अनुकूलित फीड के साथ हार्डन्ड स्टील सीएनसी मशीनिंग में टूल टूटने को कैसे कम करें

अनुकूलित फीड के साथ हार्डन्ड स्टील सीएनसी मशीनिंग में टूल टूटने को कैसे कम करें

पीएफटी, शेन्ज़ेन

कठोर स्टील (45-65 एचआरसी) के सीएनसी मशीनिंग के दौरान उपकरण के टूटने की समस्या एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है, जो उत्पादकता और लागत को प्रभावित करती है। इस समस्या के निवारण के लिए अनुकूलित फ़ीड नियंत्रण तकनीक के अनुप्रयोग का अध्ययन किया गया। एआईएसआई 4340 (50 एचआरसी) घटकों को कोटित कार्बाइड एंड मिल्स का उपयोग करके उत्पादन चलाने के दौरान मशीनिंग के वास्तविक समय के डेटा (कटिंग बल, कंपन, स्पिंडल शक्ति) एकत्र किए गए। एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध अनुकूलित नियंत्रण प्रणाली पूर्व निर्धारित बल सीमा मानदंडों के आधार पर फ़ीड दरों में गतिशील समायोजन करती थी। 120 मशीनिंग चक्रों के विश्लेषण से पता चला कि समान सामग्री निकालने की दर के तहत निर्धारित पैरामीटर मशीनिंग की तुलना में आपातकालीन उपकरण टूटने में 65% की कमी आई। सतह की खुरदरापन (आरए) विनिर्देशों के भीतर बना रहा (±0.4 माइक्रोन)। परिणामों में दिखाया गया है कि अनुकूलित फ़ीड नियंत्रण तात्कालिक मशीनिंग स्थितियों के उत्तर में उपकरण अतिभार को रोकने में प्रभावी है, कठोर स्टील फिनिशिंग ऑपरेशन में प्रक्रिया विश्वसनीयता में सुधार के लिए एक व्यावहारिक विधि प्रदान करता है।

1 परिचय

एयरोस्पेस, टूल एवं डाई, और ऑटोमोटिव उद्योगों में स्थायी घटकों के उत्पादन के लिए कठोरित इस्पात की मशीनीकरण आवश्यक है। हालांकि, इन सामग्रियों (सामान्यतः रॉकवेल सी 45 और उच्च) में सटीकता प्राप्त करना कटिंग उपकरणों को उनकी सीमा तक ले जाता है। अचानक, अप्रत्याशित उपकरण टूटना एक प्रमुख समस्या है। यह उत्पादन को रोक देता है, महंगी कच्ची सामग्रि को खराब कर देता है, उपकरण लागत बढ़ जाती है, और अनुसूची में अव्यवस्था उत्पन्न होती है। पारंपरिक निश्चित-पैरामीटर मशीनीकरण अक्सर टूटने से बचने के लिए अत्यधिक सावधान फीड पर निर्भर करता है, जिससे उत्पादकता कम हो जाती है, या बहुत अधिक दबाव डालकर असफलता का जोखिम उठाता है।

अनुकूलित फीड नियंत्रण तकनीक एक संभावित समाधान प्रदान करती है। ये प्रणालियाँ कटिंग बल या स्पिंडल लोड जैसे मशीनिंग संकेतों की निरंतर निगरानी करती हैं और वास्तविक समय में फीड दर को स्वचालित रूप से समायोजित करके एक पूर्व-परिभाषित लक्ष्य को बनाए रखती हैं। संकल्पनात्मक रूप से आकर्षक होने के बावजूद, उच्च-मात्रा वाले सख्त स्टील उत्पादन में आघातजनक टूल टूटने की दर पर इसके विशिष्ट प्रभाव के दस्तावेजीकृत प्रमाण सीमित हैं। यह अध्ययन AISI 4340 स्टील (50 HRC) की फिनिश मशीनिंग के दौरान अनुकूलित फीड नियंत्रण की प्रभावशीलता को कम करने में वास्तविक उत्पादन सेल की स्थितियों के तहत सीधे मापता है।

2 विधियाँ

2.1 प्रायोगिक सेटअप एवं डिज़ाइन
परीक्षण AISI 4340 फोर्जिंग्स (कठोरता: 50 ± 2 HRC) से गियरबॉक्स हाउसिंग की फिनिशिंग के लिए समर्पित एक उत्पादन मशीनिंग सेल पर हुआ। महत्वपूर्ण ऑपरेशन में Ø12mm, 3-फ्ल्यूट, AlTiN-कोटेड सॉलिड कार्बाइड एंड मिल्स का उपयोग करके गहरे पॉकेट्स की प्रोफाइलिंग शामिल थी। इस ऑपरेशन में टूल टूटना एक बार-बार होने वाली विफलता थी।

