Mengoptimalkan Pemilihan Alat dan Parameter: Fondasi Keunggulan Pemrosesan
Introduction
Meskipun bagian, bahan kerja dan proses pemrosesan yang mereka kerjakan sangat berbeda, semua produsen berbagi tujuan memroses sejumlah pekerjaan dengan kualitas yang diinginkan, dalam waktu yang ditentukan, dengan biaya yang sesuai.
Produsen biasanya mencapai tujuan mereka dengan mengikuti model perspektif sempit yang dimulai dengan pemilihan dan penerapan alat dan memecahkan masalah pada dasar reaktif. Membalik pendekatan itu akan menghasilkan pengurangan biaya dan peningkatan efisiensi. Daripada menunggu masalah muncul dan kemudian menyesuaikan operasi pemrosesan individu, produsen harus difokuskan terlebih dahulu pada perencanaan proaktif yang bertujuan untuk menghilangkan bagian yang ditolak dan downtime. Setelah mendirikan proses yang stabil dan terandap, konsep ekonomis produksi dapat diterapkan untuk mencapai keseimbangan antara tingkat produksi dan biaya manufaktur. Kemudian, melalui pemilihan alat potong dan parameter pemrosesan yang hati-hati, produsen dapat sepenuhnya mengoptimalkan operasi mereka dan memenuhi tujuan produksi mereka.
Selection of tools and cutting conditions
Pemilihan alat pemotongan logam biasanya berorientasi aplikasi: sebuah bengkel mencari alat untuk memroses bahan kerja tertentu seperti baja atau aluminium, atau melakukan operasi tertentu seperti roughing atau finishing. Pendekatan yang lebih bermanfaat untuk pemilihan alat dimulai dengan pertimbangan bagaimana operasi pemrosesan cocok ke dalam bisnis produsen secara keseluruhan.
Prioritas pertama dari pendekatan tersebut adalah untuk memastikan keandalan proses dan menghilangkan kejadian bagian yang ditolak dan downtime yang tidak terduga. Keandalan, secara umum, adalah masalah menghormati aturan. Jika sebuah bengkel tidak mengenali dan menghormati efek gaya pemotongan, termal dan kimia pada alat, keandalan akan digantikan dengan kegagalan alat.
Setelah mendirikan proses yang stabil, karakteristik tooling dan kondisi pemotongan harus dipilih untuk cocok dengan tujuan keseluruhan bisnis pemrosesan logam. Misalnya, memaksimalkan output dengan biaya minimal mungkin menjadi pertimbangan utama dalam produksi massal bagian sederhana. Namun, di sisi lain, dalam manufaktur berkeluaran tinggi, volume rendah dari bagian kompleks berharga, keandalan dan akurasi total harus ditekankan sebelum mengatasi biaya manufaktur. Fleksibilitas adalah persyaratan sistem tooling yang diterapkan dalam skenario batch kecil seperti itu.
Jika efisiensi biaya adalah target utama, tooling harus dipilih berdasarkan biaya rendah per tepi pemotongan, dan pilihan kondisi pemotongan harus seimbang dengan pemilihan tersebut. Parameter pemrosesan harus menekankan umur alat yang panjang serta keandalan proses. Jika, sebaliknya, kualitas pekerjaan adalah prioritas utama, tooling presisi berkinerja tinggi yang diterapkan pada kondisi pemotongan yang tepat akan menjadi pendekatan yang benar. Apa pun targetnya, setiap set tujuan yang berbeda akan mengarah pada pemilihan kondisi pemotongan dan alat yang berbeda.
Selecting and adjusting cutting conditions
Dalam perencanaan awal pemrosesan bagian baru, pemilihan tooling dan kondisi pemotongan harus dimulai dengan pertimbangan metode pemrosesan, geometri alat dan bahan alat. Bagian yang diproses akan sebagian besar menentukan persyaratan tersebut. Misalnya, komponen penerbangan berbasis nickel mungkin menentukan profile milling dengan end mill karbide padat geometri positif. Pilihan didorong oleh tujuan dasar bengkel dalam hal tingkat produksi, biaya dan kualitas pekerjaan, dan bergantung pada kedalaman pemotongan, laju pengiriman dan kecepatan pemotongan yang dapat diterapkan untuk mencapai tujuan tersebut.
