راهبردهای کلیدی برای جلوگیری از لرزش ماشین‌کاری در تولید

تصور کنید که یک عملیات فلزکاری دقیق را برای ایجاد یک جزء کامل انجام می دهید. در میان غرش دستگاه، یک صدای نامطبوع ظاهر می شود - ابزار روی قطعه کار می رقصد و سطحی ناهموار و مواد خراب را پشت سر می گذارد. این سناریوی ناامیدکننده نشان دهنده کابوس ارتعاش، به ویژه لرزش، در عملیات برش است. این مقاله پدیده های ارتعاشی در ماشینکاری را بررسی می کند و استراتژی های عملی را برای به حداقل رساندن تأثیر آن بر راندمان و کیفیت ارائه می دهد.

ارتعاش - یک نوسان مکانیکی در مورد یک موقعیت تعادل - به طور کلی در ماشینکاری به دلیل اثرات مضر آن نامطلوب است:

• سایش ابزار تسریع شده: ارتعاش به سرعت لبه های برش را تخریب می کند و باعث لب پریدگی و ترک می شود که طول عمر و قابلیت اطمینان ابزار را به خطر می اندازد.
• تخریب کیفیت سطح: الگوها و علائم نامنظم روی قطعات کار ظاهر می شوند که از تلرانس های زبری فراتر می روند.
• افزایش نرخ ضایعات: ارتعاش شدید منجر به عدم دقت ابعادی و نقص سطحی می شود و هزینه های تولید را افزایش می دهد.
• هزینه های عملیاتی بالاتر: تعویض زودهنگام ابزار، قطعات ضایعاتی و کار مجدد، هزینه ها را افزایش می دهد.
• بهره وری انرژی پایین: ارتعاش باعث هدر رفتن انرژی می شود و راندمان ماشینکاری را کاهش می دهد.

ارتعاش در دو شکل اصلی ظاهر می شود:

• ارتعاش آزاد: زمانی رخ می دهد که یک سیستم پس از یک اختلال اولیه در فرکانس طبیعی خود نوسان می کند (به عنوان مثال، یک صفحه فلزی ضربه خورده که تا زمانی که انرژی از بین می رود، تشدید می کند).
• ارتعاش اجباری: نتیجه تحریک دوره ای یا تصادفی خارجی (به عنوان مثال، ارتعاش ماشین لباسشویی در طول چرخه های چرخش نامتعادل).

ماشینکاری در درجه اول شامل ارتعاش اجباری است که ناشی از نیروهای برش، حرکات اجزای دستگاه یا تداخل محیطی است.

تشدید زمانی رخ می دهد که فرکانس تحریک به فرکانس طبیعی یک سیستم نزدیک شود و دامنه را به طور چشمگیری افزایش دهد. در ماشینکاری، تشدید بین تغییرات نیروی برش و فرکانس های طبیعی ابزار/قطعه کار باعث لرزش شدید می شود که به طور بالقوه منجر به موارد زیر می شود:

• شکستگی ابزار
• رد قطعه کار
• آسیب به ماشین ابزار

بنابراین اجتناب از تشدید فعال ضروری است.

لرزش - یک نوسان خودپایدار - از تعاملات دینامیکی بین نیروهای برش و سیستم های ابزار-ماشین-قطعه کار ناشی می شود. با صدای بلند و ارتعاش شدید مشخص می شود، سایش ابزار را تسریع می کند و سطح نهایی را خراب می کند. تولید پیچیده آن شامل موارد زیر است:

• دینامیک نیروی برش
• هندسه ابزار
• خواص مواد قطعه کار
• ویژگی های ساختاری دستگاه

عوامل تعیین کننده اصلی ارتعاش در ماشینکاری عبارتند از:

• سفتی دستگاه: دستگاه های با سفتی کم بیش از حد ارتعاش می کنند، به خصوص در طول عملیات با سرعت بالا یا برش سنگین.
• سفتی ابزار: ابزارهای باریک یا آویزان مستعد ارتعاش هستند.
• پایداری قطعه کار: اجزای نازک یا کنسولی به راحتی ارتعاش می کنند.
• پارامترهای برش: سرعت، تغذیه و عمق برش بر بزرگی/فرکانس نیرو تأثیر می گذارد.
• هندسه ابزار: زاویه رِیک، زاویه آزاد، زاویه شیب و شعاع بینی بر پایداری فرآیند تأثیر می گذارد.
• مواد قطعه کار: مواد شکل پذیر ارتعاش را تقویت می کنند.
• کاربرد خنک کننده: روانکاری مناسب اصطکاک و دما را کاهش می دهد.

