Gereedschappen en parameters spelen nog steeds een sleutelrol bij het machinale succes

Inleiding

Hoewel de onderdelen, werkstukmaterialen en bewerkingsprocessen waarmee ze werken sterk verschillen, delen alle fabrikanten het doel om een ​​bepaald aantal werkstukken van een gewenste kwaliteit te bewerken, in een bepaalde tijd en tegen een passende prijs.

Fabrikanten bereiken hun doelen doorgaans door een model met een beperkt perspectief te volgen dat begint met gereedschapsselectie en toepassing en problemen op een reactieve basis oplost. Het omkeren van die benadering zal leiden tot kostenbesparingen en meer efficiëntie. In plaats van te wachten tot er zich problemen voordoen en vervolgens individuele bewerkingen aan te passen, moeten fabrikanten zich eerst richten op proactieve preplanning om afgekeurde onderdelen en uitvaltijd te elimineren. Nadat een stabiel en betrouwbaar proces is vastgesteld, kunnen de concepten van productie-economie worden toegepast om een ​​evenwicht te bereiken tussen productiesnelheid en productiekosten. Door een zorgvuldige selectie van snijgereedschappen en bewerkingsparameters kunnen fabrikanten vervolgens hun activiteiten volledig optimaliseren en hun productiedoelen bereiken.

Selectie van gereedschappen en snijomstandigheden

De selectie van metaalsnijgereedschap is meestal toepassingsgericht:een winkel zoekt een gereedschap om een ​​bepaald werkstukmateriaal zoals staal of aluminium te bewerken, of om een ​​specifieke bewerking uit te voeren, zoals voorbewerken of afwerken. Een voordeligere benadering van gereedschapsselectie begint met het overwegen van hoe de bewerking in het algemeen past in het bedrijf van een fabrikant.

De eerste prioriteit van een dergelijke aanpak is het waarborgen van de procesbetrouwbaarheid en het voorkomen van afgekeurde onderdelen en ongeplande uitvaltijd. Betrouwbaarheid, generiek omschreven, is een kwestie van regels respecteren. Als een werkplaats de effecten van snij-, thermische en chemische krachten op het gereedschap niet herkent en respecteert, wordt betrouwbaarheid vervangen door gereedschapsfalen.

Nadat een stabiel proces tot stand is gebracht, moeten de gereedschapskenmerken en snijomstandigheden worden gekozen om te voldoen aan de algemene doelstellingen van de metaalbewerkingsindustrie. Het maximaliseren van de output tegen minimale kosten kan bijvoorbeeld de belangrijkste overweging zijn bij massaproductie van eenvoudige onderdelen. Maar aan de andere kant, bij high-mix, low-volume productie van waardevolle complexe onderdelen, moeten totale betrouwbaarheid en nauwkeurigheid worden benadrukt voordat de productiekosten worden aangepakt. Flexibiliteit is een vereiste voor gereedschapssystemen die worden toegepast in dergelijke scenario's met kleine batches.

Als kostenefficiëntie een primaire doelstelling is, moet de tooling worden geselecteerd op basis van lage kosten per snijkant en moet de keuze van de snijomstandigheden in balans zijn met die selectie. Bewerkingsparameters moeten de nadruk leggen op een lange standtijd en de betrouwbaarheid van het proces. Als daarentegen de kwaliteit van het werkstuk de hoogste prioriteit heeft, is precisiegereedschap met hoge prestaties, toegepast onder geschikte snijomstandigheden, de juiste benadering. Wat het doel ook is, elke verschillende reeks doelen leidt tot de selectie van verschillende snijomstandigheden en gereedschappen.

Snijcondities selecteren en aanpassen

Bij de initiële planning van het bewerken van een nieuw onderdeel, moet de selectie van gereedschaps- en snijomstandigheden beginnen met aandacht voor de bewerkingsmethode, gereedschapsgeometrie en gereedschapsmateriaal. Het onderdeel dat wordt bewerkt, zal grotendeels die vereisten bepalen. Een luchtvaartcomponent op nikkelbasis kan bijvoorbeeld profielfrezen dicteren met een volhardmetalen vingerfrees met positieve geometrie. De keuze wordt geleid door de basisdoelen van de werkplaats in termen van productiesnelheid, kosten en kwaliteit van de werkstukken, en is afhankelijk van de snedediepte, voedingssnelheid en snijsnelheid die kunnen worden toegepast om die doelen te bereiken.

