Распространенные проблемы с инструментами и их решения при обработке на станках с ЧПУ

Для обрабатывающих центров, режущие инструменты являются расходными инструментами. В процессе обработки они будут повреждены, изношены и сколоты. Эти явления неизбежны, но существуют также контролируемые причины, такие как ненаучная и нерегулярная эксплуатация и неправильное обслуживание. Только найдя первопричину, можно лучше решить проблему.

Симптомы поломки режущего инструмента

Микро Схиппинг Свысказывание Эдгэ

Если структура материала заготовки, твердость и припуск неравномерны, передний угол слишком большой, что приводит к низкой прочности режущей кромки. Если технологическая система недостаточно жесткая для создания вибрации или если выполняется прерывистая резка и качество шлифования низкое, режущая кромка склонна к микроразрушению. То есть в зоне резания возникают небольшие разрушения, зазоры или отслаивание. Когда это происходит, инструмент теряет часть своей режущей способности, но он все еще может продолжать работать. При непрерывной резке поврежденная часть режущей кромки может быстро расширяться, что приводит к большему повреждению.

Сколы Свысказывание Эдгэ или ТIP

Этот тип повреждения часто возникает при более жестких условиях резания, чем микросколы режущей кромки, или является дальнейшим развитием микросколов. Размер и диапазон сколов больше, чем у микросколов, в результате чего инструмент полностью теряет режущую способность и вынужден прекратить работу. Сколы режущей кромки инструмента часто называют падением наконечника.

Сломанный Бладе или Сполный

Когда условия резки крайне плохие, объем резки слишком большой, есть ударная нагрузка, есть микротрещины в материале лезвия или инструмента, есть остаточное напряжение в лезвии из-за сварки и шлифовки, а такие факторы, как небрежная эксплуатация, могут привести к поломке лезвия или инструмента. После возникновения такого вида повреждения инструмент больше не может использоваться и отправляется на слом.

Лезвие Споверхность пубегая

Для очень хрупких материалов, таких как цементированный карбид с высоким содержанием TiC, керамика, PCBN и т. д., в структуре поверхности имеются дефекты или потенциальные трещины, или на поверхности существует остаточное напряжение из-за сварки и шлифовки. Когда процесс резки недостаточно стабилен или поверхность инструмента подвергается переменному контактному напряжению, очень легко вызвать отслоение поверхности. Отслоение может происходить как на передней, так и на задней поверхности лезвия. Отслаивающийся материал хлопьевидный, а площадь отслоения большая. Инструменты с покрытием более склонны к отслоению. После небольшого отслоения лезвие может продолжать работать, но после сильного отслоения оно потеряет свою режущую способность.

Пластик Дформирование Свысказывание пискусство

Инструментальная сталь и быстрорежущая сталь могут подвергаться пластической деформации в режущей части из-за их низкой прочности и твердости. Когда твердый сплав работает при высокой температуре и трехосном сжимающем напряжении, пластическое течение также будет происходить на поверхности. Это может даже привести к пластической деформации режущей кромки или наконечника и вызвать разрушение. Разрушение обычно происходит, когда объем резки большой и обрабатываются твердые материалы. Модуль упругости твердого сплава на основе TiC меньше, чем у твердого сплава на основе WC, поэтому способность первого противостоять пластической деформации ускоряется, или он быстро выходит из строя. PCD и PCBN в основном не подвергаются пластической деформации.

Термальный Сстеллаж Бдамы

Когда инструмент подвергается знакопеременным механическим нагрузкам и термическим нагрузкам, поверхность режущей части неизбежно будет создавать знакопеременные термические напряжения из-за повторяющегося термического расширения и сжатия, что неизбежно приведет к усталости и растрескиванию лезвия. Например, когда твердосплавная фреза фрезерует на высокой скорости, зубья постоянно подвергаются периодическим ударам и знакопеременным термическим напряжениям, и на передней поверхности образуются гребнеобразные трещины. Хотя некоторые инструменты не имеют явных знакопеременных нагрузок и знакопеременных напряжений. Однако из-за непостоянной температуры поверхности и внутренних слоев также будут образовываться термические напряжения. Кроме того, в материале инструмента есть неизбежные дефекты, поэтому лезвие также может треснуть. После образования трещины инструмент иногда может продолжать работать в течение некоторого периода времени, а иногда трещина быстро расширяется, в результате чего лезвие ломается или поверхность лезвия сильно отслаивается.

