Для обрабатывающих центров режущий инструмент является расходным инструментом, который вызывает поломки, износ и сколы в процессе обработки. Эти явления неизбежны, но есть и контролируемые причины, такие как ненаучная и нестандартная эксплуатация и неправильное обслуживание. Только найдя причину, мы сможем лучше решить проблему.
01
Симптомы поломки инструмента
(1) Режущая кромка слегка сколота.
Когда структура материала заготовки, твердость и запас неравномерны, передний угол слишком велик, что приводит к низкой прочности режущей кромки, технологическая система недостаточно жесткая, чтобы создавать вибрацию, или выполняется прерывистая резка и качество заточки плохое. режущая кромка склонна к сколам. То есть в районе лезвия имеются крошечные сколы, сколы или отслоения. Когда это произойдет, инструмент потеряет часть своей режущей способности, но все равно сможет продолжать работать. По мере продолжения резки поврежденная часть кромки может быстро расширяться, что приводит к еще большему повреждению.
(2) Режущая кромка или кончик сломаны.
Этот тип повреждений часто возникает при более тяжелых условиях резания, чем те, которые вызывают микровыкрашивание режущей кромки, или представляет собой дальнейшее развитие микровыкрашивания. Размер и диапазон сколов больше, чем микростружков, в результате чего инструмент полностью теряет свою режущую способность и ему приходится прекращать работу. Сколы кончика ножа часто называют потерей кончика.
(3) Лезвие или инструмент сломаны.
Когда условия резки чрезвычайно суровы, объем резания слишком велик, имеется ударная нагрузка, имеются микротрещины в лезвии или материале инструмента, в лезвии имеются остаточные напряжения из-за сварки и заточки, а также таких факторов, как небрежность. эксплуатации лезвие или инструмент могут быть повреждены. Производит поломку. После возникновения такого рода повреждения инструмент нельзя продолжать использовать, и он будет утилизирован.
(4) Поверхность лезвия отслаивается.
Для материалов с высокой хрупкостью, 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 на поверхности из-за сварки и шлифования в процессе резки. легко вызвать отслоение поверхности, когда поверхность инструмента недостаточно стабильна или когда она подвергается переменному контактному напряжению. Отслаивание может произойти на передней поверхности, а нож может возникнуть на боковой поверхности. Материал для отслаивания шелушащийся, а площадь отслаивания большая. Инструменты с покрытием с большей вероятностью отслоятся. После того, как лезвие слегка отслоится, оно еще может продолжать работать, но после серьезного отслоения оно потеряет режущую способность.
(5) Пластическая деформация режущих частей
Инструментальные и быстрорежущие стали из-за малой прочности и малой твердости могут подвергаться пластической деформации в режущих частях. Когда цементированный карбид работает в условиях высокой температуры и трехмерного сжимающего напряжения, также возникает поверхностное пластическое течение, что может даже вызвать пластическую деформацию режущей кромки или вершины, вызывающую разрушение. Схлопывание обычно происходит при большом объеме резки и обработке твердых материалов. 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 лезвия
Когда инструмент подвергается переменным механическим и термическим нагрузкам, на поверхности режущей части неизбежно возникает знакопеременное термическое напряжение из-за многократного теплового расширения и сжатия, что приводит к усталости и растрескиванию лезвия. Например, при высокоскоростном фрезеровании твердосплавной фрезой зубья фрезы постоянно подвергаются периодическим ударам и знакопеременным термическим напряжениям, в результате чего на передней поверхности возникают гребенчатые трещины. Хотя некоторые инструменты не имеют явных переменных нагрузок и напряжений, термические напряжения также могут возникать из-за несоответствия температур между поверхностным и внутренним слоями. Кроме того, в материале инструмента неизбежны дефекты, поэтому на лезвии также могут образовываться трещины. Иногда инструмент может продолжать работать в течение некоторого времени после образования трещины, а иногда трещина быстро расширяется, вызывая поломку лезвия или сильное отслоение поверхности лезвия.
