Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi les outils d'usinage CNC tombent en panne prématurément ? Les dommages et l'usure des outils peuvent perturber la production et entraîner des retards coûteux. Cet article explore des problèmes courants tels que le micro-écaillage, la fissuration thermique et l'usure par abrasion, en donnant un aperçu de leurs causes et de leurs solutions. En comprenant ces problèmes, vous pouvez améliorer la longévité des outils et l'efficacité de vos processus d'usinage. Plongez dans cet article pour apprendre à identifier et à atténuer ces problèmes afin de faciliter les opérations et d'obtenir de meilleurs résultats.
Pour un centre d'usinage, les outils de coupe sont considérés comme des outils consommables et, au cours du processus d'usinage, ils peuvent être endommagés, usés et ébréchés.
Ces événements sont inévitables, mais ils peuvent également être causés par des facteurs contrôlables, tels qu'un fonctionnement non scientifique et non standard, une maintenance inadéquate, etc.
Il est essentiel de trouver la cause première pour résoudre le problème plus efficacement.
Lorsque la structure, la dureté et la matière de la pièce à usiner sont inégales, que l'angle frontal est trop grand, ce qui entraîne une faible résistance de l'arête de coupe, que la rigidité du système de traitement est insuffisante, ce qui entraîne des vibrations ou une coupe intermittente, et que la qualité du meulage est médiocre, l'arête de coupe est sujette à un micro-éclatement, c'est-à-dire que de petites fractures, des lacunes ou des décollements apparaissent dans la zone de l'arête.
L'outil perd alors une partie de sa capacité de coupe, mais il peut continuer à travailler.
Lors de la poursuite de la coupe, la zone endommagée de l'arête peut rapidement s'étendre, entraînant des dommages plus importants.
2）Rupture du tranchant ou de la pointe
Ce type de dommage se produit dans des conditions de coupe plus sévères que le micro-déchiquetage ou à la suite d'un développement ultérieur du micro-déchiquetage.
La taille et l'étendue de la rupture sont plus importantes que celles des micro-copeaux, ce qui fait que l'outil perd complètement sa capacité de coupe et doit s'arrêter de fonctionner. La rupture de la pointe est communément appelée bris de pointe.
3）Bris de lame ou d'outil
Dans des conditions de coupe extrêmement sévères, un volume de coupe excessif, des charges d'impact, des microfissures dans le matériau de la lame ou de l'outil, des contraintes résiduelles dues au soudage ou au meulage, et d'autres facteurs tels qu'une utilisation imprudente, la lame ou l'outil peut se briser. Après ce type de dommage, l'outil ne peut plus être utilisé et est mis au rebut.
4）Peeling de la couche superficielle de la lame
Pour les matériaux très fragiles, tels que les alliages durs à forte teneur en TiC, les céramiques, les PCBN, etc., la couche superficielle peut se décoller en raison de défauts ou de fissures potentielles dans la couche superficielle ou de l'absence d'une couche de fond. contrainte résiduelle de la soudure ou du meulage.
Lorsque la surface n'est pas suffisamment stable pendant la coupe ou que la surface de l'outil est soumise à des contraintes de contact alternées, l'écaillage est susceptible de se produire.
Le pelage peut se produire sur la face avant ou la face arrière de l'outil, le matériau pelé se présentant sous la forme de feuilles et d'une grande surface de pelage. La probabilité de décollement est plus élevée pour outils revêtus.
Après un léger décollement, l'outil peut encore fonctionner, mais après un décollement important, il perd sa capacité de coupe.
5）Déformation plastique de la partie coupante
En raison de la faible résistance et de la faible dureté, une déformation plastique peut se produire dans la partie coupante de l'acier au carbone et de l'acier rapide.
Lorsque les alliages durs sont soumis à des températures élevées et à des contraintes triaxiales, un écoulement plastique superficiel peut également se produire, entraînant une déformation plastique de l'arête de coupe ou de la pointe, qui peut conduire à l'effondrement.
L'effondrement se produit généralement dans des conditions de volume de coupe important et de traitement de matériaux durs. La capacité de déformation antiplastique des alliages durs à base de TiC est plus rapide ou s'effondre plus rapidement que celle des alliages durs à base de WC parce que les premiers ont un taux de déformation inférieur à celui des seconds. module d'élasticité. Le PCD et le PCBN ne subissent pas de déformation plastique.
