切削液的质量功能Deployment-Based模型选择

文摘

切削液适用于许多原因虽然加工一个工件,提高刀具寿命,减少工件热变形,提高表面光洁度,从切削表面冲洗掉芯片,等等。因此,选择一个合适的切削液为一个特定的加工应用程序变得很重要对于提高制造过程的效率和有效性。切削液的选择是一个复杂的过程,决定取决于许多复杂的相互作用,包括加工材料的可加工性,残酷的操作,刀具材料、冶金、化工、和人类的兼容性,可靠性和稳定性的液体,和成本。本文决策模型,开发了基于质量功能展开技术,以应对复杂的切削液选择的角色问题,促进明智地选择切削液从一个全面的列表中可用的选择。在第一个示例中,HD-CUTSOL被公认为最合适的切削液与碳化钨在钛合金钻孔工具,在第二个示例中,用于执行珩磨操作与立方氮化硼工具,不锈钢合金CF5出现最好的珩磨液。实现这个模型会导致降低成本通过减少人力需求,提高员工效率,开发和有效的信息。

1。介绍

存在各种各样的加工操作制造金属零件/成品的各种应用程序跨不同类别的制造业。生成大量的热在这些加工操作由于塑性变形产生的芯片,刀具和芯片之间的摩擦,刀具和工件之间的交互。温度上升的结果生成的热量影响刀具和工件,从而导致一些困境,如(一)难以处理和控制工件的尺寸要求,(b)减少刀具的硬度和(c)形成的组合刀具倾斜面的边缘,从而修改刀具的几何形状和影响工件的表面光洁度。此外,预计机床用于执行切割操作应该高效运行,有效,可靠的大量时间。因此,切削液是广泛用于制造业减少生成的热量对最终产品的影响和避免机床的突然崩溃。他们有强烈的影响刀具的生命,完成部分/产品的质量,生产率和加工过程的效率,当作为一个整体考虑。因此,切削液在加工行动中扮演了重要的角色。

在早期,通过应用普通机床抛光和冷却油,也称为切削液。渐渐地,切削液的形成越来越复杂与动态的商业环境,全球竞争,不断改进技术,出现更复杂的金属切削过程。目前,他们组成特殊的混合/混合物的化学添加剂、润滑剂、和水性油满足性能和生产率的要求不同的制造工艺。此外,每个切削液有不同的组合,以满足不同的加工操作的复杂需求。例如,根据加工速度和载荷,不同基础油粘度对切削液是必要的。同样,不同的增稠剂提供了不同的特性,如附着力好工件表面或良好的耐蚀性。有一个广泛的切削液市场上,各有独特的成分和性能,因此,识别一个特定的切削液从在场的选择最合适的选择是一个艰巨的任务。在车间,各种加工各种工件材料和操作进行,因此,它是不经济的存储各种各样的切削液,以满足所有的加工需求。此外,功能和经济需求和兼容性的机床的切削液与其他组件应该考虑在选择最好的选择。切削液的兼容性问题是因为相互作用不仅限于只刀具还与其他工具部分,像海豹,油漆的机床,等等。 Additionally, it is acknowledged that a cutting fluid which is otherwise appropriate may not be preferred by the end user owing to its odour or viscosity. Moreover, there may be instances, where multiple machining operations are conducted employing the same machine tool. These factors further complicate the nature of the selection problem. Thus, this paper proposes the development of a decision making model which aids in selecting a suitable cutting fluid for a given machining condition using quality function deployment (QFD) technique in a cost effective manner. A user friendly software prototype in Visual BASIC 6.0 is designed to ease out the entire cutting fluid selection procedure.