02
Причины износа инструмента
(1) Абразивный износ
В обрабатываемом материале часто присутствуют мельчайшие частицы чрезвычайно высокой твердости, которые могут оставлять бороздки на поверхности инструмента. Это абразивный износ. Абразивный износ существует на всех поверхностях, но наиболее заметен на передней поверхности. Кроме того, абразивный износ может возникать при различных скоростях резания, но при низкоскоростном резании 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 будут абразивные повреждения.
(2) Износ при холодной сварке
Во время резки между заготовкой, режущей поверхностью и передней и задней поверхностями лезвия возникает большое давление и сильное трение, поэтому происходит холодная сварка. Из-за относительного движения между парами трения холодная сварка приведет к образованию трещин и отводу одной стороны, что приведет к износу холодной сварки. Износ при холодной сварке обычно более серьезен при средних скоростях резания. Согласно экспериментам, хрупкие металлы более устойчивы к холодной сварке, чем пластичные металлы; многофазные металлы менее устойчивы к холодной сварке, чем однонаправленные; соединения металлов менее склонны к холодной сварке, чем элементарные элементы; Элементы группы В и железо в таблице Менделеева химических элементов менее склонны к холодной сварке. Холодная сварка более серьезна при низкоскоростной резке быстрорежущей стали и твердого сплава.
(3) Диффузионный износ
В процессе резания при высоких температурах и контакте заготовки с инструментом химические элементы с обеих сторон диффундируют друг в друга в твердом состоянии, изменяя состав и структуру инструмента, делая поверхность инструмента хрупкой, и усугубляют износ инструмента. Явление диффузии всегда поддерживает непрерывную диффузию объектов с высоким градиентом глубины к объектам с низким градиентом 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 инструменты PCD режут стальные и железные материалы, когда температура резки превышает 800 градусов. В это время атомы углерода в PCD будут перенесены на поверхность заготовки с большой интенсивностью диффузии, образуя новый сплав, и поверхность инструмента будет графитироваться. Кобальт и вольфрам диффундируют более серьезно, тогда как титан, тантал и ниобий обладают сильными антидиффузионными свойствами. Таким образом, карбид YT обладает лучшей износостойкостью. При резке керамики и PCBN диффузионный износ незначителен, когда температура достигает 1000–1300 градусов. Поскольку заготовка, стружка и инструмент изготовлены из одного и того же материала, в процессе резания в зоне контакта будет создаваться термоэлектрический потенциал. Этот термоэлектрический потенциал способствует диффузии и ускоряет износ инструмента. Такой вид диффузионного износа 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 вызывают износ, который называется окислительным износом. Например: при температуре 700–800 градусов кислород воздуха вступает в реакцию с кобальтом, карбидом титана и т. д. в цементированном карбиде, образуя мягкий оксид; при 1000 градусах PCBN химически реагирует с водяным паром.
03
Характер износа лезвия
(1) Повреждение лица граблями
При резке пластмассовых материалов на высокой скорости детали на передней поверхности, близкие к силе резания, под действием стружки изнашиваются в форме полумесяца, поэтому это также называется лункообразным износом. На ранней стадии износа передний угол инструмента увеличивается, что улучшает условия резания и способствует скручиванию и разрушению стружки. Однако при дальнейшем увеличении кратеров прочность режущей кромки значительно снижается, что в конечном итоге может привести к поломке и повреждению режущей кромки. Случай. При резке хрупких материалов или резке пластиковых материалов на более низких скоростях резания и меньшей толщине резания лункообразный износ обычно не возникает.
(2) Износ наконечника инструмента
Износ режущей кромки инструмента – это износ дуговой боковой поверхности режущей кромки инструмента и прилегающей вторичной боковой поверхности. Это продолжение износа боковой поверхности инструмента. Из-за плохих условий отвода тепла и концентрированного напряжения скорость износа выше, чем у боковой поверхности. Иногда на вторичной боковой поверхности образуется ряд небольших канавок с расстоянием, равным величине подачи, что называется износом канавок. В основном они вызваны закаленным слоем и линиями резания на обработанной поверхности. Износ канавок чаще всего возникает при резке труднообрабатываемых материалов с высокой тенденцией к наклепу. Износ режущей кромки инструмента оказывает наибольшее влияние на шероховатость поверхности и точность обработки заготовки.
