张俊

摘 要：在机械加工中，刀具的管理是重要的研究课题。运用因果图、直方图、正交分析法等管理工具对素材硬度、加工工艺、加工参数、刀具选型等4方面进行改善，以此提高刀具的使用寿命。从1把刀具只能加工2个零件成功延长到1把刀具可以加工14个零件，大大提高了工作效率，同时，也为公司降低了生产成本，增加了经济效益。

关键词：刀具；使用寿命；正交分析法；铸件硬度

中图分类号：TG707 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）17-0112-02

1 现状分析

在机械加工的过程中发现，刀片式钻头在加工Φ22和Φ26的孔时特别容易损坏，平均1把刀柄使用3周就会出现断刀的情况，并且刀片的使用寿命也非常短。本课题重点考虑如何解决以下两个问题：①刀片使用寿命比较短，加工2个零件就要换刀片；②在加工过程中，断刀的情况频繁发生，平均每三周就要断一次刀。

2 改善方案的实施

2.1 改善方案一

厂家一和厂家二各准备素材100个，查看不同素材对刀具断刀的影响和刀具的使用寿命。

2.1.1 铸件硬度测量

在容易断刀的位置测量铸件的硬度。铸件硬度标准为230～270 HB。

2.1.2 两家铸件厂数据比较

在此次研究中，厂家一（吴江铸件）和厂家二（大连铸件）提供的素材硬度检查全部合格，满足标准要求。但是，从两张直方图中可以看出，二者存在一定的差异。厂家一的硬度分布范围宽，极差值为37；厂家二的硬度稳定在247 HB左右，极差值为8.

2.1.3 改善方案一的试验结果

方案一的试验结果如表1所示。

表1 方案一试验结果

铸件厂家 加工零件数/个 使用刀具数/个 平均使用

寿命/周 断刀次数/次

厂家一 100 39 2.56 1

厂家二 100 22 4.55 0

2.1.4 改善方案一的试验结论

使用厂家二的铸件，刀具的使用寿命比厂家一多了将近1倍。通过观察两家铸件硬度直方图的硬度数据分布情况可知，铸件硬度的稳定程度会影响刀具的使用寿命。由于无法测量铸件内部各点的硬度情况，所以无法得出准确的结论。但是，根据现场机床操作人员的反映，在加工厂家一的铸件时，加工噪声会突然增大；而在加工厂家二的铸件时，却没有出现该现象，加工噪声平稳、平均。所以，怀疑厂家一的铸件内部存在加工硬点，这使加工厂家一的刀具寿命比厂家二的寿命短。

由此，要求厂家一改善铸件内部硬度不均的问题，同时，重新使用厂家二的铸件加工，减少厂家一的供货量。铸件素材的改变使刀具的使用寿命提高了1倍。

2.2 改善方案二

在加工铸件时，公司使用的是日本进口机床，加工程序也是进口程序，而使用的铸件却是中国制造。经过考察，中国素材在铸造工艺方面与日本的存在一定的差距，所以，考虑改进加工工艺来适应中国的素材。

2.2.1 方案实施

原来加工工艺路线为一刀加工到底的切削方式，工艺改善后变为分段式进行，即加工—退刀—再加工的方式。加工工艺路线变更的目的是减少素材局部硬点给刀具带来的额外负荷，以便能更好地排屑。

2.2.2 改善方案二试验结果

使用厂家二的铸件加工100个零件，考察加工工艺路线改善后刀具的使用寿命，试验结果如表2所示。

2.2.3 改善方案二试验结论

通过改善加工工艺路线，刀具的使用寿命由原来的4.55周提高到6.25周。由此可见，这种分段钻削的方式消减了素材内部局部硬点给刀具带来的额外负荷，提高了刀具的使用寿命；同时，分段钻削的方式大大提高了零件的排屑能力，为延长刀具的使用寿命作出了贡献。

表2 改善方案二的试验结果表

加工工艺 加工零

件数/个 使用刀

具数/个 平均使用

寿命/周 断刀次数/次

一钻到底

（改善前） 100 22 4.55 0

分段钻削

（改善后） 100 16 6.25 0

2.3 改善方案三

现阶段，加工参数的选择原则大多都是根据刀具厂家使用说明书上的推荐值为中心值来设置的，或者是根据日本原加工程序中的数据来设置的。但是，由于日本素材和中国素材存在一定的差异，所以，考虑变更加工参数来提高刀具的使用寿命。使用厂家二的铸件，每种试验方法各加工100个零件，使用正交分析法考察使用不同加工工艺参数时刀具的使用寿命。

