Bei der CNC-Bearbeitung ist der Verschleiß von Schaftfräser wirkt sich direkt auf die Bearbeitungsqualität und die Produktionseffizienz aus. Die Ursachen für Verschleißfehler bei Fräsern sind Verschleiß der Vorderkante, der Hinterkante und der Werkzeuggrenze, und jede Verschleißart hat einen spezifischen Entstehungsmechanismus. Verschleißphänomene umfassen mehrere Aspekte wie mechanischen Kontakt, Physik, Diffusion und Chemie und umfassen auch plötzlichen plastischen Bruch und spröden Bruch. Der Verschleiß von Fräsern kann in die Stadien anfänglicher Abnutzung, normaler Abnutzung und scharfer Abnutzung unterteilt werden, und es ist entscheidend, die Werkzeuglebensdauer nach dem Abstumpfungsstandard zu beurteilen. Obwohl es viele Methoden zur Schätzung der Werkzeuglebensdauer gibt, muss die Beurteilungsmethode, die den tatsächlichen Verschleißzustand genau widerspiegelt, noch entwickelt werden, um eine Optimierung der Werkzeugkosten zu erreichen und die Produktionseffizienz zu verbessern.
Die Verschleißstelle des Werkzeugs
Verschleiß der Vorderkante und der Spitze des Fräsers. Beim Fräsen von Kunststoffmaterialien mit hoher Geschwindigkeit führt die im Kunststoffmaterial entstehende hohe Hitze dazu, dass sich an der Vorderkante des Fräsers ein sichelförmiger Verschleißphänomen bildet. Die durch die Kontaktverschleißfläche erzeugte Hochhitzezone tritt am wahrscheinlichsten auf und breitet sich aus. Wenn sich der Halbmond am Fräser bis zur Kante des Werkzeugs entwickelt, nimmt die Härte der Klinge erheblich ab, was zu einem Bruch führt. Derzeit stellt KT die maximale Tiefe des sichelförmigen Verschleißphänomens dar, das an der Vorderkante auftritt.
Verschleiß an der Hinterkante. Beim CNC-Fräsen eines Werkstücks berührt die Übergangsfläche des Werkstücks die Rückseite des Werkzeugs, und die Kontaktspannung ändert sich plötzlich von einer großen Schnittspannung zu einer sehr kleinen Schnittübergangszone. Die an der Hinterkante erzeugte Belastung ist groß, was zu Verschleiß an der Hinterkante des Werkzeugs führt. Der Verschleißkantenstreifen an der Hinterkante ist weniger gleichmäßig und weist große Trends und Schwankungen auf.
Gleichzeitiger Verschleiß oder Grenzverschleiß an den Vorder- und Hinterkanten des Fräsers. Der gleichzeitige Verschleiß der Vorder- und Hinterkanten des Fräsers tritt hauptsächlich beim Schneiden von Kunststoffrauheit auf. Dieses Phänomen tritt auf, wenn hD = 0,1 bis 0,5 mm beträgt. Der sogenannte Verschleiß oder Grenzverschleiß bezieht sich auf die Tatsache, dass beim Schneiden von Werkstücken mit geringer Oberflächenrauheit wie Stahlgussteilen mit höherer Härte, Rohlingen usw. häufig tiefere Rillen an den Haupt- und Nebenschneidkanten abgenutzt werden. Es gibt zwei Gründe für Grenzverschleiß:
- Beim CNC-Fräsen ist die Belastung der Hauptschneide und der Werkstückkontaktschneide nicht gleich und die Belastung schwankt stark, was zu einer starken Beanspruchung des Werkzeugs führt. Gleichzeitig sammelt sich an der Vorderkante eine höhere Schnitttemperatur an, während andere Schneidteile gut gekühlt werden, was zu einem hohen Temperaturgradienten und übermäßiger Schnittbelastung führt, was zu Grenzverschleiß an der Hauptrückkante führt.
- Durch die Kaltverfestigung wird die sekundäre Schneide dünner und geht bis auf Null, wodurch die Vorderkante verrutscht und sich Grenzverschleiß auf der sekundären Hinterkante widerspiegelt.
Typische Ursachen für Fräserverschleiß
Mechanischer Kontaktverschleißeffekt – harter Spitzenverschleiß. Carbide, Nitride, Oxide, die sich auf der Oberfläche des Rohlings und gehärteter Materialien bilden, oder Härtungsphänomene, die durch Kaltverfestigung, Aufbauschneiden usw. entstehen, zerkratzen die Oberfläche des Schneidteils des Fräsers und bilden eine Reihe von Verschleißrillen, die als harter Spitzenverschleiß bezeichnet werden und die Hauptursache für den Verschleiß von Fräswerkzeugen bei niedriger Geschwindigkeit sind.
Physikalischer Verschleißeffekt – adhäsiver Verschleiß. Unter hohem Druck und hoher Temperatur haften die Atome und Kristalle von Materialien mit geringerer Härte, wie z. B. Rohlingen, am Fräser. Wenn im Material des Fräsers Defekte wie Hohlräume und lokale weiche Stellen vorhanden sind, wird das Werkzeugmaterial an der Verbindungsstelle schließlich gerissen. Die Affinität zwischen dem Werkzeug und dem Rohlingmaterial, die Schnitttemperatur, das Härteverhältnis, die Form der Werkzeugoberfläche und andere Faktoren sind die Hauptfaktoren, die den Bindungsverschleiß bestimmen.
