Tool Wear: Betydning, Typer og Årsager

Efter at have læst denne artikel vil du lære om: - 1. Betydning af værktøjsbearbejdning 2. Typer af værktøjsbearbejdning 3. Årsager 4. Vækst 5. Formularer 6. Konsekvenser.

Betydning af værktøjsbearbejdning:

Skæreværktøjer udsættes for en ekstremt alvorlig gnidningsproces. De er i metal til metal kontakt mellem chippen og arbejdsstykket under høj spænding og temperatur. Situationen bliver alvorlig på grund af ekstreme stress- og temperaturgradienter nær værktøjets overflade.

Værktøjsbæret er generelt en gradvis proces på grund af regelmæssig drift. Værktøjsbæret kan sammenlignes med slid på spidsen af ​​en almindelig blyant. Ifølge australsk standard kan værktøjets slid defineres som "Ændring af værktøjets form fra sin oprindelige form under skæring som følge af det gradvise tab af værktøjsmateriale".

Værktøjets slid afhænger af følgende parametre:

jeg. Værktøj og arbejdsmateriale.

ii. Værktøjsform.

iii. Skærehastighed.

iv. Foder.

v. dybde.

vi. Skærevæske anvendt.

vii. Maskinens egenskaber mv.

Værktøjets slid påvirker følgende punkter:

jeg. Øget skærekræfter.

ii. Øget skæretemperatur.

iii. Nedsat nøjagtighed af producerede dele.

iv. Reduceret værktøjs levetid.

v. Dårlig overfladebehandling.

vi. Økonomi ved skæreoperationer.

Typer Værktøjsbrug:

De høje kontaktspændinger udvikles i bearbejdningsprocessen på grund af gnidningsvirkning af:

(i) Værktøjs rake ansigt og chips.

(ii) Værktøj flank ansigt og bearbejdet overflade.

Disse resulterer i forskellige slidmønstre observeret ved rakefladen og flankens overflade. Vi kalder dette gradvise slid på værktøjet.

Det gradvise slid er uundgåeligt, men kontrollerbart. Det er slid, der ikke kan forhindres. Det skal forekomme efter bestemt bearbejdningstid.

Det gradvise slid kan styres af afhjælpende handlinger. Det gradvise slid kan opdeles i to grundlæggende sliddetyper svarende til to områder i skæreværktøjet som vist i figur 9.16.

Disse følger:

(i) flank slitage.

(ii) kratertøj.

(i) Flank Wear:

Brug på flankens ansigt (relief eller clearance) af værktøjet kaldes flank slid. Flankens slid er vist i figur 9.17 (a, b, c).

Egenskaberne ved flankslitage følger:

jeg. Det er det vigtigste slid, der vises på flankens overflade parallelt med forkant. Det er mest almindeligvis resultatet af slibende / klæbende slid på skærekanten mod den bearbejdede overflade.

ii. Det er generelt resultater fra høje temperaturer, som påvirker værktøjs- og arbejdsmaterialets egenskaber.

iii. Det resulterer i dannelsen af ​​slideland. Bæredannelse er ikke altid ensartet langs værktøjets store og mindre skærekant.

iv. Det kan måles ved hjælp af den gennemsnitlige slidbanestørrelse (V 3 ) og maksimal slidbanestørrelse (VB max ).

v. Det kan beskrives ved hjælp af Tool Life Expectancy Equation.

V C T n = C

En mere generel form af ligningen (i betragtning af dybden af ​​snit og foderhastighed) er

V c T n D x F y = C

hvor,

V c = Skærehastighed

T = Værktøjets levetid

D = Dybdeskarphed (mm)

F = Fødehastighed (mm / omdrejningstal eller tommer / omdrejningstal)

x og y = Eksponenter, der bestemmes eksperimentelt for hver skærebetingelse.