• नियंत्रण विधि: निश्चित पैरामीटर (FP) बनाम अनुकूलित फीड नियंत्रण (AFC)।

• एफपी बेसलाइन: वर्कशॉप के मौजूदा "सुरक्षित" पैरामीटर का उपयोग करके स्थापित किया गया: स्पिंडल गति ( एस ): 180 मीटर/मिनट, दांत प्रति फीड ( fz ): 0.08 मिमी/दांत, अक्षीय कटाव गहराई ( aP ): 0.8 मिमी, अरीय कटाव गहराई ( aE ): 6 मिमी (50% स्टेपओवर)।

• एएफसी कार्यान्वयन: एक व्यावसायिक सेंसर-आधारित अनुकूलनीय नियंत्रण प्रणाली को सम्मिलित किया गया। इसका मुख्य कार्य: एक पूर्व निर्धारित लक्ष्य बल (एफपी स्थितियों के तहत प्रारंभिक परीक्षण के माध्यम से स्थापित) के ±15% के भीतर वास्तविक कटाव बल को बनाए रखना। प्रणाली तत्काल फीड दरों में 80% तक की कमी या प्रोग्राम की गई फीड (एफपी के बराबर सेट) से 20% तक वृद्धि कर सकती है fz ).

2.2 डेटा अधिग्रहण एवं विश्लेषण

• प्राथमिक मापदंड: 10 पुर्जों की मशीनिंग पर अचानक उपकरण विफलता

• प्रक्रिया मॉनिटरिंग: अनुकूली प्रणाली ने वास्तविक समय में स्पिंडल शक्ति दर्ज की, कटिंग बल की गणना (गोपनीय एल्गोरिथ्म), निर्देशित फीड दर और वास्तविक फीड दर। कम्पन की निगरानी स्पिंडल के पास लगे एक्सीलेरोमीटर के माध्यम से की गई।

• गुणवत्ता नियंत्रण: प्रत्येक घटक के तीन स्थानों पर पोर्टेबल प्रोफाइलोमीटर का उपयोग करके सतह की खुरदरापन (Ra) को मापा गया।

• प्रक्रिया: fP रणनीति का उपयोग करके 60 लगातार घटकों की मशीनिंग की गई। पूर्ण उपकरण परिवर्तन के बाद, AFC रणनीति का उपयोग करके 60 लगातार घटकों की मशीनिंग FP के समान प्रोग्राम की गई फीड/गति के साथ की गई। समान प्रत्येक घटक के बाद उपकरणों का दृश्य निरीक्षण और पूर्वनिर्धारित गेज के माध्यम से निरीक्षण किया गया। यदि उपकरण दृश्यतः टूटा हुआ था या गेज जांच में असफल रहा, तो उसे "टूटा हुआ" माना गया। AFC प्रणाली के लॉग से डेटा निर्यात किया गया ताकि समय श्रृंखला विश्लेषण किया जा सके, जिसमें फीड दर अनुकूलन घटनाओं और बल उछाल/कंपन के साथ उनके सहसंबंध पर ध्यान केंद्रित किया गया।

3 परिणाम एवं विश्लेषण

3.1 उपकरण विफलता में कमी
अनुकूलनीय नियंत्रण का प्रभाव नाटकीय रूप से था (तालिका 1, चित्र 1):

• स्थिर पैरामीटर (FP): 60 भागों के भीतर 18 भयावह उपकरण विफलताओं का सामना किया (टूटने की दर: 30%)।

• अनुकूलनीय फ़ीड नियंत्रण (AFC): 60 भागों के भीतर केवल 2 भयावह उपकरण विफलताओं का सामना किया (टूटने की दर: 3.3%)।

• कमी: यह एक में 65% कमी के निरपेक्ष संख्या और 89% कमी में प्रतिनिधित्व करता है प्रति भाग अवधि में टूटने की दर।

तालिका 1: उपकरण टूटने की तुलना

चित्र 1: 10 घटकों की मशीनिंग प्रति टूल विफलता घटनाएं
(यहां एक बार चार्ट की कल्पना करें: एक्स-अक्ष: रणनीति (FP बनाम AFC), वाई-अक्ष: प्रति 10 भाग में टूटना। FP बार, AFC बार से लगभग 3 गुना अधिक है।)

3.2 प्रक्रिया प्रदर्शन और स्थिरता

• प्रवेश दर: जबकि AFC प्रणाली शुरू कर दिया 864 मिमी/मिनट) से प्रत्येक कट को प्रोग्राम किए गए प्रवेश पर, यह संलग्नता के दौरान, विशेष रूप से कोनों में और पूर्ण त्रिज्या संलग्नता के दौरान प्रवेश दर को गतिशील रूप से कम कर देता था। औसत aFC के अंतर्गत वास्तविक प्रवेश दर लगभग 792 मिमी/मिनट (चित्र 2) थी, जो FP स्थिर प्रवेश दर से लगभग 8% कम थी। महत्वपूर्ण बात यह है, यह बढ़ाया गया हल्के कटिंग अनुभागों के दौरान प्रवेश दर।

