Zużycie narzędzia: znaczenie, typy i przyczyny

Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o: - 1. Znaczenie zużycia narzędzia 2. Rodzaje zużycia narzędzia 3. Przyczyny 4. Wzrost 5. Formularze 6. Konsekwencje.

Znaczenie zużycia narzędzia:

Narzędzia tnące są poddawane wyjątkowo ciężkiemu procesowi tarcia. Znajdują się one w styku metal-metal między chipem a przedmiotem obrabianym, przy dużym naprężeniu i temperaturze. Sytuacja staje się poważna z powodu występowania ekstremalnych naprężeń i gradientów temperatury w pobliżu powierzchni narzędzia.

Zużycie narzędzia jest na ogół procesem stopniowym z powodu regularnej pracy. Zużycie narzędzia można porównać ze zużyciem końcówki zwykłego ołówka. Zgodnie z australijską normą zużycie narzędzia można zdefiniować jako "zmianę kształtu narzędzia z jego pierwotnego kształtu, podczas cięcia, wynikającego ze stopniowej utraty materiału narzędzia".

Zużycie narzędzia zależy od następujących parametrów:

ja. Narzędzie i obrabiany materiał.

ii. Kształt narzędzia.

iii. Prędkość cięcia.

iv. Karmić.

v. Głębokość cięcia.

vi. Stosowany płyn obróbkowy.

vii. Charakterystyka obrabiarki itp.

Zużycie narzędzia wpływa na następujące elementy:

ja. Zwiększone siły skrawania.

ii. Zwiększona temperatura cięcia.

iii. Zmniejszona dokładność produkowanych części.

iv. Zmniejszona żywotność narzędzia.

v. Słabe wykończenie powierzchni.

vi. Ekonomika operacji cięcia.

Rodzaje zużycia narzędzi:

Wysokie naprężenia kontaktowe powstają w procesie obróbki skrawaniem z powodu tarcia:

(i) Tarcza i wióry narzędzia.

(ii) Narzędzie bok licowy i obrabiana powierzchnia.

Powoduje to rozmaite ślady zużycia widoczne na powierzchni natarcia i powierzchni bocznej. Nazywamy to stopniowym zużyciem narzędzia.

Stopniowe zużycie jest nieuniknione, ale można je kontrolować. Jest to zużycie, któremu nie można zapobiec. Musi nastąpić po pewnym czasie obróbki.

Stopniowe zużycie można kontrolować poprzez działanie naprawcze. Stopniowe zużycie można podzielić na dwa podstawowe typy zużycia, odpowiadające dwóm obszarom narzędzia skrawającego, jak pokazano na rys. 9.16.

Są to następujące:

(i) Zużycie z boku.

(ii) zużycie kraterowe.

(i) Odzież flankowa:

Zużycie na powierzchni bocznej (relief lub powierzchnia lica) narzędzia nosi nazwę zużycia bocznego. Zużycie boczne pokazano na rys. 9.17 (a, b, c).

Charakterystyki zużycia bocznego są następujące:

ja. Jest to najważniejsze zużycie, które pojawia się na powierzchni bocznej równolegle do krawędzi skrawającej. Najczęściej wynika to ze zużycia ściernego / adhezyjnego krawędzi tnącej do obrabianej powierzchni.

ii. Zwykle wynika to z wysokich temperatur, które mają wpływ na właściwości narzędzi i materiałów roboczych.

iii. Powoduje to powstawanie obszarów zużycia. Zużyte formowanie terenu nie zawsze jest równomierne wzdłuż głównej i mniejszej krawędzi skrawającej narzędzia.

iv. Można go zmierzyć za pomocą średniego zużycia wielkości gruntu (V ₃ ) i maksymalnego zużycia (VB _max ).

v. Można to opisać za pomocą równania trwałości narzędzia.

