Häufige Werkzeugprobleme und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung

Für Bearbeitungszentren, Schneidewerkzeuge sind Verbrauchswerkzeuge. Während des Bearbeitungsprozesses werden sie beschädigt, abgenutzt und splittern. Diese Phänomene sind unvermeidlich, aber es gibt auch kontrollierbare Gründe wie unwissenschaftlichen und unregelmäßigen Betrieb und unsachgemäße Wartung. Nur durch das Finden der Grundursache kann das Problem besser gelöst werden.

Symptome eines Schneidwerkzeugbruchs

Mikro CHüften von Cschneidig Edge

Wenn die Materialstruktur, Härte und Toleranz des Werkstücks ungleichmäßig sind, ist der Spanwinkel zu groß, was zu einer geringen Schneidkantenfestigkeit führt. Wenn das Prozesssystem nicht starr genug ist, um Vibrationen zu erzeugen, oder wenn intermittierendes Schneiden durchgeführt wird und die Schleifqualität schlecht ist, neigt die Schneide zum Mikrokollaps. Das heißt, im Schneidbereich treten kleine Kollapse, Lücken oder Ablösungen auf. Wenn dies geschieht, verliert das Werkzeug einen Teil seiner Schneidfähigkeit, kann aber weiterhin arbeiten. Beim fortgesetzten Schneiden kann sich der beschädigte Teil der Schneide schnell ausdehnen, was zu größeren Schäden führt.

Angeschlagen Cschneidig Edge oder TIP-Adresse

Diese Art von Schaden tritt häufig unter härteren Schneidbedingungen auf als Mikroabsplitterungen an der Schneide oder ist eine Weiterentwicklung der Mikroabsplitterungen. Größe und Reichweite der Absplitterungen sind größer als bei Mikroabsplitterungen, was dazu führt, dass das Werkzeug seine Schneidfähigkeit vollständig verliert und nicht mehr arbeiten kann. Das Absplittern der Werkzeugspitze wird häufig als Spitzenabfall bezeichnet.

Gebrochen BLade oder Cäußerst

Wenn die Schnittbedingungen extrem schlecht sind, die Schnittmenge zu groß ist, eine Stoßbelastung vorliegt, Mikrorisse im Klingen- oder Werkzeugmaterial vorhanden sind, Restspannungen in der Klinge durch Schweißen und Schleifen vorhanden sind und Faktoren wie unachtsamer Betrieb dazu führen können, dass die Klinge oder das Werkzeug bricht. Nach Auftreten dieser Art von Schäden kann das Werkzeug nicht mehr verwendet werden und wird verschrottet.

Klinge SOberfläche Paalt sich

Bei sehr spröden Materialien wie Hartmetall mit hohem TiC-Gehalt, Keramik, PCBN usw. gibt es Defekte oder potenzielle Risse in der Oberflächenstruktur oder es bestehen aufgrund von Schweißen und Schleifen Restspannungen in der Oberfläche. Wenn der Schneidvorgang nicht stabil genug ist oder die Werkzeugoberfläche wechselnden Kontaktspannungen ausgesetzt ist, kann es sehr leicht zu einem Ablösen der Oberfläche kommen. Das Ablösen kann auf der Vorderseite und der Rückseite der Klinge auftreten. Das ablösende Material ist schuppig und die Ablösefläche ist groß. Beschichtete Werkzeuge neigen eher zum Ablösen. Nach leichtem Ablösen kann die Klinge weiterarbeiten, aber nach starkem Ablösen verliert sie ihre Schneidfähigkeit.

Plastik DInformationen über Cschneidig PKunst

Werkzeugstahl und Schnellarbeitsstahl können aufgrund ihrer geringen Festigkeit und Härte an der Schneide plastisch verformt werden. Wenn Hartmetall bei hohen Temperaturen und dreiachsiger Druckspannung bearbeitet wird, tritt auch an der Oberfläche plastisches Fließen auf. Dies kann sogar dazu führen, dass sich die Schneide oder Spitze plastisch verformt und ein Zusammenbruch verursacht. Ein Zusammenbruch tritt im Allgemeinen auf, wenn die Schnittmenge groß ist und harte Materialien verarbeitet werden. Der Elastizitätsmodul von Hartmetall auf TiC-Basis ist kleiner als der von Hartmetall auf WC-Basis, sodass die Widerstandsfähigkeit des ersteren gegen plastische Verformung beschleunigt wird oder es schnell versagt. PCD und PCBN unterliegen grundsätzlich keiner plastischen Verformung.

