Metaalbewerking meesteren: Bewezen strategieën om cruciale technische uitdagingen te overwinnen

Als het om metaalsnijden gaat, zijn tijd en kwaliteit vaak in tegenspraak met elkaar, helaas. Onderdelenkwaliteit en machineproblemen zullen opduiken die een verandering in de status quo kunnen vereisen, zeggen metaalbewerkingsspecialisten in het veld. Zie hoe drie specialisten systemische uitdagingen diagnosticeren en behandelen.

Thermische barsting. Deformatie. Kuilinslijting. Nee, dit zijn geen sciencefiction-termen over kaale en verlaten manen en planeten, beschadigde ruimteschepen of een beschrijving van vreemde, anders-wereldse wezens. Dit zijn termen over de warmte-gerelateerde fouten van snijgereedschappen wanneer ze uit de nabijke op microscopisch niveau bekeken worden. Maar er zijn genoeg andere typen gereedschapsbeschadiging—sommige van welke te maken hebben met mechanische fouten.

Wat maakt het uit, zeg je? Snijgereedschappen moeten hun werk doen en dan uitgeweisseld en geschroot worden. Je doet een nieuw gereedschap erin, gaat terug aan de slag en vergeet het, toch? Als het zo simpel was. Uitgebreide gereedschapsbeschadiging is vaak een symptoom van grotere systemische en onderling verbonden factoren—en het vereist de juiste diagnose voor behandeling.

MSC metaalbewerkingsspecialisten Ray Gavin, Brian Laffey en Mac Allsup praatten recent met ons over veelvoorkomende en ongewone technische snijgereedschapsuitdagingen die ze regelmatig observeren en onderzoeken. Het is absoluut waar dat snijgereedschapsplaten verwacht worden te slijten en vervangen te worden, leggen ze uit. Het issue is hoe fabrikanten hun snijgereedschappen in machines gebruiken om kwaliteitsonderdelen te leveren op een productierun-schema—wat betekent een specifiek aantal onderdelen dat dagelijks gemaakt wordt.

"Als het aankomt op klanten, beginnen we met beoordelen waar ze staan en waar ze naartoe moeten," zegt Gavin. Op het meest basale niveau, gaat het om het begrijpen van hun doelen, "zoals hebben ze meer onderdelen per dag nodig, of willen ze hogere kwaliteitsonderdelen produceren?"

Vaak is het antwoord beide, maar dan beginnen de problemen—en over de tijd beïnvloedt het het bedrijf. Tijd en kwaliteit zijn in tegenspraak met elkaar, helaas. Gereedschappen moeten vaker uitgeweisseld worden—wat de eerste paar keer misschien niet als een groot deel lijkt—maar dan kan de machine-downtime echt beginnen de productielevering te beïnvloeden, leggen ze uit. Het begrijpen hoe de onderliggende issue te behandelen kan diepere root cause analyse vereisen.

Bezorgd over toolingkosten? Leer hoe de waarde van tooling beter te meten met technische begeleiding.

Alledaagse snijgereedschaps- en bewerkingsprobleemgebieden

Wat voor soort issues zien ze op de werkvloer elke dag? Collectief vinden deze veldtechnici dat gereedschappen beschadigd worden en onderdelen niet correct uitkomen door niet de juiste koelmiddeltoepassing te hebben of omdat de snijhoek of "geometrie" van de plaat niet correct ingesteld is—of de machine niet op de juiste snelheid draait voor het bewerkte materiaal en gereedschaptype.

Anecdotisch, het type fouten dat ze het meest zien, zijn meer mechanisch dan de fouten van te veel of te weinig warmte, en ze omvatten: Flankinslijting, uitsplitsing, snijdiepte-kerven en breuk. Temperatuur is echter bijna altijd een factor in alles wat te maken heeft met metaalsnijden—dus dingen groeperen in termen van warmte vs. mechanische fout kan te simplistisch zijn.

