다년간의 현장 실제 디버깅 경험을 바탕으로 금속 공구 절단의 원리를 시작으로 공구 재료, 절단 매개변수, 와이퍼 에지, 리딩 앵글, 가공 방법 및 복합 공구와 같은 요소를 결합하여 6가지 최적화 방법을 소개합니다. 절단 비용을 줄입니다. 생산 효율성을 향상시키는 것이 목적입니다.
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머리말
우리나라 제조업의 급속한 발전은 우리나라는 물론 전 세계에 막대한 경제적 이익을 안겨주었습니다. 시장 경쟁이 점점 치열해지면서 비용 절감과 효율성 향상은 모든 기업이 직면해야 할 과제가 되었습니다. 효과적으로 비용을 절감하고 효율성을 높이기 위해서는 생산비용의 구성을 분석하는 것이 필요합니다. 생산 비용은 직접 자재, 직접 노동 및 제조 간접비의 세 부분으로 구성됩니다. 직접재료란 생산과정에서 노동물체가 반제품이나 완제품으로 가공되어 사용가치가 또 다른 사용가치가 되는 것을 말한다. 직접노무란 생산과정에서 소비되는 인적자원을 말하며 임금, 복리후생비 등으로 계산할 수 있다. 제조비용이란 생산과정에서 사용되는 공장, 기계, 차량 및 설비, 자재, 부자재 등의 설비를 말한다. 소비의 일부는 감가 상각비에 포함되고, 나머지 부분은 유지 보수, 고정비, 기계 재료 소비 및 부자재 소비가 비용에 포함됩니다. 본 글에서는 여러 가지 공구 사용 방법을 최적화하여 공구 소모 비용을 절감하고 가공 효율성을 향상시켜 공작기계 사용 비용 절감 효과를 달성합니다.
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가공 효율성을 향상시키기 위해 공구 재료를 변경하십시오.
일반적으로 사용되는 공구 재료에는 고속도강, 초경, 세라믹, CBN 및 PCD가 포함됩니다. CBN과 PCD는 경도가 높고 내마모성이 가장 높으며 재료가 상대적으로 부서지기 쉽습니다. 고속도강은 인성이 가장 우수하지만 경도가 매우 낮고 내마모성이 좋지 않습니다.
고속도강은 고탄소 합금강입니다. 주요 합금 원소는 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 코발트, 바나듐, 알루미늄 등이며 다량의 탄화물을 함유하고 있습니다. 고속도강 절삭 공구는 인성이 높고 경도가 상대적으로 낮습니다. 가격이 저렴하고, 가소성이 높으며, 거의 모든 재료를 가공할 수 있다는 장점이 있습니다. 초기 절삭 공구에 사용되는 주요 재료였습니다. 단점은 작업자에 대한 요구 사항이 더 높고 육체 노동이 필요하다는 것입니다. 고속도의 강재가 견딜 수 있는 샤프닝, 절삭 속도는 매우 낮습니다. 예를 들어 피삭재 재질은 45강, 경도는 250HBW, 절삭 속도는 30~60m/min, 절삭 효율은 낮습니다.
현재 가장 일반적으로 사용되는 공구 재료는 코팅된 초경입니다. 코팅된 초경 공구의 경도와 내열성은 고속도강 공구보다 우수합니다. 이 제품은 100~300m/min[1] 범위의 절단 속도로 더 높은 절단 속도를 견딜 수 있습니다.
강철 부품 선삭의 외부 원을 예로 들면, 고속도강 선삭 공구를 초경 선삭 공구로 대체하면 절삭 속도를 50m/min에서 180m/min으로 높일 수 있고 효율성도 2배 이상 증가합니다. 3배, 초경 공구도 절삭 공구가 더 높습니다. 삶. 교체 가능한 블레이드가 있는 초경 선삭 공구는 날카롭게 할 필요가 없으며 블레이드만 교체하면 되며 작업자는 샤프닝 기술이 필요하지 않습니다.
고속도강 및 초경 절삭 공구 외에도 세라믹, CBN 및 PCD도 있습니다. 이 세 가지 재료는 절단 속도가 1000m/min 이상으로 높지만 적용 범위가 제한됩니다. 세라믹과 CBN은 일반적으로 주철 가공물과 50HRC 이상의 고경도 강철 가공물을 가공하는 데 사용됩니다. PCD는 일반적으로 알루미늄, 플라스틱, 목재, 탄화물을 가공하는 데 사용되지만 주철 부품은 가공할 수 없습니다[2].