Thermal CAbstich von Blädt

Wenn das Werkzeug abwechselnden mechanischen Belastungen und thermischen Belastungen ausgesetzt ist, entsteht auf der Oberfläche des Schneidteils aufgrund wiederholter thermischer Ausdehnung und Kontraktion zwangsläufig eine abwechselnde thermische Spannung, die zwangsläufig zu Ermüdung und Rissbildung der Klinge führt. Wenn beispielsweise ein Hartmetallfräser mit hoher Geschwindigkeit fräst, sind die Zähne ständig periodischen Stößen und abwechselnder thermischer Spannung ausgesetzt, und es entstehen kammartige Risse auf der Vorderseite. Obwohl einige Werkzeuge keine offensichtlichen abwechselnden Belastungen und abwechselnden Spannungen aufweisen, entsteht aufgrund der inkonsistenten Temperatur der Oberfläche und der inneren Schichten auch thermische Spannung. Darüber hinaus gibt es unvermeidliche Defekte im Werkzeugmaterial, sodass die Klinge auch reißen kann. Nachdem der Riss entstanden ist, kann das Werkzeug manchmal eine Zeit lang weiterarbeiten, und manchmal weitet sich der Riss schnell aus, wodurch die Klinge bricht oder die Klingenoberfläche stark abblättert.

Ursachen für Werkzeugverschleiß

Schleifmittel BOhr

Im verarbeiteten Material befinden sich häufig einige extrem harte winzige Partikel, die Rillen auf der Oberfläche des Werkzeugs hinterlassen können, was zu abrasivem Verschleiß führt. Abrasiver Verschleiß tritt auf allen Oberflächen auf und ist an der vorderen Schneide am deutlichsten sichtbar. Und Hanfverschleiß kann bei allen Schnittgeschwindigkeiten auftreten. Beim Schneiden mit niedriger Geschwindigkeit ist der durch andere Gründe verursachte Verschleiß jedoch aufgrund der niedrigen Schnitttemperatur nicht offensichtlich, sodass abrasiver Verschleiß der Hauptgrund ist. Darüber hinaus ist der abrasive Hanfverschleiß umso schwerwiegender, je geringer die Härte des Werkzeugs ist.

Kalt Belding BOhr

Beim Schneiden entsteht zwischen dem Werkstück, dem Schneidteil und den vorderen und hinteren Schneidkanten ein hoher Druck und starke Reibung, sodass Kaltschweißen auftritt. Aufgrund der Relativbewegung zwischen den Reibpaaren bricht die Kaltschweißnaht und wird von einer Seite weggetragen, was zu Kaltschweißverschleiß führt. Kaltschweißverschleiß ist im Allgemeinen bei mittleren Schnittgeschwindigkeiten schwerwiegender. Experimenten zufolge weisen spröde Metalle eine höhere Kaltschweißbeständigkeit auf als plastische Metalle. Mehrphasige Metalle sind kleiner als unidirektionale Metalle. Metallverbindungen neigen weniger zum Kaltschweißen als einzelne Substanzen. Die Kaltschweißneigung von Elementen der Gruppe B im chemischen Periodensystem und von Eisen ist gering. Schnellarbeitsstahl und Hartmetall sind beim Schneiden mit niedriger Geschwindigkeit schwerwiegender.

Diffusion BOhr

Beim Schneiden unter hohen Temperaturen und beim Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug diffundieren die chemischen Elemente beider Parteien im festen Zustand miteinander und verändern die Zusammensetzungsstruktur des Werkzeugs. Die Werkzeugoberfläche wird brüchig, was den Verschleiß des Werkzeugs verstärkt. Das Diffusionsphänomen sorgt immer für die kontinuierliche Diffusion von Objekten mit hohem Tiefengradienten zu Objekten mit niedrigem Tiefengradienten.