V _C T ⁿ = C

Bardziej ogólną formą równania (biorąc pod uwagę głębokość skrawania i posuw) jest

V _c T ⁿ D ^x F ^y = C

gdzie,

V _c = Prędkość cięcia

T = Żywotność narzędzia

D = głębokość skrawania (mm)

F = Posuw (mm / obr. Lub cal / obr.)

x i y = wykładniki wyznaczone eksperymentalnie dla każdego warunku skrawania.

C = Stała obróbki, znaleziona przez eksperyment lub opublikowaną książkę danych. Zależy od właściwości materiałów narzędziowych, przedmiotu obrabianego i prędkości posuwu.

n = wykładniczy

Wartości od n = 0, 1 do 0, 15 (w przypadku narzędzi HSS)

= 0, 2 do 0, 4 (dla narzędzi z węglików spiekanych)

= 0, 4 do 0, 6 (dla narzędzi ceramicznych)

Przyczyny Flank Wear:

ja. Zwiększona prędkość skrawania powoduje szybsze zużywanie się flanki.

ii. Zwiększenie posuwu i głębokości skrawania może również spowodować większe zużycie powierzchni bocznej.

iii. Ścieranie przez twarde wiechy w obrabianym przedmiocie.

iv. Ścinanie mikrospawek między narzędziem a materiałem roboczym.

v. Ścieranie przez fragmenty narostu, które uderzają o powierzchnię prześwitu narzędzia.

Środki na Flank Wear:

ja. Zmniejsz prędkość cięcia.

ii. Zmniejsz posuw i głębokość cięcia.

iii. Jeśli to możliwe, używaj twardego węglika.

iv. Zapobiegaj tworzeniu się zbitej krawędzi przy użyciu łamaczy wiórów.

Efekty zużycia flankowego:

ja. Zwiększenie całkowitej siły cięcia.

ii. Zwiększenie chropowatości powierzchni elementu.

iii. Wpływają również na dokładność wymiarów elementu.

iv. Gdy używane są narzędzia formujące, zużycie powierzchni bocznej zmieni również kształt wytwarzanych elementów,

(ii) Krater:

Zużycie na powierzchni natarcia narzędzia nazywa się zużyciem krateru. Jak sama nazwa wskazuje, kształt zużycia to krater lub miska. Zużycie krateru pokazano na rys. 9.18 (a, b, c).

Charakterystyki zużycia kraterów są następujące:

ja. W kraterach zużyte żetony erodują powierzchnię natarcia narzędzia.

ii. Wióry przepływające przez powierzchnię natarcia tworzą silne tarcie między czipem i powierzchnią natarcia. Powoduje to powstanie blizny na powierzchni natarcia, która jest zwykle równoległa do głównej krawędzi skrawającej.

iii. Jest to zjawisko normalne dla zużycia narzędzia i nie powoduje znacznego pogorszenia działania narzędzia, dopóki nie stanie się ono wystarczająco poważne, aby spowodować awarię ostrza.

iv. Zużycie krateru może zwiększyć kąt natarcia roboczego i zmniejszyć siłę skrawania, ale także osłabić wytrzymałość krawędzi skrawającej.

v. Częściej występuje w materiałach ciągliwych, takich jak stal, które wytwarzają długie ciągłe wióry. Jest to również bardziej powszechne w narzędziach HSS (High Speed ​​Steel) niż narzędzia ceramiczne lub węglikowe, które mają znacznie wyższą twardość na gorąco.

vi. Parametry stosowane do pomiaru zużycia krateru można zobaczyć na rys. 9.18. Głębokość krateru KT jest najczęściej stosowanym parametrem przy ocenie zużycia powierzchni natarcia.

vii. Występuje w przybliżeniu na wysokości równej głębokości cięcia materiału, tj. Głębokości zużycia krateru ⋍ głębokości skrawania.

viii. W strefach wysokiej temperatury (prawie 700 ° C) następuje zużycie.