Een ander selectieproces is geschikt om bestaande bewerkingen voor het maken van onderdelen aan te passen om betere resultaten te behalen in termen van productiviteit, zuinigheid of betrouwbaarheid. In deze gevallen wordt een stapsgewijze aanpak aanbevolen, te beginnen met veranderingen in snijomstandigheden, vervolgens geometrieën, snijmaterialen, gereedschapsconcepten en ten slotte bewerkingsmethoden. De meeste werkplaatsen werken met name in de tegenovergestelde volgorde en overwegen eerst om gereedschappen of bewerkingsmethoden te veranderen wanneer ze proberen de bewerkingsresultaten te verbeteren.

Een veel gemakkelijkere en meestal effectieve eerste benadering begint met het wijzigen van de snijparameters. Snijomstandigheden hebben een breed scala aan invloed, en het wijzigen van de snijsnelheid of voedingssnelheid met een nominaal bedrag kan een probleem oplossen of de productiviteit verhogen zonder de kosten of tijd die nodig zijn voor het wisselen van gereedschap.

Als het wijzigen van de snijparameters niet het gewenste effect oplevert, kunnen er wijzigingen worden aangebracht in de geometrie van het snijgereedschap. Deze stap is echter ingewikkelder dan alleen het wijzigen van parameters, vereist de toepassing van nieuwe gereedschappen en verhoogt de gereedschaps- en machinetijdkosten. Een omschakeling in snijgereedschapmaterialen is een ander alternatief, maar brengt ook meer tijd en geld met zich mee. Het kan nodig zijn om de snijgereedschappen of houders zelf te vervangen, maar dit verhoogt de mogelijkheid om over te stappen op op maat gemaakte gereedschappen, wat allemaal de productiekosten verder kan verhogen.

Als al deze stappen niet het gewenste resultaat opleveren, kan een wijziging in de bewerkingsmethode noodzakelijk zijn. De sleutel is om de veranderingen op een weloverwogen, stapsgewijze manier te onderzoeken, zodat duidelijk wordt welke factoren daadwerkelijk het gewenste resultaat opleveren.

Omdat het een snelle en gemakkelijke aanpak lijkt te zijn, gebruiken veel winkels CAM-systemen om hun gereedschapsselectie te begeleiden. Die methode is in veel gevallen effectief, maar levert mogelijk geen optimale resultaten op. Een CAM-systeem houdt geen rekening met het volledige scala van individuele operationele kenmerken. Het toepassen van bijvoorbeeld een frees is niet zomaar een kwestie van snelheid, voeding en DOC inpluggen. Optimale toepassing omvat factoren variërend van het aantal tanden in de frees, hoe goed de spanen worden afgevoerd en de sterkte van het gereedschap, tot de stabiliteit van de freesmachine. Het is noodzakelijk om al deze factoren te erkennen om de doelstellingen van een fabricageproces volledig te bereiken, of het nu gaat om verspaningssnelheid, standtijd, oppervlakteruwheid of economie.

Snelheid, voeding en snedediepte

Veel winkelmanagers zijn van mening dat het eenvoudigweg verhogen van de snijsnelheden meer onderdelen per tijdsperiode zal produceren en daardoor de productiekosten zal verlagen. Er zijn echter meer elementen van productiekosten dan alleen het outputvolume. Een voorbeeld is een bewerking waarbij het wisselen van een gereedschap halverwege de bewerking een nadelig effect zou hebben op de kwaliteit van het onderdeel en de bewerkingstijd.

Een hogere snijsnelheid zou resulteren in een snellere productie, maar de standtijd zou afnemen. De bewerkingskosten zouden stijgen als gevolg van frequentere gereedschapsvervangingen en meer stilstand van de machine tijdens de veranderingen.

Het verhogen van de snijsnelheid verkort de standtijd van het gereedschap en kan een bewerking minder stabiel maken, terwijl het veranderen van de snedediepte of de voedingssnelheid een minimaal effect heeft op de standtijd. De beste resultaten zijn dan ook het resultaat van een uitgebalanceerde aanpak die gepaard gaat met lagere snijsnelheden en een proportionele toename van de voedingssnelheid en de snedediepte. Door de grootst mogelijke snedediepte te gebruiken, wordt het aantal benodigde zaaggangen verminderd en wordt de bewerkingstijd verkort. De voedingssnelheid moet ook worden gemaximaliseerd, hoewel de kwaliteit van het werkstuk en de oppervlakteafwerking kunnen worden beïnvloed door te hoge voedingssnelheden.