6）Thermal cracking of the blade
Lorsque l'outil est soumis à des charges mécaniques et thermiques alternées, les dilatations et contractions thermiques répétées de la surface de la partie coupante génèrent inévitablement des contraintes thermiques alternées, entraînant la fatigue et la fissuration de la lame.
Par exemple, lors d'un fraisage à grande vitesse à l'aide d'un alliage dur les dents sont constamment soumises à des chocs périodiques et à des contraintes thermiques alternées, ce qui entraîne des fissures en forme de peigne sur la face avant.
Bien que certains outils ne présentent pas de charges et de contraintes alternées évidentes, les différences de température entre la surface et les couches internes génèrent également des contraintes thermiques.
En outre, des défauts sont inévitablement présents dans le matériau de l'outil, de sorte que la lame peut également se fissurer. Après la formation des fissures, l'outil peut parfois continuer à fonctionner pendant un certain temps, mais il arrive que les fissures s'étendent rapidement, entraînant la rupture de la lame ou un écaillage important de la surface.
1）Abrasive Wear
La pièce à usiner contient souvent de petites particules d'une dureté extrêmement élevée qui peuvent creuser des rainures sur la surface de l'outil, c'est l'usure par abrasion.
L'usure abrasive est présente sur toutes les surfaces et est plus évidente sur l'arête de coupe avant.
L'usure abrasive peut se produire à toutes les vitesses de coupe, mais à basse vitesse, les autres types d'usure ne sont pas évidents en raison de la faible température de coupe, de sorte que l'usure abrasive en est la principale cause. Plus la dureté de l'outil est faible, plus l'usure abrasive est importante.
2）Cold Welding Wear
Pendant la coupe, il y a une forte pression et une friction intense entre la pièce à usiner et l'arête de coupe, ce qui entraîne les effets suivants soudage à froid.
En raison du mouvement relatif entre la paire de frottement, le soudage à froid provoque l'enlèvement de la fracture par l'une des parties, ce qui entraîne l'usure par soudage à froid. L'usure par soudure à froid est généralement plus importante à des vitesses de coupe modérées.
Selon les expériences, les métaux fragiles résistent mieux à la soudure à froid que les métaux plastiques ; les métaux multiphasés sont plus petits que les métaux monophasés ; les composés métalliques ont moins tendance à la soudure à froid que les métaux purs ; les éléments du groupe B du tableau périodique et le fer ont moins tendance à la soudure à froid.
L'acier rapide et les alliages durs sont plus sensibles au soudage à froid à faible vitesse de coupe.
3）Diffusion Wear
Lors de la coupe à haute température et du contact entre la pièce et l'outil, les éléments chimiques des deux côtés se diffusent l'un dans l'autre à l'état solide, modifiant la composition et la structure de l'outil, rendant la surface de l'outil fragile et accélérant l'usure de l'outil.
La diffusion maintient toujours un gradient profond de l'objet à fort gradient vers l'objet à faible gradient.
Par exemple, lorsque le cobalt d'un alliage dur est découpé à 800°C, il se diffuse rapidement dans les copeaux et la pièce ; le WC se décompose en tungstène et en carbone et se diffuse dans l'acier ; lorsque le cobalt d'un alliage dur est découpé à 800°C, il se diffuse rapidement dans les copeaux et la pièce. acier de coupe et du fer avec un outil PCD, si la température de coupe est supérieure à 800°C, les atomes de carbone dans le PCD se transfèrent à la surface de la pièce avec une grande force de diffusion pour former un nouvel alliage et la surface de l'outil se graphite.
Le cobalt et le tungstène présentent une diffusion plus importante, tandis que les métaux ferreux et les métaux non ferreux présentent une diffusion plus importante. titaneLe tantale et le niobium ont une plus grande capacité d'antidiffusion, de sorte que les alliages durs de type YT ont une meilleure résistance à l'usure.
Lors du découpage de céramiques et de PCBN, l'usure par diffusion n'est pas significative lorsque la température atteint 1000°C-1300°C.