(3) Износ боковой поверхности
При резке пластиковых материалов на большую толщину резания боковая поверхность инструмента может не соприкасаться с заготовкой из-за наличия нароста на кромке. Кроме того, боковая поверхность обычно соприкасается с заготовкой, образуя на ней зону износа. 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 этой части режущей кромки.
Поскольку различные типы инструментов почти всегда подвергаются износу по задней поверхности при различных условиях резания, особенно при резке хрупких материалов или резке пластиковых материалов с небольшой толщиной резания, износ инструмента в основном представляет собой износ по задней поверхности, а также полосу износа. Измерение ширины VB относительно простое. , поэтому VB обычно используется для обозначения степени износа инструмента. Чем больше VB, тем не только увеличивается сила резания и вызывает вибрацию резания, но также влияет на износ дуги вершины инструмента, что влияет на точность обработки и качество обработанной поверхности.
04
Как предотвратить поломку инструмента
(1) В соответствии с характеристиками материалов и деталей, подлежащих обработке, рационально выбирайте материалы и марки различных типов режущих инструментов. При наличии определенной твердости и износостойкости инструментальный материал должен обладать необходимой прочностью.
(2) Разумно выбирайте геометрические параметры инструмента. Регулируя передний и задний углы, основные и вспомогательные углы отклонения, углы наклона кромки и другие углы, обеспечивается хорошая прочность режущей кромки и кончика инструмента. Шлифование отрицательной фаски на режущей кромке является эффективной мерой предотвращения разрушения инструмента.
(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 проверены на наличие трещин.
(4) Разумно выбирайте величину резания, чтобы избежать чрезмерной силы резания и высокой температуры резания, чтобы предотвратить повреждение инструмента.
(5) Постарайтесь обеспечить хорошую жесткость технологической системы и снизить вибрацию.
(6) Применяйте правильные методы работы и старайтесь не допускать резких или меньших нагрузок на инструмент.
05
Причины и меры борьбы со сколами инструмента
(1) Неправильный выбор марки и характеристик лезвия, например, слишком тонкая толщина лезвия или слишком твердый и слишком хрупкий сплав, выбранный во время черновой обработки.
Контрмеры: увеличьте толщину лезвия или установите лезвие вертикально и выберите марку с более высокой прочностью на изгиб и ударной вязкостью.
(2) Неправильный выбор геометрических параметров инструмента (например, слишком большие передний и задний углы и т. д.).
Контрмеры. Вы можете перепроектировать инструмент с учетом следующих аспектов.
1) Соответствующим образом уменьшить передний и задний углы;
2) Используйте больший отрицательный угол кромки;
3) Уменьшить главный угол отклонения;
4) Используйте большую отрицательную фаску или дугу кромки;
5) Зашлифуйте переходную режущую кромку и укрепите кончик инструмента.
(3) Неправильный процесс сварки лезвия, что приводит к чрезмерному сварочному напряжению или образованию трещин.
Контрмеры:
1) Избегайте использования конструкции паза лезвия, закрытой с трех сторон;
2) Правильно подобрать припой;
3) Избегайте использования кислородно-ацетиленового пламени для нагрева и сварки и держите его в тепле после сварки, чтобы устранить внутренние напряжения;
4) Максимально используйте механические зажимные конструкции.
(4) Неправильный метод заточки приведет к шлифовке и образованию трещин; после заточки фрезы из PCBN вибрация зубьев будет слишком сильной, что приведет к перегрузке отдельных зубьев, что также приведет к поломке ножа.
Контрмеры:
1) Используйте прерывистое шлифование или шлифование алмазными шлифовальными кругами;
2) Выберите более мягкий шлифовальный круг и часто подрезайте его, чтобы шлифовальный круг оставался острым;
3) Обратите внимание на качество заточки и строго контролируйте величину вибрации зубьев фрезы.
(5) Выбор количества резки необоснован. Если сумма слишком велика, станок будет расточенным; при прерывистом резании скорость резания слишком высока, величина подачи слишком велика, а поле заготовки неравномерно, глубина резания слишком мала; резка с высоким содержанием марганца. При использовании материалов с высокой тенденцией к наклепу, таких как сталь, подача слишком мала и т. д.
Меры противодействия: повторно выберите объем резки.