Beispielsweise diffundiert bei 800 °C das Kobalt im Hartmetall schnell in die Späne und Werkstücke, und WC zersetzt sich in Wolfram und Kohlenstoff und diffundiert in den Stahl. Wenn das PCD-Werkzeug Stahl- und Eisenmaterialien schneidet und die Schneidtemperatur über 800 °C liegt, werden die Kohlenstoffatome im PCD mit großer Diffusionsintensität auf die Oberfläche des Werkstücks übertragen, um eine neue Legierung zu bilden, und die Werkzeugoberfläche wird graphitiert. Kobalt und Wolfram diffundieren stärker, und Titan, Tantal und Niob haben eine starke Antidiffusionsfähigkeit. Daher hat YT-Hartmetall eine bessere Verschleißfestigkeit. Beim Schneiden von Keramik und PCBN ist der Diffusionsverschleiß bei Temperaturen von 1000 °C bis 1300 °C nicht signifikant. Da es sich um dasselbe Material handelt, erzeugen Werkstück, Späne und Werkzeuge beim Schneiden im Kontaktbereich ein thermoelektrisches Potenzial. Dieses thermoelektrische Potenzial fördert die Diffusion und beschleunigt den Werkzeugverschleiß. Dieser Diffusionsverschleiß unter Einwirkung thermoelektrischer Spannungen wird als „thermoelektrischer Verschleiß“ bezeichnet.

Oxidation BOhr

Bei steigender Temperatur oxidiert die Oberfläche des Werkzeugs und es entstehen weichere Oxide, die durch die Späne abgerieben und durch Oxidationsverschleiß gebildet werden. Beispielsweise reagiert bei 700 °C bis 800 °C der Sauerstoff in der Luft mit dem Kobalt, Karbid, Titankarbid usw. im Hartmetall und es entstehen weichere Oxide. Bei 1000 °C reagiert PCBN chemisch mit Wasserdampf.

Verschleißform des Einsatzes

Rechen FAs BOhr

Beim Schneiden von Kunststoffmaterialien mit hoher Geschwindigkeit ist der Teil der Spanfläche, der der Schnittkraft nahe kommt, unter der Einwirkung der Späne halbmondförmig. Dies wird daher auch als Halbmondverschleiß bezeichnet. Im frühen Stadium des Verschleißes vergrößert sich der Spanwinkel des Werkzeugs, was die Schnittbedingungen verbessert und das Aufrollen und Brechen der Späne begünstigt. Wenn sich der Halbmond jedoch weiter vergrößert, wird die Festigkeit der Schneide stark geschwächt, was schließlich dazu führen kann, dass die Schneide bricht und beschädigt wird. Beim Schneiden spröder Materialien oder beim Schneiden von Kunststoffmaterialien mit niedrigerer Schnittgeschwindigkeit und geringerer Schnittdicke tritt im Allgemeinen kein Halbmondverschleiß auf.

Werkzeug TIP-Adresse BOhr

Der Verschleiß der Werkzeugspitze ist der Verschleiß an der Rückseite des Werkzeugspitzenbogens und der angrenzenden sekundären Rückseite, der eine Fortsetzung des Verschleißes an der Rückseite des Werkzeugs darstellt. Aufgrund der schlechten Wärmeableitungsbedingungen hier und der Spannungskonzentration ist die Verschleißrate schneller als an der Rückseite. Manchmal bildet sich auf der sekundären Rückseite eine Reihe kleiner Rillen mit einem Abstand, der der Vorschubmenge entspricht, was als Rillenverschleiß bezeichnet wird. Sie werden hauptsächlich durch die gehärtete Schicht und Schnittlinien auf der bearbeiteten Oberfläche verursacht. Beim Schneiden schwer zu schneidender Materialien mit starker Tendenz zur Verhärtung tritt am wahrscheinlichsten Rillenverschleiß auf. Der Verschleiß der Werkzeugspitze hat den größten Einfluss auf die Oberflächenrauheit des Werkstücks und die Bearbeitungsgenauigkeit.