En raison du matériau de la pièce, des copeaux et de l'outil, un potentiel thermoélectrique est généré lors du contact de coupe, ce qui favorise la diffusion et accélère l'usure de l'outil.
Ce type d'usure par diffusion sous l'action du potentiel thermoélectrique est appelé "usure thermoélectrique".
4）Oxydation de l'usure
Lorsque la température augmente, la surface de la outil de coupe peuvent s'oxyder, créant un oxyde mou qui est abrasé par les copeaux et provoque l'usure. Ce type d'usure est appelé usure par oxydation.
Par exemple, à une température comprise entre 700 et 800°C, l'oxygène de l'air réagit avec le cobalt et les carbures des carbures cémentés, ainsi qu'avec le carbure de titane, formant ainsi un oxyde plus mou. À 1000°C, le PCBN réagit avec la vapeur d'eau.
1）L'usure du bord de coupe avant :
Lors de la coupe à grande vitesse de matériaux plastiques, l'arête de coupe avant proche de la force de coupe s'usera en forme de croissant sous l'effet des copeaux, c'est pourquoi on l'appelle aussi l'usure en forme de croissant.
Au début de l'usure, l'angle avant de l'outil augmente, ce qui améliore les conditions de coupe et contribue à plier et à briser les copeaux.
Cependant, à mesure que la rainure en croissant s'agrandit, la résistance de l'arête de coupe s'affaiblit, et l'arête de coupe peut finalement se briser.
L'usure de la rainure en croissant ne se produit pas lors de la coupe de matériaux fragiles ou de matériaux plastiques avec une vitesse de coupe plus faible et une épaisseur de coupe plus fine.
2）Cutting Tip Wear :
L'usure de la pointe de coupe est l'usure de l'arête de coupe arrière et du côté adjacent de l'arête de coupe arrière de l'arc de la pointe de coupe.
Il s'agit d'une continuation de l'usure de l'arête de coupe arrière de l'outil. En raison des mauvaises conditions de dissipation de la chaleur à cet endroit, les contraintes se concentrent et le taux d'usure est donc plus rapide que sur l'arête de coupe arrière.
Parfois, une série de rainures avec un espacement égal à la vitesse d'avance se forme sur le côté de l'arête de coupe arrière, ce que l'on appelle l'usure par rainurage.
Elles sont principalement dues à la couche de durcissement et au motif de coupe sur la surface usinée.
L'usure de la gorge est plus susceptible de se produire lors de la coupe de matériaux difficiles à couper ayant une tendance élevée à la trempe.
L'usure de la pointe de coupe a l'impact le plus important sur la durée de vie du produit. rugosité de la surface et la précision d'usinage de la pièce.
3）Back Cutting Edge Wear :
Lors de la découpe de matières plastiques ayant une épaisseur de coupe importante, l'arête de coupe arrière de l'outil peut ne pas être en contact avec la pièce à cause de l'existence d'une arête rapportée.
En outre, l'arête de coupe arrière entre généralement en contact avec la pièce à usiner, formant une bande d'usure avec un angle arrière de 0.
En général, au milieu de la longueur utile de l'arête de coupe, l'usure de l'arête arrière est relativement uniforme, de sorte que le degré d'usure de l'arête arrière peut être mesuré par la largeur de la bande d'usure VB sur cette section de l'arête de coupe.
Étant donné que presque tous les types d'outils subissent une usure de l'arête de coupe arrière dans différentes conditions de coupe, en particulier lors de la coupe de matériaux fragiles ou de matériaux plastiques avec une épaisseur de coupe plus faible, l'usure principale de l'outil est l'usure de l'arête de coupe arrière.
La mesure de la largeur de la bande d'usure VB étant simple, la VB est souvent utilisée pour représenter le degré d'usure de l'outil.
Plus VB est grand, plus la force de coupe augmente, ce qui provoque des vibrations de coupe et affecte également l'usure de l'arc de la pointe de coupe, et donc la précision de l'usinage et la qualité de la surface.