Причины износа инструмента

Абразивный Втухо

Часто в обрабатываемом материале присутствуют чрезвычайно твердые мелкие частицы, которые могут царапать канавки на поверхности инструмента, что является абразивным износом. Абразивный износ существует на всех поверхностях и наиболее заметен на передней режущей кромке. А износ пеньки может происходить на всех скоростях резания. Однако при низкоскоростной резке из-за низкой температуры резания износ, вызванный другими причинами, не очевиден, поэтому абразивный износ является основной причиной. Кроме того, чем ниже твердость инструмента, тем серьезнее абразивный износ пеньки.

Холодный Втэлдинг Втухо

Во время резки между заготовкой, режущей кромкой и передней и задней режущими кромками возникает большое давление и сильное трение, поэтому происходит холодная сварка. Из-за относительного движения между парами трения холодная сварка будет ломаться и убираться одной стороной, вызывая износ холодной сварки. Износ холодной сварки, как правило, более серьезен при средних скоростях резки. Согласно экспериментам, хрупкие металлы имеют более сильное сопротивление холодной сварке, чем пластичные металлы. Многофазные металлы меньше однонаправленных металлов. Металлические соединения имеют меньшую склонность к холодной сварке, чем отдельные вещества. Склонность к холодной сварке элементов группы B в химической периодической таблице и железа невелика. Быстрорежущая сталь и цементированный карбид более серьезны при резке на низких скоростях.

Диффузия Втухо

При высокотемпературной резке и контакте заготовки с инструментом химические элементы обеих сторон диффундируют друг с другом в твердом состоянии, изменяя структуру состава инструмента. Поверхность инструмента становится хрупкой, что усугубляет износ инструмента. Явление диффузии всегда поддерживает непрерывную диффузию объектов с высоким градиентом глубины к объектам с низким градиентом глубины.

Например, при 800 ℃ кобальт в твердом сплаве 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 резания выше 800 ℃, атомы углерода в PCD будут переноситься на поверхность заготовки с большой интенсивностью диффузии, образуя новый сплав, и поверхность инструмента будет графитизирована. Кобальт и вольфрам диффундируют более серьезно, а титан, тантал и ниобий обладают сильной антидиффузионной способностью. Поэтому твердый сплав YT имеет лучшую износостойкость. При резке керамики и PCBN, когда температура достигает 1000 ℃-1300 ℃, диффузионный износ незначителен. Из-за одного и того же материала заготовка, стружка и инструменты будут генерировать термоэлектрический потенциал в контактной зоне во время резки. Этот термоэлектрический потенциал имеет эффект содействия диффузии и ускорения износа инструмента. Этот диффузионный износ под действием термоэлектрического потенциала называется «термоэлектрическим износом».

Окисление Втухо

При повышении температуры поверхность инструмента окисляется, образуя более мягкие оксиды, которые трутся стружкой и образуются в результате окислительного износа. Например, при температуре 700℃~800℃ кислород воздуха реагирует с кобальтом, карбидом, карбидом титана и т. д. в цементированном карбиде, образуя более мягкие оксиды. При температуре 1000℃ PCBN химически реагирует с водяным паром.

Форма износа вставки

Грабли Фтуз Втухо

При резке пластиковых материалов на высокой скорости часть передней поверхности, близкая к силе резания. Под действием стружки она будет изнашиваться в форме полумесяца, поэтому это также называется серповидным износом. На ранней стадии износа передний угол инструмента увеличивается, что улучшает условия резания и способствует закручиванию и ломке стружки. Но когда полумесяц еще больше увеличивается, прочность режущей кромки значительно ослабевает, и это в конечном итоге может привести к поломке и повреждению режущей кромки. При резке хрупких материалов или резке пластиковых материалов на более низкой скорости резания и меньшей толщине реза серповидный износ обычно не возникает.

Инструмент ТIP Втухо

Износ режущей кромки инструмента — это износ задней поверхности дуги режущей кромки инструмента и смежной вторичной задней поверхности, который является продолжением износа задней поверхности инструмента. Из-за плохих условий рассеивания тепла здесь и концентрации напряжений скорость износа выше, чем на задней поверхности. Иногда на вторичной задней поверхности образуется ряд небольших канавок с интервалом, равным величине подачи, что называется износом канавок. Они в основном вызваны закаленным слоем и линиями реза на обработанной поверхности. При резке труднообрабатываемых материалов с сильной тенденцией к закалке наиболее вероятен износ канавок. Износ режущей кромки инструмента оказывает наибольшее влияние на шероховатость поверхности заготовки и точность обработки.