2.3.1 试验目的和指标

试验目的是提高刀具的使用寿命；试验指标是刀具的使用数。

2.3.2 制订因素水平表

经过考察、分析，试验中主要包括切削速度V（m/min）、进给速度F（mm/min）、主轴转速n（rpm）和进给量f（mm/rev）4个因素。每个因素取3个水平，因素水平如表3所示。

表3 因素水平表

因素

水平 切削速度A

V/（m/min） 进给量B

f/（mm/rev） 主轴转速C

n/rpm 进给速度D

F/（mm/min）

1 80 0.08 1 200 96

2 100 0.12 1 500 180

3 120 0.14 1 800 252

2.3.3 选正交表，排表头

由于进给速度F=f×n，转速n=1 000 V/πd，所以，可以简化为2个因素，每个因素有3个水平，可选用L9（32）正交表，因素安排如表4所示。

表4 因素安排表

L9（32）列号 1 2

因素 A B

2.3.4 排列试验条件

试验结果和数据计算如表5所示

表5 试验结果和数据计算表

因数

列号

验员 切削速度

V/（m/min）

A

1 进给量

f/（mm/rev）

B

2 平均刀具使用寿命

（使用刀具数）

/周（个）

1 1（80） 1（0.08） 8（12.5）

2 1（80） 2（0.12） 10（10）

3 1（80） 3（0.14） 12（8.33）

4 2（100） 1（0.08） 15（6.67）

5 2（100） 2（0.12） 16（6.25

6 3（100） 3（0.14） 18（5.56）

7 3（120） 1（0.08） 17（5.88）

8 3（120） 2（0.12） 19（5.26）

9 3（120） 3（0.14） 20（4.16）

Ⅰ=位及1，三次产率和 30 40 总和=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ=135

Ⅱ=位级2，三次产率和 49 45

Ⅲ=位圾3，三次率率和 56 50

2.3.5 试验结果分析及结论

图1 各因子影响刀具的寿命情况

从图1的分析结果中可以看出，随着切削速度的上升，刀具使用数量增加（刀具使用寿命减少）；随着进给量的增加，刀具使用数增加（刀具使用寿命减少）。虽然从2条因素曲线上可以看出，随着数值的降低，刀具的使用寿命会进一步延长，但是，加工时间也会随之增加，而且方案A1B1的加工参数是刀具厂家推荐加工参数的下限值，所以，最后决定使用方案A1B1。改善方案三的试验结果如表6所示。

表6 改善方案三的试验结果表

切削速度

V/（m/min） 进给量

F/（mm/rev） 主轴转速n/rpm 进给速度

f/（mm/min） 刀具平均

使用寿命/周 断刀次数/次

改善前 100 0.12 1 500 180 6.25 0

改善后 80 0.08 1 200 96 12.5 0

2.4 改善方案四

加工不同的素材会影响刀具的使用寿命，所以，挑选一家刀具厂的刀具来加工，考察其使用寿命和原来的刀具有什么不同。每种刀具各加工100个零件，加工参数使用改善方案三中改善后的加工参数。

2.4.1 刀具信息

原来的刀具信息：刀具厂家SL；刀柄型号为TAFM2200F25；刀片型号为GPMT070204-U3.

改善后使用的刀具信息：刀具厂家ZY；刀柄型号为TAFM2200F25；刀片型号为WDXT063006-H。

2.4.2 方案四改善结果

改善方案四后的结果如表7所示。

表7 方案四改善结果

刀具厂家 使用刀具数/个 刀具使用寿命/周 断刀次数/次

改善前 SL 8 12.5 0

改善后 ZY 7 14.28 0

使用ZY刀具后，铁屑的排屑能力更强，刀具损耗有所减少（平均减少了1把），延长了刀具的使用寿命。

3 问题改善情况总结

出现了刀具使用寿命短的问题后，分别从人、机、物、料、法5个方面分析，从素材硬度、加工工艺、加工参数和刀具选型4个方面设计改善方案，解决其中存在的问题。解决了加工过程中存在的问题后，加工刀具时不再断刀，延长了刀具的使用寿命，在提高了工作效率的同时，也为公司降低了加工成本。

参考文献

[1]伍爱.质量管理学[M].广州：暨南大学出版社，2006.

