Vi siete mai chiesti perché gli utensili per la lavorazione CNC si guastano prematuramente? I danni e l'usura degli utensili possono interrompere la produzione, causando costosi ritardi. Questo articolo esplora i problemi più comuni, come le microincisioni, le cricche termiche e l'usura abrasiva, fornendo informazioni sulle cause e sulle soluzioni. La comprensione di questi problemi consente di migliorare la longevità degli utensili e l'efficienza dei processi di lavorazione. Immergetevi in questo articolo per scoprire come identificare e ridurre questi problemi per ottenere operazioni più fluide e risultati migliori.
Per un centro di lavoro, gli utensili da taglio sono considerati utensili consumabili e, durante il processo di lavorazione, possono subire danni, usura e scheggiature.
Questi eventi sono inevitabili, ma possono anche essere causati da fattori controllabili, come un funzionamento non scientifico e non standard, una manutenzione inadeguata, ecc.
Individuare la causa principale è fondamentale per risolvere il problema in modo più efficace.
Quando la struttura del materiale, la durezza e lo stock del pezzo da lavorare non sono uniformi, l'angolo frontale è troppo grande, causando una bassa resistenza del tagliente, la rigidità del sistema di processo è insufficiente, causando vibrazioni o eseguendo un taglio intermittente, e la qualità della rettifica è scarsa, il tagliente è soggetto a micro-incisioni, ovvero alla comparsa di piccole fratture, spazi vuoti o distacchi nell'area del bordo.
In questo caso, l'utensile perde parte della sua capacità di taglio, ma può continuare a lavorare.
Se si continua a tagliare, l'area danneggiata del bordo può espandersi rapidamente, causando un danno maggiore.
2）Rottura del tagliente o della punta
Questo tipo di danno si verifica in condizioni di taglio più severe rispetto alla micro-chippatura o come risultato di un ulteriore sviluppo della micro-chippatura.
Le dimensioni e l'ampiezza della rottura sono maggiori rispetto a quelle della micro-chiusura, e l'utensile perde completamente la sua capacità di taglio e deve smettere di funzionare. La rottura della punta viene comunemente definita rottura della punta.
3）Rottura della lama o dell'utensile
In condizioni di taglio estremamente severe, volume di taglio eccessivo, carichi d'urto, microfratture nel materiale della lama o dell'utensile, sollecitazioni residue da saldatura o rettifica e altri fattori come un utilizzo poco attento, la lama o l'utensile possono rompersi. Quando si verifica questo tipo di danno, l'utensile non può più essere utilizzato e viene rottamato.
4）Sbavatura dello strato superficiale della lama
Per i materiali ad alta fragilità, come le leghe dure con un elevato contenuto di TiC, le ceramiche, il PCBN, ecc. sollecitazione residua dalla saldatura o dalla rettifica.
Quando la superficie non è sufficientemente stabile durante il taglio o la superficie dell'utensile è soggetta a sollecitazioni di contatto alternate, è probabile che si verifichi il peeling.
La spellatura può avvenire sulla faccia anteriore o posteriore dell'utensile, con materiale in forma di fogli e un'ampia area di spellatura. La probabilità di pelatura è maggiore per strumenti rivestiti.
Dopo una leggera sbucciatura, l'utensile può ancora continuare a lavorare, ma dopo una forte sbucciatura perde la sua capacità di taglio.
5）Deformazione plastica della parte da tagliare
A causa della bassa resistenza e della bassa durezza, nella parte di taglio dell'acciaio al carbonio e dell'acciaio rapido possono verificarsi deformazioni plastiche.
Quando le leghe dure lavorano ad alta temperatura e in condizioni di sollecitazione triassiale, può verificarsi anche un flusso plastico superficiale che provoca la deformazione plastica del tagliente o della punta, con conseguente collasso.
Il collasso si verifica solitamente in condizioni di grande volume di taglio e di lavorazione di materiali duri. La capacità di deformazione antiplastica delle leghe dure a base di TiC è più rapida o cede più rapidamente rispetto a quella delle leghe dure a base di WC, perché le prime hanno una minore capacità di deformazione plastica. modulo di elasticità. PCD e PCBN non subiscono fondamentalmente deformazioni plastiche.