Powody zużycia krateru:

ja. Znaczne tarcie między interfejsem chip-tool, szczególnie na powierzchni natarcia.

ii. Wysoka temperatura w interfejsie narzędzie-chip.

iii. Zwiększenie posuwu powoduje zwiększenie siły działającej na interfejs narzędzia, co prowadzi do wzrostu temperatury interfejsu narzędzie-chip.

iv. Zwiększenie prędkości skrawania skutkuje zwiększoną prędkością wióra przy powierzchni natarcia, co prowadzi do wzrostu temperatury na styku czip-narzędzie, a więc zwiększa zużycie krateru.

Środki zaradcze dla Crater Wear:

ja. Stosowanie odpowiednich smarów, może zmniejszyć proces ścierania, a więc zmniejszyć zużycie krateru.

ii. Odpowiedni środek chłodzący do szybkiego rozpraszania ciepła z interfejsu narzędzia-chip.

iii. Zredukowane prędkości skrawania i prędkości posuwu.

iv. Do narzędzi używaj twardszych i twardszych materiałów.

v. Użyj pozytywnego narzędzia do gry.

Przyczyny zużycia narzędzia:

Istnieje wiele przyczyn zużycia narzędzia.

Niektóre z nich są ważne do omówienia tutaj z punktu widzenia:

(i) Zużycie ścierne (zużycie cząstek stałych).

(ii) Zużycie kleju.

(iii) zużycie dyfuzyjne.

(iv) zużycie chemiczne.

(v) Zużycie.

(i) Zużycie ścierne (zużycie części stałych):

Zużycie ścierne jest w zasadzie powodowane przez zanieczyszczenia w materiale obrabianego przedmiotu, takie jak azotek węgla i związki tlenków, a także nagromadzone fragmenty krawędzi. Jest to mechaniczne zużycie. Jest to główna przyczyna zużycia narzędzia przy niskich prędkościach skrawania.

(ii) Zużycie kleju:

Ze względu na wysokie ciśnienie i temperaturę na styku chip-narzędzie, istnieje tendencja do spawania gorących wiórów na powierzchni natarcia narzędzia. Ta koncepcja prowadzi do późniejszego tworzenia i niszczenia połączeń spawanych. Gdy spoina z przerwami odrywa się, zbierając cząstki narzędzia tnącego. Prowadzi to do zużycia krateru. Rys. 9.19 pokazuje zużycie adhezyjne.

(iii) zużycie dyfuzyjne:

Zużycie dyfuzyjne jest zwykle spowodowane przenikaniem atomowym między materiałami stykającymi się w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury. Zjawisko to rozpoczyna się od interfejsu chip-tool. W takich podwyższonych temperaturach niektóre cząstki materiałów narzędziowych dyfundują do materiału wiórowego. Może się również zdarzyć, że pewne cząstki materiału roboczego również rozproszą się w materiałach narzędziowych.

Ta wymiana cząsteczek zmienia właściwości materiału narzędzia i powoduje zużycie, jak pokazano na Rys. 9.20:

Ta dyfuzja powoduje zmiany narzędzia i kompozycji przedmiotu.

Istnieje kilka sposobów dyfuzji, takich jak:

(a) Silne zmiękczenie narzędzia:

Dyfuzja węgla w stosunkowo głębokiej powierzchniowej warstwie narzędzia może spowodować zmiękczenie i następujący po nim plastyczny przepływ narzędzia. Może powodować znaczące zmiany w geometrii narzędzia.

(b) Dyfuzja głównych składników narzędzi do dzieła:

Matryca narzędziowa lub główny składnik wzmacniający mogą zostać rozpuszczone w powierzchni roboczej i wiórowej podczas przechodzenia przez narzędzie. Na przykład: narzędzie popytu, cięcie żelaza i stali jest typowym przykładem dyfuzji węgla.

(c) Dyfuzja komponentu materiału roboczego do narzędzia:

Składnik materiału roboczego dyfundującego do narzędzia może zmieniać właściwości fizyczne warstwy powierzchniowej narzędzia. Na przykład: dyfuzja ołowiu do narzędzia może wytworzyć cienką kruchą warstwę powierzchniową, ta cienka warstwa może zostać usunięta przez odpryskiwanie.