〔编辑：白洁〕

Improve Machining Blade Drill Bit Short Life Issues

Zhang Jun

Abstract： Machining， tool management is an important research topic. In this paper， cause and effect diagram， histogram， orthogonal analysis and other management tools for material hardness， processing， machining parameters， tool selection， and other four areas for improvement， in order to improve the life of the tool. Can only be processed from a successful tool two parts can be extended to a tool machining 14 parts， greatly improving the work efficiency， but also for the company to reduce production costs and increase economic efficiency.

Key words： tool； life； orthogonal analysis； casting hardness

表4 因素安排表

L9（32）列号 1 2

因素 A B

2.3.4 排列试验条件

试验结果和数据计算如表5所示

表5 试验结果和数据计算表

因数

列号

验员 切削速度

V/（m/min）

A

1 进给量

f/（mm/rev）

B

2 平均刀具使用寿命

（使用刀具数）

/周（个）

1 1（80） 1（0.08） 8（12.5）

2 1（80） 2（0.12） 10（10）

3 1（80） 3（0.14） 12（8.33）

4 2（100） 1（0.08） 15（6.67）

5 2（100） 2（0.12） 16（6.25

6 3（100） 3（0.14） 18（5.56）

7 3（120） 1（0.08） 17（5.88）

8 3（120） 2（0.12） 19（5.26）

9 3（120） 3（0.14） 20（4.16）

Ⅰ=位及1，三次产率和 30 40 总和=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ=135

Ⅱ=位级2，三次产率和 49 45

Ⅲ=位圾3，三次率率和 56 50

2.3.5 试验结果分析及结论

图1 各因子影响刀具的寿命情况

从图1的分析结果中可以看出，随着切削速度的上升，刀具使用数量增加（刀具使用寿命减少）；随着进给量的增加，刀具使用数增加（刀具使用寿命减少）。虽然从2条因素曲线上可以看出，随着数值的降低，刀具的使用寿命会进一步延长，但是，加工时间也会随之增加，而且方案A1B1的加工参数是刀具厂家推荐加工参数的下限值，所以，最后决定使用方案A1B1。改善方案三的试验结果如表6所示。

表6 改善方案三的试验结果表

切削速度

V/（m/min） 进给量

F/（mm/rev） 主轴转速n/rpm 进给速度

f/（mm/min） 刀具平均

使用寿命/周 断刀次数/次

改善前 100 0.12 1 500 180 6.25 0

改善后 80 0.08 1 200 96 12.5 0

2.4 改善方案四

加工不同的素材会影响刀具的使用寿命，所以，挑选一家刀具厂的刀具来加工，考察其使用寿命和原来的刀具有什么不同。每种刀具各加工100个零件，加工参数使用改善方案三中改善后的加工参数。

2.4.1 刀具信息

原来的刀具信息：刀具厂家SL；刀柄型号为TAFM2200F25；刀片型号为GPMT070204-U3.

改善后使用的刀具信息：刀具厂家ZY；刀柄型号为TAFM2200F25；刀片型号为WDXT063006-H。

2.4.2 方案四改善结果

改善方案四后的结果如表7所示。

表7 方案四改善结果

刀具厂家 使用刀具数/个 刀具使用寿命/周 断刀次数/次

改善前 SL 8 12.5 0

改善后 ZY 7 14.28 0

使用ZY刀具后，铁屑的排屑能力更强，刀具损耗有所减少（平均减少了1把），延长了刀具的使用寿命。

3 问题改善情况总结

出现了刀具使用寿命短的问题后，分别从人、机、物、料、法5个方面分析，从素材硬度、加工工艺、加工参数和刀具选型4个方面设计改善方案，解决其中存在的问题。解决了加工过程中存在的问题后，加工刀具时不再断刀，延长了刀具的使用寿命，在提高了工作效率的同时，也为公司降低了加工成本。

参考文献

[1]伍爱.质量管理学[M].广州：暨南大学出版社，2006.

