CNC 가공에서 흔히 발생하는 공구 문제 방지

머시닝 센터의 경우 절삭 공구는 소모품으로 간주되며, 가공 과정에서 손상, 마모, 칩핑이 발생할 수 있습니다.

이러한 발생은 불가피한 경우도 있지만 비과학적이고 비표준적인 운영, 부적절한 유지 관리 등과 같이 통제 가능한 요인으로 인해 발생할 수도 있습니다.

문제를 보다 효과적으로 해결하려면 근본 원인을 찾는 것이 중요합니다.

1. 절삭 공구 손상 표현

1. 절삭 날의 마이크로 칩핑

공작물의 재료 구조, 경도 및 스톡이 고르지 않거나 전면 각도가 너무 커서 절삭 날 강도가 낮거나 공정 시스템 강성이 부족하여 진동이 발생하거나 간헐적 절삭을 수행하고 연삭 품질이 좋지 않으면 절삭 날이 미세 칩핑, 즉 가장자리 영역에 작은 균열, 틈 또는 박리가 나타나기 쉽습니다.

이 문제가 발생하면 도구의 절단 기능이 일부 손실되지만 계속 작동할 수 있습니다.

계속 자르면 가장자리의 손상된 부분이 빠르게 확장되어 더 큰 손상을 초래할 수 있습니다.

2） 절삭날 또는 팁의 파손

이러한 유형의 손상은 마이크로 칩핑보다 더 가혹한 절단 조건에서 발생하거나 마이크로 칩핑의 추가 개발로 인해 발생합니다.

파손의 크기와 범위가 마이크로 칩핑보다 커서 공구가 절단 능력을 완전히 상실하고 작업을 중단해야 합니다. 팁이 파손되는 것을 일반적으로 팁 파손이라고 합니다.

3） 칼날 또는 도구의 파손

극도로 가혹한 절삭 조건, 과도한 절삭량, 충격 하중, 칼날 또는 공구 재질의 미세 균열, 용접 또는 연삭으로 인한 잔류 응력, 부주의한 작동과 같은 기타 요인으로 인해 칼날 또는 공구가 파손될 수 있습니다. 이러한 유형의 손상이 발생하면 공구를 더 이상 사용할 수 없으며 폐기해야 합니다.

4） 칼날 표면층 벗겨내기

TiC 함량이 높은 경질 합금, 세라믹, PCBN 등과 같이 취성이 높은 재료의 경우 표면층의 결함이나 잠재적인 균열로 인해 표면층이 벗겨지거나 다음과 같은 이유로 표면층이 벗겨질 수 있습니다. 잔류 스트레스 용접이나 연마로부터 보호합니다.

절단 중 표면이 충분히 안정적이지 않거나 공구 표면이 교대로 접촉 응력을 받으면 박리가 발생할 수 있습니다.

도구의 앞면 또는 뒷면에서 시트 형태의 박리 재료와 넓은 박리 영역으로 박리가 발생할 수 있습니다. 다음과 같은 경우 벗겨질 가능성이 더 큽니다. 코팅 도구.

약간 벗겨진 후에도 공구는 계속 작동할 수 있지만 심하게 벗겨진 후에는 절단 기능을 잃게 됩니다.

5） 절단 부분의 소성 변형

강도가 낮고 경도가 낮기 때문에 탄소강과 고속강의 절단 부분에서 소성 변형이 발생할 수 있습니다.

경질 합금이 고온 및 3축 응력 조건에서 작동하면 표면 소성 흐름이 발생하여 절삭날이나 팁의 소성 변형이 발생하여 붕괴로 이어질 수 있습니다.

붕괴는 일반적으로 큰 절삭량과 단단한 재료의 가공 조건에서 발생합니다. TiC 기반 경질 합금의 소성 변형 방지 능력은 WC 기반 경질 합금보다 더 빠르거나 더 빨리 실패하기 때문에 전자가 더 낮습니다. 탄성 계수. PCD와 PCBN은 기본적으로 소성 변형이 발생하지 않습니다.