Фланг Втухо

При резке пластиковых материалов с большой толщиной реза боковая поверхность инструмента может не контактировать с заготовкой из-за наличия нароста на кромке. Кроме того, боковая поверхность обычно контактирует с заготовкой, и на боковой поверхности образуется полоса износа с задним углом 0. Как правило, в середине рабочей длины режущей кромки износ боковой поверхности относительно равномерный, поэтому степень износа боковой поверхности можно измерить по ширине VB полосы износа боковой поверхности режущей кромки в этом сечении.

Поскольку все типы инструментов почти все будут испытывать износ по задней поверхности при различных условиях резания. В частности, при резке хрупких материалов или резке пластиковых материалов с небольшой толщиной реза износ инструмента в основном представляет собой износ по задней поверхности, а измерение ширины VB полосы износа относительно просто. Поэтому VB обычно используется для указания степени износа инструмента. Чем больше VB, тем больше сила резания и вибрация резания. Это также повлияет на износ на дуге режущей кромки инструмента, тем самым влияя на точность обработки и качество обработанной поверхности.

Как предотвратить поломку инструмента

• В зависимости от характеристик обрабатываемых материалов и деталей следует разумно выбирать типы и марки инструментальных материалов. При наличии определенной твердости и износостойкости инструментальный материал должен обладать необходимой прочностью.
• Рационально выбирайте параметры геометрии инструмента. Регулируя передний и задний углы, главный и вторичный углы отклонения, углы наклона лезвия и другие углы. Убедитесь, что режущая кромка и наконечник имеют хорошую прочность. Шлифование отрицательной фаски на режущей кромке является эффективной мерой для предотвращения сколов.
• Обеспечить качество сварки и шлифовки, а также избежать различных дефектов, вызванных некачественной сваркой и шлифовкой. Инструменты, используемые в ключевых процессах, должны быть отшлифованы для улучшения качества поверхности и проверки на наличие трещин.
• Разумно выбирайте величину резки, избегайте чрезмерного усилия резания и высокой температуры резки, чтобы предотвратить повреждение инструмента.
• Убедитесь, что технологическая система имеет хорошую жесткость и максимально снижает вибрацию.
• Используйте правильный метод эксплуатации, чтобы попытаться сделать так, чтобы инструмент не выдерживал или выдерживал меньшую внезапную нагрузку.

Причины появления стружки на инструментах и меры противодействия ей

1. Причина: Неправильный выбор марки и спецификации лезвия. Например, толщина лезвия слишком мала или при грубой обработке выбрана слишком твердая и хрупкая марка.

Меры противодействия: увеличьте толщину лезвия или установите его вертикально, а также выберите марку с более высокой прочностью на изгиб и ударной вязкостью.

2. Причина: Неправильный выбор параметров геометрии инструмента (например, слишком большие передний и задний углы и т. д.).

• Контрмеры: Инструмент можно переработать, приняв во внимание следующие аспекты.
• Соответствующим образом уменьшите передние и задние углы.
• Используйте больший отрицательный угол наклона кромки.
• Уменьшите главный угол отклонения.
• Используйте большую отрицательную фаску или дугу кромки.
• Заточите переходную режущую кромку, чтобы укрепить кончик инструмента.

3. Причина: Неправильный процесс сварки вставки, что приводит к чрезмерному напряжению при сварке или образованию трещин при сварке.

Контрмеры:

• Избегайте использования конструкции паза для лезвия, закрытой с трех сторон.
• Выберите правильный припой.
• Избегайте использования ацетилено-кислородного пламени для нагревания места сварки и сохраняйте тепло после сварки, чтобы устранить внутреннее напряжение.
• По возможности используйте механическую зажимную конструкцию.

4.Причина: Неправильный метод шлифования приводит к возникновению напряжения шлифования и образованию трещин шлифования. Колебание зубьев фрезы PCBN после шлифования слишком велико, что приводит к перегрузке отдельных зубьев и поломке фрезы.

Контрмеры:

• Используйте прерывистую шлифовку или шлифовку алмазным шлифовальным кругом.
• Выберите более мягкий точильный круг и регулярно его правьте, чтобы он оставался острым.
• Обращайте внимание на качество шлифования и строго контролируйте колебание зубьев фрезы.

5.Причина: Необоснованный выбор параметров резки. Например, если величина слишком большая, станок заклинит. При прерывистой резке скорость резки слишком высокая, скорость подачи слишком большая, припуск на заготовку неравномерный, а глубина резания слишком маленькая. При резке материалов с высокой тенденцией к наклепу, таких как высокомарганцовистая сталь, скорость подачи слишком маленькая и т. д.

Меры противодействия: Переустановите параметры резки.