〔编辑：白洁〕

Improve Machining Blade Drill Bit Short Life Issues

Zhang Jun

Abstract： Machining， tool management is an important research topic. In this paper， cause and effect diagram， histogram， orthogonal analysis and other management tools for material hardness， processing， machining parameters， tool selection， and other four areas for improvement， in order to improve the life of the tool. Can only be processed from a successful tool two parts can be extended to a tool machining 14 parts， greatly improving the work efficiency， but also for the company to reduce production costs and increase economic efficiency.

Key words： tool； life； orthogonal analysis； casting hardness

表4 因素安排表

L9（32）列号 1 2

因素 A B

2.3.4 排列试验条件

试验结果和数据计算如表5所示

表5 试验结果和数据计算表

因数

列号

验员 切削速度

V/（m/min）

A

1 进给量

f/（mm/rev）

B

2 平均刀具使用寿命

（使用刀具数）

/周（个）

1 1（80） 1（0.08） 8（12.5）

2 1（80） 2（0.12） 10（10）

3 1（80） 3（0.14） 12（8.33）

4 2（100） 1（0.08） 15（6.67）

5 2（100） 2（0.12） 16（6.25

6 3（100） 3（0.14） 18（5.56）

7 3（120） 1（0.08） 17（5.88）

8 3（120） 2（0.12） 19（5.26）

9 3（120） 3（0.14） 20（4.16）

Ⅰ=位及1，三次产率和 30 40 总和=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ=135

Ⅱ=位级2，三次产率和 49 45

Ⅲ=位圾3，三次率率和 56 50

2.3.5 试验结果分析及结论

图1 各因子影响刀具的寿命情况

从图1的分析结果中可以看出，随着切削速度的上升，刀具使用数量增加（刀具使用寿命减少）；随着进给量的增加，刀具使用数增加（刀具使用寿命减少）。虽然从2条因素曲线上可以看出，随着数值的降低，刀具的使用寿命会进一步延长，但是，加工时间也会随之增加，而且方案A1B1的加工参数是刀具厂家推荐加工参数的下限值，所以，最后决定使用方案A1B1。改善方案三的试验结果如表6所示。

表6 改善方案三的试验结果表

切削速度

V/（m/min） 进给量

F/（mm/rev） 主轴转速n/rpm 进给速度

f/（mm/min） 刀具平均

使用寿命/周 断刀次数/次

改善前 100 0.12 1 500 180 6.25 0

改善后 80 0.08 1 200 96 12.5 0

2.4 改善方案四

加工不同的素材会影响刀具的使用寿命，所以，挑选一家刀具厂的刀具来加工，考察其使用寿命和原来的刀具有什么不同。每种刀具各加工100个零件，加工参数使用改善方案三中改善后的加工参数。

2.4.1 刀具信息

原来的刀具信息：刀具厂家SL；刀柄型号为TAFM2200F25；刀片型号为GPMT070204-U3.

改善后使用的刀具信息：刀具厂家ZY；刀柄型号为TAFM2200F25；刀片型号为WDXT063006-H。

2.4.2 方案四改善结果

改善方案四后的结果如表7所示。

表7 方案四改善结果

刀具厂家 使用刀具数/个 刀具使用寿命/周 断刀次数/次

改善前 SL 8 12.5 0

改善后 ZY 7 14.28 0

使用ZY刀具后，铁屑的排屑能力更强，刀具损耗有所减少（平均减少了1把），延长了刀具的使用寿命。

3 问题改善情况总结

出现了刀具使用寿命短的问题后，分别从人、机、物、料、法5个方面分析，从素材硬度、加工工艺、加工参数和刀具选型4个方面设计改善方案，解决其中存在的问题。解决了加工过程中存在的问题后，加工刀具时不再断刀，延长了刀具的使用寿命，在提高了工作效率的同时，也为公司降低了加工成本。

参考文献

[1]伍爱.质量管理学[M].广州：暨南大学出版社，2006.

〔编辑：白洁〕

Improve Machining Blade Drill Bit Short Life Issues

Zhang Jun

Abstract： Machining， tool management is an important research topic. In this paper， cause and effect diagram， histogram， orthogonal analysis and other management tools for material hardness， processing， machining parameters， tool selection， and other four areas for improvement， in order to improve the life of the tool. Can only be processed from a successful tool two parts can be extended to a tool machining 14 parts， greatly improving the work efficiency， but also for the company to reduce production costs and increase economic efficiency.

Key words： tool； life； orthogonal analysis； casting hardness