Proses pemilihan yang berbeda sesuai untuk memodifikasi operasi pembuatan bagian yang ada untuk menghasilkan hasil yang lebih baik dalam hal produktivitas, ekonomi atau keandalan. Dalam kasus ini, pendekatan bertahap direkomendasikan, dimulai dengan perubahan kondisi pemotongan, kemudian geometri, bahan pemotongan, konsep alat dan akhirnya metode pemrosesan. Secara menonjol, sebagian besar bengkel bekerja dalam urutan yang berlawanan dan pertama kali mempertimbangkan untuk mengubah alat atau metode pemrosesan saat mencoba meningkatkan hasil pemrosesan.
Pendekatan awal yang jauh lebih mudah dan biasanya efektif dimulai dengan mengubah parameter pemotongan. Kondisi pemotongan memiliki cakupan pengaruh yang luas, dan mengubah kecepatan pemotongan atau laju pengiriman dengan jumlah kecil mungkin memecahkan masalah atau meningkatkan produktivitas tanpa biaya atau waktu yang dihabiskan untuk mengubah alat.
Jika memodifikasi parameter pemotongan gagal menghasilkan efek yang diinginkan, perubahan dapat dilakukan pada geometri alat potong. Namun, langkah ini lebih rumit dari sekadar mengubah parameter, akan memerlukan penerapan alat baru, dan akan meningkatkan biaya alat dan waktu mesin. Penggantian bahan alat potong adalah alternatif lain, tetapi juga akan melibatkan investasi waktu dan uang yang lebih besar. Mengubah alat potong atau pemegangnya itu sendiri mungkin diperlukan, tetapi ini meningkatkan kemungkinan pindah ke alat buatan kustom, semuanya yang dapat meningkatkan biaya manufaktur lebih lanjut.
Jika semua langkah ini tidak memberikan hasil yang diinginkan, maka perubahan dalam metode pemrosesan mungkin diperlukan. Kunci adalah menjelajahi perubahan dengan cara yang sengaja dan bertahap yang akan membuat jelas faktor apa yang sebenarnya menghasilkan hasil yang diinginkan.
Karena tampaknya pendekatan yang cepat dan mudah, banyak bengkel menggunakan sistem CAM untuk memandu pemilihan alat mereka. Metode ini efektif dalam banyak kasus, tetapi mungkin tidak memberikan hasil optimal. Sistem CAM tidak mempertimbangkan cakupan penuh dari karakteristik operasional individu. Penerapan pemotong milling, misalnya, bukan sekadar memasukkan kecepatan, laju pengiriman dan DOC. Penerapan optimal melibatkan faktor yang berkisar dari jumlah gigi pada pemotong, seberapa baik chip dievakuasi dan kekuatan alat, hingga stabilitas mesin milling. Perlu untuk mengenali semua faktor tersebut untuk sepenuhnya mencapai tujuan operasi manufaktur, apakah itu tingkat penghapusan logam, umur alat, kekasaran permukaan atau ekonomi.
Speed, feed and depth of cut
Banyak manajer bengkel percaya bahwa sekadar meningkatkan kecepatan pemotongan akan menghasilkan lebih banyak bagian per satuan waktu dan oleh karena itu mengurangi biaya manufaktur. Namun, ada lebih banyak elemen biaya manufaktur daripada volume output saja. Contohnya adalah operasi di mana mengubah alat di tengah operasi akan memiliki efek berbahaya pada kualitas bagian dan waktu pemrosesan.
Meningkatkan kecepatan pemotongan akan menghasilkan produksi yang lebih cepat, tetapi umur alat akan menurun. Biaya pemrosesan akan meningkat karena penggantian alat yang lebih sering dan downtime mesin yang lebih besar selama perubahan.
Meningkatkan kecepatan pemotongan mempersingkat umur alat dan dapat membuat operasi kurang stabil, sementara mengubah kedalaman pemotongan atau laju pengiriman memiliki efek minimal pada umur alat. Akibatnya, hasil terbaik datang dari pendekatan yang seimbang yang melibatkan kecepatan pemotongan yang dikurangi yang dicocokkan dengan peningkatan proporsional dalam laju pengiriman dan kedalaman pemotongan. Menggunakan kedalaman pemotongan terbesar yang mungkin mengurangi jumlah luncuran pemotongan yang diperlukan dan oleh karena itu mengurangi waktu pemrosesan. Laju pengiriman harus dimaksimalkan juga, meskipun kualitas pekerjaan dan finishing permukaan dapat terpengaruh oleh laju pengiriman yang berlebihan.