En fonction des caractéristiques du matériau et des pièces à usiner, sélectionner le type et la qualité de l'acier. matériau de la lame raisonnablement. Veiller à ce que le matériau de la lame présente la ténacité nécessaire, tout en ayant une certaine dureté et une certaine résistance à l'usure.
Sélectionnez raisonnablement les paramètres de géométrie de la lame. Ajustez les angles avant et arrière, les angles de dépouille principale et secondaire et les angles d'inclinaison pour garantir une bonne résistance du tranchant et de la pointe. L'affûtage d'un angle de coupe négatif sur le tranchant est une mesure efficace pour éviter la rupture de la lame.
Veiller à ce que le qualité du soudage Les lames de clé utilisées dans le processus doivent être meulées pour améliorer la qualité de la surface et vérifier qu'il n'y a pas de fissures. Les lames de clé utilisées dans le processus doivent être meulées pour améliorer la qualité de la surface et vérifiées pour détecter les fissures.
Choisissez raisonnablement la quantité de coupe pour éviter une force de coupe excessive et une température de coupe élevée, ainsi que la rupture de la lame.
Rendre le système de traitement aussi rigide que possible pour réduire les vibrations.
Utilisez la bonne méthode d'utilisation pour minimiser l'exposition de la lame à des charges soudaines.
1. Mauvais choix de la spécification et de la qualité de la lame de l'outil, par exemple une lame trop fine ou l'utilisation d'une lame d'une dureté et d'une fragilité trop élevées lors de l'usinage d'ébauche.
Contre-mesures : Augmenter l'épaisseur de la lame ou installer la lame verticalement et choisir une qualité avec une résistance à la flexion et une ténacité plus élevées.
2. Mauvaise sélection des paramètres géométriques de l'outil (tels que des angles avant et arrière excessifs).
Contre-mesures :
Redéfinir l'outil en tenant compte des aspects suivants :
1）Réduire les angles avant et arrière de manière appropriée.
2）Adopter un angle d'inclinaison négatif de la lame plus important.
3）Réduire l'angle d'inclinaison principal.
4）Adopter un angle de coupe négatif plus important ou un arc de cercle du bord de la lame.
5）Abraser l'arête de coupe transitoire pour renforcer la pointe de l'outil.
3. Processus de soudage incorrect de la lame de l'outil, entraînant des contraintes de soudage excessives ou un manque d'efficacité de l'outil. fissures de soudure.
Contre-mesures :
1）Aviter d'utiliser une structure à fentes pour lames avec une enceinte à trois côtés.
2）Sélectionner la bonne réponse matériel de soudage.
3）Aviter l'utilisation de la flamme oxygène-acétylène et garder la lame au chaud après le soudage afin d'éliminer les risques d'incendie. stress interne.
4）Replace the structure with serrage mécanique autant que possible.
4. Méthode de meulage incorrecte, entraînant des contraintes et des fissures de meulage. Pour le PCBN outils de fraisageLe balancement excessif des dents après le meulage peut entraîner des charges excessives sur les dents individuelles et provoquer des cassures.
Contre-mesures :
1）Utiliser le meulage intermittent ou le meulage abrasif au diamant.
2）Sélectionner une meule abrasive plus douce et l'affûter fréquemment.
3）Porter une attention particulière à la qualité du broyage et contrôler rigoureusement l'écartement des dents de la machine. outil de fraisage.
5. Mauvaise sélection de la quantité de coupe, telle qu'une force de coupe et une température excessives, entraînant la rupture de l'outil.
Contre-mesures : Re-sélectionner le montant de la coupe.
6. Raisons structurelles pour les outils à serrage mécanique, telles qu'un fond irrégulier de la fente de l'outil ou une lame dépassant trop longuement.
Contre-mesures :
1）Réparer le fond de la fente de l'outil.
2）Arranger raisonnablement la position de la buse du liquide de coupe.
3）Augmenter la dureté de l'entretoise en alliage sous la lame en trempant la tige.
7. Usure excessive de l'outil.
Contre-mesures : Changer la lame ou changer le tranchant à temps.
8. Flux de liquide de coupe insuffisant ou méthode d'ajout incorrecte, entraînant la surchauffe et la rupture de la lame.
Contre-mesures :
1）Augmenter le débit du liquide de coupe.
