En artikel att förstå! Vanliga verktygsproblem och motåtgärder vid CNC-bearbetning!

För bearbetningscentra är skärverktyg förbrukningsverktyg som kan orsaka skador, slitage och flisning under bearbetningsprocessen. Dessa fenomen är oundvikliga, men det finns också kontrollerbara orsaker som ovetenskaplig och icke-standardiserad verksamhet, felaktigt underhåll etc. Endast genom att hitta grundorsaken kan vi bättre lösa problemet.
ett
Manifestationen av verktygsskada
1) Mikrokollaps i framkant
När materialstrukturen, hårdheten och arbetsstyckets marginal är ojämn, är frontvinkeln för stor, vilket resulterar i låg skäreggstyrka, otillräcklig styvhet i processsystemet som orsakar vibrationer eller intermittent skärning och dålig slipkvalitet, skäreggen är benägen till mikrokollaps, det vill säga liten kollaps, skåra eller flagning i kantområdet. Efter denna situation kommer verktyget att förlora en viss skärförmåga men kan fortfarande fortsätta att fungera. Under ytterligare skärning kan den skadade delen av skärkantsområdet snabbt expandera, vilket leder till större skada.

2) Skärkant eller spetsbrott
Denna typ av skada uppstår ofta under skärförhållanden som är allvarligare än att orsaka mikroflisning på skäreggen, eller vidareutveckling av mikroflisning. Sprickans storlek och räckvidd är större än mikrosprickorna, vilket gör att verktyget helt förlorar sin skärförmåga och måste avbryta arbetet. Situationen där bladspetsen går sönder kallas ofta för att falla av spetsen.
3) Blad eller verktyg går sönder
När skärförhållandena är extremt hårda, skärmängden är för stor, det finns en stötbelastning och det finns mikrosprickor i bladet eller verktygsmaterialet. På grund av kvarvarande spänningar i bladet orsakade av svetsning och slipning, i kombination med slarvig drift, kan det leda till att bladet eller verktyget går sönder. Efter att denna form av skada inträffat kan verktyget inte fortsätta att användas och skrotas därför.
4) Bladets yta avskalning
För material med hög sprödhet, såsom hårda legeringar med hög TiC-halt, keramik, PCBN, etc., på grund av defekter eller potentiella sprickor i ytstrukturen, eller restspänningar i ytan på grund av svetsning och slipning, är ytavskalning benägen att uppstår när skärprocessen inte är tillräckligt stabil eller när verktygsytan utsätts för alternerande kontaktpåkänningar. Avflagning kan förekomma på den främre bladets yta, medan bladet kan förekomma på den bakre bladets yta. Skalningsmaterialet är i form av flingor, med en stor skalningsyta. Det finns stor risk för att belagda skärverktyg skalar av. Efter lätt skalning av bladet kan det fortfarande fortsätta att arbeta, men efter kraftig avflagning kommer det att förlora skärförmågan.
5) Plastisk deformation av skärande delar
På grund av sin låga hållfasthet och hårdhet kan verktygsstål och snabbstål genomgå plastisk deformation i sina skärområden. När hårda legeringar arbetar under hög temperatur och triaxiell tryckpåkänning kan ytplastflöde också uppstå och till och med orsaka plastisk deformation av skäreggen eller verktygsspetsen, vilket resulterar i kollaps. Kollaps inträffar vanligtvis när man skär stora mängder material och bearbetar hårda material. Elasticitetsmodulen för TiC-baserad hårdlegering är mindre än den för WC-baserad hårdlegering, så den förra har en accelererad motståndskraft mot plastisk deformation eller snabbt brott. PCD och PCBN uppvisar i allmänhet inte plastisk deformation.
