1 現(xiàn)狀分析
在機械加工的過程中發(fā)現(xiàn),刀片式鉆頭在加工Φ22和Φ26的孔時特別容易損壞,平均1把刀柄使用3周就會出現(xiàn)斷刀的情況,并且刀片的使用壽命也非常短。本課題重點考慮如何解決以下兩個問題:①刀片使用壽命比較短,加工2個零件就要換刀片;②在加工過程中,斷刀的情況頻繁發(fā)生,平均每三周就要斷一次刀。
2 改善方案的實施
2.1 改善方案一
廠家一和廠家二各準(zhǔn)備素材100個,查看不同素材對刀具斷刀的影響和刀具的使用壽命。
2.1.1 鑄件硬度測量
在容易斷刀的位置測量鑄件的硬度。鑄件硬度標(biāo)準(zhǔn)為230~270 HB。
2.1.2 兩家鑄件廠數(shù)據(jù)比較
在此次研究中,廠家一(吳江鑄件)和廠家二(大連鑄件)提供的素材硬度檢查全部合格,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。但是,從兩張直方圖中可以看出,二者存在一定的差異。廠家一的硬度分布范圍寬,極差值為37;廠家二的硬度穩(wěn)定在247 HB左右,極差值為8.
2.1.3 改善方案一的試驗結(jié)果
方案一的試驗結(jié)果如表1所示。
表1 方案一試驗結(jié)果
鑄件廠家 加工零件數(shù)/個 使用刀具數(shù)/個 平均使用
壽命/周 斷刀次數(shù)/次
廠家一 100 39 2.56 1
廠家二 100 22 4.55 0
2.1.4 改善方案一的試驗結(jié)論
使用廠家二的鑄件,刀具的使用壽命比廠家一多了將近1倍。通過觀察兩家鑄件硬度直方圖的硬度數(shù)據(jù)分布情況可知,鑄件硬度的穩(wěn)定程度會影響刀具的使用壽命。由于無法測量鑄件內(nèi)部各點的硬度情況,所以無法得出準(zhǔn)確的結(jié)論。但是,根據(jù)現(xiàn)場機床操作人員的反映,在加工廠家一的鑄件時,加工噪聲會突然增大;而在加工廠家二的鑄件時,卻沒有出現(xiàn)該現(xiàn)象,加工噪聲平穩(wěn)、平均。所以,懷疑廠家一的鑄件內(nèi)部存在加工硬點,這使加工廠家一的刀具壽命比廠家二的壽命短。
由此,要求廠家一改善鑄件內(nèi)部硬度不均的問題,同時,重新使用廠家二的鑄件加工,減少廠家一的供貨量。鑄件素材的改變使刀具的使用壽命提高了1倍。
2.2 改善方案二
在加工鑄件時,公司使用的是日本進(jìn)口機床,加工程序也是進(jìn)口程序,而使用的鑄件卻是中國制造。經(jīng)過考察,中國素材在鑄造工藝方面與日本的存在一定的差距,所以,考慮改進(jìn)加工工藝來適應(yīng)中國的素材。
2.2.1 方案實施
原來加工工藝路線為一刀加工到底的切削方式,工藝改善后變?yōu)榉侄问竭M(jìn)行,即加工―退刀―再加工的方式。加工工藝路線變更的目的是減少素材局部硬點給刀具帶來的額外負(fù)荷,以便能更好地排屑。
2.2.2 改善方案二試驗結(jié)果
使用廠家二的鑄件加工100個零件,考察加工工藝路線改善后刀具的使用壽命,試驗結(jié)果如表2所示。
2.2.3 改善方案二試驗結(jié)論
通過改善加工工藝路線,刀具的使用壽命由原來的4.55周提高到6.25周。由此可見,這種分段鉆削的方式消減了素材內(nèi)部局部硬點給刀具帶來的額外負(fù)荷,提高了刀具的使用壽命;同時,分段鉆削的方式大大提高了零件的排屑能力,為延長刀具的使用壽命作出了貢獻(xiàn)。
表2 改善方案二的試驗結(jié)果表
加工工藝 加工零
件數(shù)/個 使用刀
具數(shù)/個 平均使用
壽命/周 斷刀次數(shù)/次
一鉆到底
?。ǜ纳魄埃?100 22 4.55 0
分段鉆削
(改善后) 100 16 6.25 0
2.3 改善方案三
現(xiàn)階段,加工參數(shù)的選擇原則大多都是根據(jù)刀具廠家使用說明書上的推薦值為中心值來設(shè)置的,或者是根據(jù)日本原加工程序中的數(shù)據(jù)來設(shè)置的。但是,由于日本素材和中國素材存在一定的差異,所以,考慮變更加工參數(shù)來提高刀具的使用壽命。使用廠家二的鑄件,每種試驗方法各加工100個零件,使用正交分析法考察使用不同加工工藝參數(shù)時刀具的使用壽命。
2.3.1 試驗?zāi)康暮椭笜?biāo)
試驗?zāi)康氖翘岣叩毒叩氖褂脡勖?;試驗指?biāo)是刀具的使用數(shù)。
2.3.2 制訂因素水平表
