Bewältigung der wichtigsten technischen Herausforderungen in der Metallbearbeitung

Beim Schneiden von Metall stehen Zeit und Qualität leider oft im Widerspruch zueinander. Teilequalitäts- und Maschinenprobleme werden auftreten, die möglicherweise eine Änderung des Status quo erfordern, sagen Metallbearbeitungsspezialisten auf diesem Gebiet. Sehen Sie, wie drei Spezialisten systemische Herausforderungen diagnostizieren und behandeln.

Thermisches Cracken. Verformung. Kraterabnutzung. Nein, das sind keine Science-Fiction-Begriffe über öde und verlassene Monde und Planeten, beschädigte Raumfahrzeuge oder eine Beschreibung seltsamer, jenseitiger Außerirdischer. Dies sind Begriffe über das hitzebedingte Versagen von Schneidwerkzeugen aus der Nähe auf mikroskopischer Ebene. Aber es gibt noch viele andere Arten von Werkzeugschäden, von denen einige mit mechanischen Fehlern zu tun haben.

Na und, sagst du? Schneidwerkzeuge sollen ihren Dienst verrichten und dann ausgewechselt und verschrottet werden. Sie stecken ein neues Tool ein, machen sich wieder an die Arbeit und vergessen es, richtig? Wenn es nur so einfach wäre. Umfangreiche Werkzeugschäden sind oft ein Symptom größerer systemischer und miteinander verbundener Faktoren – und erfordern die richtige Diagnose für die Behandlung.

Die MSC-Metallbearbeitungsspezialisten Ray Gavin, Brian Laffey und Mac Allsup sprachen kürzlich mit uns über häufige und ungewöhnliche technische Herausforderungen bei Schneidwerkzeugen, die sie regelmäßig beobachten und untersuchen. Es ist absolut wahr, dass von Schneidwerkzeugeinsätzen erwartet wird, dass sie sich abnutzen und ersetzt werden, erklären sie. Das Problem ist, wie Hersteller ihre Schneidwerkzeuge in Maschinen einsetzen, um qualitativ hochwertige Teile nach einem Produktionsablaufplan zu liefern – das heißt, eine bestimmte Anzahl von Teilen, die täglich hergestellt werden.

„Wenn es um Kunden geht, beginnen wir zu beurteilen, wo sie stehen und wo sie sein müssen“, sagt Gavin. Auf der grundlegendsten Ebene geht es darum, ihre Ziele zu verstehen, „müssen sie beispielsweise mehr Teile pro Tag herstellen oder wollen sie qualitativ hochwertigere Teile produzieren?“

Oft lautet die Antwort beides, aber dann beginnen die Probleme – und mit der Zeit wirken sie sich auf das Geschäft aus. Zeit und Qualität stehen leider im Widerspruch zueinander. Werkzeuge müssen häufiger ausgewechselt werden – was auf den ersten Blick keine große Sache zu sein scheint – aber dann kann sich die Maschinenstillstandszeit wirklich auf die Produktlieferung auswirken, erklären sie. Um zu verstehen, wie das zugrunde liegende Problem zu behandeln ist, kann eine tiefere Ursachenanalyse erforderlich sein.

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Alltägliche Schneidwerkzeug- und Bearbeitungsproblembereiche

Welche Arten von Problemen sehen sie jeden Tag bei der Arbeit? Gemeinsam stellen diese Außendiensttechniker fest, dass Werkzeuge beschädigt werden und Teile nicht richtig herauskommen, weil das Kühlmittel nicht richtig aufgetragen wurde oder weil der Schnittwinkel oder die „Geometrie“ des Einsatzes nicht richtig eingestellt ist – oder die Maschine nicht läuft die richtige Geschwindigkeit für das zu schneidende Material und den Werkzeugtyp.

Anekdotisch gesehen sind die Art von Fehlern, die sie am häufigsten sehen, eher mechanische im Gegensatz zu Fehlern durch zu viel oder zu wenig Hitze, und dazu gehören:Flankenverschleiß, Abplatzungen, Schnitttiefenkerben und Brüche. Die Temperatur ist jedoch fast immer ein Faktor bei allem, was mit dem Schneiden von Metall zu tun hat – daher könnte es zu einfach sein, Dinge in Bezug auf Hitze und mechanisches Versagen zu gruppieren.

Fehlerursachen sind nicht so binär wie Temperatur oder mechanischer Verschleiß, was für die Komplexität der Diagnose von Metallbearbeitungsproblemen spricht. Beim Schneiden von Metall sind Wärme und mechanische Probleme eng miteinander verbunden. Das bedeutet meist, dass die Fehlerursache eher einem Bereich als einem anderen zuzuordnen ist, erklären die Spezialisten.