Root cause fout is niet zo binair als temperatuur of mechanische slijtage, wat spreekt tot de complexiteit van het diagnosticeren van metaalbewerkingsproblemen. Als het om metaalsnijden gaat, zijn warmte en mechanische issues intim verbonden. Het betekent meestal dat de oorzaak van de fout meer aan het ene gebied dan het andere toegeschreven kan worden, leggen de specialisten uit.

Van de warmte-gerelateerde fouten, is een van de meer voorkomende thermische barsting. Waarom is dat? "Koelmiddel wordt niet correct toegepast op het snijpunt," zegt Gavin. "Als spannen gecreëerd worden door snijden en koelmiddel wordt toegepast, kunnen de spannen zelf in de weg zitten. Door-het-gereedschap koeling kan helpen."

Deze "op-het-punt-van-de-snede" technologie stelt koelmiddel in staat om op twee verschillende posities van boven en onder de gereedschapshouder te worden toegepast. Wanneer gebruikt, is het resultaat meestal veel betere spaankontrole en minder kans op spaan-gerelateerde blessures wanneer freeskundigen erin gaan om lange spaanstrengen te verwijderen en gesneden worden, zegt Gavin.

Alle drie specialisten zeggen ze zien heel weinig kuilinslijting of deformatie, maar het gebeurt wel in toepassingen met titanium, ijzer en hoge-temperatuur legeringen en in sommige ultra-hoge-snelheid operaties. Om enkele van de meer veelvoorkomende technische probleemgebieden beter te illustreren, hier zijn verschillende real-world situaties die de specialisten tegenkwamen—en hoe ze de issues oplosten.

Uitdaging: Breuk

Real-World Voorbeeld: Een grote luchtvaartfabrikant bewerkte met Iconel (van "50 Rockwell" sterkte) met een vlakke frees. Het te bouwen onderdeel is 50 tot 60 inch in diameter, en freeskundigen gebruikten carbide frezen en vlakke pads (bewerkingspads op het onderdeel). Het duurde 20 uur om één onderdeel te frezen omdat het materiaal super tough was, en ze moesten de machine heel langzaam laten draaien, dan stoppen omdat de gereedschappen niet meer effectief waren. Toollevensduur was verschrikkelijk en productiviteit was voorspelbaar slecht.

Oplossing: Laffey adviseerde een keramische frees te gebruiken en maakte een kleine aanpassing aan het snijpad zodat het materiaal beter gesneden kon worden. Het onderdeel kon nu in vier uur gemaakt worden.

Resultaat: Productiviteit steeg: De bewerkingstijd werd met 80 procent gereduceerd van 20 uur tot vier uur.

"Ondanks de individuele gereedschapprijs twee keer zoveel kostte, was het best moeilijk om te twijfelen aan de gewonne tijd—en dat het gereedschap gewoon beter werkte met het materiaal," zegt Laffey.

Uitdaging: Opgebouwde rand door slechte spaankontrole, snijdiepte-kerven

Real-World Voorbeeld: Een grote automatiserings- en energieopwekkingfabrikant had een grote machine met een 36-inch diameter chuck voor zeer grote roestvrij staal onderdelen die spannen om de chuck wikkelden, wat veel downtime en tools verbrandde. Elke keer dat het gebeurde, waren er 20 minuten onproductief werk voor elke 30 minuten cyclus-tijd. En, de fabrikant ondervoedde de carbide indexeerbare draaipilaat, wat de rand deed opbouwen. Het was ook een veiligheidsrisico, aangezien freeskundigen in de machine grepen en gesneden werden. Ze gebruikten leer handschoenen, niet snijvaste handschoenen.

"Een goede plek om te kijken is in de gerecyclede schroot van de klant om alle issues te zien die een gereedschap kan ervaren," zegt Allsup. "Ik gebruik een 30x D lus vergrootglas om precies te zien wat er aan de hand is. In dit geval, hadden ze veel opgebouwde rand door te traag te gaan. Het was alsof ze probeerden bevroren boter met een boter mes te snijden. Dus, het materiaal kleefde aan de coating van het gereedschap."

Oplossing: Allsup adviseerde de parameters te veranderen, de snijdiepte en de snijsneldheid aan te passen, een scherpere geometrie te gebruiken, en de snelheid en voeding te verhogen.

