Werkzeuglebensdauer mit Maschinendaten optimieren: Ein moderner Leitfaden

Die Kosten für Werkzeug in Kombination mit dem Ausschleusen defekter Teile macht die Verlängerung der Werkzeuglebensdauer zu einem wichtigen Ziel für Metallschneideunternehmen. Traditionelle Bearbeitung verließ sich auf experimentell bestimmte Einstellungen, um die Lebensdauer eines Maschinenwerkzeugs zu bestimmen. Operatoren konnten Stückzahlen protokollieren, bis ein Werkzeug versagte oder begann, out-of-spec-Teile zu entwickeln. Der Durchschnitt dieser Stückzahlen konnte verwendet werden, um einen Schwellenwert für die Lebensdauer des Werkzeugs festzulegen. Alternativ konnten sie die vom Maschinenwerkzeug-OEM bereitgestellte Stückzahl verwenden, um den Rhythmus des Werkzeugwechsels festzulegen.

Diese Lösungen sind ungenau, was zu einem von zwei Dingen führt:

• Ein Werkzeug wird unterausgelastet, was bedeutet, dass ein Werkzeug ersetzt wird, bevor es das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat
• Ein Werkzeug wird überausgelastet, was in Ausschuss-Teilen und Stillstandzeiten resultiert

Werkzeugüberwachung ermöglicht Herstellern, die Lebensdauer ihres Werkzeugs zu überwachen und zu optimieren, um sicherzustellen, dass sie den größten ROI aus ihren Werkzeugen herausholen, ohne die Folgen katastrophaler Werkzeugversagen zu erleiden.

Was ist Werkzeuglebensdauer?

Werkzeuglebensdauer bezieht sich auf die nützliche Lebensdauer eines Maschinenwerkzeugs. Sie kann in der Menge an guten Teilen ausgedrückt werden, die ein gegebenes Werkzeug bearbeiten kann. Sobald ein Werkzeug so abgenutzt ist, dass die erstellten Teile out-of-spec sind, ist seine Lebensdauer effektiv vorbei und das Werkzeug sollte ersetzt werden.

Werkzeugverschleiß, Werkzeugversagen und Werkzeuglebensdauer sind Realität der CNC-Bearbeitung. Alle Werkzeuge erfahren Werkzeugverschleiß und werden schließlich versagen, wenn sie weiterhin Arbeit verrichten. Allerdings liegt es im effektiven Management der Lebensdauer des Werkzeugs, dass Hersteller die effizienteste Nutzung ihrer Maschinenwerkzeuge vorantreiben können.

Der einzige mögliche Weg, die Maschinenwerkzeuglebensdauer zu erhöhen, während Ausschuss-Teile und Ausfälle verhindert werden, ist, Maschinenwerkzeugdaten zu sammeln und sie zu nutzen, um zu bestimmen, wann ein Werkzeugwechsel stattfinden sollte.

Alle Werkzeuge haben vorhersehbare Lebensdauerkurven – den Zeitraum, in dem ein Werkzeug erwartet wird, zu halten und Teile nach gewünschten Qualitätsstandards zu produzieren. Allerdings kann die Werkzeuglebensdauer schwierig genau zu bestimmen sein, besonders wenn manuell durchgeführt, aufgrund der Vielzahl von Faktoren, die die Lebensdauer eines Werkzeugs beeinflussen. Zum Beispiel das bearbeitete Material, die Art des Schnitts, die Geschwindigkeits- und Vorschubraten usw.

Quelle

7 Wege zur Verbesserung der Werkzeuglebensdauer

Während kein Werkzeug ewig hält, gibt es viele Faktoren, die die Werkzeuglebensdauer beeinflussen. Hier sind einige Methoden, um Werkzeugverschleiß zu reduzieren:

1. Angemessene Geschwindigkeiten und Vorschübe verwenden

Während sich das Schneidwerkzeug mit einer festgelegten Schnittgeschwindigkeit dreht, bohrt oder schneidet, traversiert es auch entlang des Werkstücks. Die richtigen Geschwindigkeits- und Vorschubeinstellungen werden die Werkzeuglebensdauer signifikant erhöhen. Während die tatsächliche Schneidzeit immer eine Überlegung ist, können die richtigen Einstellungen für Geschwindigkeit und Vorschub die Lebensdauer des Werkzeugs verlängern.