6）Crepe termica della lama
Quando l'utensile è sottoposto a carichi meccanici e termici alternati, le ripetute espansioni e contrazioni termiche della superficie della parte tagliente generano inevitabilmente sollecitazioni termiche alternate, causando la fatica e la fessurazione della lama.
Per esempio, quando si fresa ad alta velocità con un lega dura Nella fresa, i denti sono costantemente sottoposti a urti periodici e a sollecitazioni termiche alternate, con conseguente formazione di cricche a forma di pettine sulla faccia anteriore.
Sebbene alcuni utensili non presentino carichi alternati e sollecitazioni alternate evidenti, le differenze di temperatura tra la superficie e gli strati interni generano sollecitazioni termiche.
Inoltre, i difetti sono inevitabilmente presenti nel materiale dell'utensile, per cui la lama può anche incrinarsi. Dopo la formazione delle cricche, l'utensile può talvolta continuare a lavorare per un certo periodo di tempo, ma a volte le cricche si espandono rapidamente, causando la rottura della lama o il grave distacco della superficie.
1）Usura abrasiva
Il pezzo in lavorazione contiene spesso piccole particelle di elevata durezza che possono tracciare scanalature sulla superficie dell'utensile: si tratta di usura abrasiva.
L'usura abrasiva è presente su tutte le superfici ed è più evidente sul tagliente anteriore.
L'usura abrasiva può verificarsi a tutte le velocità di taglio, ma quando si taglia a bassa velocità, altri tipi di usura non sono evidenti a causa della bassa temperatura di taglio, quindi l'usura abrasiva è la causa principale. Quanto più bassa è la durezza dell'utensile, tanto più grave è l'usura abrasiva.
2）Usura di saldatura a freddo
Durante il taglio, vi è una grande pressione e un intenso attrito tra il pezzo e il tagliente, che si traduce in saldatura a freddo.
A causa del movimento relativo tra la coppia di attrito, la saldatura a freddo provoca l'asportazione della frattura da parte di una delle due parti, con conseguente usura da saldatura a freddo. L'usura da saldatura a freddo è generalmente più grave a velocità di taglio moderate.
Secondo gli esperimenti, i metalli fragili hanno una migliore resistenza alla saldatura a freddo rispetto ai metalli plastici; i metalli multifase sono più piccoli dei metalli monofase; i composti metallici hanno una minore tendenza alla saldatura a freddo rispetto ai metalli puri; gli elementi del gruppo B della tavola periodica e il ferro hanno una minore tendenza alla saldatura a freddo.
Gli acciai ad alta velocità e le leghe dure sono più sensibili alla saldatura a freddo a basse velocità di taglio.
3）Usura da diffusione
Durante il taglio ad alta temperatura e il contatto tra il pezzo e l'utensile, gli elementi chimici delle due parti si diffondono l'uno nell'altro allo stato solido, modificando la composizione e la struttura dell'utensile, rendendone fragile la superficie e accelerandone l'usura.
La diffusione mantiene sempre un gradiente profondo dall'oggetto ad alta gradazione a quello a bassa gradazione.
Per esempio, quando il cobalto in una lega dura viene tagliato a 800°C, si diffonde rapidamente nei trucioli e nel pezzo; il WC si decompone in tungsteno e carbonio e si diffonde nell'acciaio; quando taglio dell'acciaio e ferro con un utensile in PCD, se la temperatura di taglio è superiore a 800°C, gli atomi di carbonio presenti nel PCD si trasferiscono alla superficie del pezzo con un'elevata forza di diffusione per formare una nuova lega e la superficie dell'utensile si grafitizza.
Il cobalto e il tungsteno hanno una diffusione più severa, mentre titanio, tantalio e niobio hanno una maggiore capacità antidiffusione, per cui le leghe dure di tipo YT hanno una migliore resistenza all'usura.
Durante il taglio di ceramiche e PCBN, l'usura da diffusione non è significativa quando la temperatura è pari a 1000°C-1300°C.