2。文献综述

数字和Belluco [1)比较不同方法涉及金属切削的切削液性能评价在实验室控制条件下操作。阿维拉和Abrao2]分析了三种类型的切削液的性能在不断地变硬的干切削操作符合美国钢铁协会的4340钢用氧化铝混合插入。Axinte et al。3)提出了一个新颖的方法来检查切削液效率转向操作。饶和甘地4)开发了一种方法来选择最合适的切削液使用有向图和矩阵对于一个给定的加工程序的方法。销售等。5]讨论了使用切削液的比较优势和劣势以及干切割操作。Soković和Mijanović6]分析了切削液的生态参数及其影响工作材料的切削性特征。太阳et al。7)开发了一个两级模糊综合决策系统采用层次分析法(AHP)对磨削液的性能。数字和Belluco [8]介绍了切削液的分析性能不同的金属切削操作。谭et al。9)开发了一种多目标决策模型,对绿色切削液选择制造业。同其它et al。10]相比硬车削操作以最小的流体应用的最优模式与传统湿和干燥将在相同的切削条件下操作。Cakir et al。11)评价不同的切削液应用程序在各种加工过程。Rao et al。12]研究了乳化剂的作用在切削液的特性和性能。Jayal和巴拉(13)研究了不同的切削液的应用程序方法对刀具磨损的影响在AISI 1045钢的加工使用平面和槽,涂层硬质合金刀具。饶和帕特尔14]应用偏好等级组织方法浓缩评估(PROMETHEE法)对切削液的选择而考虑清晰和模糊标准。Fratila和Caizar15)提出了一个案例研究在端面铣削参数的优化考虑冷却润滑技术作为表面质量的影响因素。Meciarova和Stanovsky16)开发了一个计算机软件优化的切削液选择过程对人类和环境的危害。Abhang和Hameedullah17来说)相结合的技术相似,理想的解决方案(TOPSIS)和AHP方法选择合适的润滑剂的可用选择EN-31钢铁工件的加工碳化钨插入。Jagadish和雷(18)开发出一种方法选择最优切削液降低加工成本,同时最小化对环境的影响和最大化基于可持续设计的质量。Deshamukhya和雷(19)开发了一个决策支持系统采用层次分析法来选择最优切削液的最小环境影响。Jagadish和雷(20.)采用多目标优化的基础上简单的比率分析(MOOSRA)方法来选择最好的切削液,减少对环境的影响,成本和最大限度地提高表面质量。Kumar和普拉萨德21]证明了卡方统计量的适用性和矩阵方法解决切削液选择问题在给定的加工应用。Chakraborty和Zavadskas22)加权聚合和产品评估的适用性进行了探讨(WASPAS)方法是一种有效的多准则决策(指标)切削液选择的工具。女子,沙玛23)采用简单的加性加权(看到)和加权产品(WPM)技术选择最佳切削液在不同蔬菜类的替代品。

的早期研究表明,多种多样的工作指标方法和计算机软件已经申请评估和选择不同的切削液加工应用。但是,那些以前实现指标的方法,如层次分析法、指标值,MOOSRA,看到个字,有向图理论,和矩阵的方法,有一些固有的局限性。例如,AHP方法通常是由于形成复杂而耗时的成对比较矩阵。TOPSIS方法捕捉只客观标准而忽略了主观的,尽管MOOSRA方法很敏感,大变化的合理值的属性。另一方面,看到方法只利用最大化评估标准,因此应该转化为最大化最小化评估标准形式之前,他们的应用程序。在有向图理论和矩阵方法中,考虑评估标准之间的相互关系数量的增加在相当数量的增加属性,和一般方法旨在解决只有那些决策问题涉及到所有相同类型的标准。此外,过去的研究工作都集中在绿色制造,只考虑职业健康和环境危害引起由于各种切削液在制造业的应用程序。可以看出至今没有尝试了包括这些因素显著影响切削液的选择,像(a)加工操作,工件材料,(b)和(c)将材料切成决策框架。此外,应用先前的技术没有提供任何强调的要求客户在成功起到至关重要的作用,任何制造业的增长。因此,有一个热心的需要建立一个可靠的和结构化的决策模型,该模型可以明确评估的质量和能力减少液体到达最好的行动。 The QFD is a technique that can effectively incorporate customers’ needs into a product. It also encourages group decision making where discussions continue until all the available and pertinent information are analyzed, and a consensus choice of alternatives most likely to attain the organization’s stated goals is achieved. Thus, in this paper, a QFD-based model is developed in Visual BASIC 6.0 to choose the most suitable cutting fluid to achieve better process performance. The developed model would eliminate rigorous calculations and probable human error involved in the selection process through dramatically minimizing human intervention, thus reducing the time to arrive at the best cutting fluid selection decision.