2. Schneidflüssigkeit anwenden

Der Schneidprozess erzeugt viel Hitze aufgrund von Metall-zu-Metall-Kontakt. Der richtige Typ Schneidflüssigkeit und die richtige Menge der Flüssigkeitsapplikation werden die Werkzeuglebensdauer verlängern.

3. Späne nicht erneut schneiden

Späne sind der Weg, das Metallmaterial nach dem Schneiden vom Werkstück zu entfernen. Sie führen auch überschüssige Hitze ab, die während des Schneidens erzeugt wird. Aber die Einstellungen müssen korrekt sein, um das erneute Schneiden von Spänen zu verhindern, was zu Flankenverschleiß-Zunahmen, Krater-Verschleiß und anderen Werkzeugverschleiß-Ursachen führt.

4. Die richtigen Werkzeuge verwenden

Die Komplexität des Werkstücks, Oberflächenrauheit, erforderliche Bearbeitungsgenauigkeit, Toleranzanforderungen für das fertige Teil und andere Überlegungen sind kritisch. Zum Beispiel können einige Werkstücke stark genug sein, um ein Hochgeschwindigkeitsstahl-Werkzeug zu benötigen. Diese Parameter zu kennen, wird helfen, das richtige Werkzeug für die Kombination von Faktoren auszuwählen.

5. Verschleiß über die Schneide verteilen

Programme und Schneidpläne sollten entworfen werden, um so viel der Schneide wie möglich zu nutzen. Kontinuierlicher Fokus auf einen Teil des Schneidwerkzeugs kann den Werkzeugverschleiß erhöhen.

6. Auslauf (Runout) kontrollieren

Das Alter der Equipment kann den Auslauf in der Bearbeitung beeinflussen. Moderne Maschinen können einen automatisierten Werkzeughalter haben. Dieser Werkzeughalter stellt korrekte Positionierung und Sicherung des Werkzeugs sicher. Bei älteren Maschinen kommt der Auslauf von der Fehlausrichtung oder Sicherung des Zentrums des Werkzeugschafts relativ zur Mittellinie der zentralen Achse und kann zu ausgeschlachteten Teilen und geringerer Werkzeuglebensdauer führen.

7. Durchbiegung (Deflection) kontrollieren

Wenn Hitze aufbaut und Schneiden im Gange ist, finden enorme Schnittkräfte statt, da Materialeigenschaften sowohl Werkzeug als auch Werkstück beeinflussen. Die Späne, die gebildet werden, wenn Metall entfernt wird und das Werkstück verlassen, drücken zurück, wenn sie sich aufbauen. Wenn Variablen nicht korrekt sind, kann dies das Werkzeug biegen oder durchbiegen.

Faktoren, die die Werkzeuglebensdauer beeinflussen

Mit einer Werkzeuglebensdauerkurven-Berechnung wie der Taylorschen Werkzeuglebensdauer-Gleichung können verschiedene Faktoren geplottet werden, um verschiedene Werkzeuglebensdauerkurven für ein Werkzeug zu projizieren, abhängig von der Kombination der anwendbaren Variablen. Diese umfassen:

Schnittgeschwindigkeit

Schneller ist nicht immer besser. Werkstückhärte, verschiedene Werkzeugmaterialien, Komplexität der Schnitte und andere Faktoren bedeuten einen optimalen Satz für jede Kombination von Faktoren.

Vorschubrate und Schnitttiefe

Wie Schnittgeschwindigkeit können auch Vorschubrate und Schnitttiefe optimiert werden. Und dieser optimale Punkt wird durch die Aggressivität des erforderlichen Schnitts bestimmt.

Werkstückhärte

Werkzeuge, die sehr hartes Material schneiden, werden schneller verschleißen als solche, die in weicheren Metallen verwendet werden. Die unterschiedliche Härte des Werkstücks kann verschiedene Werkzeugverschleißarten auslösen. Built-up Edge kann in weichen Metallen wie Aluminium auftreten. Metalle wie Titan können katastrophales Versagen an einem falschen Werkzeug verursachen.