C = Maskinkonstant, fundet ved forsøg eller offentliggjort databog. Afhænger af egenskaberne af værktøjsmaterialer, arbejdsstykke og foderhastighed.

n = eksponentiel

Værdier af n = 0, 1 til 0, 15 (til HSS værktøjer)

= 0, 2 til 0, 4 (til karbidværktøjer)

= 0, 4 til 0, 6 (til keramiske redskaber)

Årsager til flankbeklædning:

jeg. Øget skærehastighed forårsager flank at bære vokse hurtigt.

ii. Forøgelse i foder og skære dybde kan også resultere i større flank slid.

iii. Slid af hårde plader i arbejdsstykket.

iv. Skæring af mikrosvejsninger mellem værktøj og arbejdsmateriale.

v. Slid af fragmenter af bebygget kant, der rammer mod værktøjets clearingsflade (flankflade).

Retsmidler for Flank Wear:

jeg. Reducer skærehastigheden.

ii. Reducer foder og dybde.

iii. Brug hårdkarbidkarbid, hvis det er muligt.

iv. Undgå dannelse af opbygget kant ved brug af chip breakers.

Effekter af Flank Wear:

jeg. Forøgelse af den samlede klippekraft.

ii. Forøgelse i komponentoverfladenhed.

iii. Også påvirke komponentets dimensionsnøjagtighed.

iv. Når formværktøjer anvendes, vil flankslitage også ændre formen af ​​de fremstillede komponenter,

(ii) kratertøj:

Slid på værktøjets rakeflade kaldes kratertøj. Som navnet antyder, er formen af ​​slid den af ​​et krater eller en skål. Kratertøjet er vist i figur 9.18 (a, b, c).

Karakteristika for krater slid følger:

jeg. I krater slid chips ødelægger værktøjets rakeflade.

ii. Spånene strømmer over rakefladen udvikler kraftig friktion mellem chip og rakeflade. Dette giver et ar på rakefladen, som normalt er parallelt med den store forkant.

iii. Det er noget normalt for værktøjsslitage og ødelægger ikke brugen af ​​et værktøj alvorligt, før det bliver alvorligt nok til at forårsage en banebrydende fiasko.

iv. Kraterets slid kan øge arbejdshældningsvinklen og reducere klippekraften, men det vil også svække klippekantens styrke.

v. Det er mere almindeligt i duktile materialer som stål, der producerer lange kontinuerlige chips. Det er også mere almindeligt i HSS (High Speed ​​Steel) værktøjer end keramiske eller hårdmetalværktøjer, der har meget højere varm hårdhed.

vi. Parametrene anvendt til måling af kraterets slid kan ses i figur 9.18. Kraterdybden KT er den mest almindeligt anvendte parameter til evaluering af slidbanen.

vii. Det forekommer omtrent i en højde svarende til materialets skæredybde, dvs. krater sliddybde ⋍ skæredybde.

viii. Ved høje temperaturzoner (næsten 700 ° C) opstår der slitage.

Årsager til Crater Wear:

jeg. Alvorlig slid mellem chip-værktøjsgrænsefladen, specielt på rakeflade.

ii. Høj temperatur i værktøjs-chip-grænsefladen.

iii. Forøgelse af foder resulterer i øget kraftvirkning på værktøjsgrænsefladen, hvilket fører til stigning i temperaturen på værktøjs-chip-grænsefladen.

iv. Forøgelse af skærehastigheden resulterer i øget chiphastighed ved rakeflade, hvilket fører til stigning i temperaturen ved chip-værktøjsgrænsefladen og så øget i kratertøj.

Remedies for Crater Wear:

jeg. Brug af rigtige smøremidler kan reducere slibeprocessen og dermed falde i kratertøj.

ii. Korrekt kølemiddel til hurtig varmeafledning fra værktøjs-chip interface.

iii. Reducerede skærehastigheder og foderhastigheder.

iv. Brug hårdere og hårde hårdhedsmaterialer til værktøj.

v. Brug positivt rakeværktøj.

Årsager til Tool Wear:

Der er mange årsager til værktøjsslitage.