Dalam contoh umum, meningkatkan kecepatan pemotongan dari 180 m/min ke 200 m/min akan meningkatkan tingkat penghapusan logam hanya sekitar 10 persen, tetapi akan memiliki efek negatif pada umur alat. Meningkatkan laju pengiriman dari 0,2 mm/rev ke 0,3 mm/rev akan meningkatkan tingkat penghapusan logam 50 persen, dengan efek minimal, jika ada, pada umur alat.
Dalam sebagian besar kasus, peningkatan laju pengiriman dan kedalaman pemotongan pada kecepatan pemotongan yang sama atau lebih rendah akan meningkatkan tingkat penghapusan logam operasi ke yang dicapai oleh kecepatan pemotongan yang lebih tinggi sendiri. Di antara manfaat bekerja dengan kombinasi kecepatan pemotongan yang lebih rendah dengan laju pengiriman yang lebih besar dan kedalaman pemotongan yang lebih kecil adalah konsumsi energi yang berkurang.
Langkah akhir dalam optimasi kondisi pemotongan adalah memilih kriteria yang sesuai dalam hal biaya minimum atau produktivitas maksimum dan menggunakan kecepatan pemotongan untuk menyelaraskan pencapaian kriteria tersebut. Model yang dikembangkan pada awal abad ke-20 oleh insinyur mekanik Amerika F.W. Taylor dapat memandu pilihan itu.
Model menunjukkan bahwa untuk kombinasi tertentu dari kedalaman pemotongan dan laju, ada jendela tertentu untuk kecepatan pemotongan di mana kerusakan alat aman, dapat diprediksi dan dapat dikontrol. Saat bekerja dalam jendela itu, mungkin untuk mempersyaratkan dan mengukur hubungan antara kecepatan pemotongan, aus alat dan umur alat. Target adalah kecepatan pemotongan yang lebih tinggi yang mengurangi biaya waktu mesin tetapi tidak meningkatkan biaya alat potong secara berlebihan melalui aus alat yang dipercepat.
Tool substrate and geometry
Langkah tambahan dalam mengoptimalkan penerapan alat dapat termasuk penyetelan halus karakteristik substrat dan geometri alat. Sama seperti menyesuaikan kondisi pemotongan melibatkan pengelolaan tradeoff yang bergantung pada hasil yang diinginkan, memaksimalkan produktivitas melalui perubahan substrat alat membutuhkan keseimbangan tradeoff di antara properti substrat.
Karena tepi pemotongan alat harus lebih keras daripada bahan yang dipotong, kekerasan adalah karakteristik kunci alat. Kekerasan tinggi, terutama pada suhu tinggi yang dihasilkan dalam pemrosesan kecepatan tinggi, akan memanjangkan umur alat. Alat yang lebih keras, Namun, juga lebih rapuh. Gaya pemotongan yang tidak merata yang dihadapi dalam roughing, terutama dalam pemotongan terganggu yang melibatkan skala atau kedalaman pemotongan yang bervariasi, dapat menyebabkan alat potong keras patah. Ketidakstabilan dalam alat mesin, fixturing atau pekerjaan juga dapat memicu kegagalan.
Sebaliknya, meningkatkan ketahanan alat dengan menyertakan persentase kobalt binder yang lebih tinggi, misalnya, akan memungkinkan alat untuk menahan dampak. Namun, pada saat yang sama, kekerasan yang dikurangi membuat alat tunduk pada aus cepat dan/atau deformasi dalam operasi kecepatan tinggi atau saat memroses pekerjaan abrazif. Kunci adalah menyeimbangkan properti alat berdasarkan bahan kerja yang diproses.
Memilih geometri alat juga melibatkan tradeoff. Geometri pemotongan positif dan tepi pemotongan tajam mengurangi gaya pemotongan dan memaksimarkan aliran chip. Namun, tepi tajam tidak sekuat tepi yang dibulatkan. Fitur geometri seperti T-lands dan chamfers dapat dimanipulasi untuk memperkuat tepi pemotongan.