A causa del materiale del pezzo, dei trucioli e dell'utensile, durante il contatto di taglio si genera un potenziale termoelettrico che favorisce la diffusione e accelera l'usura dell'utensile.
Questo tipo di usura da diffusione sotto l'azione del potenziale termoelettrico è chiamato "usura termoelettrica".
4）Ossidazione Usura
Quando la temperatura aumenta, la superficie del utensile da taglio possono ossidarsi, creando un ossido morbido che viene abraso dai trucioli e provoca l'usura. Questo tipo di usura si chiama usura da ossidazione.
Ad esempio, nell'intervallo di temperatura 700-800°C, l'ossigeno presente nell'aria reagisce con il cobalto e i carburi dei carburi cementati e con il carburo di titanio, formando un ossido più tenero. A 1000°C, il PCBN reagisce con il vapore acqueo.
1）Usura del tagliente anteriore:
Durante il taglio a velocità elevata di materiali plastici, il tagliente anteriore vicino alla forza di taglio si usura a forma di mezzaluna per effetto dei trucioli, per cui si parla anche di usura a mezzaluna.
Nella fase iniziale dell'usura, l'angolo anteriore dell'utensile aumenta, migliorando le condizioni di taglio e contribuendo a piegare e rompere i trucioli.
Tuttavia, quando la scanalatura a mezzaluna diventa più grande, la resistenza del tagliente si indebolisce e infine il tagliente può rompersi.
L'usura della scanalatura a mezzaluna non si verifica quando si tagliano materiali fragili o materiali plastici con una velocità di taglio inferiore e uno spessore di taglio più sottile.
2）Usura della punta di taglio:
L'usura della punta di taglio è l'usura del tagliente posteriore e del lato adiacente del tagliente posteriore dell'arco della punta di taglio.
Si tratta di una continuazione dell'usura sul tagliente posteriore dell'utensile. A causa delle scarse condizioni di dissipazione del calore, le sollecitazioni si concentrano e quindi il tasso di usura è più rapido rispetto al tagliente posteriore.
A volte, sul lato del tagliente posteriore si forma una serie di scanalature con una spaziatura pari alla velocità di avanzamento, chiamata usura da scanalatura.
Sono causati principalmente dallo strato di tempra e dal modello di taglio sulla superficie lavorata.
L'usura delle scanalature è più probabile quando si tagliano materiali difficili da tagliare con un'elevata tendenza all'indurimento.
L'usura della punta di taglio ha il maggiore impatto sulla rugosità della superficie e la precisione di lavorazione del pezzo.
3）Usura del bordo di taglio posteriore:
Quando si tagliano materiali plastici con un grande spessore di taglio, il tagliente posteriore dell'utensile potrebbe non essere a contatto con il pezzo in lavorazione a causa dell'esistenza di un bordo accumulato.
Inoltre, il tagliente posteriore entra solitamente in contatto con il pezzo da lavorare, formando una banda di usura con un angolo posteriore di 0.
Di solito, a metà della lunghezza di lavoro del tagliente, l'usura del tagliente posteriore è relativamente uniforme, quindi il grado di usura del tagliente posteriore può essere misurato dalla larghezza della banda di usura VB su questa sezione del tagliente.
Poiché quasi tutti i tipi di utensili subiscono l'usura del tagliente posteriore in diverse condizioni di taglio, soprattutto quando si tagliano materiali fragili o materiali plastici con uno spessore di taglio ridotto, l'usura principale dell'utensile è l'usura del tagliente posteriore.
La misurazione dell'ampiezza della banda di usura VB è semplice, pertanto VB viene spesso utilizzata per rappresentare il grado di usura dell'utensile.
Quanto più grande è VB, tanto più la forza di taglio aumenterà, causando vibrazioni di taglio e influenzando anche l'usura dell'arco della punta di taglio, con conseguenti ripercussioni sulla precisione di lavorazione e sulla qualità della superficie.
In base alle caratteristiche del materiale e dei pezzi da lavorare, selezionare il tipo e il grado di materiale della lama ragionevolmente. Assicurarsi che il materiale della lama abbia la necessaria tenacità, a condizione che abbia una certa durezza e resistenza all'usura.
