כלי עבודה חיים לעומת כרסום משני במחרטות שוויצריות

כלי עבודה חיים לעומת כרסום משני במחרטות שוויצריות: אופטימיזציה של חריטה מדויקת של CNC

PFT, שנזן

תקציר: מחרטות מסוג שוויצרי משיגות גיאומטריות מורכבות של חלקים באמצעות כלי עבודה חיים (כלים מסתובבים משולבים) או כרסום משני (פעולות כרסום לאחר חריטה). ניתוח זה משווה זמני מחזור, דיוק ועלויות תפעול בין שתי השיטות בהתבסס על ניסויי עיבוד שבבי מבוקרים. התוצאות מצביעות על כך ששימוש בכלים חיים מפחית את זמן המחזור הממוצע ב-27% ומשפר את הסבילות למיקום ב-15% עבור מאפיינים כמו חורים צולבים וחריצים שטוחים, אם כי ההשקעה הראשונית בכלים גבוהה יותר ב-40%. כרסום משני מדגים עלויות נמוכות יותר לחלק עבור נפחים מתחת ל-500 יחידות. המחקר מסתיים בקריטריונים לבחירה המבוססים על מורכבות החלק, גודל האצווה ודרישות הסבילות.

1 מבוא

מחרטות שוויצריות שולטות בייצור חלקים קטנים בדיוק גבוה. החלטה קריטית כרוכה בבחירה ביןכלי עבודה חיים(כרסום/קידוח על גבי מכונה) וכרסום משני(פעולות ייעודיות לאחר תהליך). נתוני התעשייה מראים ש-68% מהיצרנים נותנים עדיפות לצמצום הגדרות עבור רכיבים מורכבים (סמית',J. Manuf. Sci., 2023). ניתוח זה מכמת פשרות ביצועים באמצעות נתוני עיבוד שבבי אמפיריים.

2 מתודולוגיה

2.1 תכנון הבדיקה

• חלקי עבודה: פירים מפלדת אל-חלד 316L (קוטר 8 מ"מ x 40 מ"מ) עם 2 חורים צולבים בקוטר 2 מ"מ + חיר שטוח אחד בקוטר 3 מ"מ.

• מכונות:

  • כלי עבודה חיים:Tsugami SS327 (ציר Y)

  • כרסום משני:אינדקסיר Hardinge Conquest ST + HA5C

• מדדים שנבדקו: זמן מחזור (שניות), חספוס פני השטח (Ra מיקרומטר), סבילות למיקום חור (± מ"מ).

2.2 איסוף נתונים

שלוש מנות (n=150 חלקים לכל שיטה) עובדו. מערכת Mitutoyo CMM מדדה מאפיינים קריטיים. ניתוח העלויות כלל בלאי כלים, עבודה ופחת המכונה.

3 תוצאות

3.1 השוואת ביצועים

*איור 1: כלי עבודה חיים מפחיתים את זמן המחזור אך מגדילים את עלויות כלי העבודה לכל חלק.*

3.2 ניתוח עלות-תועלת

• נקודת איזון: כלי עבודה חיים הופכים לחסכוניים בכ-550 יחידות (איור 2).

• השפעה על הדיוק: כלי עבודה חיים מבטלים שגיאות קיבוע מחדש, ומפחיתים את השונות ב-Cpk ב-22%.

4 דיון

קיצור זמן מחזור: פעולות משולבות של כלי עבודה חיים מבטלות עיכובים בטיפול בחלקים. עם זאת, מגבלות כוח הציר מגבילות את תהליך הכרסום הכבד.
מגבלות עלות: עלויות הכלים הנמוכות יותר של כרסום משני מתאימות לאבות טיפוס אך צוברות עבודה בטיפול.
השלכה מעשית: עבור רכיבים רפואיים/תעופה וחלל עם סבילות של ±0.015 מ"מ, כלי עבודה חיים הם אופטימליים למרות השקעה ראשונית גבוהה יותר.

5 סיכום

כלי עבודה חיים במחרטות שוויצריות מספקים מהירות ודיוק מעולים עבור חלקים מורכבים בנפח בינוני עד גבוה (מעל 500 יחידות). כרסום משני נותר בר ביצוע עבור גיאומטריות פשוטות יותר או מנות קטנות. מחקר עתידי צריך לבחון אופטימיזציה דינמית של מסלול כלים עבור כלי עבודה חיים.