1. Проявления повреждения инструмента
1) Микроразвал режущей кромки
Когда структура материала заготовки, твердость и припуск неравномерны, передний угол слишком велик, что приводит к низкой прочности режущей кромки, технологическая система недостаточно жесткая, чтобы создавать вибрацию, или выполняется прерывистая резка, а качество шлифования плохое. режущая кромка склонна к микроразрушению, то есть в зоне резания возникает небольшой смятие, зазубрина или шелушение. Когда это произойдет, инструмент потеряет часть своих режущих способностей, но сможет продолжать работать. Во время продолжения резки поврежденная часть зоны резки может быстро расширяться, что приведет к еще большему повреждению.
2) Схлопывание режущей кромки или кончика инструмента.
Этот тип повреждений часто возникает при более тяжелых условиях резания, чем те, которые вызывают микроразрушение режущей кромки, или является дальнейшим развитием микроразрушения. Размер и диапазон разрушения больше, чем микроразрушения, в результате чего инструмент полностью теряет свою режущую способность и вынужден прекратить работу. Разрушение кончика инструмента часто называют падением кончика инструмента.
3) Поломка лезвия или инструмента.
Когда условия резания чрезвычайно плохие, объем резания слишком велик, имеется ударная нагрузка, имеются микротрещины в лезвии или материале инструмента, в лезвии имеются остаточные напряжения из-за сварки и шлифовки, а также таких факторов, как небрежная эксплуатация. может привести к поломке лезвия или инструмента. После возникновения такого повреждения инструмент больше нельзя использовать и он отправляется на слом.
4) Отслаивание поверхности лезвия
Для очень хрупких материалов, таких как твердый сплав, керамика, PCBN и т. д. с высоким содержанием TiC, из-за дефектов или потенциальных трещин в структуре поверхности, или остаточных напряжений в поверхности из-за сварки и шлифовки, очень легко изготовить отслаивание поверхности, когда процесс резания недостаточно стабилен или поверхность инструмента подвергается переменному контактному напряжению. Отслоение может произойти как на передней, так и на задней стороне лезвия. Материал для отслаивания шелушащийся, а площадь отслаивания большая. Инструменты с покрытием с большей вероятностью отслоятся. После небольшого отслаивания лезвие может продолжать работать, но при сильном отслаивании оно потеряет режущую способность.
5) Пластическая деформация режущих деталей.
Инструментальные и быстрорежущие стали из-за низкой прочности и твердости могут подвергаться пластической деформации в режущих частях. Когда цементированный карбид работает в условиях высокой температуры и трехосного сжимающего напряжения, он также вызывает поверхностное пластическое течение и даже вызывает пластическую деформацию и разрушение режущей кромки или вершины. Схлопывание обычно происходит, когда объем резания большой и обрабатываются твердые материалы. Модуль упругости твердого сплава на основе TiC меньше, чем у твердого сплава на основе WC, поэтому способность первого сопротивляться пластической деформации ускоряется или он быстро выходит из строя. ПКД и ПКБН практически не подвергаются пластической деформации.
6) Термическое растрескивание лопаток.
Когда инструмент подвергается переменным механическим и термическим нагрузкам, поверхность режущей части неизбежно будет создавать знакопеременное термическое напряжение из-за многократного теплового расширения и сжатия, что неизбежно приведет к усталости и растрескиванию лезвия. Например, при фрезеровании твердосплавной фрезой на высокой скорости зубья постоянно подвергаются периодическим ударам и знакопеременным термическим нагрузкам, а на передней поверхности образуются гребенчатые трещины. Хотя некоторые инструменты не имеют очевидных знакопеременных нагрузок и знакопеременных напряжений, термическое напряжение будет возникать из-за несоответствия температур между поверхностным и внутренним слоями. Кроме того, внутри инструментального материала неизбежны дефекты, поэтому лезвие тоже может треснуть. После образования трещины инструмент иногда может продолжать работать в течение определенного периода времени, а иногда трещина быстро расширяется, что приводит к поломке лезвия или сильному отслаиванию поверхности лезвия.
Картина
2. Износ инструмента
1. По причине износа его можно разделить на:
1) Абразивный износ
В обрабатываемом материале часто присутствуют мельчайшие частицы чрезвычайно высокой твердости, которые могут царапать канавки на поверхности инструмента, что приводит к абразивному износу. Абразивный износ существует на всех поверхностях, наиболее очевиден передний режущий слой. Кроме того, износ пеньки может возникать при различных скоростях резания, но при низкоскоростной резке из-за низкой температуры резания износ, вызванный другими причинами, не очевиден, поэтому основной причиной является абразивный износ. Кроме того, чем ниже твердость инструмента, тем серьезнее абразивный износ пеньки.