3所示。发展QFD-Based切削液选择的模型

3.1。质量功能展开方法

在现代竞争激烈的环境中,产品质量已变成了保健因素,而不是一个差异化因素制造企业。的同时,强调组织已经逐渐注重方法和技术支持设计和开发的产品满足客户定义的规范。此外,它也是杰出的,消费者的需求不断变化对时间和总是动态的性质。因此,制造企业需要实现一个方法强调如何适应这些变化的需求到设计产品,甚至努力预测在不久的将来,将有利于客户。QFD方法捕捉每个确定的和未阐明的需要客户的“客户”的声音,并将其转换成具体的计划来生产产品,以满足这些客户的需求。它有能力来评估性能的各种技术要求根据客户的需求,可以简化的设计周期加快,提高开发的产品。不像其他方法更加关注工程能力和减少对客户的需求,质量功能展开集中所有客户的产品开发活动的需要。

QFD方法拥有一个健壮的矩阵,俗称的质量(质量屋)矩阵文件的必要的信息,以及对产品的认知24]。质量屋矩阵也描述了客户需求和技术需求之间的关系考虑的产品。图1展品质量屋的基本结构与六个主要构建块矩阵,即(一)客户的要求:列出客户的愿望,期望,和要求的产品,(b)技术要求:一组技术描述符也被认为与意图解决客户的需求,(c)相互关系矩阵:关系客户的需求和组织的能力来满足这些需求,使用符号或数字标记,(d)技术相关矩阵:包含技术需求之间的关联,(e)规划矩阵,量化描述客户的需求和他们的重要性排名,和(f)优先技术要求:提供具体的技术指导什么需要首选产品开发质量。QFD方法的重要性源于这一事实客户和组织都不得不把努力设计产品符合指令的制定提出质量屋的矩阵。

3.2。QFD-Based切削液选择的模型

切削液是广泛用于制造业,以满足不同需要的加工流程。切削液的应用程序有很多好处如前所述;然而,在某些情况下,使用不适当的切削液可能会阻碍材料去除过程而不是促进。因此,过程工程师需要有专业知识和经验来分析、评估和选择最佳的切削液选择的特定组合加工操作,工件材料,切割材料。此外,切削液的选择是一个过程处理权衡好几个竞争对手的客户的需求,涉及巨大耗时的计算。这些问题可以通过采用QFD-based成功解决决策模型,因为它解决了切削液的选择问题,同时提供由于重视客户的需求(即。、加工应用程序需求)。这个决策框架是完全自动化的软件原型的通过发展与数据库集成的切削液,以尽量减少人工干预。在Visual BASIC 6.0软件原型设计有一个用户友好的图形界面。图2描述的架构开发了QFD-based模型对切削液的选择。涉及的主要步骤的详细描述在开发QFD-based hereinunder提供模型。

在第一步中,切削液在市场上可用的分类根据其成分和随后的数据库切削液的类型。相关的信息和详细的数据对于每个类别的属性的切削液编译目录和小册子的各种切削液制造商出现在相应的网站。

接下来,一个关键的分析有关过去的研究作品,出版书籍,期刊(11,25)进行设置规则来确定特定切削液的兼容性的特定组合加工操作,工件材料,切割材料。这些规则因此控制切削液的选择过程。转动,锯切、钻孔、铣削、磨削、珩磨/研磨、攻丝、拉削、和齿轮加工的各种加工业务,而铸铁、低碳合金钢,不锈钢合金,铜和铜合金、铝及铝合金、镍和镍合金,钛和钛合金不同工件材料被认为是在这个框架。另一方面,切割材料包括高速钢、硬质合金、立方氮化硼,陶瓷,和钻石。

切削液的流量和压力是决定于它的应用模式,像洪水、喷涂、滴,模糊,刷牙等等。利用切削液的应用模式主要取决于加工的要求应用程序和设备的可用性。可以看出机器操作员通常利用他的知识和经验来选择特定的切削液的应用模式,以最大化其渗透的接触约束考虑所有的设施。因此,考虑到这一点,开发了QFD-based模型设计,切削液的选拔程序不依赖于它的流量和压力。这有助于灵活地选择最好的切削液基于所有重要的标准,然后根据机械和加工应用的可用性需求,可以选择的切削液的压力和流量变化而采用不同的模式的应用程序。

后说三个参数的选择与组合,第三阶段的第一部分首先会确定不同评价标准的一个详细列表不同的物理和化学性质与切削液。密度在29°C (g / cm³),pH值在5%的自来水,耐腐蚀(相对规模(R)),闪点(°C),倾点(°C),粘度在40°C (cSt),硫wt %、氯wt %,脂肪酯wt %、成本(R规模),润滑(R规模),冷却(R规模),发泡(R规模),一次性的规模(R),再循环能力(R规模)和酸败考虑规模(R)作为评价切削液最重要的属性。这里,使用1 - 5的相对规模,1和5代表最低和最高的价值,分别为给定的表1。这些公认的评价标准,也称为技术需求,定位质量屋的顶部矩阵在其列。