Selezionare i parametri della geometria della lama in modo ragionevole. Regolare gli angoli anteriore e posteriore, gli angoli di rilievo principale e secondario e gli angoli di spoglia per garantire una buona resistenza del tagliente e della punta. La rettifica di un angolo di spoglia negativo sul tagliente è una misura efficace per prevenire la rottura della lama.
Assicurarsi che il qualità della saldatura e rettifica, ed evitare i vari difetti causati da una saldatura e una rettifica inadeguate. Le lame delle chiavi utilizzate nel processo devono essere rettificate per migliorare la qualità della superficie e controllate per verificare l'assenza di cricche.
Scegliere la quantità di taglio in modo ragionevole per evitare una forza di taglio eccessiva e un'elevata temperatura di taglio e prevenire la rottura della lama.
Rendere il sistema di processo il più rigido possibile per ridurre le vibrazioni.
Utilizzare il metodo di funzionamento corretto per ridurre al minimo l'esposizione della lama a carichi improvvisi.
1. Selezione errata delle specifiche e del grado della lama dell'utensile, ad esempio lama troppo sottile o lama con durezza e fragilità troppo elevate durante la lavorazione di sgrossatura.
Contromisure: Aumentare lo spessore della lama o installare la lama in verticale e scegliere una qualità con maggiore resistenza alla flessione e tenacità.
2. Selezione impropria dei parametri geometrici dell'utensile (ad esempio, angoli anteriori e posteriori eccessivi).
Contromisure:
Riprogettare lo strumento sotto i seguenti aspetti:
1）Ridurre adeguatamente gli angoli anteriore e posteriore.
2）Adottare un angolo di inclinazione negativo della lama maggiore.
3）Ridurre l'angolo di inclinazione principale.
4）Adottare un'inclinazione negativa più ampia o un arco circolare del filo della lama.
5）Affilare il tagliente di transizione per rafforzare la punta dell'utensile.
3. Processo di saldatura della lama dell'utensile non corretto, con conseguenti sollecitazioni di saldatura eccessive o crepe da saldatura.
Contromisure:
1）Evitare l'uso di una struttura a slot per la lama con involucro a tre lati.
2）Selezionare la voce corretta materiale di saldatura.
3）Evitare l'uso del riscaldamento a fiamma di ossigeno-acetilene e mantenere la lama calda dopo la saldatura per eliminare stress interno.
4）Sostituire la struttura con bloccaggio meccanico il più possibile.
4. Metodo di rettifica non corretto, con conseguente stress da rettifica e cricche da rettifica. Per PCBN strumenti di fresaturaL'eccessiva oscillazione dei denti dopo la molatura può far sì che i singoli denti sopportino carichi eccessivi e causino rotture.
Contromisure:
1）Utilizzare una rettifica intermittente o una rettifica con abrasivo diamantato.
2）Selezionare una mola abrasiva più morbida e affilarla frequentemente.
3）Prestare attenzione alla qualità della rettifica e controllare rigorosamente l'oscillazione del dente della macchina. strumento di fresatura.
5. Selezione impropria della quantità di taglio, ad esempio forza di taglio e temperatura eccessive, che causano la rottura dell'utensile.
Contromisure: Riselezionare la quantità di taglio.
6. Motivi strutturali per gli utensili a serraggio meccanico, come il fondo irregolare della scanalatura dell'utensile o la lama troppo lunga.
Contromisure:
1）Riparare la parte inferiore dell'alloggiamento dell'utensile.
2）Assegnare la posizione dell'ugello del liquido di taglio in modo ragionevole.
3）Aumentare la durezza del distanziatore in lega sotto la lama mediante tempra del codolo.
7. Usura eccessiva degli utensili.
Contromisure: Cambiare la lama o cambiare il tagliente in tempo.
8. Flusso di fluido da taglio insufficiente o metodo di aggiunta errato, che causa il surriscaldamento e la rottura della lama.
Contromisure:
1）Aumenta il flusso del liquido di taglio.
2）Assegnare la posizione dell'ugello del liquido di taglio in modo ragionevole.