6） 칼날의 열 균열

공구에 기계적 하중과 열 하중이 번갈아 가며 가해지면 절삭부 표면의 열 팽창과 수축이 반복되면서 필연적으로 열 응력이 발생하여 칼날에 피로와 균열이 발생할 수 있습니다.

 예를 들어, 고속 밀링을 사용하는 경우 경질 합금 밀링 커터를 사용하면 톱니에 주기적인 충격과 열 응력이 지속적으로 가해져 앞면에 빗살 모양의 균열이 생깁니다.

일부 공구는 교대 하중과 교대 응력이 뚜렷하지 않지만 표면과 내부 층 사이의 온도 차이로 인해 열 응력이 발생하기도 합니다.

또한 공구 재질에 필연적으로 결함이 존재하므로 칼날에 금이 갈 수도 있습니다. 균열이 생긴 후에도 공구는 일정 기간 동안 계속 작동할 수 있지만 때로는 균열이 빠르게 확장되어 칼날이 부러지거나 표면이 심하게 벗겨지는 경우도 있습니다.

2. 공구 마모의 원인

1） 마모성 마모

공작물에는 종종 공구 표면의 홈을 긁어낼 수 있는 매우 높은 경도의 작은 입자가 포함되어 있는데, 이를 연마 마모라고 합니다.

연마 마모는 모든 표면에 존재하며 전면 절삭날에서 가장 두드러집니다.

연마 마모는 모든 절삭 속도에서 발생할 수 있지만 저속 절삭 시에는 낮은 절삭 온도로 인해 다른 유형의 마모가 눈에 띄지 않으므로 연마 마모가 주요 원인입니다. 공구 경도가 낮을수록 연마 마모가 더 심해집니다.

2） 냉간 용접 마모

절단하는 동안 공작물과 절삭날 사이에 큰 압력과 강한 마찰이 발생하여 다음과 같은 결과가 발생합니다. 냉간 용접.

마찰 쌍 사이의 상대적인 움직임으로 인해 냉간 용접은 한 쪽이 파단을 제거하여 냉간 용접 마모를 유발합니다. 냉간 용접 마모는 일반적으로 중간 정도의 절단 속도에서 더 심하게 발생합니다.

실험에 따르면 취성 금속은 플라스틱 금속보다 냉간 용접에 대한 내성이 우수하고 다상 금속은 단상 금속보다 작으며 금속 화합물은 순수 금속보다 냉간 용접 경향이 낮으며 주기율표의 B족 원소와 철은 냉간 용접 경향이 낮습니다.

고속 강철 및 경질 합금은 낮은 절삭 속도에서 냉간 용접에 더 취약합니다.

3） 확산 마모

고온 절삭 및 공작물과 공구가 접촉하는 동안 양쪽의 화학 원소가 고체 상태에서 서로 확산되어 공구의 구성과 구조를 변화시켜 공구 표면이 부서지기 쉽고 공구 마모가 가속화됩니다.

디퓨전은 높은 그라데이션 오브젝트에서 낮은 그라데이션 오브젝트까지 항상 깊은 그라데이션을 유지합니다.

예를 들어, 경질 합금의 코발트를 800°C에서 절단하면 칩과 공작물로 빠르게 확산되고, WC는 텅스텐과 탄소로 분해되어 강철로 확산됩니다. 강철 절단 와 철을 PCD 공구를 사용하여 절삭 온도가 800°C보다 높으면 PCD의 탄소 원자가 높은 확산 강도를 가진 공작물 표면으로 이동하여 새로운 합금을 형성하고 공구 표면이 흑연화됩니다.

코발트와 텅스텐은 확산이 더 심하지만 티타늄탄탈륨, 니오븀은 확산 방지 능력이 더 강하기 때문에 YT형 경질 합금은 내마모성이 더 우수합니다.

세라믹 및 PCBN 절단 시 1000°C~1300°C의 높은 온도에서는 확산 마모가 크게 발생하지 않습니다.

공작물, 칩 및 공구의 재질로 인해 절삭 접촉 시 열전위가 발생하여 확산을 촉진하고 공구 마모를 가속화합니다.