알루미늄 합금 밀링 커터를 예로 들면, 고속도강 밀링 커터의 절삭 속도는 120~300m/min입니다. Mapal 브랜드 초경 밀링 커터 HP615 소재의 권장 절삭 속도는 700m/min이며, PCD 소재로 제작된 밀링 커터를 사용할 수 있습니다. 절단 속도는 1500~2000m/min입니다.
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절삭 매개변수가 공구 수명 및 생산 효율성에 미치는 영향
가공 효율성과 공구 수명을 향상시키기 위해서는 절삭 매개변수가 합리적인지 여부를 판단하고 각 절삭 매개변수가 공구 수명과 효율성에 미치는 영향을 분석하는 것이 필요합니다. 절단 매개변수에는 절단 속도(선형 속도), 이송 속도 및 백 절단량이 포함되며, 이는 세 가지 절단 요소라고도 합니다.
3.1 절삭속도 vc
절삭 속도 vc와 스핀들 속도의 관계는 vc=πDn/1000입니다. 여기서 D는 공구/가공물의 유효 직경(단위: mm)이고, n은 공작 기계 속도(단위: r/min)입니다. ). 절삭 속도가 너무 높으면 측면 마모가 증가하고 가공물의 표면 품질이 저하됩니다. 절삭 속도가 극도로 높으면 인서트도 소성 변형됩니다. 공구 수명에 대한 절삭 속도의 영향 곡선은 그림 1에 나와 있습니다.
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그림 1 공구 수명에 대한 절삭 속도의 영향 곡선
3.2 이송 속도 vf
이송속도 계산식은 vf=fZZnn, fZ는 공구 이송(단위는 mm/z), Zn은 유효 절삭날 수(단위는 단위), n은 공작기계 속도(단위) r/min)입니다. 이송 속도가 너무 높으면 칩이 제어되지 않고 가공 표면의 품질이 저하됩니다. 절삭력이 높고 칩이 공구나 가공 표면에 영향을 미칩니다. 공구 수명에 대한 이송 속도의 영향 곡선은 그림 2에 나와 있습니다.
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그림 2 공구 수명에 대한 이송 속도의 영향 곡선
3.3 뒷칼 AP의 양
뒷면 절단량은 절단되지 않은 표면과 절단된 표면의 차이를 나타냅니다. 백컷팅량이 공구수명에 미치는 영향곡선은 그림 3과 같다.
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그림 3 백컷팅량이 공구수명에 미치는 영향곡선
세 가지 절삭 요소 중 절삭 속도, 이송 속도, 백 맞물림량은 모두 공구 수명에 영향을 미칩니다. 백커팅량의 영향은 가장 작고, 이송속도는 백커팅량보다 큰 영향을 미치며, 절삭속도는 블레이드 수명에 가장 큰 영향을 미칩니다.
최고의 공구 수명을 얻기 위해 최적화 매개변수의 방향은 다음과 같습니다. 공구 통과 수를 줄이기 위해 역방향 맞물림을 최대화합니다. 절단 시간을 단축하기 위해 이송 속도를 최대화하십시오. 최고의 공구 수명을 얻으려면 절삭 속도를 줄이십시오.
황삭 효율성을 높이려면 백 커팅 양을 최적화하는 것부터 시작할 수 있습니다. 공구 경로가 많은 경우 백커팅 양을 늘려 공구 경로를 줄이거나, 백커팅 양을 늘려 절삭 속도를 줄여 공구 수명을 향상시킵니다. , 공급 속도를 높이고 처리 효율성을 보장합니다.
3.4 적용 사례
자동차 부품 가공 공장에서 생산되는 플랜지는 그림 4에 나와 있습니다. 기존 가공 솔루션은 비효율적이며 공구 수명과 생산 효율성을 향상하려면 다양한 절삭 매개변수를 최적화해야 합니다.
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그림 4 플랜지
백 컷팅 양을 늘리고, 공구 경로를 줄이고, 컷팅 속도를 줄여 가공 계획을 최적화합니다. 최적화 이전에는 공구 경로가 많고 혼란스러웠지만, 최적화 후에는 그림 5와 6과 같이 공구 경로가 명확해졌습니다. 최적화 전후의 매개변수는 표 1에 나와 있습니다. 최적화 후 공구 수명이 늘어났습니다. 15개 부품에서 31개 부품으로.