2) Износ при холодной сварке
Во время резки между заготовкой, режущей поверхностью и передней и задней режущими поверхностями возникает большое давление и сильное трение, поэтому происходит холодная сварка. Из-за относительного движения между парами трения холодная сварка приведет к образованию трещин и их уносу в одну сторону, что приведет к износу при холодной сварке. Износ при холодной сварке обычно более серьезен при средних скоростях резания. Согласно экспериментам, хрупкие металлы обладают большей стойкостью к холодной сварке, чем пластичные металлы; многофазные металлы менее устойчивы к холодной сварке, чем однонаправленные; соединения металлов имеют меньшую склонность к холодной сварке, чем отдельные вещества; а склонность к холодной сварке элементов группы B и железа в химической таблице Менделеева меньше. Холодная сварка является более серьезной, когда быстрорежущая сталь и твердый сплав разрезаются на низких скоростях.
3) Диффузионный износ
При высокотемпературном резании и контакте заготовки с инструментом химические элементы обеих сторон диффундируют друг с другом в твердом состоянии, изменяя композиционную структуру инструмента, делая поверхность инструмента хрупкой, усугубляя износ инструмента. инструмент. Явление диффузии всегда поддерживает непрерывную диффузию объектов с высокими градиентами глубины к объектам с низкими градиентами глубины. Например, когда температура цементированного карбида составляет 800 градусов, кобальт в нем быстро диффундирует в стружку и заготовки, а WC разлагается на вольфрам и углерод и диффундирует в сталь; Когда инструмент PCD режет стальные и железные материалы, когда температура резки превышает 800 градусов, атомы углерода в PCD передаются на поверхность заготовки с большой интенсивностью диффузии, образуя новый сплав, и поверхность Инструмент будет графитирован. Кобальт и вольфрам диффундируют более серьезно, а титан, тантал и ниобий обладают сильной антидиффузионной способностью. Таким образом, цементированный карбид YT обладает лучшей износостойкостью. При резке керамики и PCBN при температуре до 1000 градусов -1300 градусов диффузионный износ незначителен. Из-за того же материала заготовка, стружка и инструменты во время резки будут генерировать термоэлектрический потенциал в зоне контакта. Этот термоэлектрический потенциал способствует диффузии и ускорению износа инструмента. Этот диффузионный износ под действием термоэлектрического потенциала называется «термоэлектрический износ».
4) Окислительный износ
При повышении температуры поверхность инструмента окисляется с образованием более мягких оксидов, которые натираются стружкой и образуются в результате окислительного износа. Например, при температуре 700–800 градусов кислород воздуха реагирует с кобальтом, карбидом титана и т. д. в цементированном карбиде, образуя более мягкие оксиды; при 1000 градусах PCBN химически реагирует с водяным паром.
2. По форме износа его можно разделить на:
1) Износ передней поверхности граблей
При резке пластиковых материалов на высокой скорости часть передней поверхности, близкая к силе резания, под действием стружки изнашивается до серповидной формы, поэтому это также называется серповидным износом. На ранней стадии износа передний угол инструмента увеличивается, что улучшает условия резания и способствует скручиванию и разрушению стружки. Однако при дальнейшем увеличении серпа прочность режущей кромки значительно снижается, что в конечном итоге может привести к разрушению и повреждению режущей кромки. При резке хрупких материалов или резке пластиковых материалов на более низкой скорости резания и меньшей толщине резания серповидный износ обычно не возникает.
2) Износ наконечника инструмента
Износ режущей кромки инструмента – это износ задней поверхности дуги режущей кромки инструмента и прилегающей вторичной задней поверхности. Это продолжение износа задней поверхности инструмента. Из-за плохих условий отвода тепла и концентрации напряжений здесь скорость износа выше, чем на задней стороне. Иногда на вторичной задней поверхности образуется серия небольших канавок с расстоянием, равным величине подачи, что называется износом канавок. В основном они вызваны закаленным слоем и линиями резания обрабатываемой поверхности. Износ канавок чаще всего возникает при резке труднообрабатываемых материалов, имеющих сильную тенденцию к затвердеванию. Износ режущей кромки инструмента оказывает наибольшее влияние на шероховатость поверхности и точность обработки заготовки.