(iv) Zużycie chemiczne:

Zużycie chemiczne jest spowodowane chemicznym uderzeniem powierzchni.

Na przykład:

Żrące zużycie.

(v) Facture Wear:

Zużycie faktury zwykle spowodowane złamaniem krawędzi na końcu lub długości. Złamanie masy jest najbardziej szkodliwym i niepożądanym rodzajem zużycia i należy go w miarę możliwości unikać.

Wzrost zużycia narzędzi:

Wzorzec wzrostu zużycia narzędzia pokazano na rys. 9.21:

Możemy podzielić wzrost na następujące trzy strefy:

(i) Strefa silnego zużycia.

(ii) Strefa początkowego zużycia.

(iii) Ciężka lub ostateczna lub katastrofalna strefa zużycia.

(i) Wstępna wstępna lub szybka strefa noszenia:

Początkowo, w przypadku nowej krawędzi, wzrost zużycia jest szybszy. Początkowy rozmiar zużycia wynosi VB = 0, 05 do 0, 1 mm normalnie.

Przyczynami początkowego lub szybkiego zużycia są:

ja. Mikrokrakowanie.

ii. Utlenianie powierzchni.

iii. Warstwa utraty węgla.

iv. Mikro-chropowatość szlifowania końcówki narzędzia.

(ii) Stała strefa noszenia:

Po początkowym zużyciu okazało się, że stopień zużycia jest względnie stały lub stały. W tej strefie rozmiar zużycia jest proporcjonalny do czasu cięcia.

(iii) Ciężka lub Ultimate lub Catastrophic Wear Zone:

W tej strefie tempo wzrostu zużycia jest znacznie szybsze i powoduje katastrofalne uszkodzenie krawędzi skrawającej.

Gdy wielkość zużycia wzrasta do wartości krytycznej, szorstkość powierzchni obrabianej powierzchni maleje, siła cięcia i temperatura gwałtownie wzrastają, a szybkość zużycia wzrasta. Wtedy narzędzie traci swoją zdolność cięcia. W praktyce należy unikać tej strefy zużycia.

Dopuszczalne zużycie terenu:

Kiedy decydujemy się na wyostrzenie krawędzi noża, gdy jakość cięcia zaczyna się pogarszać, a wymagane siły skrawania rosną zbyt mocno, podobnie ponownie ostrzyć lub wymienić narzędzia skrawające kiedy.

(a) Jakość obrabianej powierzchni zaczyna się pogarszać.

(b) Siły skrawania znacznie wzrastają.

(c) Przedwczesny wzrost temperatury znacznie.

Średnia szerokość dopuszczalnego zużycia powierzchni bocznej waha się od 0, 2 mm (dla operacji toczenia precyzyjnego) do 1 mm (dla operacji toczenia zgrubnego).

Poniższa tabela 9.11 podaje zalecane wartości dopuszczalnego średniego obszaru zużycia (VB) dla różnych operacji i narzędzi skrawających:

Formy zużycia narzędzi:

Zużycie flanu i krateru jest bardzo powszechnym rodzajem zużycia.

Niektóre inne formy zużycia narzędzi to:

(i) Zużycie termoelektryczne.

(ii) pękanie termiczne i złamanie narzędzia.

(iii) Cykliczne termiczne i mechaniczne zużycie obciążenia.

(iv) Krawędź krawędzi.

(v) Niepowodzenia w wejściu lub wyjściu.

(i) Zużycie termoelektryczne:

Można go zaobserwować w regionie o wysokiej temperaturze. Wysoka temperatura powoduje tworzenie się pary termicznej pomiędzy przedmiotem obrabianym a narzędziem.

Z tego powodu powstaje napięcie między przedmiotem a narzędziem. Może powodować przepływ prądu elektrycznego między tymi dwoma. Jednak ten rodzaj zużycia nie został wyraźnie opracowany.