• دستگاه های با سفتی بالا را برای عملیات های سخت انتخاب کنید
• قرارگیری دستگاه را روی پایه های محکم بهینه کنید
• اجزای حیاتی (دوک ها، راهنماها، پیچ ها) را نگهداری کنید

• در صورت امکان از ابزارهای کوتاه و محکم استفاده کنید
• آویزان بودن ابزار را به حداقل برسانید
• از نگهدارنده های با سفتی بالا استفاده کنید (انواع هیدرولیک/حرارتی)
• مواد ابزار با مدول بالا را انتخاب کنید (به عنوان مثال، کاربید نسبت به HSS)

• پشتیبانی اضافه کنید (فیکسچرها، بلوک های پشتیبان)
• گیره را بهینه کنید (چند نقطه، چاک های خلاء)
• ساختارهای توخالی را پر کنید (رزین، ماسه)

• سرعت برش/نرخ تغذیه/عمق برش را کاهش دهید
• برش منقطع را اجرا کنید (ابزارهای شکستن تراشه)

• زاویه های رِیک/آزادی/شیب مناسب را انتخاب کنید
• شعاع بینی بهینه را انتخاب کنید

• از خنک کننده برای کاهش دما/اصطکاک استفاده کنید
• از روان کننده ها برای به حداقل رساندن اصطکاک ابزار-قطعه کار استفاده کنید
• روش های تحویل مناسب را انتخاب کنید (به عنوان مثال، خنک کننده با فشار بالا)

• جهت برش را تغییر دهید
• دمپرها را نصب کنید
• تجزیه و تحلیل ارتعاش را انجام دهید

• از کاتر های با گام درشت برای کاهش سطح تماس استفاده کنید
• آویزان بودن کاتر را به حداقل برسانید
• اینسرت های رِیک مثبت را انتخاب کنید
• از گریدهای کاربید با پوشش نازک استفاده کنید
• تغذیه در هر دندان را افزایش دهید در حالی که RPM را کاهش می دهید
• عمق برش محوری/شعاعی را کاهش دهید
• از نگهدارنده ابزار سفت و سخت استفاده کنید (به عنوان مثال، نگهدارنده های شفت مخروطی)
• کاترها را با استفاده از فرزکاری صعودی مرکز کنید

• سفتی ابزار را با حداقل آویزان بودن به حداکثر برسانید
• شعاع های بینی کوچک را انتخاب کنید (در صورت امکان زیر عمق برش)
• از لبه های برش تیز با کنترل تراشه مناسب استفاده کنید
• برای هندسه های ظریف، گریدهای کاربید سخت را انتخاب کنید
• نرخ های تغذیه را بیش از 25٪ از شعاع بینی حفظ کنید
• از محدوده سرعت دوک نامناسب خودداری کنید

• نسبت آویزان بودن را ارزیابی کنید. ابزارهای بزرگتر/مخروطی/مدولار را در نظر بگیرید
• از نگهدارنده ابزار ممتاز استفاده کنید (به عنوان مثال، Seco-Capto)
• لبه های برش را در ارتفاع مرکز قرار دهید
• هندسه های مثبت با شعاع های کوچک را انتخاب کنید
• توصیه های تراشکاری را برای انتخاب اینسرت دنبال کنید

ارتعاش ماشینکاری چالش های پیچیده ای را ارائه می دهد، اما درک مکانیسم های آن و اجرای راه حل های هدفمند، تولیدکنندگان را قادر می سازد تا به نتایج برتر دست یابند. با پرداختن به عوامل دستگاه، ابزار و فرآیند، اپراتورها می توانند بهره وری و کیفیت قطعات را به طور قابل توجهی افزایش دهند.