克服金属加工中的主要技术挑战

不幸的是，在切割金属时，时间和质量往往相互矛盾。该领域的金属加工专家说，零件质量和机器问题可能需要改变现状。了解三位专家如何诊断和治疗系统性挑战。

热裂解。形变。火山口磨损。不，这些不是关于贫瘠荒凉的卫星和行星、损坏的航天器或对奇怪的、超凡脱俗的外星人的描述的科幻术语。这些是关于在微观层面上近距离观察时切削工具与热相关的故障的术语。但是还有很多其他类型的工具损坏，其中一些与机械故障有关。

那你说呢？切割工具应该完成它们的工作，然后被换掉并报废。您弹出一个新工具，重新开始工作并忘记它，对吗？像那么简单就好了。广泛的工具损坏通常是更大的系统性和相互关联的因素的症状 - 它需要正确的诊断进行治疗。

MSC 金属加工专家 Ray Gavin、Brian Laffey 和 Mac Allsup 最近与我们讨论了他们定期观察和调查的常见和不常见的切削刀具技术挑战。他们解释说，切削刀具刀片会磨损和更换是绝对正确的。问题在于制造商如何在机器中使用他们的切削工具按照生产运行计划交付高质量的零件——这意味着每天生产特定数量的零件。

“当涉及到客户时，我们开始评估他们在哪里以及他们需要去哪里，”Gavin 说。在最基本的层面上，这是关于了解他们的目标，“比如他们需要每天制造更多的零件，还是他们想要生产更高质量的零件？”

通常，答案是两者兼而有之，但随后问题就出现了——随着时间的推移，它会影响业务。不幸的是，时间和质量是不一致的。他们解释说，必须以更高的频率更换工具——最初几次这似乎没什么大不了的——但随后机器停机时间真的会开始影响产品交付。了解如何处理根本问题可能需要更深入的根本原因分析。

担心模具成本？了解如何通过技术指导更好地衡量工具的价值。

日常刀具和加工问题领域

他们每天在工作中看到什么样的问题？总的来说，这些现场技术人员发现，由于没有使用正确的冷却液，或者因为切削角度或刀片的“几何形状”设置不正确，或者机器没有以适合被切割材料和刀具类型的速度。

有趣的是，他们最常看到的故障类型更多是机械故障，而不是热量过多或过少的故障，它们包括：后刀面磨损、崩刃、切槽深度和断裂。然而，温度几乎总是与切割金属有关的所有因素——因此根据热量和机械故障对事物进行分组可能过于简单。

根本原因故障不像温度或机械磨损那样二元，这说明了诊断金属加工问题的复杂性。在切割金属时，热量和机械问题密切相关。专家解释说，这主要意味着故障的原因可以更多地归因于一个区域而不是另一个区域。

在与热相关的故障中，最常见的故障之一是热裂。这是为什么？ “在切割时没有正确使用冷却液，”Gavin 说。 “由于切屑是由切削产生的，并且正在应用冷却液，因此切屑本身可能会阻碍。通过工具冷却可以提供帮助。”

这种“切削点”技术允许在刀架上方和下方的两个不同位置应用冷却液。 Gavin 说，使用时，结果通常是更好的切屑控制，并且当机械师进入去除长切屑链并被切割时，切屑相关伤害的机会更少。

三位专家都表示，他们几乎没有看到月牙洼磨损或变形，但在使用钛、铁和高温合金的应用以及一些超高速操作中确实会发生这种情况。为了更好地说明一些更常见的技术问题领域，以下是专家们遇到的几种真实情况，以及他们如何解决这些问题。

挑战： 压裂

真实示例 ：一家大型航空航天制造商正在使用平面铣刀对 Iconel（“50 Rockwell”强度）进行加工。正在制造的零件直径为 50 到 60 英寸，机械师使用硬质合金刀具和面垫（零件上的加工垫）。铣削一个零件需要 20 个小时，因为材料非常坚韧，而且他们不得不非常缓慢地运行机器，然后在工具不再有效时停止机器。刀具寿命很差，而且生产率也很差。