Von den hitzebedingten Ausfällen ist thermische Rissbildung eine der häufigsten. Warum ist das so? „Das Kühlmittel wird am Schnittpunkt nicht richtig aufgetragen“, sagt Gavin. „Da beim Schneiden Späne entstehen und Kühlmittel aufgetragen wird, können die Späne selbst im Weg sein. Kühlung durch das Werkzeug kann helfen.“

Diese „At-the-Point-of-the-Cut“-Technologie ermöglicht es, Kühlmittel an zwei verschiedenen Positionen von oben und unten auf den Werkzeughalter aufzubringen. Bei der Verwendung ist das Ergebnis normalerweise eine viel bessere Spankontrolle und ein geringeres Risiko für Verletzungen durch Späne, wenn Maschinisten hineingehen, um lange Spänestränge zu entfernen und geschnitten werden, sagt Gavin.

Alle drei Spezialisten sagen, dass sie sehr wenig Kraterverschleiß oder Verformung sehen, aber es kommt bei Anwendungen mit Titan, Eisen und Hochtemperaturlegierungen und bei einigen Superhochgeschwindigkeitsoperationen vor. Um einige der häufigeren technischen Problembereiche besser zu veranschaulichen, sind hier einige reale Situationen aufgeführt, auf die die Spezialisten gestoßen sind – und wie sie die Probleme gelöst haben.

Herausforderung: Bruch

Beispiel aus der Praxis :Ein großer Luft- und Raumfahrthersteller bearbeitete mit Iconel (Stärke „50 Rockwell“) mit einem Planfräser. Das zu bauende Teil hat einen Durchmesser von 50 bis 60 Zoll, und die Maschinisten verwendeten Hartmetallschneider und Planpads (Bearbeitungspads auf dem Teil). Es dauerte 20 Stunden, um ein Teil zu fräsen, weil das Material sehr zäh war, und sie mussten die Maschine sehr langsam laufen lassen und sie dann stoppen, da die Werkzeuge nicht mehr effektiv waren. Die Werkzeuglebensdauer war schrecklich und die Produktivität vorhersehbar schlecht.

Lösung: Laffey riet zur Verwendung eines Keramikfräsers und nahm eine kleine Anpassung des Schnittpfads vor, damit das Material besser geschnitten werden konnte. Das Teil könnte jetzt in vier Stunden hergestellt werden.

Ergebnis: Die Produktivität nahm Fahrt auf:Die Bearbeitungszeit wurde um 80 Prozent von 20 Stunden auf vier Stunden reduziert.

„Obwohl der einzelne Werkzeugpreis doppelt so hoch war, war es ziemlich schwer, mit der gewonnenen Zeit zu argumentieren – und dass das Werkzeug einfach besser mit dem Material funktionierte“, sagt Laffey.

Herausforderung: Aufbauschneide durch schlechte Spankontrolle, Schnitttiefenkerbe

Beispiel aus der Praxis: Ein großer Hersteller von Automatisierungs- und Stromerzeugungsanlagen hatte eine große Maschine mit einem Spannfutter mit 36 ​​Zoll Durchmesser für sehr große Edelstahlteile, bei denen sich Späne um das Spannfutter wickelten, was zu vielen Ausfallzeiten und durchbrennenden Werkzeugen führte. Jedes Mal, wenn es passierte, kamen auf 30 Minuten Zykluszeit 20 Minuten unproduktive Arbeit. Außerdem hat der Hersteller den Hartmetall-Wendeschneidplatten-Drehmeißel zu wenig zugestellt, was zu einem Aufbau der Schneide führte. Es war auch ein Sicherheitsrisiko, da Maschinisten in die Maschine griffen und geschnitten wurden. Sie benutzten Lederhandschuhe, keine schnittfesten Handschuhe.

„Ein guter Ort, um nachzuschauen, ist der recycelte Schrott des Kunden, um alle Probleme zu sehen, die bei einem Werkzeug auftreten können“, sagt Allsup. „Ich benutze eine 30-fache D-Loop-Lupe, um genau zu sehen, was vor sich geht. In diesem Fall hatten sie einen großen Vorteil, weil sie zu langsam gefahren sind. Es war, als würden sie versuchen, gefrorene Butter mit einem Buttermesser zu schneiden. Das Material klebte also an der Beschichtung des Werkzeugs.“

Lösung: Allsup empfahl, die Parameter zu ändern, die Schnitttiefe und das Oberflächenmaterial anzupassen, eine schärfere Geometrie zu verwenden und die Geschwindigkeit und die Vorschübe zu erhöhen.

„Sie hatten die richtige Sorte, aber ihre Schnitttiefe lag unter dem empfohlenen Wert für diese Art von Spanbrecher“, sagt Allsup.