(ii) pękanie termiczne i złamanie narzędzia:

Jest to powszechne w przypadku operacji frezowania. Podczas frezowania narzędzia poddawane są cyklicznym obciążeniom termicznym i mechanicznym. Zęby mogą ulec uszkodzeniu w wyniku braku mechanizmu w ciągłym przecinaniu. Pękanie termiczne można zmniejszyć, zmniejszając prędkość skrawania lub stosując gatunek materiału narzędziowego o wyższej odporności na szok termiczny.

(iii) Cykliczne termiczne i mechaniczne zużycie obciążenia:

Cykliczna zmiana temperatury w procesie frezowania wywołuje cykliczne naprężenia termiczne w warstwie powierzchniowej narzędzia rozszerza się i kurczy. Może to prowadzić do powstawania pęknięć zmęczeniowo-cieplnych w pobliżu krawędzi skrawającej.

Przeważnie takie pęknięcia są prostopadłe do krawędzi skrawającej i zaczynają się formować w zewnętrznym narożniku narzędzia, rozpościerając się do wewnątrz podczas cięcia. Wzrost tych pęknięć prowadzi ostatecznie do pękania krawędzi lub złamania narzędzia. Niewystarczająca ilość chłodziwa może sprzyjać tworzeniu się pęknięć.

(iv) Krawędź krawędzi:

Krawędziowanie krawędzi jest powszechnie obserwowane podczas frezowania. Może się zdarzyć, gdy narzędzie po raz pierwszy zetknie się z częścią (Awaria wejścia) lub, częściej, po wyjściu z części (Awaria wyjścia).

(v) Niepowodzenie w wejściu lub wyjściu:

Awaria wejścia najczęściej występuje, gdy zewnętrzny narożnik wkładki uderza najpierw w część. Jest to bardziej prawdopodobne, gdy kąty natarcia frezu są dodatnie. W ten sposób można łatwo uniknąć awarii wejścia, przełączając od dodatnich do ujemnych frezów kątowych.

Konsekwencje (skutki) zużycia narzędzia:

Skutki zużycia narzędzia dla osiągów technologicznych są następujące:

(i) Zwiększenie sił cięcia:

Siły skrawania są zwykle zwiększane przez zużycie narzędzia. Zużycie krateru, zużycie powierzchni bocznej (lub zużycie powierzchni) i odpryski krawędzi tnącej wpływają na wydajność narzędzia skrawającego na różne sposoby. Zużycie kraterowe może jednak, w pewnych okolicznościach, zredukować siły, skutecznie zwiększając kąt natarcia narzędzia. Tarcze (powierzchnia boczna lub powierzchnia zużywająca się) przy przecinaniu prawie zawsze zwiększają siły skrawania ze względu na zwiększone siły tarcia.

(ii) Zwiększenie szorstkości powierzchni:

Wraz ze wzrostem zużycia narzędzia wzrasta również chropowatość powierzchni obrabianego elementu. Jest to szczególnie ważne w przypadku narzędzi używanych do odpryskiwania. Chociaż istnieją okoliczności, w których powierzchnia zużywająca się może wypolerować (polerować) obrabiany przedmiot i uzyskać dobre wykończenie.

(iii) Zwiększenie wibracji lub drgań:

Drgania i drgania to kolejny ważny aspekt procesu cięcia, na który może mieć wpływ zużycie narzędzia.

Miejsce zużycia zwiększa skłonność narzędzia do dynamicznej niestabilności lub wibracji. Gdy narzędzie jest ostre, operacja cięcia jest wolna od wibracji. Z drugiej strony, gdy narzędzie się zużywa, operacja cięcia jest poddawana nieakceptowanemu trybowi drgań i drgań.

(iv) Zmniejszenie dokładności wymiarowej:

Ze względu na zużycie powierzchni bocznej, geometria planu narzędzia może przeszkadzać. Może to wpływać na wymiary wytwarzanego komponentu. Może wpływać na kształt elementu.

Na przykład:

Jeśli zużycie narzędzia jest szybkie, walcowanie może spowodować zwężenie obrabianego przedmiotu.