2）Arranger raisonnablement la position de la buse du liquide de coupe.
3）Utiliser des méthodes de refroidissement efficaces telles que le refroidissement par pulvérisation pour améliorer l'efficacité du refroidissement.
4）Utiliser la coupe interrompue pour réduire l'impact sur la lame.
9. Installation incorrecte de l'outil, par exemple outil de tronçonnage installé trop haut ou trop bas, fraise en bout utilisant un fraisage asymétrique, etc.
Contre-mesures : Réinstaller l'outil.
10. Mauvaise rigidité du système de traitement, entraînant des vibrations de coupe excessives.
Contre-mesures :
1）Augmenter le support auxiliaire de la pièce à usiner et améliorer la rigidité de serrage de la pièce à usiner.
2）Réduire la longueur de dépassement de l'outil.
3）Réduire l'angle de recul de l'outil de manière appropriée.
4）Adopter d'autres mesures d'amortissement des vibrations.
11. Opération dangereuse, telle qu'une coupe trop grossière de la pièce à partir du centre, ou l'arrêt de la machine avant le retrait de l'outil.
Contre-mesures : Attention au mode de fonctionnement.
1. La formation
Dans la zone proche de l'arête de coupe, où se produit le contact entre l'outil et le copeau, en raison de la forte pression vers le bas, le métal au fond des copeaux s'incruste dans les pics et les vallées microscopiques à l'avant de l'outil de coupe, formant un contact métal-métal étroit qui se traduit par une adhérence.
Cette partie de la zone de contact entre l'outil et le copeau est appelée zone de collage. Dans la zone de collage, une fine couche de matériau métallique provenant des copeaux s'accumule à l'avant de l'outil de coupe, qui subit une déformation et un renforcement importants à des températures de coupe appropriées.
Au fur et à mesure que les copeaux s'écoulent, ce matériau accumulé est repoussé du flux de coupe suivant et devient la base de l'arête construite.
Ensuite, une deuxième couche de matériau de coupe accumulé se forme par-dessus, et ce processus continue à s'accumuler, formant une arête construite.
2. Caractéristiques et impact sur le processus de coupe
1）La dureté de l'arête rapportée est 1,5 à 2 fois supérieure à celle du matériau de la pièce, et elle peut se substituer à l'avant de l'outil de coupe, protégeant l'arête de coupe et réduisant l'usure de l'avant de l'outil de coupe, mais les fragments de l'arête rapportée qui tombent peuvent provoquer l'usure de l'arrière de l'outil de coupe lorsqu'ils traversent la zone de contact entre l'outil et la pièce.
2）Après la formation de l'arête rapportée, l'angle frontal de travail de l'outil augmente, ce qui réduit activement la déformation des copeaux et diminue l'effort de coupe.
3）Du fait que l'arête construite dépasse de l'arête de coupe, la profondeur de coupe réelle augmente, ce qui affecte la précision dimensionnelle de la pièce.
4）L'arête formée provoque un effet de "labourage" sur la surface de la pièce, ce qui affecte sa rugosité de surface.
5）Les fragments de l'arête construite peuvent adhérer ou s'incruster dans la surface de la pièce, provoquant des points durs et affectant la qualité de la surface usinée de la pièce.
L'analyse ci-dessus montre que l'arête rapportée est préjudiciable au processus de coupe, en particulier à l'usinage de précision.
3. Mesures de contrôle
Pour éviter la formation d'une arête rapportée, les mesures suivantes peuvent être prises pour empêcher le métal au fond des copeaux de se coller ou de se renforcer avec l'avant de l'outil de coupe :
1）Réduire la rugosité de l'avant de l'outil de coupe.
2）Augmenter l'angle avant de l'outil.
3）Réduire l'épaisseur de coupe.
4）Utiliser la coupe à basse vitesse ou à grande vitesse pour éviter les vitesses de coupe susceptibles de former des arêtes rapportées.
5）Traiter thermiquement le matériau de la pièce de manière appropriée pour augmenter sa dureté et réduire sa plasticité.
6）Use fluides de coupe avec de bonnes propriétés anti-adhérentes (comme les fluides de coupe à pression extrême contenant du soufre et du chlore).
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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