열전위의 작용에 의한 이러한 유형의 확산 마모를 "열전 마모"라고 합니다.

4） 산화 마모

온도가 상승하면 표면의 절단 도구 가 산화되어 칩에 의해 마모되는 부드러운 산화물을 생성하여 마모를 유발할 수 있습니다. 이러한 유형의 마모를 산화 마모라고 합니다.

예를 들어 700-800°C의 온도 범위에서 공기 중의 산소는 초경합금의 코발트 및 탄화물, 탄화물 티타늄과 반응하여 더 부드러운 산화물을 형성합니다. 1000°C에서 PCBN은 수증기와 반응합니다.

3. 칼날 마모 형태

1） 프론트 커팅 엣지 마모:

플라스틱 소재를 더 빠른 속도로 절단할 때 절삭력 근처의 앞쪽 절삭날은 칩의 영향으로 초승달 모양으로 마모되므로 초승달 홈 마모라고도 합니다.

마모 초기에는 공구의 전면 각도가 증가하여 절삭 조건이 개선되고 칩이 구부러지거나 파손되는 데 도움이 됩니다.

그러나 초승달 홈이 커질수록 절삭날의 강도가 약해져 결국 절삭날이 부러질 수 있습니다.

깨지기 쉬운 재료를 절단하거나 절단 속도가 낮고 절단 두께가 얇은 플라스틱 재료를 절단할 때 초승달 홈 마모가 발생하지 않습니다.

2） 커팅 팁 마모:

커팅 팁 마모는 커팅 팁 아크의 뒷면 커팅 엣지와 뒷면 커팅 엣지의 인접 면의 마모입니다.

이는 공구 뒷면 절삭날의 마모의 연속입니다. 열 방출 조건이 열악하기 때문에 응력이 집중되어 뒷면 절삭날보다 마모 속도가 더 빠릅니다.

때로는 뒷면 절삭날 측면에 이송 속도와 동일한 간격의 일련의 홈이 형성되는데, 이를 그루브 마모라고 합니다.

이는 주로 가공된 표면의 경화층과 절단 패턴으로 인해 발생합니다.

홈 마모는 경화 경향이 높은 절단하기 어려운 재료를 절단할 때 발생할 가능성이 가장 높습니다.

커팅 팁 마모는 표면 거칠기 공작물의 가공 정확도.

3） 백 커팅 엣지 마모:

절삭 두께가 큰 플라스틱 재료를 절단할 때, 공구의 뒷면 절삭날이 쌓인 모서리로 인해 공작물에 닿지 않을 수 있습니다.

또한 뒷면 절삭 날은 일반적으로 공작물과 접촉하여 뒷면 각도가 0인 마모 밴드를 형성합니다.

일반적으로 절삭 날의 작업 길이 중간에서 뒷면 절삭 날 마모가 비교적 균일하므로 뒷면 절삭 날 마모 정도는 절삭 날의이 섹션에서 마모 밴드 VB의 너비로 측정 할 수 있습니다.

거의 모든 유형의 공구는 다양한 절삭 조건에서 뒷면 절삭날 마모가 발생하기 때문에, 특히 부서지기 쉬운 재료를 절단하거나 절단 두께가 작은 플라스틱 재료를 절단할 때 공구의 주요 마모는 뒷면 절삭날 마모입니다.

마모 밴드 VB의 너비 측정은 간단하기 때문에 VB는 공구 마모 정도를 나타내는 데 자주 사용됩니다.

VB가 클수록 절삭력이 증가하여 절삭 진동이 발생하고 절삭 팁 아크의 마모에도 영향을 미치므로 가공 정확도와 표면 품질에 영향을 미칩니다.

4. 칼날 파손을 방지하는 방법:

가공할 재료 및 부품의 특성에 따라 다음과 같은 유형과 등급을 선택합니다. 블레이드 재질 합리적으로. 칼날 재료가 일정한 경도와 내마모성을 전제로 필요한 인성을 갖췄는지 확인합니다.