Flanke BOhr

Beim Schneiden von Kunststoffmaterialien mit großer Schnittdicke kann es vorkommen, dass die Freifläche des Werkzeugs aufgrund der Aufbauschneide nicht mit dem Werkstück in Kontakt kommt. Außerdem kommt die Freifläche normalerweise mit dem Werkstück in Kontakt, und auf der Freifläche bildet sich ein Verschleißband mit einem Rückwinkel von 0. Im Allgemeinen ist der Verschleiß der Freifläche in der Mitte der Arbeitslänge der Schneide relativ gleichmäßig, sodass der Verschleißgrad der Freifläche anhand der Breite VB des Verschleißbands der Freifläche der Schneide in diesem Abschnitt gemessen werden kann.

Da bei fast allen Werkzeugtypen unter unterschiedlichen Schnittbedingungen Flankenverschleiß auftritt. Insbesondere beim Schneiden spröder Materialien oder beim Schneiden von Kunststoffmaterialien mit geringer Schnittdicke ist der Verschleiß des Werkzeugs hauptsächlich Flankenverschleiß, und die Messung der Breite VB des Verschleißbands ist relativ einfach. Daher wird VB normalerweise verwendet, um den Verschleißgrad des Werkzeugs anzugeben. Je größer VB, desto größer sind die Schnittkraft und die Schnittvibration. Dies wirkt sich auch auf den Verschleiß am Bogen der Werkzeugspitze aus und beeinträchtigt dadurch die Bearbeitungsgenauigkeit und die Qualität der Bearbeitungsoberfläche.

So verhindern Sie Werkzeugbrüche

• Entsprechend den Eigenschaften der verarbeiteten Materialien und Teile sollten die Arten und Güten der Werkzeugmaterialien angemessen ausgewählt werden. Unter der Voraussetzung einer bestimmten Härte und Verschleißfestigkeit muss das Werkzeugmaterial die erforderliche Zähigkeit aufweisen.
• Wählen Sie die Geometrieparameter des Werkzeugs mit Bedacht aus. Durch Einstellen der vorderen und hinteren Winkel, der Haupt- und Nebenablenkungswinkel, der Klingenneigungswinkel und anderer Winkel. Stellen Sie sicher, dass die Schneide und die Spitze eine gute Festigkeit aufweisen. Das Schleifen einer negativen Fase an der Schneide ist eine wirksame Maßnahme, um Absplitterungen vorzubeugen.
• Stellen Sie die Qualität des Schweißens und Schleifens sicher und vermeiden Sie verschiedene Defekte, die durch schlechtes Schweißen und Schleifen verursacht werden. Die in Schlüsselprozessen verwendeten Werkzeuge sollten geschliffen werden, um die Oberflächenqualität zu verbessern und auf Risse zu prüfen.
• Wählen Sie die Schnittmenge mit Bedacht und vermeiden Sie übermäßige Schnittkraft und hohe Schnitttemperaturen, um eine Beschädigung des Werkzeugs zu verhindern.
• Stellen Sie sicher, dass das Prozesssystem über eine gute Steifigkeit verfügt, und reduzieren Sie Vibrationen so weit wie möglich.
• Versuchen Sie mit der richtigen Betriebsmethode, das Werkzeug keiner oder nur einer geringen plötzlichen Belastung auszusetzen.

Ursachen und Gegenmaßnahmen für Werkzeugabsplitterungen

1. Grund: Falsche Auswahl der Klingenmarke und -spezifikation. Beispielsweise ist die Klingendicke zu dünn oder bei der Grobbearbeitung wird eine Marke gewählt, die zu hart und spröde ist.

Gegenmaßnahme: Erhöhen Sie die Dicke der Klinge oder bauen Sie die Klinge vertikal ein und wählen Sie eine Marke mit höherer Biegefestigkeit und Zähigkeit.

2. Ursache: Falsche Auswahl der Werkzeuggeometrieparameter (z. B. zu große Vorder- und Hinterwinkel usw.).

• Gegenmaßnahmen: Das Tool kann unter folgenden Aspekten neu gestaltet werden.
• Reduzieren Sie den vorderen und hinteren Winkel entsprechend.
• Verwenden Sie einen größeren negativen Kantenneigungswinkel.
• Reduzieren Sie den Hauptablenkwinkel.
• Verwenden Sie eine größere negative Fase oder einen größeren Kantenbogen.
• Schleifen Sie die Übergangsschneide um die Werkzeugspitze zu verstärken.