6) Het sprickbildning av blad
När skärverktyget utsätts för alternerande mekaniska och termiska belastningar, upplever skärdelens yta oundvikligen alternerande termisk spänning på grund av upprepad termisk expansion och sammandragning, vilket leder till utmattning och sprickbildning i bladet. Till exempel, när en hårdlegerad fräs används för höghastighetsfräsning, utsätts fräsens tänder ständigt för periodiska stötar och alternerande termiska påkänningar, vilket resulterar i kamformade sprickor på den främre skärytan. Vissa skärverktyg kanske inte har uppenbara alternerande belastningar och spänningar, men på grund av den inkonsekventa temperaturen på ytan och de inre skikten kommer även termisk spänning att uppstå. Dessutom finns det oundvikligen defekter i skärverktygsmaterialet, så bladet kan också ge sprickor. Efter att det har bildats sprickor kan verktyget ibland fortsätta att arbeta under en tid, och ibland expanderar sprickorna snabbt, vilket gör att bladet går sönder eller att skärytan lossnar kraftigt.
två
Orsakerna till verktygsslitage
1) Slitande slitage
Det finns ofta små partiklar med extremt hög hårdhet i det bearbetade materialet som kan repa spår på ytan av verktyget, vilket kallas slipskador. Slitande slitage förekommer på alla ytor, med den främre bladets yta som mest uttalad. Dessutom kan slitage av hampamaterial uppstå vid olika skärhastigheter, men för skärning med låg hastighet, på grund av den lägre skärtemperaturen, är slitaget som orsakas av andra skäl inte signifikant, så slitage är den främsta orsaken. Ju lägre hårdhet skärverktyget har, desto allvarligare är nötningsskadorna.
2) Kallsvetsslitage
Under skärning uppstår ett betydande tryck och stark friktion mellan arbetsstycket, skärningen och de främre och bakre skärytorna, vilket resulterar i kallsvetsning. På grund av den relativa rörelsen mellan friktionsparen kommer kallsvetsning att orsaka brott och föras bort av ena sidan, vilket resulterar i kallsvetsslitage. Kallsvetsslitage är i allmänhet allvarligare vid måttliga skärhastigheter. Enligt experiment har spröda metaller starkare motståndskraft mot kallsvetsning än plastmetaller; Flerfasmetaller är mindre än enkelriktade metaller; Metallföreningar har en lägre tendens till kallsvetsning jämfört med elementära material; Tendensen hos element i B-grupp att kallsvetsa med järn i det periodiska systemet för kemiska grundämnen är liten. Kallsvetsning är svårare vid låghastighetsskärning av höghastighetstål och hårdlegering.
3) Diffusionsslitage
Under skärprocessen vid höga temperaturer och kontakten mellan arbetsstycket och verktyget diffunderar de kemiska elementen på båda sidor med varandra i fast tillstånd, vilket förändrar verktygets sammansättning och struktur, vilket gör verktygets yta skör och förvärrar verktygsslitage. Diffusionsfenomenet hävdar alltid att objekt med höga djupgradienter fortsätter att diffundera mot objekt med låga djupgradienter.
Till exempel diffunderar kobolt i hårda legeringar snabbt in i spån och arbetsstycken vid 800 grader, medan WC sönderdelas till volfram och kol och diffunderar till stål; När PCD-skärverktyg används för att skära stål- och järnmaterial, när skärtemperaturen är över 800 grader, kommer kolatomerna i PCD att överföras till ytan av arbetsstycket med stor diffusionshållfasthet för att bilda nya legeringar, och verktygsytan kommer att vara grafitiserade. Kobolt och volfram diffunderar kraftigare, medan titan, tantal och niob har starkare antidiffusionsförmåga. Därför har hårda legeringar av YT-typ god slitstyrka. Vid skärning av keramik och PCBN är diffusionsslitage inte signifikant vid temperaturer så höga som 1000 grader -1300 grader . På grund av samma material kommer arbetsstycken, spån och skärverktyg att generera termoelektrisk potential i kontaktytan under skärning, vilket främjar diffusion och påskyndar verktygsslitage. Denna typ av diffusionsslitage under inverkan av termoelektrisk potential kallas "termoelektriskt slitage".