Nogle af dem er vigtige at diskutere her fra emnet synspunkt:

(i) Slibemiddel (slid på hårdt partikel).

(ii) Klæbemiddel.

(iii) Diffusionstøj.

iv) kemisk brug

(v) Frakturslitage.

(i) Slibemiddel (hård partikelbeklædning):

Slibemiddel slid er i grunden forårsaget af urenhederne inden for arbejdsmaterialet, såsom carbon nitrid og oxidforbindelser, såvel som de opbyggede kantfragmenter. Det er en mekanisk sliddype. Det er hovedårsagen til værktøjets slid ved lave skærehastigheder.

ii) klæbestof:

På grund af højtryk og temperatur ved værktøjs-chip-grænsefladen er der tendens til, at hot chips svejses på værktøjsrørfladen. Dette koncept fører til efterfølgende dannelse og ødelæggelse af svejsede kryds. Når svejsningen intermitterende går i stykker, vælges partikler af skæringsværktøj. Dette fører til et kratertøj. Figur 9.19 viser klæbende slid.

(iii) Diffusionstøj:

Diffusions slid er normalt forårsaget af atomoverførsel mellem kontaktmaterialer under højtryks- og temperaturforhold. Dette fænomen begynder ved chip-tool interface. Ved sådanne forhøjede temperaturer diffunderer nogle partikler af værktøjsmaterialer ind i chipmaterialet. Det kan også ske, at nogle partikler af arbejdsmateriale også diffunderer i værktøjsmaterialerne.

Denne udskiftning af partikler ændrer værktøjsmaterialets egenskaber og forårsager slitage, som vist i figur 9.20:

Denne diffusion resulterer i ændringer af værktøjet og arbejdsstykkompositionen.

Der er flere måder at diffusioner som:

(a) Brøndblødgøring af værktøjet:

Diffusion af kulstof i et relativt dybt overfladelag af værktøjet kan forårsage blødgøring og efterfølgende plaststrøm af værktøjet. Det kan medføre store ændringer i værktøjsgeometrien.

(b) Diffusion af større værktøjskomponenter i arbejdet:

Værktøjsmatrixen eller en større styrkebestanddel kan opløses i arbejds- og chipfladerne, når de passerer værktøjet. For eksempel: Efterspørgselsværktøj, skærejern og stål er de typiske eksempler på carbon diffusion.

(c) Diffusion af en arbejdsmaterialekomponent i værktøjet:

En bestanddel af arbejdsmaterialet, der diffunderer ind i værktøjet, kan ændre de fysiske egenskaber af et overfladelag af værktøjet. For eksempel: Spredningen af ​​bly i værktøjet kan producere et tyndt sprødt overfladelag, dette tynde lag kan fjernes ved chipping.

(iv) kemisk brug:

Det kemiske slid skyldes kemisk angreb på overfladen.

For eksempel:

Ætsende slid.

(v) Facture Wear:

Facture slid er normalt forårsaget af brud på kanten ved ende eller længde. Bulkbruddet er den mest skadelige og uønskede sliddype, og det bør undgås så vidt muligt.

Vækst af værktøjsbearbejdning:

Vækstmønsteret af værktøjsbæret er vist i figur 9.21:

Vi kan opdele væksten i følgende tre zoner:

(i) Alvorlig slidzone.

ii) Indledende slidzone.

(iii) Alvorlig eller ultimativ eller katastrofal slidzone.

(i) Initial Preliminær eller Rapid Wear Zone:

I starten er forøgelsen af ​​slid hurtigere for den nye skærekant. Den oprindelige slidstørrelse er normalt VB = 0, 05 til 0, 1 mm.

Årsagerne til det første eller hurtige slid er:

jeg. Microcraking.

ii. Overfladeoxidation.

iii. Carbon loss lag.

iv. Micro-roughness af værktøjsslibning.

ii) Stabil slidzone:

Efter det indledende slitage fandt vi, at slidhastigheden er forholdsvis stabil eller konstant. I denne zone er slidstyrken proportional med skæretiden.