• सतह का खत्म होना: सतह की खुरदरापन (Ra) में FP (औसत: 0.38 माइक्रोन) और AFC (औसत: 0.36 माइक्रोन) रणनीतियों के बीच कोई सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण अंतर नहीं दिखाई दिया (p > 0.05, स्टूडेंट टी-टेस्ट), आवश्यकता Ra ≤ 0.4 माइक्रोन को आराम से पूरा करते हुए।

• बल प्रबंधन: AFC लॉग विश्लेषण ने पुष्टि की कि सिस्टम ने बल के 115% थ्रेशोल्ड से अधिक होने के कुछ मिलीसेकंड के भीतर फीड को सक्रिय रूप से नियंत्रित किया। ये बल स्पाइक, जो कि कंपन आयाम में हल्की वृद्धि से जुड़े होते हैं, अक्सर कोने पर मुड़ते समय देखे जाते हैं और उन स्थानों से मेल खाते हैं जहां FP के तहत टूटना हुआ था। AFC ने इन स्पाइक को सफलतापूर्वक कम किया पहले वे उस स्तर तक पहुंच गए जिससे फ्रैक्चर हुआ।

चित्र 2: पॉकेट कोर्नरिंग के दौरान उदाहरण फीड दर अनुकूलन (AFC)
(कल्पना करें एक समय-श्रृंखला प्लॉट: X-अक्ष: समय (सेकंड), Y-अक्ष: फीड दर (मिमी/मिनट) और काटने का बल (लक्ष्य का %)। प्रोग्राम किए गए फीड लाइन, वास्तविक AFC फीड लाइन जो कोनों में तेजी से गिर रही है, और बल लाइन जो स्पाइक कर रही है लेकिन फीड कमी द्वारा सीमित है)।

3.3 मौजूदा अनुसंधान के साथ तुलना
पिछले अध्ययनों [उदाहरण के लिए, संदर्भ 1, 2] ने विभिन्न सामग्रियों में उपकरणों की सुरक्षा करने और उपकरण जीवन को बढ़ाने में अनुकूलित नियंत्रण की क्षमता का प्रदर्शन किया है सीमांत रूप से । यह अध्ययन इसके लिए विशिष्ट रूप से मजबूत स्टील फिनिशिंग में आपाताकालिक टूटने की रोकथाम के लिए स्पष्ट और मापने योग्य साक्ष्य प्रदान करता है, जो रिपोर्ट किए गए सामान्य उपकरण जीवन सुधारों की तुलना में काफी अधिक कमी दर (65-89%) दर्शाता है। प्रयोगशाला-आधारित अध्ययनों के विपरीत जो सामग्री निकालने की दर (MRR) को अधिकतम करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं [संदर्भ 3], इस कार्य में टूटने को समाप्त करना एक वास्तविक दुनिया की, उच्च-मूल्य उत्पादन सीमा के भीतर प्राथमिकता दी गई है, इसे केवल थोड़ी (8%) औसत फ़ीड कमी के साथ और सतह फिनिश की कोई कमी किए बिना प्राप्त कर लिया गया है।

4 चर्चा

4.1 अनुकूलित फ़ीड क्यों टूटने को कम करते हैं
प्राथमिक तंत्र, तात्कालिक उपकरण अतिभार से बचाव है। कठोर इस्पात की मशीनिंग, विशेष रूप से कोने में मशीनिंग या थोड़ी कठोरता में भिन्नता या पैठ में अवशिष्ट तनाव के दौरान अस्थायी बल के उतार-चढ़ाव पैदा करता है। स्थिर पैरामीटर इन माइक्रोसेकंड-स्केल घटनाओं पर प्रतिक्रिया नहीं कर सकते। अनुकूलनीय सिस्टम एक उच्च गति वाले "सर्किट ब्रेकर" की तरह कार्य करता है, जो भार (फीड कम करके) को कम कर देता है, जिससे कार्बाइड उपकरण के किनारे के भंगुर फ्रैक्चर में अतिभार फैलने से पहले भार कम हो जाता है। डेटा स्पष्ट रूप से FP के तहत बल/कंपन उतार-चढ़ाव को टूटने के स्थानों से जोड़ता है और AFC के द्वारा इन उतार-चढ़ाव के दमन को दर्शाता है।