Diffusionsverschleiß. Aufgrund der hohen Schnittgeschwindigkeit beim CNC-Fräsen treten häufig höhere Temperaturen auf. Höhere Temperaturen führen zu chemischer Instabilität verschiedener Materialien, beispielsweise zu chemischen Reaktionen zwischen verschiedenen Materialien im Inneren des Fräsers und zu chemischen Reaktionen zwischen verschiedenen Materialien beim Kontakt zwischen Rohling und Fräser.
Chemischer Verschleiß. Der sogenannte chemische Verschleiß wird hauptsächlich dadurch verursacht, dass unter den Hochtemperaturbedingungen des Fräsens Sauerstoff, Schneidflüssigkeit usw. leicht chemisch mit dem Werkzeugmaterial reagieren, was zu einer Verringerung der Werkzeughärte und einem beschleunigten Werkzeugverschleiß führt. Dieses Phänomen wird als chemischer Schaden bezeichnet.
Plötzlicher Schaden an Fräsern
Plastik DBild von Schaftfräsern
- Kantenkräuselung. Kantenkräuselung ist eine plötzliche Schadensform, die bei Werkzeugen mit hoher Härte wie Schnellarbeitsstahl bei der Feinbearbeitung leicht auftreten kann.
- Wölbung der Klinge. Wenn Fräser aus Werkzeugstahl, Schnellarbeitsstahl und anderen Materialien harte Materialien bearbeiten oder wenn die Schnittmenge zu groß ist, tritt eine plötzliche Wölbung zwischen den vorderen und hinteren Schneidteilen auf.
Spröde DBild von Schaftfräsern
- Aufgrund von Herstellungsfehlern wie internen Mikrorissen können Hartmetallfräser unter intermittierenden Schnittbedingungen beim CNC-Fräsen ein kleines Stück der Klinge abschlagen, was die weitere Verarbeitung nicht beeinträchtigt. Dieses Phänomen wird als Kantenabsplitterung bezeichnet. Obwohl dieses Phänomen die Verarbeitung kurzfristig nicht unterbricht, führt es dazu, dass sich die Oberflächenqualität der Verarbeitung stark verschlechtert.
- Bruch ist ein plötzlich auftretendes Bruchphänomen an der Spitze bzw. Hauptschneide des CNC-Fräsers. Der Fräser kann danach nicht mehr nachgeschliffen werden.
Werkzeugverschleißstufen und Abstumpfungsstandards
Werkzeug BOhr SEtappen
Erstes Verschleißstadium. Hauptsächlich verursacht durch interne Defekte des neuen Werkzeugs. Die Klinge ist schärfer, die Kontaktfläche mit dem Rohling ist kleiner und die Spannung konzentriert sich stärker auf die Spitze des Werkzeugs, was zu einem schnelleren Verschleiß der Spitze des Werkzeugs führt.
Normale Verschleißphase. Während dieser Phase hat das Werkzeug die Einlaufzeit durchlaufen, die Werkzeugspitze wurde geglättet, der Kontakt zwischen Werkzeug und Rohling ist relativ gleichmäßig und die Kraft pro Flächeneinheit ist gering, sodass der Verschleiß langsam ist. Dies ist die Hauptlebensdauer des Werkzeugs für eine effektive Verarbeitung.
Phase des schnellen Verschleißes. Der Werkzeugverschleiß akkumuliert sich mit der Zeit, begleitet von einem schnellen Anstieg der Schnittkraft und der Schnitttemperatur, und der Werkzeugverschleiß nimmt plötzlich zu und wird von Lärm und anderen Phänomenen begleitet
Werkzeug Bluntig SStandard
Wenn das Werkzeug abgenutzt ist, wirkt sich dies zwangsläufig auf den Bearbeitungseffekt aus, beispielsweise durch Verschrottung des Werkstücks, Verringerung der Oberflächenrauheit sowie Verringerung der Größen- und Formgenauigkeit. Daher ist es erforderlich, einen maximal zulässigen Verschleißbetrag des Fräsers entsprechend den Verarbeitungsbedingungen des Eisenschneidens festzulegen, was der Abstumpfungsstandard ist. Der Abstumpfungsstandard kann je nach unterschiedlichen Verarbeitungsanlässen wie Grob- und Feinverarbeitung angepasst werden.
Derzeit können die beiden oben genannten Methoden zur Messung der Werkzeuglebensdauer die Werkzeuglebensdauer nur aus wirtschaftlicher Sicht oder aus Produktivitätssicht und in Kombination mit Erfahrung beschreiben, überwachen die Werkzeuglebensdauer jedoch nicht korrekt anhand der tatsächlichen Werkzeugverschleißbedingungen. Unter der Prämisse, die Werkzeugkosteneinsparungen zu maximieren und die Produktivität sicherzustellen, ist es daher unvermeidlich, eine Methode zu entwickeln, mit der die Werkzeuglebensdauer basierend auf dem tatsächlichen Werkzeugverschleiß korrekt beurteilt werden kann.