Werkzeugmaterial

Wie Werkstückhärte muss das Werkzeugmaterial Leistungseigenschaften haben, die das Schnittstück erfüllen oder übertreffen. Einige Werkzeuge können speziell gehärtet werden, um mit lebensgehärtetem Stahl oder exotischen Metallen wie Titan zu arbeiten. Aber sie müssen auch für Metalle entworfen sein, die eine schlechte Oberflächenqualität haben.

Art des Schneidens

Einige Schneidwerkzeuge verleihen leichte Abrasion, um eine Oberflächenqualität zu erzeugen. Andere sind aggressiver. Wie Schnittgeschwindigkeit und Vorschubrate muss die Art des Schneidens bei der Planung von Werkzeuglebensdauerkurven und der Reduzierung von Verschleiß berücksichtigt werden.

MachineMetrics zur Verlängerung und Optimierung der Werkzeuglebensdauer nutzen

MachineMetrics Werkzeugüberwachung erfasst Maschinendaten direkt von der Maschinensteuerung und liefert präzise Echtzeitdaten zu Maschinenleistung und -gesundheit. Daten können gesammelt werden, um das Maschinenwerkzeug zu überwachen und Schwellenwerte zu entwickeln, für den Fall, dass Werkzeugversagen unmittelbar bevorsteht.

Schwellenwerte verwenden, um zu bestimmen, wann ein Werkzeug das Ende seiner Lebensdauer erreicht, damit es ausgewechselt werden kann.

Weiterhin können diese Daten verwendet werden, um Algorithmen zu entwickeln, um katastrophale Maschinenwerkzeugausfälle vorherzusagen und zu verhindern. Anstatt manuell Stückzahlen zu sammeln oder die Werkzeuglebensdauer-Empfehlung eines Maschinenwerkzeug-OEMs zu verwenden, können Benutzer präzise Maschinenwerkzeugdaten nutzen, um effektivere Werkzeuglebensdauer-Parameter zu etablieren.

Maschinenwerkzeug-Analytik kann genutzt werden, um Prozesse rund um die Maschine zu optimieren, Kommunikation und Automatisierung zu ermöglichen, die die Maximierung der Werkzeuglebensdauer unterstützen. Zum Beispiel können Operatoren über unmittelbares Werkzeugversagen benachrichtigt werden, um das Maschinenwerkzeug proaktiv zu ersetzen.

Dies stellt mehrere große Vorteile sicher:

• Katastrophale Werkzeugausfälle können vermieden werden
• Reduzierung der Stillstandzeiten durch Werkzeugausfälle oder übermäßige Werkzeugausfälle
• Werkzeuglebensdauer maximiert, um den größten ROI aus Ihrer Werkzeuginvestition zu gewährleisten
• Höhere Qualitätsprodukte mit größerer First-Pass-Yield

Fallstudie: Wie BC Machining Werkzeugausfälle vorhersagt und verhindert

"Zuvor verloren wir oft ein Drittel unserer Schicht an Teilen, um nicht zu erwähnen, dass wir mindestens eine Stunde damit verbrachten, Teile zu sortieren, um den Ausschuss zu identifizieren. Seit der Nutzung der prädiktiven Werkzeugbruch-Technologie von MachineMetrics wurde dieser Abfall eliminiert."

- Mike Driskell, Manufacturing Engineer, BC Machining

BC Machining, ein Hersteller von gefertigten Metallteilen, produzierte so große Mengen an Ausschuss, dass sie gezwungen waren, ihre Maschinen mit 200 % Kapazität zu fahren, nur um ihre Produktionsziele zu erreichen. Ohne Einblick in den Zeitpunkt, wann Werkzeuge abgenutzt waren oder kurz vor dem Bruch standen, häuften sich bei BC Machining erhebliche Kosten durch die Produktion von Ausschuss und den Austausch gebrochener Werkzeuge an.

Um Ausschussproduktion zu verhindern und Werkzeuglebensdauer zu maximieren, gingen sie eine Partnerschaft mit MachineMetrics ein. Lesen Sie unsere Fallstudie, um zu erfahren, wie BC Machining Ausschuss durch Werkzeugverschleiß praktisch eliminierte, ihre Rüstzeiten signifikant reduzierte und 72.000 $ pro Maschine jährlich einsparte.

Lesen Sie die vollständige Fallstudie.