השפעת קצבת העיבוד על דיוק העיבוד!

עם השיפור המתמיד של דרישות האיכות למוצרים מעובדים, אנשים השקיעו הרבה זמן ואנרגיה בבחינת שיטות ואמצעים לשיפור איכות המוצר. עם זאת, הם התעלמו מהשפעת קצבאות העיבוד על איכות המוצר בתהליך העיבוד, מתוך אמונה שרק לקיום קצבאות במהלך תהליך העיבוד לא תהיה השפעה משמעותית על איכות המוצר. בתהליך העיבוד הממשי של מוצרים מכניים, נמצא כי גודל קצבת העיבוד של החלקים משפיע ישירות על איכות המוצרים.
אם קצבת העיבוד קטנה מדי, קשה לחסל את שגיאות הצורה והמיקום השיוריות ופגמי פני השטח במהלך תהליך העיבוד הקודם; עם זאת, קצבת עיבוד מופרזת לא רק מגבירה את עומס העבודה של עיבוד מכני, אלא גם מגדילה את צריכת החומרים, הכלים והאנרגיה. חמור יותר, החום שנוצר מניתוק כמות גדולה של קצבת עיבוד שבמהלך תהליך העיבוד עלול לגרום לעיוות של החלקים, להגביר את הקושי בעיבוד החלקים ולהשפיע על איכות המוצר. לכן, יש צורך לשלוט בקפדנות על קצבת העיבוד של החלקים.
אחד
הרעיון של קצבת עיבוד שבבי
קצבת עיבוד מתייחסת לעובי שכבת המתכת המנותקת ממשטח העיבוד במהלך תהליך העיבוד. ניתן לחלק את קצבת העיבוד לקצבת עיבוד תהליכים והקצבת עיבוד כולל. קצבת עיבוד תהליכים מתייחסת לעובי שכבת המתכת המנותקת על משטח בתהליך בודד, אשר תלוי בהבדל במידות בין תהליכים סמוכים. קצבת העיבוד הכוללת מתייחסת לעובי הכולל של שכבת המתכת שהוסרה ממשטח מסוים במהלך כל תהליך העיבוד של חלק מחסר למוצר מוגמר, שהוא ההבדל בין גודלו של אותו ריק משטח לגודל של החלק. הקצבה הכוללת של עיבוד שבבי שווה לסכום קצבאות העיבוד עבור כל תהליך.
בשל הטעויות הבלתי נמנעות בייצור חומרי הגלם וממדי התהליך השונים, הן קצבת העיבוד הכוללת והן הקצבה לעיבוד שבבי הם ערכים משתנים, וכתוצאה מכך קצבאות עיבוד מינימליות ומקסימליות. קצבת העיבוד והסובלנות מוצגים באיור 1. באיור, קצבת העיבוד המינימלית היא ההפרש בין גודל התהליך המינימלי של התהליך הקודם לגודל התהליך המקסימלי של התהליך הנוכחי; קצבת העיבוד המקסימלית מתייחסת להבדל בין גודל התהליך המקסימלי של התהליך הקודם לגודל התהליך המינימלי של התהליך הנוכחי. טווח השונות בהקצבת העיבוד של תהליך (ההפרש בין קצבת העיבוד המקסימלית למינימום) שווה לסכום הטלרנסים הממדיים של התהליך הקודם ושל התהליך הנוכחי. אזור הסובלנות לממדי התהליך מצוין בדרך כלל בכיוון החלק הנכנס לגוף. עבור חלקי פיר, הגודל הבסיסי הוא גודל התהליך המקסימלי, בעוד עבור חורים, זהו גודל התהליך המינימלי.

