山特维克可乐满:钢件车削工序的新方法,助您降低单件成本,提高盈利

国际金属加工网 2021年10月15日

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在当前这个特殊的艰难时期,制造商们面临着更大的竞争压力,其中包括复杂钢件的批量生产。

在本文中,山特维克可乐满产品经理Rolf Olofsson 阐述了一种钢件车削工序的新方法,如何降低单件成本和提升整体盈利能力。

金属切削主要是实现两大目标:首先,保持最大产出;其次,保持最低生产成本。每一个目标都应契合制造商 的具体情况。

制造商们尤其关注如何降低单件成本,特别是批量生产。例如,生产汽车零件的企业可能面临着或者高需求、 或者低需求一直持续交替的情况。

如果产量需求低,就要求刀具的每个刃口能生产更多 工件,同时保证加工安全性,降低零件废弃率。如果产量需求高,则要求刀具能够实现金属去除率的提升、生产周期的缩短、机床利用率的提升,同时尽量减少生产中断。

无论面临的是何种状况,制造商都应当努力使产量最 大化,如此一来可使零件成本降低15% (根据山特维克可乐满的研究)。要在实现这一点的同时最大程度保证加工安全性,答案在于一种非同一般的刀具作业方法。

最大程度延长加工时间


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根据山特维克可乐满的计算,刀具成本可占总制造成本的3-5%。当考虑购买消耗品刀具时,例如用于钢件车削的硬质合金刀片,很自然地会只考虑初始单位成本。然而山特维克可乐满却建议客户换个不同的角度:重新评估如何将刀具成本这个因素纳入全部生产成本的管理,包括设备折旧这样的经常性支出。

以某个加工车间的某个典型工作日为例,总共14.4小时 两班制,其中60%的时间用于生产 (可称为切削时间), 而其余40%的时间用于其他事项 (可称为非切削时间)。很显然,这个车间的目标应当是缩短非切削用时和最大 程度延长加工时间。

而最佳实现方法是:缩短单位产出时间,同时提升加工刀具利用率。机床利用率每提高20%可增加10%的毛利率。

延长刀具寿命

全新ISO P硬质合金车削材质GC4425和GC4415。

不同制造商衡量生产效率的方式不尽相同,其中一种是测量某段时间内产出的工件数量。例如频繁换刀、生产中断以及很难找到适合每种应用的刀片都被视为主要的 “时间杀手”。

若要找到一种能够契合P15至P25广泛领域需求的刀片材质,是非常艰难的任务。实际上,任何刀片材质若想宣扬“万能”特性,都需要满足很多必要条件。抗断裂性至关重要,这要求切削刃的硬度必须足以抵御切削区域极端温度引起的任何塑性变形。此外,刀片涂层必须能够防止后刀面磨损、月牙洼磨损及积屑瘤。涂层必须能够牢固粘附于基体。如果涂层脱落,则基体暴露在外,进而导致 刀片迅速失效。

为了避免这些不良后果,成功的关键是:限制持续的、 可控的磨损,同时消除非持续的、且往往不可控的磨损。换言之:要实现刀具磨损可预测。当然并不是说可以轻松实现完全可预测一尤其考虑到当前的机械加工趋势:有限的人工监督,甚至是无人值守。

无论何种情况,可以发现,任何刀片的最佳磨损形式都是:可控的后刀面磨损,因为这能够实现切削刃的寿命可预测。理想的刀片材质应当能够限制意外类型磨损的发展一且在有些工序中,应当能够避免此类型磨损。

为应对这些挑战,山特维克可乐满发布了全新ISO P车削材质GC4425和GC4415。GC4425在耐磨、耐热及韧性方面均得到了提升,而GC4415材质主要是在需要更强耐磨性能和耐热能力时作为GC4425材质的补充。

两者都是低合金钢与非合金钢工件的理想刀具材质。它们可用于工件的大批量加工,且有助于延长刀具寿命,彻底消除突然破裂情况并减少返工和报废。

GC4425和GC4415均采用了第二代Inveio®技术。Inveio何以如此独特?通过对材质进行显微镜级别的观察可一探究竟:材质的表面是独具特色的单向晶体结构。氧化铝涂层中的每一个晶体都朝同一个方向排列,因此创建了一个面向切削区域的强大屏障。第二代Inveio涂层的晶体定向结构得到了大幅提升。

Inveio涂层赋予了刀片强大的耐磨能力和更长的寿命。刀具寿命延长了,自然有利于降低单件成本。

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不忽略每一次切削

在车削工序中,速度、进给及切削深度这三个主要的切削参数对到刀具寿命有着重要影响,因此也关系到单件成本;切削参数每提高20%可将零件成本降低10%。由美国机械工程师Frederick Winslow Taylor在20世纪初研究出的一个模型确立了切削速度、刀具磨损与刀具寿命三者之间的关系。

Taylor得出结论:最大程度加大切深可减少所需的切削次数,进而缩短加工用时。但同时,他也提出,钢件车削的优化还取决于:用于安装刀具的夹具稳定性、工件的夹具、冷却液的应用以及机床的功率。

“整体统筹”方法

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Taylor的模型向我们表明,制造商应当从刀具作业的整体理念进行考量。刀片材质、夹具设计以及刀柄等所有因素都可能有助于提升产量、降低成本和增强加工安全性。

这种方式曾得到山特维克可乐满客户的检验:使用山特维克可乐满的GC4425硬质合金刀片以更高切削参数生产轨道轴。该刀片用于4140预热处理 (PHT) 钢,一种硬度达40 HRC (Hardness Rockwell C,洛氏硬度C级) 的铬钼合金钢。

4140 PHT工件经过多方位的外粗加工。将GC4425与竞争对手用于相同工艺的ISO刀片进行了性能对比。

我们得以提升切削速度 (vc) 和大幅提高进给率 (fn):竞争对手的刀片vc = 183 m/min (600 ft/min), fn = 0.33 mm/rev (0.013 in/rev);而GC4425刀片的 vc = 244 m/min (800 ft/min),fn = 0.51 mm/rev (0.02 in/rev)。

最终,山特维克可乐满的刀片实现了生产率100%的提升, 同时生产周期缩短了50%。整体而言,客户的成本降低了30%。

通过整体统筹性的刀具作业理念,制造商们可以实现更 经济的生产以及更低的单件成本。如果制造商想要保持 竞争力,这种针对刀片材质、槽型及整体制造经济性的 “整体统筹”方法将发挥至关重要的作用。

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