6.Конструктивные причины, такие как неровная нижняя поверхность паза механического зажимного инструмента или чрезмерное удлинение лезвия.

Контрмеры:

• Зафиксируйте нижнюю поверхность паза инструмента.
• Разумно расположите сопло подачи смазочно-охлаждающей жидкости.
• Закаленный инструментальный брус дополнен карбидными прокладками под лезвием.

7.Причина: Чрезмерный износ инструмента.

Меры противодействия: своевременно меняйте инструмент или режущую кромку.

8. Причина: Недостаточный поток смазочно-охлаждающей жидкости или неправильный метод ее заполнения приводят к внезапному нагреву лезвия и появлению трещин.

Контрмеры:

• Увеличьте поток смазочно-охлаждающей жидкости.
• Разумно расположите сопло подачи смазочно-охлаждающей жидкости.
• Для улучшения охлаждающего эффекта используйте эффективные методы охлаждения, такие как распылительное охлаждение.
• Используйте резку, чтобы уменьшить воздействие на лезвие.

9.Причина: Неправильная установка инструмента. Например, отрезной токарный резец установлен слишком высоко или слишком низко. концевая фреза использует асимметричное попутное фрезерование и т. д.

Меры противодействия: переустановите инструмент.

10. Причина: Жесткость технологической системы слишком низкая, что приводит к чрезмерной вибрации при резке.

Контрмера:

• Увеличить вспомогательную поддержку заготовки и повысить жесткость зажима заготовки.
• Уменьшите длину вылета инструмента.
• Соответствующим образом уменьшите задний угол инструмента.
• Используйте другие меры по устранению вибрации.

11.Причина: Небрежная эксплуатация. Например, когда инструмент режет из середины заготовки, действие слишком резкое. Остановите станок перед тем, как отвести инструмент.

Меры противодействия: обратите внимание на метод эксплуатации.

Причины, характеристики и меры контроля наростов на кромке

Причина Фформирование

В части, близкой к режущей кромке, в зоне контакта инструмента со стружкой, из-за большого направленного вниз давления металл нижнего слоя стружки внедряется в микроскопические неровные пики и впадины на передней режущей кромке, образуя бесщелевой реальный контакт металл-металл и вызывая сцепление. Эта часть зоны контакта инструмента со стружкой называется зоной сцепления. В зоне сцепления на передней режущей кромке нижнего слоя стружки будет накапливаться тонкий слой металлического материала. Металлический материал этой части стружки претерпел серьезную деформацию и упрочнился при соответствующей температуре резания. По мере того, как стружка продолжает вытекать, под давлением последующего потока резания этот слой накопленного материала будет скользить относительно верхнего слоя стружки и уходить, становясь основой нароста. Впоследствии на нем образуется второй слой накопленного режущего материала, и это непрерывное накопление образует нарост.

Характеристики и явлияние на Свысказывание

• Твердость в 1,5~2,0 раза выше, чем у материала заготовки. Может заменить переднюю поверхность для резки, что обеспечивает защиту режущей кромки и снижает износ передней поверхности. Однако, когда нарост отваливается, осколки, проходящие через зону контакта инструмента и заготовки, вызывают износ задней поверхности инструмента.
• После образования нароста рабочий передний угол инструмента значительно увеличивается, что играет положительную роль в снижении деформации стружки и снижении силы резания.
• Поскольку нарост выступает за пределы режущей кромки, фактическая глубина резания увеличивается, что влияет на точность размеров заготовки.
• Нарост на кромке приведет к возникновению явления «вспашки» на поверхности заготовки, что повлияет на шероховатость поверхности заготовки.
• Фрагменты нароста будут прилипать к поверхности заготовки или внедряться в нее, образуя твердые пятна, что скажется на качестве обработанной поверхности заготовки.

Из вышеприведенного анализа следует, что нарост на кромке не способствует резке, особенно при финишной обработке.

Контроль Ммеры

Образование заблокированной кромки можно избежать, предотвращая склеивание или деформацию основного материала стружки и укрепляя его передней режущей кромкой. Для этого можно предпринять следующие меры.

• Уменьшить шероховатость передней режущей кромки.
• Увеличьте передний угол инструмента.
• Уменьшите толщину реза.
• Используйте низкоскоростную или высокоскоростную резку, чтобы избежать скоростей резки, способствующих образованию нароста на режущей кромке.
• Проведите соответствующую термическую обработку материала заготовки для повышения его твердости и снижения пластичности.
• Используйте смазочно-охлаждающую жидкость с хорошими антиадгезионными свойствами (например, смазочно-охлаждающую жидкость для работы под высоким давлением, содержащую серу и хлор).