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그림 5 전면 도구 경로 최적화
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그림 6 최적화된 도구 경로
표 1 최적화 전후의 매개변수
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칼날의 절단 성능을 측정하는 요소는 절단 속도입니다. CNC 시스템은 스핀들 속도를 읽습니다. 많은 프로그래머들은 프로그램을 설계할 때 속도만 고려하고 직경 계수는 무시합니다. 그러나 실제 가공에서는 직경 계수도 더 큰 영향을 미칩니다. 선삭을 예로 들면 공작물 직경 D가 50mm이고 공작 기계 속도 n이 1000r/min일 때 선형 속도 vc{2}}m/min입니다. 공작물 직경 D가 100mm이고 공작 기계 속도 n이 1000r/min일 때 선형 속도 vc{5}}m/min입니다.
공구 샘플에 따르면 절삭 속도 314m/min은 초경 블레이드가 견딜 수 있는 한계에 가까운 매우 높은 속도입니다. 절삭 속도가 높으면 공구 마모 과정이 가속화되고 공구 수명이 단축될 수 있습니다.
이를 통해 동일한 공작 기계 속도, 다른 공작물 직경 및 공구 절삭 속도에 대해 공구 수명이 너무 낮을 때 절삭 속도가 너무 높아서 발생하는지 확인할 수 있음을 알 수 있습니다.
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와이퍼 엣지가 절삭 효율에 미치는 영향
와이퍼 블레이드의 팁 각도는 반경이 서로 다른 3~9개의 호로 구성되며 호 반경은 900mm 이상에 달할 수 있습니다. 공구 팁 필렛, 이송량 및 표면 품질 간의 관계는 다음과 같습니다.
Rmax=fn²/8r(1)
Rmax(와이핑 가장자리)=Rmax/² (2)
공식에서 fn은 이송량(mm/r)입니다. r은 도구 팁 필렛 반경(mm)입니다. Rmax는 절단면의 최고점과 최저점 사이의 높이 차이(mm)입니다.
이 방법은 마무리 선삭이나 보링에 적합합니다. 와이퍼 도구 자체에는 빠른 공급 기능이 없습니다. 그러나 이전 공식에 따르면 와이퍼 도구의 특성은 다음과 같다고 추론할 수 있습니다. 가공 매개변수가 동일하면 와이퍼 도구의 표면 품질이 1배 향상될 수 있습니다. 표면 품질이 동일하면 와이퍼 도구의 이송 속도를 1배 높일 수 있습니다. .
동일한 표면 품질이 필요할 경우 와이퍼 도구를 사용할 때 더 높은 이송 속도를 사용할 수 있습니다.
효율성 향상의 예로 출력 쉘 단면 처리를 살펴보면, 공작물 재질은 QT500이고 표면 거칠기 값 Ra는 1.6μm 이하가 필요합니다. 사이클타임을 향상시키기 위해 와이퍼 블레이드를 사용하였다. 동일한 표면 거칠기 요구 사항을 충족한다는 전제 하에 이송 속도가 0.36mm/r에서 0.5mm/r로 증가되었습니다. 측정된 표면 거칠기 값 Ra=1.33μm와 블레이드 수명은 동일했습니다. 일반 선삭 인서트와 와이퍼 인서트를 사용한 다양한 가공 매개변수는 표 2에 나와 있습니다. 최적화 후 출력 쉘의 끝면은 그림 7에 나와 있습니다.
표 2 일반 선삭 인서트와 와이퍼 인서트의 다양한 가공 매개변수
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그림 7 최적화된 출력 쉘 끝면
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주편향각이 절단 효율에 미치는 영향
날당 이송은 이전 이송 속도 개념에 대한 간략한 소개에서 언급되었습니다. 일부 브랜드의 공구 샘플에서는 날당 이송 대신 최대 칩 두께 육각형을 절삭 매개변수로 권장합니다. 이송량을 결정하는 것은 최대 칩 두께 hex와 공구의 리딩각 Kr이기 때문입니다. 변환 공식은 hex=fzsinKr입니다.
주 편향각이 90도(fz{1}}hex)인 경우 공구의 최대 칩 두께는 날당 이송과 동일합니다. 주 편향각이 감소함에 따라 이송 속도를 높일 수 있습니다.
사각 직각 밀링 커터(그림 8 참조)를 예로 들면, 90도 사각 직각 밀링 커터의 날수 ZN은 5플루트, n=1000r/min, hex=0.2mm입니다. , fz=0.2mm/z, 공작 기계 이송 속도 vf =0.2×5×1000=1000 (mm/min).