"Ze hadden de juiste kwaliteit, maar hun snijdiepte was minder dan het aanbevolen niveau voor dat type spaanbreker," zegt Allsup.

Resultaat: Productieniveaus keerden terug naar normaal, en downtime werd volledig geëlimineerd.

"De kostenbesparing was $2.500, maar de hoofdbesparing was het stoppen van de machine en het uittrekken van de spannen uit de machine elke 15 minuten," zegt Allsup. "De procesveranderingen stelden de klant in staat het onderdeel compleet te laten lopen zonder de machine te stoppen en het veiligheidsrisico te elimineren."

Uitdaging: Uitsplitsing, Breuk

Real-World Voorbeeld: Een luchtvaartsubaannemer freeste een grote motoronderdeel dat 30 inch in diameter was met 36 zakken op een horizontale CNC 5-as machine. Die zakken waren een heel hard nikkel-gebaseerd legeringmateriaal, Rene 41, wat Laffey beschrijft als "vies en weigert bijna bewerkt te worden." Met de eindfrees die ze gebruikten, waren de freeskundigen slechts in staat om vier zakken te snijden voordat het vernietigd werd—en hadden weinig manier om de toestand van de eindfrees te beoordelen. De fabrikant moest de machine stoppen, een nieuw gereedschap resetten, dan een testsnede doen om ervoor te zorgen dat het nieuwe werkte—wat heel tijdrovend en frustrerend was.

Oplossing: Laffey adviseerde een uitwisselbare-kop eindfrees te gebruiken die een gereedschapsklem met een gedraaid eind heeft dat gemakkelijk in- en uitgeschroefd kan worden voor gemakkelijkere gereedschapswissel en setup. De fabrikant was nu in staat om 10 zakken per run te maken boven de vier die het deed.

Resultaat: De fabrikant won 24 uur per week terug. De tijdsbesparing levert de klant drie acht-uur shifts op.

"De prijs per gereedschap ging van $25 naar $75 om 24 uur terug te winnen," zegt Laffey. "De wiskunde was een no-brainer, net als de toename in zakken gecreëerd in het onderdeel met het gereedschap. En ze hoefden het niet te hermeten, er was geen testsnijden nodig, en geen nieuwe meting nodig—alleen door het klemmechanisme te veranderen, waren ze in staat om beter met het onderdeel te werken … Ze wisten niet dat die klemtechnologie bestond."

Uitdaging: Slechte onderdeelafwerking, slechte toollevensduur

Real-World Voorbeeld: Een groot luchtvaartbedrijf dat specialistische onderdelen maakt met 17-4 PH roestvrij staal had materiaal dat gesneden werd op ruwweg 40 inch per minuut in een cel van vier machines die in een 24/7 operatie werken. De fabrikant voerde hoge-snelheid bewerking uit met bolkopfrezen met een 4-as machine die op de A-as roteerde op hoog volume. Het belangrijkste was zoveel mogelijk onderdelen maken, maar de onderdeelafwerking was slechte kwaliteit en de toollevensduur was zwak.

Oplossing: Gavin adviseerde te veranderen naar hoge-voeding frezen en een andere profileringsbenadering te gebruiken. Hij werkte met de fabrikant om de toolpath op een compleet nieuwe manier te herprogrammeren.

"We gingen 180 graden anders op deze en dachten buiten de doos," zegt Gavin. "We waren in staat de 'tijd-in-snede' drastisch te verlagen."

Resultaat: Snijcyclus-tijd werd gereduceerd van ruwweg 18 minuten per onderdeel tot 4,5 minuten. Het gesneden materiaal ging van 40 ipm naar 300 per minuut. De kosten per onderdeel werden bijna 300 procent gereduceerd.

Het andere resultaat: Een andere afdeling op het campus van deze fabrikant hoorde over de verbeteringen, en dezelfde benadering werd toen geïmplementeerd op nog acht machines.

Snijden je machines zo optimaal als je wilt? Hoe gaat je werkplaats om met output issues die op de machine gebeuren? Deel je ervaring.