市场调查然后使用客户的反馈形式和问卷调查积累相关的客户的要求选择切削液。重要客户的需求与切削液的选择确定如下:生成的热量消散的能力,接触表面润滑,洗掉芯片;防止腐蚀,而不是泡沫或烟雾,有兼容的机器工具,促进良好的表面光洁度,在稳定而在应用程序和存储、采购成本、维护/回收/处理成本,对运营商有害影响,无毒、无臭,不燃烧的,不造成污染和细菌污染。这些客户的需求被放置在质量屋矩阵的行。

相关的质量屋的发展矩阵是第三阶段的最后一部分,始于识别有利或nonbeneficial客户的需求。这些客户的需求是由价值量化的改进相应的驱动程序(有益的属性和−1 nonbeneficial属性)。1 - 9的规模,提供的表2,分配优先级权重设置客户的需求,突出技术需求之间的关系和顾客的要求。这里采用一个简化的质量屋矩阵只有优先技术要求而不考虑技术关联矩阵和规划。与必要的细节填充质量屋矩阵后,优先级权重的选择标准是派生的按“重量”功能键。每个评价标准的体重计算使用以下方程: 在哪里的重量是技术要求,是客户的数量要求,改进的值是司机客户要求,优先分配给吗客户要求,和相关指标的相对重要性方面的技术要求客户要求。

这个模型出发建立的最后一个阶段的决策矩阵获得绩效分数入围切削液的选择。开发框架为最终用户提供了两个选项,即“从数据库切削液的选择,”也就是说,选择合适的切削液选择的综合数据库和“定制的切削液的选择,”也就是说,灵活地填满的决策矩阵和相关细节合适的切削液的选择根据最终用户的选择。一旦决策矩阵完全开发,一个线性归一化方法是用来生成一个正规化矩阵使其无量纲和可比性。现在,每个切削液的性能得分方法是计算使用以下表达式: 在哪里的重量是技术要求,替代品的数量,是技术要求的数量。技术要求的重量自动检索的质量屋的矩阵。基于这些绩效分数,排名将切削液选择的和最合适的一个给定的加工应用程序从而确定。每个切削液的性能得分替代也生动地显示。

4所示。说明性的例子

两个说明性的例子演示了,随后解决本文验证开发的潜力和适用性QFD-based切削液选择的模型。

4.1。说明性的示例1

在本例中,选择最合适的切削液的目的是在钛合金用人钻头钻孔的碳化钨。选择过程始于选择相关的加工操作的细节,工件材料、切削材料在打开窗口中可用的各种选项的开发框架,如图3。我们承认,钻井是一个温和的高速加工操作减少压力。此外,形成芯片的几何阻碍了切削液达到工件表面。这些因素导致明显的在加工表面温度上升,阻止表示操作的性能。因此,切削液的冷却作用在钻比其润滑效果更重要。钛合金是降低材料和由于这,产生更多的热量在加工操作。因此,切削液的应用应该最小化生成的热量的影响。此外,当使用碳化钨工具时,有一个明显的温升在刀具和工件材料的界面。有时候,这可能导致焊接芯片和工具之间进而导致快速刀具磨损。为了避免这个问题,选择切削液必须冷却和润滑特性。 The governing rules of the developed framework assist in identifying “heavy duty emulsion/soluble oil” and “neat oil with extreme pressure (EP) additives” as the potential candidates of cutting fluid in this case. Both these categories of cutting fluids are considered here for subsequent evaluation. Here, “cutting fluid alternatives from database” option is chosen in order to retrieve the feasible cutting fluid alternatives from the integrated database of the developed model.