3）Utilizzare metodi di raffreddamento efficaci, come il raffreddamento a spruzzo, per migliorare l'efficienza di raffreddamento.
4）Utilizzare il taglio interrotto per ridurre l'impatto sulla lama.
9. Installazione errata dell'utensile, ad esempio utensile di taglio installato troppo alto o basso, fresa a candela con fresatura asimmetrica, ecc.
Contromisure: Reinstallare lo strumento.
10. Scarsa rigidità del sistema di processo, che causa eccessive vibrazioni di taglio.
Contromisure:
1）Aumenta il supporto ausiliario del pezzo e migliora la rigidità di serraggio del pezzo.
2）Ridurre la lunghezza della sporgenza dell'utensile.
3）Ridurre adeguatamente l'angolo posteriore dell'utensile.
4）Adottare altre misure di smorzamento delle vibrazioni.
11. Operazioni non sicure, come l'eccessiva sgrossatura quando si taglia il pezzo dal centro o l'arresto della macchina prima di ritirare l'utensile.
Contromisure: Prestare attenzione al metodo di funzionamento.
1. La formazione
Nell'area vicina al bordo di taglio, dove si verifica il contatto utensile-truciolo, a causa dell'elevata pressione verso il basso, il metallo sul fondo dei trucioli si incastra nei microscopici picchi e valli sulla parte anteriore dell'utensile da taglio, formando uno stretto contatto metallo-metallo che dà luogo all'incollaggio.
Questa parte dell'area di contatto utensile-truciolo è nota come area di incollaggio. Nell'area di incollaggio, un sottile strato di materiale metallico proveniente dai trucioli si accumula sulla parte anteriore dell'utensile da taglio, che subisce una forte deformazione e un rafforzamento a temperature di taglio adeguate.
Mentre i trucioli continuano a fuoriuscire, il materiale accumulato viene spinto via dal flusso di taglio successivo e diventa la base per il bordo costruito.
Successivamente, si formerà un secondo strato di materiale da taglio accumulato, e questo processo continuerà ad accumularsi, formando un bordo costruito.
2. Caratteristiche e impatto sul processo di taglio
1）La durezza del tagliente ricostruito è da 1,5 a 2 volte superiore a quella del materiale del pezzo, e può sostituire la parte anteriore dell'utensile da taglio, proteggendo il tagliente e riducendo l'usura sulla parte anteriore dell'utensile da taglio, ma i frammenti del tagliente ricostruito che si staccano possono causare l'usura della parte posteriore dell'utensile da taglio quando scorrono nell'area di contatto utensile-pezzo.
2）Dopo la formazione del bordo costruito, l'angolo di lavoro anteriore dell'utensile aumenta, riducendo attivamente la deformazione dei trucioli e riducendo la forza di taglio.
3）A causa del bordo costruito che sporge dal tagliente, la profondità di taglio effettiva aumenta, influenzando la precisione dimensionale del pezzo.
4）Lo spigolo costruito provoca un effetto di "aratura" sulla superficie del pezzo, influenzandone la rugosità superficiale.
5）I frammenti del bordo costruito possono aderire o incorporarsi nella superficie del pezzo, causando punti duri e compromettendo la qualità della superficie lavorata del pezzo.
Dall'analisi di cui sopra, si evince che il bordo costruito è dannoso per la lavorazione di taglio, in particolare per la lavorazione di precisione.
3. Misure di controllo
Per evitare la formazione di un bordo di accumulo, si possono adottare le seguenti misure per evitare che il metallo sul fondo dei trucioli si leghi o si rafforzi con la parte anteriore dell'utensile da taglio:
1）Ridurre la rugosità della parte anteriore dell'utensile da taglio.
2）Aumentare l'angolo anteriore dell'utensile.
3）Ridurre lo spessore di taglio.
4）Utilizzare tagli a bassa velocità o ad alta velocità per evitare velocità di taglio che tendono a formare un bordo accumulato.
5）Trattare adeguatamente il materiale del pezzo per aumentarne la durezza e ridurne la plasticità.
6）Utilizzo fluidi da taglio con buone proprietà antileganti (come i fluidi da taglio a pressione estrema contenenti zolfo e cloro).
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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