4) Oxidativt slitage
När temperaturen stiger oxiderar verktygets yta och producerar mjukare oxider, som gnides av spånen och bildar slitage som kallas oxidationsslitage. Till exempel, i temperaturområdet 700 grader till 800 grader, reagerar syre i gasen med kobolt, karbider, titankarbid, etc. i hårda legeringar för att bilda mjukare oxider; PCBN genomgår en kemisk reaktion med vattenånga vid 1000 grader.

tre
Bladets slitageform
1) Skada på främre bladets yta
Vid skärning av plastmaterial med hög hastighet kommer området nära skärkraften på den främre skäreggen att slitas in i halvmånegropar under påverkan av spån, vilket även kallas halvmånegropsslitage. I det tidiga slitagestadiet ökar verktygets spånvinkel, vilket förbättrar skärförhållandena och bidrar till att spån krullas och går sönder. Men när halvmånefördjupningen ökar ytterligare försvagas skäreggens styrka kraftigt, vilket i slutändan kan orsaka att skäreggen går sönder och skadas. Vid skärning av spröda material eller plastmaterial med lägre skärhastigheter och tunnare skärtjocklekar finns det i allmänhet inget halvmånegropsslitage.
2) Knivspetsslitage
Slitaget på verktygsspetsen hänför sig till slitaget på baksidan av verktygsspetsbågen och den intilliggande sekundära baksidan, vilket är en fortsättning på slitaget på verktygets baksida. På grund av dåliga värmeavledningsförhållanden och spänningskoncentration här är slitagehastigheten snabbare än den bakre skärytan. Ibland bildas en serie små spår med ett avstånd som är lika med matningshastigheten på den sekundära bakre skärytan, vilket kallas spårslitage. De orsakas främst av det härdade lagret och skärmönster på den bearbetade ytan. Vid skärning av svårklippta material med hög benägenhet att arbeta härdande, är det mest sannolikt att det orsakar spårslitage. Slitaget på verktygsspetsen har störst inverkan på ytjämnheten och bearbetningsnoggrannheten hos arbetsstycket.
3) Slitage på bakblad
Vid skärning av plastmaterial med stor skärtjocklek, på grund av förekomsten av spånavlagringar, kan det hända att verktygets baksida inte kommer i kontakt med arbetsstycket. Dessutom kommer den bakre skärytan vanligtvis i kontakt med arbetsstycket och bildar ett slitband med en ryggvinkel på 0 på den bakre skärytan. I allmänhet, i mitten av skäreggens arbetslängd, är slitaget på baksidan relativt jämnt, så graden av slitage på baksidan kan mätas med bredden på slitbandet VB på baksidan av skäregg i den sektionen.
På grund av att olika typer av skärverktyg nästan alltid utsätts för slitage på baksidan under olika skärförhållanden, speciellt vid skärning av spröda material eller plastmaterial med mindre skärtjocklekar, är slitaget på verktyget huvudsakligen slitaget på baksidan. Dessutom är mätningen av bredden på slitbandet VB relativt enkel, så VB används vanligtvis för att representera graden av verktygsslitage. Ju större VB är, kommer det inte bara att öka skärkraften och orsaka skärvibrationer, utan det kommer också att påverka slitaget vid verktygsspetsbågen, vilket påverkar bearbetningsnoggrannheten och ytkvaliteten.

fyra
Metoder för att förhindra verktygsskador
1) Välj rimligen typer och kvaliteter av verktygsmaterial baserat på egenskaperna hos de bearbetade materialen och delarna. Utifrån förutsättningen att ha viss hårdhet och slitstyrka är det nödvändigt att säkerställa att verktygsmaterialet har den nödvändiga segheten.
2) Välj rimligt de geometriska parametrarna för skärverktyget. Genom att justera de främre och bakre vinklarna, huvud- och extraavvikelsevinklar, bladlutningsvinklar och andra vinklar; Se till att skäreggen och spetsen har god styrka. Att slipa negativa avfasningar på skäreggen är en effektiv åtgärd för att förhindra verktygsbrott.
