機(jī)械加工中刀片式鉆頭使用壽命短的問題改善

1 現(xiàn)狀分析
　　在機(jī)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(shí)特別容易損壞，平均1把刀柄使用3周就會(huì)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(diǎn)考慮如何解決以下兩個(gè)問題：①刀片使用壽命比較短，加工2個(gè)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(shí)施
　　2.1 改善方案一
　　廠家一和廠家二各準(zhǔn)備素材100個(gè)，查看不同素材對(duì)刀具斷刀的影響和刀具的使用壽命。
　　2.1.1 鑄件硬度測(cè)量
　　在容易斷刀的位置測(cè)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(yàn)結(jié)果
　　方案一的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
　　表1 方案一試驗(yàn)結(jié)果
　　鑄件廠家 加工零件數(shù)/個(gè) 使用刀具數(shù)/個(gè) 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(yàn)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(huì)影響刀具的使用壽命。由于無法測(cè)量鑄件內(nèi)部各點(diǎn)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(chǎng)機(jī)床操作人員的反映，在加工廠家一的鑄件時(shí)，加工噪聲會(huì)突然增大；而在加工廠家二的鑄件時(shí)，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(diǎn)，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(shí)，重新使用廠家二的鑄件加工，減少?gòu)S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(shí)，公司使用的是日本進(jìn)口機(jī)床，加工程序也是進(jìn)口程序，而使用的鑄件卻是中國(guó)制造。經(jīng)過考察，中國(guó)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(guó)的素材。
　　2.2.1 方案實(shí)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(diǎn)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(yàn)結(jié)果
　　使用廠家二的鑄件加工100個(gè)零件，考察加工工藝路線改善后刀具的使用壽命，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
　　2.2.3 改善方案二試驗(yàn)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(diǎn)給刀具帶來的額外負(fù)荷，提高了刀具的使用壽命；同時(shí)，分段鉆削的方式大大提高了零件的排屑能力，為延長(zhǎng)刀具的使用壽命作出了貢獻(xiàn)。
　　表2 改善方案二的試驗(yàn)結(jié)果表
　　加工工藝 加工零
　　件數(shù)/個(gè) 使用刀
　　具數(shù)/個(gè) 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(guó)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(yàn)方法各加工100個(gè)零件，使用正交分析法考察使用不同加工工藝參數(shù)時(shí)刀具的使用壽命。
　　2.3.1 試驗(yàn)?zāi)康暮椭笜?biāo)
　　試驗(yàn)?zāi)康氖翘岣叩毒叩氖褂脡勖辉囼?yàn)指標(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(yàn)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(gè)因素。每個(gè)因素取3個(gè)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(jiǎn)化為2個(gè)因素，每個(gè)因素有3個(gè)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(hào) 1 2
　　因素 A B
　　2.3.4 排列試驗(yàn)條件
　　試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)計(jì)算如表5所示
　　表5 試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)計(jì)算表
　　因數(shù)
　　列號(hào)
　　驗(yàn)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
　　（使用刀具數(shù)）
　　/周（個(gè)）
　　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）
　?、?位及1，三次產(chǎn)率和 30 40 總和=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ=135
　　Ⅱ=位級(jí)2，三次產(chǎn)率和 49 45
　?、?位圾3，三次率率和 56 50
　　2.3.5 試驗(yàn)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(huì)進(jìn)一步延長(zhǎng)，但是，加工時(shí)間也會(huì)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(yàn)結(jié)果如表6所示。
　　表6 改善方案三的試驗(yàn)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(huì)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(gè)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(hào)為TAFM2200F25；刀片型號(hào)為GPMT070204-U3.
　　改善后使用的刀具信息：刀具廠家ZY；刀柄型號(hào)為TAFM2200F25；刀片型號(hào)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(gè) 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(qiáng)，刀具損耗有所減少（平均減少了1把），延長(zhǎng)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(jī)、物、料、法5個(gè)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(gè)方面設(shè)計(jì)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(shí)不再斷刀，延長(zhǎng)了刀具的使用壽命，在提高了工作效率的同時(shí)，也為公司降低了加工成本。