Sebuah T-land – area penguat di belakang tepi pemotongan – yang disetel pada sudut positif dapat memberikan kekuatan yang cukup untuk menangani operasi dan bahan kerja tertentu dan meminimalkan gaya pemotongan sebanyak mungkin. Sebuah chamfer membuat bagian paling lemah dari tepi pemotongan tajam menjadi persegi, dengan harga peningkatan gaya pemotongan. Geometri kontrol chip “keras” memandu chip melalui sudut yang relatif lancip untuk melengkung dan memecahkan mereka segera. Geometri ini dapat efektif dengan bahan yang chip panjang tetapi memberikan beban tambahan pada tepi pemotongan. Geometri kontrol chip “lemah” memberikan beban lebih sedikit pada tepi pemotongan, tetapi menghasilkan chip yang lebih panjang. Fitur geometri berbeda – serta treatment tepi alat seperti hones – dapat digabungkan untuk mengoptimalkan kinerja pemotongan dalam bahan kerja tertentu.
Conclusion
Perlu dicatat bahwa sementara personel lantai produksi dan mungkin insinyur produksi cukup khawatir dengan kondisi pemotongan dan produktivitas yang mereka wakili, manajer tingkat atas tidak begitu khawatir dengan angka-angka itu seperti yang mereka khawatirkan dengan tujuan bisnis operasi manufaktur secara keseluruhan. Mereka yang membuat pilihan kondisi pemotongan dan alat potong harus berpikir terlebih dahulu tentang target yang lebih luas dari operasi pemrosesan perusahaan mereka dan menggunakannya untuk mengarahkan pemilihan kondisi pemotongan dan alat yang memberikan performa yang akan memungkinkan pencapaian tujuan tersebut.
Tool versatility for modern production scenarios
Manufaktur bergerak dari produksi massal volume tinggi ke skenario pemrosesan berkeluaran tinggi, volume rendah sebagai akibat dari penggunaan yang meningkat dari strategi produksi just-in-time dan pertumbuhan outsourcing. Subkontraktor semakin memproduksi ukuran batch yang lebih kecil pada dasarnya tidak teratur tetapi berulang. Menyeimbangkan produktivitas dan pertimbangan biaya alat membutuhkan tooling yang menawarkan serbaguna dan fleksibilitas di jendela aplikasi yang luas. Meminimalkan jumlah alat yang berbeda di bengkel mengurangi waktu penanganan alat dan meningkatkan waktu yang tersedia untuk operasi pemrosesan.
Cara tradisional untuk meningkatkan produktivitas dalam operasi individu yang melibatkan luncuran panjang bagian identik adalah menerapkan tooling yang dirancang khusus untuk proses tersebut. Merancang dan menerapkan tooling khusus berarti ketika biaya dapat diamortisasi selama luncuran produksi yang panjang.
Namun, menyeimbangkan produktivitas dan pertimbangan biaya alat dalam situasi batch kecil yang bervariasi lebih baik dicapai dengan tooling “universal” serbaguna yang menawarkan fleksibilitas di jendela aplikasi yang luas. Alat ini mengurangi downtime dengan meminimalkan waktu yang diperlukan untuk beralih ke alat baru ketika pekerjaan berubah. Mereka juga menghilangkan kebutuhan untuk menyiapkan dan melakukan tes run alat baru.
Contoh tooling seperti itu adalah rentang pemotong milling Seco Turbo. Alat ini menawarkan serbaguna dalam berbagai aplikasi untuk memberikan kombinasi efisiensi biaya dan performa tinggi. Geometri pemotongan positif pemotong mengurangi konsumsi daya, mengarah pada umur alat yang lebih lama dan kemungkinan untuk kedalaman pemotongan dan laju yang meningkat.
Pendekatan lain untuk tooling universal melibatkan merakit sekelompok alat yang cocok untuk berbagai aplikasi. Alat Seco Selection dirancang untuk memberikan fleksibilitas. Grup yang dipilih mencakup sejumlah alat yang mungkin tidak memberikan produktivitas atau efisiensi biaya absolut maksimum dalam setiap aplikasi. Alat akan, Namun, menjadi pilihan terbaik dan paling hemat ketika fleksibilitas maksimum diinginkan untuk memroses berbagai bahan kerja dan komponen yang berubah cepat.
Sebelumnya ditampilkan di SecoTools.com.