解决方案： Laffey 建议使用陶瓷铣刀并对切割路径进行小幅调整，以便更好地切割材料。该零件现在可以在四个小时内完成。

结果： 生产力起飞：加工时间从 20 小时减少到 4 小时，减少了 80%。

Laffey 说：“尽管单个工具的价格要高出两倍，但很难与所获得的时间争论——而且工具与材料的配合效果更好。”

挑战： 切屑控制不佳、切槽深度造成的积屑瘤

真实示例： 一家主要的自动化和发电制造商拥有一台带有 36 英寸直径卡盘的大型机器，用于加工非常大的不锈钢零件，这些零件的卡盘周围有碎屑，导致大量停机和烧坏工具。每次发生这种情况时，每 30 分钟的循环时间就有 20 分钟的非生产性工作。而且，制造商对硬质合金可转位车刀进给不足，导致刀刃积聚。这也是一个安全隐患，因为机械师正伸入机器并被切割。他们使用的是皮手套，而不是防割手套。

Allsup 说：“查看客户的回收废料的好地方是查看工具可能遇到的所有问题。” “我使用 30 倍 D 环放大镜来查看到底发生了什么。在这种情况下，他们因为速度太慢而积累了很多优势。就像他们试图用黄油刀切冷冻黄油一样。因此，材料会粘在工具的涂层上。”

解决方案： Allsup 建议更改参数，调整切削深度和表面进尺，使用更锐利的几何形状，并提高速度和进给率。

“他们有合适的等级，但他们的切深低于该类型断屑槽的推荐水平，”Allsup 说。

结果： 生产水平恢复正常，停机时间完全消除。

“成本节省为 2,500 美元，但主要节省来自于每 15 分钟停止机器并从机器中取出切屑，”Allsup 说。 “工艺变更使客户能够在不停机的情况下完整地运行零件并消除安全隐患。”

挑战： 碎裂、压裂

真实示例 ：一家航空分包商正在卧式 CNC 5 轴机床上铣削一个直径为 30 英寸、有 36 个凹槽的大型发动机零件。这些口袋是一种非常坚硬的镍基合金材料，Rene 41，拉菲将其描述为“令人讨厌，几乎拒绝加工”。使用他们使用的立铣刀，机械师只能在它被破坏之前切割四个口袋——而且几乎没有办法衡量立铣刀的状况。制造商必须停止机器，重置新工具，然后进行测试切割以确保新工具正常工作——这非常耗时且令人沮丧。

解决方案： Laffey 建议使用可换头立铣刀，该立铣刀的刀夹带有螺纹端，可以轻松拧入和拧下，以便于换刀和安装。制造商现在能够在之前的四次运行中每次运行 10 个口袋。

结果： 制造商每周增加 24 小时。节省的时间为客户带来了三个八小时轮班。

“每件工具的价格从 25 美元涨到 75 美元，可以在 24 小时内恢复，”拉菲说。 “数学是显而易见的，使用该工具在零件中创建的口袋增加也是如此。他们不需要重新测量，不需要测试切割，也不需要新的测量——只需改变夹紧机构，他们就能更好地处理零件……他们不知道存在夹紧技术。 ”

挑战： 零件光洁度差，刀具寿命差

真实示例： 一家使用 17-4 PH 不锈钢制造特种零件的大型航空航天公司在一个由四台机器组成的单元中以大约每分钟 40 英寸的速度切割材料，这些机器以 24/7 全天候运行。制造商使用在 A 轴上大批量旋转的 4 轴机床使用球头立铣刀进行高速加工。最重要的是尽可能多地制造零件，但零件的光洁度很差，刀具寿命也很短。

解决方案： Gavin 建议改用高进料磨机并使用不同的分析方法。他与制造商合作，以全新的方式重新编程刀具路径。

“我们在这个问题上采取了 180 度的不同方式，并跳出框框思考，”加文说。 “我们能够大幅降低‘切割时间’。”

结果： 切割周期时间从每个零件大约 18 分钟减少到 4.5 分钟。材料切割速度从每分钟 40 次增加到每分钟 300 次。每个零件的成本降低了近 300%。

另一个结果：这家制造商园区的另一个部门听说了改进，然后在另外八台机器上实施了相同的方法。

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