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a) 사각 직각 밀링 커터 구조도
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b) 물리적 객체
그림 8 90도 직각 직각 밀링 커터
45도 리딩 앵글 평면 밀링 커터(그림 9 참조) ZN에는 5개의 플루트, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz=hex /sin45도 {{8} }.282mm/z, 공작기계 이송 속도 vf=0.282× 5×1000=1410(mm/min).
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a) 페이스 밀링 커터의 구조도
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b) 물리적 객체
그림 9 45도 직각 직각 밀링 커터
10도 리딩각 평면 밀링 커터(그림 10 참조) ZN에는 5개 날, n=1000r/min, hex=0.2mm, fz= hex/sin10도 {{8} }.156mm/z, 공작기계 이송 속도 vf=1.156× 5×1000=5780(mm/min).
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가) 신호
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b) 물리적 객체
그림 10 10도 직각 직각 밀링 커터
정리하자면, 동일한 블레이드의 동일한 회전 속도에서 주 편향 각도가 작을수록 사용할 수 있는 이송 속도는 높아집니다. 90도 직각 밀링 커터는 주로 반경 방향 힘을 견디고 축 방향 힘은 0에 가까워진다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 10도 주편향 각도 밀링 커터를 예로 들면 주 편향 각도가 감소함에 따라 주로 축 방향 힘을 받습니다. 방사형 힘은 매우 작습니다. 주 편향각이 작을수록 진동 경향이 커지고 소비되는 전력도 높아집니다.
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가공 방법이 절단 효율에 미치는 영향
절삭 공구 경로도 가공 효율성에 큰 영향을 미칩니다. 예를 들어, 최근 인기를 끌고 있는 동적 밀링 방법은 백 커팅 볼륨이 크고 커팅 폭이 작은 효율적인 트로코이드 밀링 방법입니다. 기존 트로코이드 밀링과의 차이점은 동적 밀링 공정이 일정한 칩 두께 육각형을 엄격하게 준수한다는 것입니다. 금속 제거율이 높습니다. 동적 밀링은 공구 절단 중에 일정한 절삭력을 보장하므로 가공 속도가 빠르고 안정적입니다.
가공 방법이 절단 효율에 미치는 영향을 설명하기 위해 밸브 본체의 외부 윤곽 밀링을 예로 듭니다. 공작물은 스테인레스 스틸로 만들어졌습니다. 어려운 점은 공구 길이 대 직경 비율이 직경의 4배에 달해 가공 중에 진동이 발생한다는 것입니다. 원래 계획에서는 교체 가능한 인서트 사각 직각 밀링 커터를 사용했는데, 종횡비가 커서 절삭 진동이 컸습니다. 정상적으로 처리가 불가능합니다. 초경엔드밀 사용에 최적화되어 있으며, 백커팅 능력이 크고, 절삭폭이 작으며, 다이나믹 밀링 방식을 사용합니다. 동적 밀링 공구 경로 시뮬레이션은 그림 11에 나와 있으며 비교 매개변수는 표 3에 나와 있습니다.
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그림 11 동적 밀링 공구 경로 시뮬레이션
표 3 매개변수 비교
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복합 공구로 가공 효율성 향상
대량 생산 제품의 경우 일반적으로 챔퍼 드릴, 복합 보링 공구(그림 12 참조) 등과 같은 복합 공구를 사용하여 생산 효율성을 향상시킵니다.
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그림 12 복합 보링 공구
복합 도구는 하나의 도구를 사용하여 여러 작업 단계를 처리하므로 처리 효율성이 향상되고 여러 도구의 도구 변경 시간이 절약됩니다. 복합재 절단 도구에도 많은 단점이 있습니다. 가장 큰 단점은 보편적이지 않다는 것입니다. 절삭 공구는 특정 공작물용으로만 설계되었으며 다른 공작물과 함께 보편적으로 사용할 수 없습니다[3].
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결론
이 기사에서는 생산 효율성을 향상하고 비용을 절감하기 위한 지침을 제공할 수 있는 절단 도구를 최적화하는 6가지 방법을 제공합니다. 도구 최적화 방법은 유연해야 하며 실질적으로 수행되어야 합니다. 최적화에 앞서 병목 현상 프로세스를 분석하고, 목표한 방식으로 도구를 최적화하며, 특정 생산 조건에 따라 문제를 해결하기 위한 핵심 사항을 파악해야 합니다.