칼날 형상 매개변수를 합리적으로 선택합니다. 앞뒤 각도, 주 및 보조 릴리프 각도, 레이크 각도를 조정하여 절삭날과 팁의 강도가 좋은지 확인합니다. 절삭날에 네거티브 레이크를 연마하는 것은 칼날 파손을 방지하는 효과적인 방법입니다.

다음 사항을 확인하십시오. 용접 품질 용접 및 연마 불량으로 인한 다양한 결함을 방지합니다. 공정에 사용되는 키 블레이드는 표면 품질을 개선하기 위해 연마하고 균열이 있는지 확인해야 합니다.

과도한 절삭력과 높은 절삭 온도를 피하고 칼날 파손을 방지하기 위해 절삭량을 합리적으로 선택합니다.

진동을 줄이기 위해 프로세스 시스템을 최대한 견고하게 만드세요.

칼날이 갑작스러운 하중에 노출되는 것을 최소화하려면 올바른 작동 방법을 사용하세요.

5. 도구 파손의 원인과 대책:

1. 날이 너무 얇거나 거친 가공 시 경도와 취성이 너무 높은 날을 사용하는 등 공구 날 사양 및 재종을 잘못 선택한 경우.

대응책: 칼날의 두께를 늘리거나 칼날을 수직으로 설치하고 굽힘 강도와 인성이 더 높은 등급을 선택하세요.

2. 도구 형상 매개변수의 부적절한 선택(예: 과도한 앞면 및 뒷면 각도).

대응책:

다음 측면에서 도구를 다시 디자인하세요:

1） 앞면과 뒷면의 각도를 적절히 조절합니다.

2） 더 큰 음의 블레이드 경사각을 채택합니다.

3） 주 경사각을 줄입니다.

4） 더 큰 음의 레이크 또는 블레이드 가장자리 원형 호를 채택하십시오.

5） 과도기적 절삭 날을 연마하여 공구 팁을 강화합니다.

3. 공구 블레이드 용접 공정이 잘못되어 용접 응력이 과도하게 발생하거나 용접 균열.

대응책:

1) 3면 인클로저가 있는 블레이드 슬롯 구조는 사용하지 마세요.

2）올바른 선택 용접 재료.

3） 산소-아세틸렌 불꽃 가열을 사용하지 말고 용접 후 블레이드를 따뜻하게 유지하여 다음을 제거하십시오. 내부 스트레스.

4） 구조를 다음과 같이 교체합니다. 기계식 클램핑 가능한 한 많이 사용하세요.

4. 연삭 방법이 부적절하여 연삭 응력 및 연삭 균열이 발생하는 경우. PCBN의 경우 밀링 도구연마 후 치아가 과도하게 흔들리면 개별 치아에 과도한 하중이 가해져 파손될 수 있습니다.

대응책:

1） 간헐적 연삭 또는 다이아몬드 연마 연삭을 사용합니다.

2） 부드러운 연마 휠을 선택하고 자주 연마하세요.

3） 연삭 품질에주의를 기울이고 치아 흔들림을 엄격하게 제어하십시오. 밀링 도구.

5. 과도한 절삭력 및 온도 등 부적절한 절삭량 선택으로 공구 파손의 원인이 되는 경우.

대응책: 삭감 금액을 다시 선택합니다.

6. 공구 슬롯의 바닥이 고르지 않거나 칼날이 너무 길게 튀어나온 경우 등 기계식 클램핑 타입 공구의 구조적 원인.

대응책:

1） 도구 슬롯의 하단을 수리합니다.

2） 절삭유 노즐 위치를 합리적으로 배치합니다.

3） 생크를 담금질하여 칼날 아래 합금 스페이서의 경도를 높입니다.

7. 과도한 공구 마모.

대책: 칼날을 교체하거나 제때 절삭날을 교체하세요.

8. 절삭유 흐름이 불충분하거나 주입 방법이 잘못되어 칼날이 과열되어 파손될 수 있습니다.

대응책:

1） 절삭유의 흐름을 늘립니다.

2） 절삭유 노즐 위치를 합리적으로 배치합니다.

3） 냉각 효율을 높이기 위해 스프레이 냉각과 같은 효과적인 냉각 방법을 사용합니다.