3) Износ задней поверхности
При резке пластмассовых материалов с большой толщиной реза задняя грань инструмента может не контактировать с заготовкой из-за наличия нароста. Кроме того, задняя грань обычно контактирует с заготовкой, и на тыльной стороне образуется полоса износа с задним углом 0. Как правило, в середине рабочей длины режущей кромки износ задней поверхности относительно равномерен, поэтому степень износа задней поверхности можно измерить по ширине VB полосы износа задней поверхности режущей кромки в этот раздел. Поскольку все типы инструментов почти всегда будут испытывать износ по задней поверхности при различных условиях резания, особенно при резке хрупких материалов или резке пластиковых материалов с меньшей толщиной резания, износ инструмента в основном представляет собой износ по задней поверхности, и измерение ширины полосы износа VB относительно прост, поэтому VB обычно используется для обозначения степени износа инструмента. Чем больше VB, тем больше сила резания и вызывает вибрацию резания, а также износ дуги режущей кромки инструмента, тем самым влияя на точность обработки и качество поверхности.
2. Методы предотвращения поломки инструмента.
1) По характеристикам обрабатываемых материалов и деталей разумно выбирать виды и марки инструментальных материалов. При условии наличия определенной твердости и износостойкости необходимо обеспечить, чтобы инструментальный материал имел необходимую вязкость;
2) Разумно подбирать геометрические параметры инструмента. Регулируя передний и задний углы, главные и второстепенные углы отклонения, углы наклона отвала и другие углы;
Убедитесь, что режущая кромка и кончик имеют достаточную прочность. Шлифование отрицательной фаски на режущей кромке является эффективной мерой предотвращения сколов;
3) Обеспечьте качество сварки и заточки и избегайте различных дефектов, вызванных плохой сваркой и заточкой. Инструменты, используемые в ключевых процессах, должны быть отшлифованы для улучшения качества поверхности и проверки на наличие трещин;
4) Рационально выбирайте параметры резания, чтобы избежать чрезмерной силы резания и высокой температуры резания, чтобы предотвратить повреждение инструмента;
5) Обеспечьте хорошую жесткость технологической системы и максимально снизьте вибрацию;
6) Применяйте правильные методы работы, чтобы свести к минимуму или свести к минимуму внезапные нагрузки на инструмент.
III. Причины и меры борьбы со сколами инструмента
1) Неправильный выбор марки и спецификации лезвия, например, слишком тонкая толщина лезвия или слишком твердая и хрупкая марка, используемая для грубой обработки.
Контрмеры:
Увеличьте толщину лезвия или установите лезвие вертикально и выберите марку с более высокой прочностью на изгиб и вязкостью.
2) Неправильный выбор параметров геометрии инструмента (например, слишком большие передний и задний углы и т. д.).
Контрмеры:
Инструмент может быть переработан с учетом следующих аспектов.
① Соответствующим образом уменьшите передний и задний углы.
② Используйте больший отрицательный угол наклона кромки.
③ Уменьшите основной угол отклонения.
④ Используйте большую отрицательную фаску или дугу кромки.
⑤ Зашлифуйте переходную режущую кромку, чтобы укрепить кончик лезвия.
3) Неправильный процесс сварки лезвия, что приводит к чрезмерному сварочному напряжению или сварочным трещинам.
Контрмеры:
① Избегайте использования конструкции с пазами для лезвий, закрытой с трех сторон.
② Выберите правильный припой.
③ Избегайте использования ацетиленового пламени для нагрева сварки и держите его в тепле после сварки, чтобы устранить внутренние напряжения.
④ Максимально используйте механическую зажимную конструкцию.
4) Неправильный метод шлифования вызывает напряжение при шлифовании и появление трещин при шлифовании; колебание зубьев фрезы PCBN после шлифования слишком велико, что вызывает перегрузку отдельных зубьев, а также вызывает биение ножа.
Контрмеры:
① Используйте прерывистую шлифовку или шлифовку алмазным шлифовальным кругом.
② Используйте более мягкий шлифовальный круг и часто заправляйте его, чтобы шлифовальный круг оставался острым.
③ Обращайте внимание на качество шлифования и строго контролируйте вибрацию зубьев фрезы.
5) Неправильный выбор параметров резания, например, чрезмерная величина, что приведет к остановке станка; при прерывистой резке скорость резания слишком высока, скорость подачи слишком велика, припуск на заготовку неравномерен, а глубина резания слишком мала; при резке материалов с высокой тенденцией к наклепу, например, высокомарганцовистой стали, скорость подачи слишком мала и т. д.
Контрмеры:
Повторно выберите параметры резки.