3. Grund: Der Schweißvorgang des Einsatzes ist fehlerhaft, was zu übermäßiger Schweißspannung oder Schweißrissen führt.

Gegenmaßnahmen:

• Vermeiden Sie den Einsatz einer dreiseitig geschlossenen Klingenschlitzstruktur.
• Wählen Sie das richtige Lot aus.
• Vermeiden Sie die Verwendung einer Acetylen-Sauerstoff-Flamme zum Erhitzen von Schweißarbeiten und halten Sie sich nach dem Schweißen warm, um innere Spannungen zu vermeiden.
• Verwenden Sie möglichst eine mechanische Klemmstruktur.

4. Ursache: Unsachgemäße Schleifmethode führt zu Schleifspannungen und Schleifrissen. Die Schwingung der Zähne des PCBN-Fräsers ist nach dem Schleifen zu groß, was zu einer Überlastung einzelner Zähne und auch zum Brechen des Fräsers führt.

Gegenmaßnahmen:

• Verwenden Sie intermittierendes Schleifen oder Schleifen mit Diamantschleifscheibe.
• Wählen Sie eine weichere Schleifscheibe und richten Sie sie regelmäßig aus, damit sie scharf bleibt.
• Achten Sie auf die Qualität des Schleifens und kontrollieren Sie die Schwingung der Fräserzähne streng.

5. Ursache: Unangemessene Auswahl der Schnittparameter. Wenn beispielsweise die Menge zu groß ist, bleibt die Werkzeugmaschine hängen. Beim intermittierenden Schneiden ist die Schnittgeschwindigkeit zu hoch, die Vorschubgeschwindigkeit zu groß, die Rohlingszugabe ungleichmäßig und die Schnitttiefe zu gering. Beim Schneiden von Materialien mit hoher Neigung zur Kaltverfestigung wie hochmanganhaltigem Stahl ist die Vorschubgeschwindigkeit zu gering usw.

Gegenmaßnahmen: Schnittparameter neu wählen.

6. Strukturelle Gründe, wie z. B. eine unebene Bodenfläche der Werkzeugnut des mechanischen Spannwerkzeugs oder eine übermäßige Ausdehnung der Klinge.

Gegenmaßnahmen:

• Fixieren Sie die Unterseite der Werkzeugnut.
• Ordnen Sie die Position der Schneidflüssigkeitsdüse sinnvoll an.
• Die gehärtete Werkzeugleiste verfügt über Hartmetalldichtungen unter der Klinge.

7.Ursache: Übermäßiger Werkzeugverschleiß.

Gegenmaßnahmen: Rechtzeitig Werkzeugwechsel bzw. Schneide austauschen.

8. Ursache: Unzureichender Schneidflüssigkeitsfluss oder falsche Füllmethode führen dazu, dass sich die Klinge plötzlich erhitzt und reißt.

Gegenmaßnahmen:

• Erhöhen Sie den Durchfluss der Schneidflüssigkeit.
• Ordnen Sie die Position der Schneidflüssigkeitsdüse sinnvoll an.
• Nutzen Sie effektive Kühlmethoden wie beispielsweise die Sprühkühlung, um die Kühlwirkung zu verbessern.
• Verwenden Sie Schneiden, um die Belastung der Klinge zu verringern.

9.Ursache: Falsche Werkzeuginstallation. Beispielsweise ist der Abstechdrehmeißel zu hoch oder zu niedrig installiert. Das Schaftfräser verwendet asymmetrisches Gleichlauffräsen usw.

Gegenmaßnahme: Installieren Sie das Tool neu.

10. Ursache: Die Steifigkeit des Prozesssystems ist zu gering, was zu übermäßigen Schnittvibrationen führt.

Gegenmaßnahme:

• Erhöhen Sie die Hilfsunterstützung des Werkstücks und verbessern Sie die Steifigkeit der Werkstückspannung.
• Reduzieren Sie die Überhanglänge des Werkzeugs.
• Reduzieren Sie den Rückwinkel des Werkzeugs entsprechend.
• Verwenden Sie andere Maßnahmen zur Vibrationseliminierung.