In een algemeen voorbeeld zal het verhogen van de snijsnelheid van 180 m/min naar 200 m/min de verspaningssnelheid met slechts ongeveer 10 procent verhogen, maar zal dit een negatief effect hebben op de standtijd. Het verhogen van de voedingssnelheid van 0,2 mm/omw naar 0,3 mm/omw zal de verspaningssnelheid met 50 procent verhogen, met een minimaal of geen effect op de standtijd.

In de meeste gevallen zullen verhogingen van de voedingssnelheid en de snedediepte bij dezelfde of lagere snijsnelheden de verspaningssnelheid van een bewerking verhogen tot die welke wordt bereikt door alleen hogere snijsnelheden. Een van de voordelen van werken met een combinatie van lagere snijsnelheden met grotere voedingen en kleinere snedediepte is een lager energieverbruik.

De laatste stap bij het optimaliseren van snijomstandigheden is het selecteren van een geschikt criterium in termen van minimale kosten of maximale productiviteit en het gebruik van snijsnelheid om het bereiken van dat criterium nauwkeurig af te stemmen. Een model ontwikkeld aan het begin van de 20e eeuw door de Amerikaanse werktuigbouwkundige F.W. Taylor kan die keuze begeleiden.

Het model laat zien dat er voor een bepaalde combinatie van snedediepte en voeding een bepaald venster is voor snijsnelheden waarbij de slijtage van het gereedschap veilig, voorspelbaar en controleerbaar is. Bij het werken in dat venster is het mogelijk om de relatie tussen snijsnelheid, gereedschapsslijtage en standtijd te kwalificeren en te kwantificeren. Het doel is een hogere snijsnelheid die de machinetijd verlaagt, maar de snijgereedschapskosten niet overdreven verhoogt door versnelde gereedschapsslijtage.

Gereedschapssubstraat en geometrie

Aanvullende stappen bij het optimaliseren van gereedschapstoepassing kunnen fijnafstemming van de kenmerken van het gereedschapssubstraat en de geometrie omvatten. Net zoals het aanpassen van de snijomstandigheden inhoudt dat er afwegingen moeten worden gemaakt die afhankelijk zijn van de gewenste resultaten, vereist het maximaliseren van de productiviteit door veranderingen in het gereedschapssubstraat een evenwicht tussen de eigenschappen van het substraat.

Omdat de snijkant van een gereedschap harder moet zijn dan het materiaal dat het snijdt, is hardheid een belangrijk gereedschapskenmerk. Hoge hardheid, vooral bij verhoogde temperaturen die worden gegenereerd bij machinale bewerkingen met hoge snelheid, zal de standtijd verlengen. Een harder gereedschap is echter ook brozer. Ongelijke snijkrachten die optreden bij het voorbewerken, vooral bij onderbroken sneden met schaal of variërende snedediepten, kunnen ertoe leiden dat een hard snijgereedschap breekt. Instabiliteit in de werktuigmachine, opspaninrichting of werkstuk kan ook een storing veroorzaken.

Omgekeerd zal het verhogen van de taaiheid van een gereedschap door bijvoorbeeld een hoger percentage kobaltbindmiddel toe te voegen, een gereedschap in staat stellen om impact te weerstaan. Maar tegelijkertijd maakt de verminderde hardheid een gereedschap onderhevig aan snelle slijtage en/of vervorming bij bewerkingen met hogere snelheid of bij het bewerken van schurende werkstukken. De sleutel is om de gereedschapseigenschappen in evenwicht te brengen in het licht van het werkstukmateriaal dat wordt bewerkt.

Het kiezen van gereedschapsgeometrieën brengt ook afwegingen met zich mee. Een positieve snijgeometrie en een scherpe snijkant verminderen de snijkrachten en maximaliseren de spaanstroom. Een scherpe rand is echter niet zo sterk als een ronde. Geometrische kenmerken zoals T-landen en afschuiningen kunnen worden gemanipuleerd om de snijkant te versterken.