6) Конструктивные причины, такие как неровная нижняя поверхность канавки механического зажимного инструмента или чрезмерное удлинение лезвия.
Контрмеры:
① Отремонтируйте нижнюю поверхность канавки инструмента.
② Разумно расположите сопло смазочно-охлаждающей жидкости.
③ Закаленная оправка инструмента дополнена твердосплавными прокладками под лезвием.
7) Чрезмерный износ инструмента.
Контрмеры:
Своевременно меняйте инструмент или заменяйте режущую кромку.
8) Недостаточный поток СОЖ или неправильный метод заполнения приводят к внезапному нагреву и растрескиванию лезвия.
Контрмеры:
① Увеличьте поток смазочно-охлаждающей жидкости.
② Разумно расположите сопло смазочно-охлаждающей жидкости.
③ Используйте эффективные методы охлаждения, такие как распылительное охлаждение, чтобы улучшить охлаждающий эффект.
④ Используйте * резку, чтобы уменьшить воздействие на лезвие.
9) Неправильная установка инструмента, например: отрезной токарный инструмент установлен слишком высоко или слишком низко; концевая фреза использует асимметричное попутное фрезерование и т. д.
Контрмеры:
Переустановите инструмент.
10) Жесткость технологической системы слишком низкая, что приводит к чрезмерной вибрации при резании.
Контрмеры:
① Увеличьте вспомогательную опору заготовки, чтобы повысить жесткость зажима заготовки.
② Уменьшите длину вылета инструмента.
③ Соответствующим образом уменьшите задний угол инструмента.
④ Используйте другие меры по устранению вибрации.
11) Неосторожная работа, например: когда инструмент врезается в середину заготовки, действие слишком резкое; инструмент останавливается перед втягиванием.
Контрмеры:
Обратите внимание на метод работы.
IV. Застроенный край
1) Причины образования
В части около режущей кромки, в зоне контакта инструмента со стружкой, из-за большого давления вниз металл нижнего слоя стружки внедряется в микроскопические неровные выступы и впадины на передней режущей кромке, образуя бесзазорную реальный контакт металла с металлом и создание явления сцепления. Эта часть области контакта инструмента со стружкой называется зоной склеивания. В зоне склеивания на передней режущей кромке нижнего слоя стружки будет накапливаться тонкий слой металлического материала. Металлический материал этой части стружки подвергся сильной деформации и упрочняется при соответствующей температуре резания. При непрерывном оттоке стружки под напором последующего потока резания этот слой накопившегося материала будет смещаться относительно верхнего слоя стружки и удаляться, становясь основой наплавленной кромки. В дальнейшем на нем образуется второй слой накопившегося режущего материала, и это сплошное накопление образует нарост.
2) Характеристики и влияние на резку
① Твердость в 1,5~2,0 раза выше, чем у материала заготовки. Он может заменить переднюю режущую поверхность для резки, что защищает режущую кромку и снижает износ передней режущей поверхности. Однако, когда наросты отпадают, фрагменты, проходящие через зону контакта инструмента с заготовкой, вызывают износ задней режущей поверхности инструмента.
② После образования нароста рабочий передний угол инструмента значительно увеличивается, что играет положительную роль в уменьшении деформации стружки и уменьшении силы резания.
③ Поскольку нарост выступает за режущую кромку, фактическая глубина резания увеличивается, что влияет на точность размеров заготовки.
④ Наросты на кромке вызывают явление «вспахивания» поверхности заготовки, влияя на шероховатость поверхности заготовки. ⑤ Фрагменты нароста прилипнут или врастут в поверхность заготовки, образуя твердые точки, влияющие на качество обработанной поверхности заготовки.
Из приведенного выше анализа видно, что наросты на кромке не способствуют резке, особенно при чистовой обработке.
3) Меры борьбы
Образования наростов на кромке можно избежать, предотвращая прилипание материала нижней части стружки к передней режущей поверхности или ее деформацию. Сегодня можно принять следующие меры.
① Уменьшите шероховатость передней режущей кромки.
② Увеличьте передний угол инструмента.
③ Уменьшите толщину резки.
④ Используйте низкоскоростную или высокоскоростную резку, чтобы избежать скоростей резания, которые могут привести к образованию наростов на кромке.
⑤ Выполните соответствующую термическую обработку материала заготовки для повышения его твердости и снижения пластичности.
⑥ Используйте смазочно-охлаждающую жидкость с хорошими антиадгезионными свойствами (например, смазочно-охлаждающую жидкость для сверхвысокого давления, содержащую серу и хлор).