11.Ursache: Unvorsichtiger Betrieb. Wenn das Werkzeug beispielsweise von der Mitte des Werkstücks aus einschneidet, ist die Aktion zu heftig. Stoppen Sie die Maschine, bevor Sie das Werkzeug zurückziehen.

Gegenmaßnahme: Achten Sie auf die Vorgehensweise.

Ursachen, Merkmale und Kontrollmaßnahmen von Aufbauschneidenbildung

Ursache von FInformationen

Im Teil nahe der Schneide, im Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Span, wird das Metall der unteren Spanschicht aufgrund des großen Abwärtsdrucks in die mikroskopischen unebenen Spitzen und Täler an der vorderen Schneide eingebettet, wodurch ein lückenloser echter Metall-Metall-Kontakt entsteht und eine Bindung entsteht. Dieser Teil des Kontaktbereichs zwischen Werkzeug und Span wird als Bindungsbereich bezeichnet. Im Bindungsbereich sammelt sich eine dünne Schicht Metallmaterial an der vorderen Schneide der unteren Spanschicht. Das Metallmaterial dieses Teils des Spans hat eine starke Verformung erfahren und wird bei einer geeigneten Schneidtemperatur verfestigt. Während die Späne weiter herausfließen, gleitet diese Schicht aus angesammeltem Material unter dem Druck des nachfolgenden Schneidflusses relativ zur oberen Schicht der Späne und löst sich, wodurch sie zur Grundlage der Aufbauschneide wird. Anschließend bildet sich darauf eine zweite Schicht angesammelten Schneidmaterials, und diese kontinuierliche Ansammlung bildet eine Aufbauschneide.

Eigenschaften und ICHEinfluss auf Cschneidig

• Die Härte ist 1,5- bis 2,0-mal höher als die des Werkstückmaterials. Es kann die Spanfläche zum Schneiden ersetzen, wodurch die Schneide geschützt und der Verschleiß der Spanfläche verringert wird. Wenn jedoch die Aufbauschneide abfällt, verursachen die durch den Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstück fließenden Fragmente Verschleiß an der Rückseite des Werkzeugs.
• Nach der Bildung der Aufbauschneide vergrößert sich der Arbeitsspanwinkel des Werkzeugs deutlich, was sich positiv auf die Verringerung der Spanverformung und die Reduzierung der Schnittkraft auswirkt.
• Da die Aufbauschneide über die Schneide hinausragt, erhöht sich die tatsächliche Schnitttiefe, was sich auf die Maßgenauigkeit des Werkstücks auswirkt.
• Die Aufbauschneide führt zu einem „Pflügen“ der Werkstückoberfläche und beeinträchtigt die Oberflächenrauheit des Werkstücks.
• Die Fragmente der Aufbauschneide bleiben an der Oberfläche des Werkstücks haften oder setzen sich dort fest und bilden harte Stellen, welche die Qualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks beeinträchtigen.

Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, dass die Aufbauschneide dem Schneiden, insbesondere der Endbearbeitung, nicht förderlich ist.

Kontrolle MMaßnahmen

Eine blockierte Kantenbildung kann dadurch vermieden werden, dass das darunterliegende Material des Spanes nicht mit der vorderen Schneide verklebt oder verformt und verfestigt wird. Hierzu können folgende Maßnahmen getroffen werden.

• Reduzieren Sie die Rauheit der vorderen Schneide.
• Erhöhen Sie den Spanwinkel des Werkzeugs.
• Reduzieren Sie die Schnittstärke.
• Verwenden Sie langsame oder schnelle Schnittgeschwindigkeiten, um Schnittgeschwindigkeiten zu vermeiden, bei denen die Gefahr einer Aufbauschneidenbildung besteht.
• Führen Sie eine entsprechende Wärmebehandlung des Werkstückmaterials durch, um dessen Härte zu erhöhen und die Plastizität zu verringern.
• Verwenden Sie Schneidflüssigkeit mit guter Antihaftwirkung (z. B. Hochdruck-Schneidflüssigkeit mit Schwefel und Chlor).