שתיים
ניתוח השפעת קצבת העיבוד על דיוק העיבוד
2.1 ההשפעה של קצבת עיבוד מוגזמת על דיוק העיבוד
במהלך תהליך העיבוד, חלקים ייצרו בהכרח חום חיתוך שחלקו נסחף על ידי שבבי ברזל ונוזל חיתוך, חלקם מועברים לכלי וחלקם מועברים לחומר העבודה, מה שגורם לטמפרטורה של החלקים לעלות. הטמפרטורה קשורה קשר הדוק לגודל קצבת העיבוד. עם קצבת עיבוד גדולה, זמן העיבוד הגס בהכרח יתארך, וגם כמות החיתוך תוגדל באופן הולם, וכתוצאה מכך לעלייה מתמשכת בחום החיתוך ולעלייה מתמשכת בטמפרטורת החלק. הנזק הגדול ביותר שנגרם מעלייה בטמפרטורת החלקים הוא עיוות החלקים, במיוחד עבור חומרים הרגישים לשינויי טמפרטורה (כגון נירוסטה), אשר משפיעה יותר. יתר על כן, דפורמציה תרמית זו עוברת לאורך כל תהליך העיבוד, מגבירה את קושי העיבוד ומשפיעה על איכות המוצר.
לדוגמא, בעת עיבוד חלקי פיר דקיקים כגון מוטות ברגים, עקב שימוש בשיטת עיבוד קליפס one top one top, מידת החופש בכיוון האורך מוגבלת. אם הטמפרטורה של חומר העבודה גבוהה מדי, תתרחש התפשטות תרמית. כאשר ההרחבה בכיוון האורך חסומה, חומר העבודה יעבור בהכרח עיוות כיפוף עקב לחץ, מה שמביא צרות גדולות לעיבוד מאוחר יותר. תרשים דפורמציה כיפוף של חומר העבודה לאחר חימום מוצג באיור 2. אם העיבוד נמשך בשלב זה, החלק הבולט יעובד עד למוצר המוגמר. לאחר קירור לטמפרטורת החדר, החלק יעבור דפורמציה הפוכה תחת לחץ, מה שיגרום לשגיאות מיקום ומשפיע על האיכות. דיאגרמת עיוות הכיפוף של חומר העבודה לאחר טמפרטורת החדר מוצגת באיור 3. לאחר התרחבות כיוון הקוטר, החלק המוגדל ייקטע, ולאחר שחומר העבודה יתקרר, יהיו שגיאות גליליות ומידות. במהלך השחזה של בורג מדויק, העיוות התרמי של חומר העבודה יכול גם לגרום לשגיאות גובה.

2.2 ההשפעה של קצבת עיבוד קטנה על דיוק העיבוד
קצבת העיבוד של חלקים לא יכולה להיות גדולה מדי או קטנה מדי. אם קצבת העיבוד קטנה מדי, היא לא יכולה לבטל את הסבולות הגיאומטריות הנותרות ואת פגמי השטח בתהליך הקודם, ובכך להשפיע על איכות המוצר. על מנת להבטיח את איכות העיבוד של החלקים, קצבת העיבוד המינימלית שנותרה לכל תהליך צריכה לעמוד בדרישות הבסיסיות של קצבת העיבוד המינימלית לתהליך הקודם. התרשים הסכמטי של הגורמים המהווים את קצבת העיבוד המינימלית לחור הפנימי של חלק מסוים מוצג באיור 4. איור 4א) מציג את החלק המיועד לעיבוד עם חור פנימי. אם הציר O1-O1 של החור סוטה מציר הייחוס OO במהלך התהליך הקודם, ויש שגיאת מיקום n, ויש שגיאת גליליות p (כגון התחדדות, אליפסה וכו') ו שגיאת חספוס פני השטח h (כפי שמוצג באיור 4b) בחור הפנימי, אז על מנת לבטל את סובלנות המיקום לפני הקדחת, קצבת העיבוד המינימלית בצד אחד של רצף הקעמום צריכה לכלול את הערכים של השגיאות והפגמים לעיל. בהתחשב בשגיאת ההתקנה הבלתי נמנעת של חומר העבודה במהלך תהליך השיעמום, כלומר השגיאה e בין ציר החור המקורי OO לציר הסיבוב O ′ - O ′ לאחר התקנת חומר העבודה (כמתואר באיור 4c), כמו גם סובלנות הממדית T במהלך תהליך השיעמום, ניתן לבטא את קצבת העיבוד המינימלית z של תהליך זה באופן הבא:
Z גדול או שווה ל-T/2+h+p+n+e (הפרשה צדדית אחת)

