)作更傾向于劈裂，而非刮削。因此，這會(huì)產(chǎn)生切削力和熱量。”Johnson說道。

圖4 這張正面及背面視圖展示了原料與成品零件的對(duì)比。在經(jīng)過粗加工后，原工件的重量減少了一半之多

第二個(gè)因素是，刀片表面的先進(jìn)涂層減小了摩擦力，并且為刀片基層提供了隔熱保護(hù)，使其免受機(jī)械加工產(chǎn)生的熱量的影響?！爱?dāng)切屑從切削區(qū)域甩落時(shí)，該涂層將機(jī)械加工產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到了切屑上，從而冷卻了工具和工件。在對(duì)上百次的使用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，證實(shí)了該涂層一般能夠?qū)⒌镀阅芴嵘?5%，即便所處理的是硬質(zhì)材料?！盝ohnson說道。

Di-Pos Hexa刀具還包括其他特點(diǎn)，比如刀具上的刀片較厚，溝槽較大，這就使其能夠?qū)崿F(xiàn)0.230in的切削深度，并且不會(huì)造成切屑堵塞。Johnson說道：“在處理易于加熱硬化的材料時(shí)，諸如D-2，尤其需要注意增加其切削深度。無論你是否意識(shí)到，只有當(dāng)切削刃到達(dá)硬化材料的表面下方，并且進(jìn)入內(nèi)層更柔軟的材料中時(shí)，你所進(jìn)行的操作才稱得上是對(duì)硬質(zhì)零件的機(jī)械加工。”

McGill公司是首個(gè)使用由Ingersoll公司生產(chǎn)的Di-Pos Hexa刀具的用戶。這家主營(yíng)工具加工設(shè)備的公司最近引入了這一刀具，用于方肩銑削和主動(dòng)斜坡修整操作。盡管刀片是雙面的，但其切削刃同時(shí)具有軸向和徑向的前削度。

為了維護(hù)車間的良好運(yùn)行，經(jīng)銷商Quality Tools and Abrasives公司在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，其內(nèi)存放了在公司內(nèi)使用的各種類型的刀片。在McGill公司購(gòu)買的刀片中，產(chǎn)自Ingersoll公司的刀片大約占據(jù)了3/4。

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