4.2 सीमाएं
इस अध्ययन में विशेष रूप से एक कठोर इस्पात ग्रेड (AISI 4340 @ 50 HRC) के फिनिश मशीनिंग में एक विशिष्ट उपकरण प्रकार और ज्यामिति के साथ होने वाले विनाशकारी टूटने के कम करने पर ध्यान केंद्रित किया गया। प्रभावकारिता में निम्नलिखित के साथ भिन्नता हो सकती है:

• सामग्री: अलग-अलग मिश्र धातुओं या कठोरता स्तरों के साथ।

• ऑपरेशन: रफिंग बनाम फिनिशिंग, अलग-अलग संलग्नता स्थितियां।

• टूलिंग: उपकरण सामग्री (जैसे, सीबीएन, सिरेमिक), ज्यामिति, कोटिंग, लंबाई/व्यास अनुपात (ओवरहैंग)।

• मशीन और नियंत्रण: मशीन टूल की कठोरता, विशिष्ट अनुकूलनीय नियंत्रण प्रणाली की प्रतिक्रिया समय।

एएफसी के तहत औसत 8% की आपूर्ति में कमी मामूली समझौते का प्रतिनिधित्व करती है। जबकि टूटने में काफी कमी आई, प्रति भाग शुद्ध साइकिल समय में मामूली वृद्धि हुई (~ 4-5% अनुमानित)। कुल मिलाकर उत्पादकता में वृद्धि टूल परिवर्तन और खराब किए गए भागों के लिए बंद समय को खत्म करके आती है।

4.3 निर्माताओं के लिए व्यावहारिक निहितार्थ
कठिन स्टील में उपकरण टूटने से जूझ रहे दुकानों के लिए:

1. टूटने की लागत का आकलन करें: उपकरण लागत, अपशिष्ट/पुनर्निर्माण लागत, बंद लागत, और खोई हुई क्षमता को शामिल करें।

2. पायलट अनुकूलनीय नियंत्रण: उच्च-क्षति वाले ऑपरेशन पर लक्ष्य साधना। यह तकनीक परिपक्व है और मशीन टूल निर्माताओं या तृतीय-पक्ष आपूर्तिकर्ताओं से आसानी से उपलब्ध है।

3. थ्रेशहोल्ड सेटिंग पर ध्यान केंद्रित करें: बल/शक्ति थ्रेशहोल्ड को उचित ढंग से स्थापित करना महत्वपूर्ण है। यदि इसे बहुत ऊंचा सेट किया जाए, तो सुरक्षा अपर्याप्त होगी; यदि बहुत कम सेट किया जाए, तो उत्पादकता अनावश्यक रूप से प्रभावित होगी। पर्यवेक्षण के तहत प्रारंभिक परीक्षण करने की सलाह दी जाती है।

4. आरओआई (ROI) पर विचार करें: हालांकि सिस्टम की लागत होती है, लेकिन अत्यधिक कम हो जाने वाले स्क्रैप और बंद रहने के समय के कारण आरओआई तेजी से प्राप्त होता है, साथ ही सुरक्षित रूप से थोड़ी सी वृद्धि की संभावना भी होती है। बढ़ता हुआ आधार रेखा फीड को सुरक्षित ढंग से स्थापित करना।

5 निष्कर्ष

इस उत्पादन-आधारित अध्ययन से स्पष्ट रूप से पता चलता है कि सख्त AISI 4340 इस्पात के सीएनसी मशीनिंग के दौरान आघातजनक औजार टूटने को कम करने में अनुकूली फीड नियंत्रण तकनीक अत्यधिक प्रभावी है। अनुकूली नियंत्रण के कारण टूटने की दर में 89% की कमी हुई (30% से घटकर 3.3%) निश्चित-पैरामीटर मशीनिंग की तुलना में, जो केवल 8% कम औसत फीड दर के साथ प्राप्त किया गया था और सतह के फिनिश की गुणवत्ता में कोई समझौता नहीं किया गया था। मुख्य तंत्र स्थानांतरित मशीनिंग स्थितियों के कारण औजार के तात्कालिक अतिभार को वास्तविक समय में रोकना है।

अनुकूली फीड नियंत्रण उन निर्माताओं के लिए एक मजबूत, व्यावहारिक समाधान प्रदान करता है जो कठिन सख्त इस्पात फिनिशिंग अनुप्रयोगों में प्रक्रिया विश्वसनीयता में सुधार, स्क्रैप और बंद होने की लागत में कमी और समग्र उपकरण प्रभावशीलता (OEE) में वृद्धि की तलाश में हैं। भविष्य के शोध में सख्त सामग्री और संचालन की एक व्यापक श्रृंखला में टूटने की रोकथाम और चक्र समय के न्यूनीकरण के लिए थ्रेशोल्ड रणनीतियों के अनुकूलन की भी जांच करनी चाहिए।