איור 4 תרשים של גורמי ההרכב של קצבת עיבוד מינימלית
הערכים והביטויים של השגיאות לעיל משתנים עבור חלקים ותהליכים שונים. בעת קביעת דמי העיבוד של תהליך, יש להתייחס אליו אחרת. לדוגמה, פירים דקים מועדים לכיפוף ועיוותים, ושגיאת הקו הישר של הפס חורג מטווח הסובלנות של ממדי הקוטר. יש להגדיל כראוי את קצבת העיבוד של התהליך; עבור תהליכים המשתמשים בחותכים צפים ובכלים אחרים כדי לאתר את משטח העיבוד עצמו, ניתן להתעלם מהשפעת שגיאת ההתקנה e, ולהפחית את קצבת העיבוד של התהליך בהתאם; עבור חלק מתהליכי עיבוד שבבי מדויק המשמשים בעיקר להפחתת חספוס פני השטח, גודל קצבת העיבוד בתהליך קשור רק לחספוס פני השטח h.
שְׁלוֹשָׁה
בחירה סבירה של קצבת עיבוד שבבי
3.1 עקרונות עבור קצבאות עיבוד של חלקים
בחירת קצבת העיבוד לחלקים קשורה קשר הדוק לחומר, לגודל, לרמת הדיוק ולשיטת העיבוד שבשימוש בחלקים ותלויה במצב הספציפי. בעת קביעת קצב העיבוד של חלקים, יש לעקוב אחר העקרונות הבאים:
(1) יש להשתמש בקצבת העיבוד המינימלית כדי לקצר את זמן העיבוד ולהפחית את עלות העיבוד של החלקים.
(2) יש להשאיר קצבת עיבוד מספקת, במיוחד עבור התהליך הסופי. קצבת העיבוד צריכה להבטיח את הדיוק וחספוס פני השטח המצוינים בשרטוט.
(3) בקביעת קצבת העיבוד יש להתחשב בעיוות הנגרם מטיפול בחום של החלקים, אחרת עלול לגרום לגרוטאות.
(4) בקביעת קצבת העיבוד יש לתת את הדעת לשיטת העיבוד והציוד וכן לעיוות האפשרי שעלול להתרחש במהלך תהליך העיבוד.
(5) בעת קביעת קצבת העיבוד, יש לתת את הדעת לגודל החלקים המעובדים. ככל שהחלק גדול יותר, תוספת העיבוד גדולה יותר. ככל שגודל החלקים גדל, עולה גם האפשרות לעיוות הנגרם מכוחות חיתוך, מתחים פנימיים וכו'.
3.2 שיטה לקביעת קצבת עיבוד שבבי
3.2.1 שיטת אומדן אמפירית
שיטת הערכה אמפירית משמשת בדרך כלל בפרקטיקה של ייצור כדי לקבוע את קצבת העיבוד על סמך ניסיון התכנון של אנשי תהליך או השוואה עם חלקים דומים. לדוגמא, קצבת העיבוד של מלאי הגה, פיני הגה, פיר ביניים וציר ירכתיים באוניות בבנייה נקבעת על סמך שנים של ניסיון בתכנון של אנשי תהליך. בהתחשב בחשיבות חומר העבודה והשפעת גורמים כמו נפח גדול ולחץ גבוה על ריק הפרזול, נותרת עיבוד חצי דיוק של 6 מ"מ לאחר סיבוב גס של המעגל החיצוני, תוספת עיבוד מדויקת של 3 מ"מ נותרת לאחר חצי פניה מדויקת, ומותרת שחיקה של 1 מ"מ נותרת לאחר פנייה מדויקת. על מנת למנוע היווצרות פסולת עקב קצבת עיבוד לא מספקת, שיטת האמידה האמפירית אומדת בדרך כלל קצבת עיבוד גדולה יותר. שיטה זו משמשת בדרך כלל לייצור אצווה קטנה של חתיכה אחת.
3.2.2 שיטת תיקון חיפוש טבלה
שיטת תיקון טבלת חיפוש היא שיטה לקביעת קצבאות עיבוד המבוססות על נתונים שנצברו מפרקטיקה של ייצור ומחקר ניסיוני, אשר נערכת לטבלה ומתוקנת בשילוב עם תנאי עיבוד בפועל. שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב. קצבאות העיבוד עבור סיבוב וטחינה מדויקת של עיגולים חיצוניים לאחר סיבוב גס של חלקי מיסבים מוצגות בטבלה 1 ובטבלה 2, בהתאמה.
3.2.3 שיטת ניתוח וחישוב
שיטת החישוב האנליטי היא שיטה לקביעת קצבת עיבוד שבבי על ידי ניתוח וחישוב מקיף של גורמים שונים המשפיעים על קצבת העיבוד על סמך נתוני ניסוי ונוסחאות חישוב. קצבת העיבוד שנקבעת בשיטה זו היא גם מדויקת וגם סבירה מבחינה כלכלית, אך היא מצריכה צבירת מידע מקיף, שאינו פשוט ואינטואיטיבי כמו שתי השיטות הנ"ל. לכן, שיטה זו מיושמת כיום פחות.
ארבע
אֶפִּילוֹג
בייצור בפועל, בשל העובדה ששיטת הייצור של חלקי חלקים רבים נקבעת באופן זמני, למשל, שרוול הנירוסטה היצוק ביציקה צנטריפוגלית משתנה לסליל צלחת פלדה ומולחם; מכסה הקצה של הצידנית, בסיס המנוע וחלקי התזת החול של תיבת ההילוכים מוחלפים בחלקים מרותכים. ישנם גורמים רבים שאינם בטוחים בתהליך הייצור של חלקים אלה, וקשה לחזות את טעויות הצורה שלהם. לכן, שלוש השיטות שהוצגו במאמר זה לקביעת קצבת העיבוד של חלקים אלה אינן ישימות, וניתן לשלוט בהן בצורה גמישה רק בתהליך הייצור בפועל.
טבלה 1: קצבת עיבוד למעגל החיצוני של חלקי הציר לאחר סיבוב גס וסיבוב מדויק, מ"מ

טבלה 2 קצבת עיבוד שבבי לטחינת מעגלים חיצוניים של חלקי ציר מ"מ