Ergebnis: Das Produktionsniveau wurde wieder normalisiert und Ausfallzeiten wurden vollständig eliminiert.

„Die Kosteneinsparungen betrugen 2.500 US-Dollar, aber die Haupteinsparungen bestanden darin, die Maschine alle 15 Minuten anzuhalten und die Chips aus der Maschine zu ziehen“, sagt Allsup. „Die Prozessänderungen ermöglichten es dem Kunden, das Teil fertigzustellen, ohne die Maschine anzuhalten und das Sicherheitsrisiko zu beseitigen.“

Herausforderung: Absplittern, Brechen

Beispiel aus der Praxis :Ein Luft- und Raumfahrtzulieferer fräste ein großes Triebwerksteil mit einem Durchmesser von 30 Zoll und 36 Taschen auf einer horizontalen CNC-5-Achsen-Maschine. Diese Taschen bestanden aus einem sehr harten Legierungsmaterial auf Nickelbasis, Rene 41, das Laffey als „böse und fast nicht zu bearbeiten“ beschreibt. Mit dem von ihnen verwendeten Schaftfräser konnten die Maschinisten nur vier Taschen schneiden, bevor er zerstört wurde – und hatten kaum eine Möglichkeit, den Zustand des Schaftfräsers einzuschätzen. Der Hersteller musste die Maschine anhalten, ein neues Werkzeug zurücksetzen und dann einen Testschnitt durchführen, um sicherzustellen, dass das neue Werkzeug funktionierte – was sehr zeitaufwändig und frustrierend war.

Lösung: Laffey empfahl die Verwendung eines Schaftfräsers mit austauschbarem Kopf, der eine Werkzeugklemme mit einem Gewindeende hat, das leicht ein- und ausgeschraubt werden kann, um den Werkzeugwechsel und die Einrichtung zu erleichtern. Der Hersteller war jetzt in der Lage, 10 Taschen pro Durchlauf zu machen, statt bisher vier.

Ergebnis: Der Hersteller gewann 24 Stunden pro Woche zurück. Die Zeitersparnis bringt dem Kunden drei 8-Stunden-Schichten ein.

„Der Preis pro Werkzeug stieg von 25 auf 75 US-Dollar, um 24 Stunden zurück zu gewinnen“, sagt Laffey. „Die Mathematik war ein Kinderspiel, ebenso wie die Zunahme der Taschen, die mit dem Werkzeug in dem Teil erzeugt wurden. Und sie mussten es nicht neu kalibrieren, es waren keine Probeschnitte und keine neuen Messungen erforderlich – nur durch den Wechsel des Spannmechanismus konnten sie besser mit dem Teil arbeiten … Sie wussten nicht, dass Spanntechnologie existiert. ”

Herausforderung: Schlechte Teileoberfläche, schlechte Standzeit

Beispiel aus der Praxis: Bei einem großen Luft- und Raumfahrtunternehmen, das Spezialteile aus 17-4 PH-Edelstahl herstellt, wurde Material mit einer Geschwindigkeit von etwa 40 Zoll pro Minute in einer Zelle mit vier Maschinen geschnitten, die rund um die Uhr in Betrieb sind. Der Hersteller führte eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit Kugelschaftfräsern unter Verwendung einer 4-Achsen-Maschine durch, die sich mit hoher Lautstärke auf der A-Achse drehte. Das Wichtigste war, so viele Teile wie möglich herzustellen, aber die Teileoberfläche war von schlechter Qualität und die Standzeit des Werkzeugs war gering.

Lösung: Gavin empfahl, auf Hochvorschubmühlen umzusteigen und einen anderen Profilierungsansatz zu verwenden. Er arbeitete mit dem Hersteller zusammen, um den Werkzeugweg komplett neu zu programmieren.

„Wir sind bei diesem hier um 180 Grad anders gegangen und haben über den Tellerrand hinausgedacht“, sagt Gavin. „Wir konnten die ‚Time-in-Cut‘ drastisch senken.“

Ergebnis: Die Schnittzykluszeit wurde von etwa 18 Minuten pro Teil auf 4,5 Minuten reduziert. Der Materialschnitt stieg von 40 auf 300 Bilder pro Minute. Die Kosten pro Teil wurden um fast 300 Prozent gesenkt.

Das andere Ergebnis:Eine andere Abteilung auf dem Campus dieses Herstellers hörte von den Verbesserungen, und der gleiche Ansatz wurde dann auf weiteren acht Maschinen implementiert.

Schneiden Ihre Maschinen so optimal, wie Sie es sich wünschen? Wie geht Ihr Geschäft mit Ausgabeproblemen auf der Maschine um? Teilen Sie Ihre Erfahrungen.