經(jīng)過考察、分析,試驗中主要包括切削速度V(m/min)、進(jìn)給速度F(mm/min)、主軸轉(zhuǎn)速n(rpm)和進(jìn)給量f(mm/rev)4個因素。每個因素取3個水平,因素水平如表3所示。
表3 因素水平表
因素
水平 切削速度A
V/(m/min) 進(jìn)給量B
f/(mm/rev) 主軸轉(zhuǎn)速C
n/rpm 進(jìn)給速度D
F/(mm/min)
1 80 0.08 1 200 96
2 100 0.12 1 500 180
3 120 0.14 1 800 252
2.3.3 選正交表,排表頭
由于進(jìn)給速度F=f×n,轉(zhuǎn)速n=1 000 V/πd,所以,可以簡化為2個因素,每個因素有3個水平,可選用L9(32)正交表,因素安排如表4所示。 表4 因素安排表
L9(32)列號 1 2
因素 A B
2.3.4 排列試驗條件
試驗結(jié)果和數(shù)據(jù)計算如表5所示
表5 試驗結(jié)果和數(shù)據(jù)計算表
因數(shù)
列號
驗員 切削速度
V/(m/min)
A
1 進(jìn)給量
f/(mm/rev)
B
2 平均刀具使用壽命
?。ㄊ褂玫毒邤?shù))
/周(個)
1 1(80) 1(0.08) 8(12.5)
2 1(80) 2(0.12) 10(10)
3 1(80) 3(0.14) 12(8.33)
4 2(100) 1(0.08) 15(6.67)
5 2(100) 2(0.12) 16(6.25
6 3(100) 3(0.14) 18(5.56)
7 3(120) 1(0.08) 17(5.88)
8 3(120) 2(0.12) 19(5.26)
9 3(120) 3(0.14) 20(4.16)
Ⅰ=位及1,三次產(chǎn)率和 30 40 總和=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ=135
?、?位級2,三次產(chǎn)率和 49 45
Ⅲ=位圾3,三次率率和 56 50
2.3.5 試驗結(jié)果分析及結(jié)論
圖1 各因子影響刀具的壽命情況
從圖1的分析結(jié)果中可以看出,隨著切削速度的上升,刀具使用數(shù)量增加(刀具使用壽命減少);隨著進(jìn)給量的增加,刀具使用數(shù)增加(刀具使用壽命減少)。雖然從2條因素曲線上可以看出,隨著數(shù)值的降低,刀具的使用壽命會進(jìn)一步延長,但是,加工時間也會隨之增加,而且方案A1B1的加工參數(shù)是刀具廠家推薦加工參數(shù)的下限值,所以,最后決定使用方案A1B1。改善方案三的試驗結(jié)果如表6所示。
表6 改善方案三的試驗結(jié)果表
切削速度
V/(m/min) 進(jìn)給量
F/(mm/rev) 主軸轉(zhuǎn)速n/rpm 進(jìn)給速度
f/(mm/min) 刀具平均
使用壽命/周 斷刀次數(shù)/次
改善前 100 0.12 1 500 180 6.25 0
改善后 80 0.08 1 200 96 12.5 0
2.4 改善方案四
加工不同的素材會影響刀具的使用壽命,所以,挑選一家刀具廠的刀具來加工,考察其使用壽命和原來的刀具有什么不同。每種刀具各加工100個零件,加工參數(shù)使用改善方案三中改善后的加工參數(shù)。
2.4.1 刀具信息
原來的刀具信息:刀具廠家SL;刀柄型號為TAFM2200F25;刀片型號為GPMT070204-U3.
改善后使用的刀具信息:刀具廠家ZY;刀柄型號為TAFM2200F25;刀片型號為WDXT063006-H。
2.4.2 方案四改善結(jié)果
改善方案四后的結(jié)果如表7所示。
表7 方案四改善結(jié)果
刀具廠家 使用刀具數(shù)/個 刀具使用壽命/周 斷刀次數(shù)/次
改善前 SL 8 12.5 0
改善后 ZY 7 14.28 0
使用ZY刀具后,鐵屑的排屑能力更強,刀具損耗有所減少(平均減少了1把),延長了刀具的使用壽命。
3 問題改善情況總結(jié)
出現(xiàn)了刀具使用壽命短的問題后,分別從人、機、物、料、法5個方面分析,從素材硬度、加工工藝、加工參數(shù)和刀具選型4個方面設(shè)計改善方案,解決其中存在的問題。解決了加工過程中存在的問題后,加工刀具時不再斷刀,延長了刀具的使用壽命,在提高了工作效率的同時,也為公司降低了加工成本。