在随后的阶段选择过程,不同的重要评价标准影响切削液选择过程被认为是密度,闪点,脂肪酯wt %、成本和酸败。“质量屋矩阵”功能键然后按下生成一个空的质量屋的矩阵。改善司机阐明有益和nonbeneficial属性值的客户需求的质量屋中然后填满矩阵。考虑客户的需求的优先级值也进入了各自的位置。相关指标指示客户需求和技术需求之间的相互关系是然后放入质量屋的矩阵。一旦所有的相关数据被分配到质量屋矩阵,“体重”功能键被按下时获得优先重量为每个评估标准。可以看出密度、酸败、和成本有负的优先权重nonbeneficial属性,而闪点和脂肪酸酯wt %与积极的优先权重更高的价值总是首选。一组七个备选方案的评估从列表中选择可行的切削液的最终选择最合适的选择,表现出图4。填满了质量屋矩阵可以再次提出了紧迫的空白或刷新“明确”功能键。

切削液的最终决策矩阵从数据库选择问题是发达国家在另一个窗口按“决策矩阵”功能键。的性能得分和排名前序最后入围七切削液选择的图形表示他们的表现得分图所示5。这个QFD-based模型识别高清CUTSOL作为最合适的切削液在钛及其合金、钻孔UNICUT 5紧随其后。这是高清CUTSOL规范的披露,它能成功地满足所有确定的评估标准。成本、闪点和酸败的三个标准对潜在的选择产生相当大的影响切削液由于其较高优先级权重。高清CUTSOL最低成本和酸败值在所有七个替代品,尽管其闪点是中等高的。这些因素适当证明选择高清CUTSOL作为最好的切削液加工操作。

4.2。说明性的示例2

这个例子说明了最合适的切削液的选择过程进行珩磨操作与立方氮化硼不锈钢合金工具。因此,“珩磨/研磨”、“不锈钢合金,”和“立方氮化硼”,分别选为加工操作、工件材料、切削材料,表现出图6。”类型的切削液”键然后按下确定“珩磨液”作为上述切削液的相容类的组合。在这里,选择“定制的切削液的选择”选项,这样最终用户评估珩磨液选择的灵活性,数据库中不存在。最终用户需要提供详细的物理属性值的新的切削液的发展模式并没有从其数据库中检索相关信息的范围。

对于这个选择的问题,耐腐蚀、粘度、硫wt %,再循环能力视为最重要的评价标准是基于对加工需求的影响。开发模型然后生成一个空的质量屋矩阵由最终用户随后填满与相关细节。相应的质量屋矩阵在图展出7的优先级权重不同的评估标准珩磨液选择显示为已经计算问题。负面优先重量的粘度表明其较低的价值始终是首选,而其他三个标准,也就是说,耐腐蚀、硫wt %、再循环能力,它总是更好更高的价值。接下来,替代品的数量检查输入和“决策矩阵”功能键被按下时生成一个空白的评价决策矩阵珩磨液体。

现在,最终用户提供所有必要的数据计算所需的五珩磨液替代他们的表现评分决策矩阵,如图8。按“分数”功能键,所有被认为是珩磨液的性能得分,他们的排名,相对位置的视觉显示替代珩磨的液体。在这里,CF5出现最合适的珩磨液。耐腐蚀的最大优先级重量在这种情况下,其次是再循环能力。另一方面,这个选择过程由珩磨液的粘度影响最小。仔细审查的所有属性CF5泄露,耐腐蚀的最高价值。再循环能力值CF5也相对较高。因此,可以理解,结果来源于QFD-based模型的应用;CF5,最合适的珩磨液,确实是有道理的。

5。结论

在当前场景的快速的技术进步,残酷的竞争,革命和信息处理,制造企业必须不断开发创新方法/技术生产高质量的产品/组件以尽可能低的成本和时间,以满足客户的多样化和动态需求。因此,本文强调QFD-based模型自动化发展的整个决策过程选择最佳的切削液的选择对于一个给定的加工条件。图形用户界面构建在Visual BASIC 6.0促进开发模型的无缝交互过程工程师。人工干预的程度大大降低,不需要深入的技术知识对切削液的适用性,能力和经济,以及相关的影响考虑评估标准的加工操作。这意味着发达QFD-based减少人为错误决策模型,从而协助更好的切削液通过确定一个有效的管理和生产组织中的工作文化。生产组织的持续改善的方法还支持通过定期升级数据库与不断变化的业务环境。此外,这种设计在本质上是灵活的二维框架。首先,它包括一个广泛的切削液选择来自不同制造商进入数据库,其次最终用户提供两个选项,即评估常见的切削液从现有的数据库中检索或检查通过亲自进入特殊的细节。这个QFD-based模型的结果来自实现完全证实的实践选择工业专家。这个模型的应用程序也可以减少人力需求,提高人员效率,并有效地利用信息,从而最大限度地减少整体的加工成本。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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