4） 중단 절단을 사용하여 칼날에 가해지는 충격을 줄이세요.

9. 너무 높거나 낮게 설치된 컷오프 공구, 비대칭 밀링을 사용한 엔드밀 등 잘못된 공구 설치가 원인입니다.

대응책: 도구를 다시 설치합니다.

10. 공정 시스템의 강성이 약하여 과도한 절단 진동이 발생하는 경우.

대응책:

1） 공작물에 대한 보조 지지력을 높이고 공작물의 클램핑 강성을 향상시킵니다.

2） 도구의 돌출 길이를 줄입니다.

3) 도구의 뒷면 각도를 적절히 줄입니다.

4） 기타 진동 감쇠 조치를 취합니다.

11. 중앙에서 공작물을 너무 거칠게 절삭하거나 공구를 후퇴시키기 전에 기계를 멈추는 등 안전하지 않은 작업.

대응책: 작동 방식에 주의하세요.

6. 빌트업 엣지의 형성, 특성 및 제어 방법

1. 포메이션

공구와 칩의 접촉이 발생하는 절삭 날에 가까운 영역에서는 높은 하향 압력으로 인해 칩 바닥의 금속이 절삭 공구 전면의 미세한 피크와 골짜기에 묻혀 금속과 금속이 단단하게 접촉하여 접착이 이루어집니다.

공구-칩 접촉 영역의 이 부분을 본딩 영역이라고 합니다. 본딩 영역에서는 칩의 얇은 금속 재료 층이 절삭 공구 전면에 축적되어 적절한 절삭 온도에서 심한 변형과 강화를 거칩니다.

칩이 계속 흘러나오면서 축적된 재료는 후속 절삭 흐름에서 밀려나 쌓인 모서리의 기초가 됩니다.

그런 다음 그 위에 두 번째 축적된 절단 재료 층이 형성되고 이 과정이 계속 누적되어 가장자리가 형성됩니다.

2. 절단 공정에 대한 특성 및 영향

1） 빌드업 엣지의 경도는 공작물 재질보다 1.5 ~ 2 배 높으며 절삭 공구 전면을 대체하여 절삭 날을 보호하고 절삭 공구 전면의 마모를 줄일 수 있지만 떨어지는 빌드업 엣지의 파편이 공구-공작물 접촉 영역을 통해 흐를 때 절삭 공구 후면에 마모를 유발할 수 있습니다.

2） 빌드 업 모서리가 형성된 후 공구의 작업 전면 각도가 증가하여 칩의 변형을 적극적으로 줄이고 절삭력을 줄입니다.

3） 절삭 날에서 튀어 나온 빌드 업 에지로 인해 실제 절삭 깊이가 증가하여 공작물의 치수 정확도에 영향을 미칩니다.

4） 쌓인 모서리는 공작물 표면에 "쟁기질" 효과를 일으켜 표면 거칠기에 영향을 미칩니다.

5） 쌓인 모서리 파편이 공작물 표면에 달라붙거나 박혀서 딱딱한 점이 발생하고 공작물 가공 표면의 품질에 영향을 줄 수 있습니다.

위의 분석에서 빌드업 에지는 절삭 가공, 특히 정밀 가공에 해롭다는 것을 알 수 있습니다.

3. 제어 조치

가장자리가 쌓이는 것을 방지하기 위해 칩 바닥의 금속이 절삭 공구 전면과 결합하거나 강화되는 것을 방지하기 위해 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다:

1）절삭 공구 전면의 거칠기를 줄입니다.

2） 도구의 앞쪽 각도를 높입니다.

3） 절단 두께를 줄입니다.

4） 가장자리가 쌓이기 쉬운 절단 속도를 피하기 위해 저속 또는 고속 절단을 사용하십시오.

5） 공작물 재료를 적절히 열처리하여 경도를 높이고 가소성을 줄입니다.

6） 사용 절삭유 (유황 및 염소가 포함된 극압 절삭유 등) 결합 방지 특성이 우수한 절삭유를 사용합니다.