(6) Конструктивные причины, такие как неровная нижняя поверхность канавки механически зажатого инструмента или слишком длинное лезвие.
Контрмеры:
1) Обрезать нижнюю поверхность паза инструмента;
2) Разумно расположите сопло смазочно-охлаждающей жидкости;
3) В закаленном держателе инструмента под лезвием имеется твердосплавная прокладка.
(7) Чрезмерный износ инструмента.
Контрмеры: Своевременно заменяйте инструмент или заменяйте режущую кромку.
(8) Недостаточный поток СОЖ или неправильный метод заполнения могут привести 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, для улучшения охлаждающего эффекта;
4) Уменьшите воздействие на лезвие.
(9) Инструмент установлен неправильно, например: режущий инструмент установлен слишком высоко или слишком низко; концевая фреза использует асимметричное попутное фрезерование и т. д.
Меры противодействия: переустановите инструмент.
(10) Жесткость технологической системы слишком низкая, что приводит к чрезмерной вибрации при резании.
Контрмеры:
1) Увеличьте вспомогательную поддержку заготовки и улучшите жесткость зажима заготовки;
2) Уменьшите длину вылета инструмента;
3) Соответствующим образом уменьшите угол наклона инструмента;
4) Используйте другие меры по поглощению вибрации.
(11) Неосторожное обращение, например: когда инструмент врезается в середину заготовки, инструмент движется слишком резко; инструмент останавливается перед втягиванием инструмента.
Контрмеры: Обратите внимание на метод работы.
06
Причины, характеристики и меры борьбы с наростами
(1) Причины образования
В части, близкой к режущей кромке, в зоне контакта между инструментом и стружкой, из-за большого давления вниз, основной металл стружки внедряется в микроскопически неровные выступы и впадины на передней поверхности, образуя настоящую контакт металла с металлом без зазоров и образования склеивания. , эта часть площади контакта между ножом и стружкой называется зоной склеивания. В зоне склеивания на нижнем слое стружки на передней поверхности будет накапливаться тонкий слой металлического материала. Металлический материал этой части стружки подвергся сильной деформации и упрочняется при соответствующих температурах резания. По мере того, как стружка продолжает вытекать, под действием последующего резания этот слой застоявшегося материала будет скользить относительно верхнего слоя стружки и отделяться, становясь основой нароста. В дальнейшем поверх него образуется второй слой накопившегося режущего материала, и этот слой сплошного накопления образует нарост.
(2) Характеристики и влияние на обработку резки
1) Твердость в 1,5~2,0 раза выше, чем у материала заготовки. Он может заменить переднюю грань для резки. Он имеет функцию защиты режущей кромки и уменьшения износа передней поверхности. Однако, когда нарост на кромке отваливается, мусор, проходящий через область контакта между инструментом и заготовкой, вызывает износ боковой поверхности инструмента;
2) После образования нароста рабочий передний угол инструмента значительно увеличивается, что играет положительную роль в снижении деформации стружки и силы резания;
3) Поскольку нарост выступает за режущую кромку, фактическая глубина резания увеличивается и влияет на точность размеров заготовки;
4) Наросты на кромке вызывают появление «борозд» на поверхности заготовки и влияют на шероховатость поверхности заготовки;
5) Фрагменты наростов прилипают или впиваются в поверхность заготовки, образуя твердые пятна, влияющие на качество обработанной поверхности заготовки.
Из приведенного выше анализа видно, что наросты на кромке вредны для обработки резки, особенно чистовой обработки.
(3) Меры контроля
Образования наростов на кромке можно избежать, если не приклеивать и не деформировать основной материал стружки к передней поверхности. Поэтому можно принять следующие меры.
1) Уменьшить шероховатость передней поверхности;
2) Увеличьте передний угол инструмента;
3) Уменьшите толщину резки;
4) Используйте низкоскоростную или высокоскоростную резку, чтобы избежать скоростей резания, при которых легко образуются наросты на кромке;
5) Правильная термическая обработка материала заготовки для повышения ее твердости и снижения пластичности;
6) Используйте смазочно-охлаждающие жидкости с хорошими антиадгезионными свойствами (например, смазочно-охлаждающие жидкости для сверхвысокого давления, содержащие серу и хлор).