3) Säkerställ kvaliteten på svetsning och slipning, och undvik olika defekter som orsakas av dålig svetsning och slipning. De skärverktyg som används i nyckelprocesser bör slipas för att förbättra ytkvaliteten och kontrolleras för sprickor.
4) Välj på ett rimligt sätt skärmängden för att undvika överdriven skärkraft och hög skärtemperatur, för att förhindra verktygsskador.
5) Försök att se till att processsystemet har god styvhet och minska vibrationerna så mycket som möjligt.
6) Använd rätt arbetsmetod och försök att minimera verktygets förmåga att motstå plötsliga förändringar i belastningen.
fem
Orsaker och motåtgärder för verktygsbrott
1. Felaktigt val av bladmärke och specifikationer, som att bladtjockleken är för tunn eller att välja ett märke som är för hårt eller för sprött under grov bearbetning.
Motåtgärd: Öka bladets tjocklek eller installera bladet vertikalt och välj ett märke med högre böjhållfasthet och seghet.
2. Felaktigt val av verktygsgeometriparametrar (som stora främre och bakre vinklar etc.).
Motåtgärder:
Du kan börja designa om skärverktygen utifrån följande aspekter.
1) Minska de främre och bakre hörnen på lämpligt sätt.
2) Använd en större negativ bladlutningsvinkel.
3) Minska huvudavböjningsvinkeln.
4) Använd större negativa avfasningar eller bladbågar.
5) Slipning av övergångsskäreggen för att förbättra verktygsspetsen.
3. Bladets svetsning är felaktig, vilket orsakar överdriven svetsspänning eller svetssprickor.
Motåtgärder:
1) Undvik att använda en tresidig stängd bladspårstruktur.
2) Korrekt val av lod.
3) Undvik att använda oxyacetylenlågor för uppvärmning av svetsning och bibehåll isoleringen efter svetsning för att eliminera inre stress.
4) Försök att använda mekaniska klämstrukturer så mycket som möjligt
4. Felaktiga slipmetoder kan orsaka slipspänningar och sprickor; Den överdrivna vibrationen av PCBN-fräsens tänder efter slipning kan orsaka för stor belastning på enskilda tänder och även leda till verktygsbrott.
Motåtgärder:
1) Använd intermittent slipning eller diamantslipskiva för slipning.
2) Välj en mjukare slipskiva och trimma regelbundet för att hålla skivan skarp.
3) Var uppmärksam på kvaliteten på knivslipningen och kontrollera noggrant vibrationerna från fräsens tänder.
5. Valet av styckningsmängd är orimligt. Om mängden är för stor kan verktygsmaskinen fastna; Vid intermittent skärning är skärhastigheten för hög, matningshastigheten är för stor och skärdjupet är för litet när ämnesutrymmet är ojämnt; Vid skärning av material med hög benägenhet för arbetshärdning, såsom högmanganstål, är matningshastigheten för liten.
Motåtgärd: Välj en ny skärmängd.
6. Strukturella orsaker som ojämn bottenyta på spåret eller överdriven förlängning av bladet för skärverktyg av mekanisk spänntyp.
Motåtgärder:
1) Klipp av bottenytan på knivspåret.
2) Ordna på ett rimligt sätt positionen för skärvätskemunstyckena.
3) Lägg till en hårdlegerad packning under bladet för den härdade verktygshållaren.
7. För stort verktygsslitage.
Motåtgärd: Byt verktyg eller skäregg i tid.
Otillräckligt skärvätskeflöde eller felaktig fyllningsmetod kan orsaka plötslig upphettning och sprickbildning i bladet.
Motåtgärder:
1) Öka skärvätskans flöde.
2) Ordna på ett rimligt sätt positionen för skärvätskemunstyckena.
3) Använd effektiva kylmetoder som spraykylning för att förbättra kyleffekten.
4) Använd * skärning för att minska påverkan på bladet.