Een T-land - een versterkingsgebied achter de snijkant - dat in een positieve hoek is geplaatst, kan voldoende sterkte bieden om specifieke bewerkingen en werkstukmaterialen aan te kunnen en snijkrachten zoveel mogelijk te minimaliseren. Een afschuining vlakt het zwakste deel van een scherpe snijkant af, ten koste van verhoogde snijkrachten. "Harde" spaanbeheersingsgeometrieën leiden de spanen door een relatief scherpe hoek om ze onmiddellijk te krullen en te breken. Deze geometrieën kunnen effectief zijn bij langspanige materialen, maar leggen een extra belasting op de snijkant. "Zachte" spaanbeheersingsgeometrieën belasten de snijkant minder, maar genereren langere spanen. Verschillende geometrische kenmerken - evenals bewerkingen van gereedschapskanten zoals slijpen - kunnen worden gecombineerd om de snijprestaties in specifieke werkstukmaterialen te optimaliseren.

Conclusie

Opgemerkt moet worden dat hoewel het personeel op de werkvloer en misschien productie-ingenieurs zich nogal zorgen maken over de snijomstandigheden en de productiviteit die ze vertegenwoordigen, managers op een hoger niveau zich niet zo bezig houden met die cijfers als met de zakelijke doelstellingen van de productieactiviteiten als geheel. Degenen die de keuzes maken voor snijomstandigheden en snijgereedschappen, moeten eerst nadenken over de bredere doelen van de bewerkingsactiviteiten van hun bedrijf en deze gebruiken om de selectie van snijcondities en gereedschappen te sturen die prestaties leveren die het bereiken van die doelen mogelijk maken.

Veelzijdigheid van gereedschappen voor moderne productiescenario's

De productie verschuift van massaproductie met een hoog volume naar scenario's voor machinale bewerking met een hoge mix en een lager volume als gevolg van een toenemend gebruik van just-in-time productiestrategieën en de groei van outsourcing. Onderaannemers produceren steeds vaker kleinere batches op een intermitterende maar repetitieve basis. Het balanceren van productiviteit en gereedschapskosten vereist gereedschap dat veelzijdigheid en flexibiliteit biedt over een breed toepassingsvenster. Door het aantal verschillende gereedschappen in de werkplaats te minimaliseren, wordt de gereedschapsbehandelingstijd verkort en de beschikbare tijd voor machinale bewerkingen vergroot.

De traditionele manier om de productiviteit te verhogen in een individuele bewerking met grote series identieke onderdelen, is door gereedschap toe te passen dat speciaal is ontworpen voor dat specifieke proces. Het ontwerpen en implementeren van speciaal gereedschap is de moeite waard als de kosten kunnen worden afgeschreven over een lange productierun.

Het balanceren van productiviteit en gereedschapskosten in variabele situaties met kleinere batches kan echter beter worden bereikt met veelzijdige "universele" gereedschappen die flexibiliteit bieden over een breed toepassingsgebied. Deze gereedschappen verminderen de uitvaltijd door de tijd te minimaliseren die nodig is om een ​​nieuw gereedschap in te wisselen wanneer het werkstuk verandert. Ze elimineren ook de noodzaak om nieuwe tools in te stellen en te testen.

Een voorbeeld van dergelijk gereedschap is de serie Seco Turbo-frezen. Deze tools bieden veelzijdigheid in een breed scala aan toepassingen om een ​​combinatie van kosteneffectiviteit en hoge prestaties te bieden. De positieve snijgeometrie van de frezen vermindert het stroomverbruik, wat leidt tot een langere standtijd en de mogelijkheid voor grotere snedediepten en voedingen.

Een andere benadering van universele gereedschappen omvat het samenstellen van een set gereedschappen die geschikt zijn voor een verscheidenheid aan toepassingen. Seco Selection-tools zijn ontworpen om flexibiliteit te bieden. De geselecteerde groep omvat een beperkt aantal tools die niet noodzakelijkerwijs absolute maximale productiviteit of kostenefficiëntie bieden in elke toepassing. De gereedschappen zullen echter de beste en meest economische keuze zijn wanneer maximale flexibiliteit gewenst is om een ​​snel veranderende verscheidenheid aan werkstukmaterialen en componenten te bewerken.

Eerder vermeld op SecoTools.com.