9. Felaktig installation av skärverktyg, såsom skärverktyg installerade för högt eller för lågt; Ändytfräsen använder asymmetrisk fräsning framåt och andra metoder.
Motåtgärd: Sätt tillbaka skärverktygen.
10. Processsystemets styvhet är för dålig, vilket orsakar alltför kraftiga skärvibrationer.
Motåtgärder:
1) Öka arbetsstyckets hjälpstöd och förbättra styvheten hos arbetsstyckets fastspänning.
2) Minska verktygets överhängslängd.
3) Minska verktygets ryggvinkel på lämpligt sätt.
4) Vidta andra vibrationsreducerande åtgärder.
11. Felaktig användning, såsom överdriven kraft när verktyget skär genom mitten av arbetsstycket; Stanna fordonet innan du drar tillbaka kniven.
Motåtgärd: Var uppmärksam på driftmetoder.
sex
Orsakerna, egenskaperna och kontrollåtgärderna för tumörer med skräpackumulering
1. Orsak till bildning
I delen nära skäreggen, inom verktygsspånkontaktområdet, på grund av det höga trycket nedåt, är den underliggande metallen i spånorna inbäddad i de mikroojämna topparna och dalarna på den främre skärytan, vilket bildar en äkta metall till metall kontakt utan luckor och producerar bindningsfenomen. Denna del av verktygsspånets kontaktyta kallas för bindningsområdet. I bindningszonen kommer ett tunt skikt av metallmaterial att ansamlas på den främre skärytan vid spånens bottenskikt, och metallmaterialet i denna del av spånen genomgår kraftig deformation och förstärkning vid en lämplig skärtemperatur. När spånen fortsätter att strömma ut, under tryckkraften från det efterföljande skärflödet, kommer detta skikt av stillastående material att glida i förhållande till spånans övre skikt och lämna, och blir grunden för spånansamlingsklumpen. Därefter kommer ett andra lager av hystereskärande material att bildas ovanpå det, som kontinuerligt ackumuleras och bildar spånknölar.
2. Egenskaper och deras inverkan på skärande bearbetning
1) Hårdheten är 1.5-2.0 gånger högre än den för arbetsstyckets material, och den kan ersätta den främre skärytan för skärning. Den har funktionen att skydda skäreggen och minska slitaget på den främre skärytan. Men när skräpet faller av flyter det genom kontaktområdet mellan verktyget och arbetsstycket, vilket orsakar slitage på verktygets baksida.
2) Efter bildandet av spånavlagringar ökar verktygets spånvinkel avsevärt, vilket spelar en positiv roll för att minska spåndeformation och skärkraft.
3) På grund av ansamlingen av spån som sticker ut utanför skäreggen, ökar det faktiska skärdjupet, vilket påverkar arbetsstyckets dimensionella noggrannhet.
4) Ansamling av skräp kan orsaka "plogning" på arbetsstyckets yta, vilket påverkar arbetsstyckets ytjämnhet.
5) Fragmenten av ackumulerat skräp kan fästa eller bäddas in i arbetsstyckets yta, vilket orsakar hårda fläckar och påverkar kvaliteten på den bearbetade ytan av arbetsstycket.
Av ovanstående analys kan man se att spånansamling är ogynnsam för skärning, speciellt för precisionsbearbetning.
3. Kontrollåtgärder
För att förhindra bildandet av spånavlagringar kan följande åtgärder vidtas för att förhindra bindningen eller deformationsförstärkningen mellan spånsubstratmaterialet och den främre skärytan.
1) Minska grovheten på den främre bladets yta.
2) Öka verktygets frontvinkel.
3) Minska skärtjockleken.
4) Använd låghastighetsskärning eller höghastighetsskärning för att undvika skärhastigheter som är benägna att bygga upp spån.
5) Värmebehandla arbetsstyckets material på rätt sätt för att öka dess hårdhet och minska plasticiteten.
6) Använd skärvätskor med goda anti-vidhäftande egenskaper (såsom skärvätskor med högt tryck som innehåller svavel och klor).