(iii) Alvorlig eller ultimativ eller katastrofisk slidzone:

I denne zone er væksten af ​​slid meget hurtigere og resulterer i katastrofalt svigt i forkant.

Når slidstørrelsen stiger til en kritisk værdi, falder overfladens rude af den bearbejdede overflade, skærende kraft og temperaturen stiger hurtigt, og slidhastigheden øges. Derefter mister værktøjet sin skæreevne. I praksis bør denne sliddzone undgås.

Tilladt slid Land:

Da vi beslutter at skærpe en knivkant, når skærekvaliteten begynder at blive forringet, og de krævede skærekræfter øges for meget, skal du også skarpe eller udskifte skæreværktøjer tilsvarende.

(a) Kvaliteten på den bearbejdede overflade begynder at blive forringet.

(b) Skærekræfterne stiger betydeligt.

(c) Forhøjning af temperaturen betydeligt.

Den gennemsnitlige bredde af tilladt flank slid varierer fra 0, 2 mm (til en præcisions drejning) til 1 mm (til en grov drejning).

Følgende tabel 9.11 giver nogle anbefalede værdier af tilladt gennemsnitligt slideland (VB) til forskellige operationer og skæreværktøjer:

Formularer af værktøjsbearbejdning:

Flank og krater slid er meget almindelig form for slid.

Nogle andre former for værktøjs slid er:

(i) Termoelektrisk slid.

(ii) Termisk krakning og værktøjsfraktur.

(iii) Cyklisk termisk og mekanisk belastning.

(iv) Edge Chipping.

(v) Indrejse eller Afslutningsfejl.

(i) Termoelektriske slid:

Det kan observeres i høj temperatur region. Den høje temperatur resulterer i dannelsen af ​​termisk par mellem arbejdsstykket og værktøjet.

På grund af denne effekt spænding etableret mellem arbejdsstykke og værktøj. Det kan forårsage strømstrøm mellem de to. Denne type slid er imidlertid ikke blevet klart udviklet.

(ii) Termisk krakning og værktøjsbrud:

Det er almindeligt ved fræsning. Ved fræsning udsættes værktøjer for cykliske termiske og mekaniske belastninger. Tænderne kan mislykkes ved en mekanisme, der ikke observeres ved kontinuerlig opskæring. Termisk krakning kan reduceres ved at reducere skærehastigheden eller ved at anvende en værktøjsmaterialekvalitet med en højere termisk stødmodstand.

iii) cyklisk termisk og mekanisk belastning:

Den cykliske variation i temperatur i fræsningsprocessen fremkalder cyklisk termisk spænding ved værktøjets overflade ekspanderer og kontraherer. Det kan føre til dannelsen af ​​termiske træthedssprøjt nær forkant.

For det meste er sådanne revner vinkelret på skærekanten og begynder dannelse ved værktøjets ydre hjørne, idet de spredes indad, når skæringen skrider frem. Væksten af ​​disse revner fører i sidste ende til kantspring eller værktøjsbrud. Et utilstrækkeligt kølemiddel kan fremme sprængdannelse.

(iv) Edge Chipping:

Kantskæring ses almindeligvis ved fræsning. Det kan forekomme, når værktøjet første gang kontakter delen (indtastningsfejl) eller mere almindeligt, når den forlader delen (afslutningsfejl).

(v) Indgangs- eller udgangsfejl:

Indgangsfejl opstår oftest, når skærens ydre hjørne rammer delen først. Det er mere sandsynligt, at skærehældningsvinklerne er positive. Indgangsfejl er derfor letst muligt forhindret ved at skifte fra positive til negative rakevinkelskærere.

Konsekvenser (virkninger) af Tool Wear:

Virkningerne af værktøjslidelsen på den teknologiske ydeevne følger:

(i) Forøgelse af skæringsstyrker:

Skærekræfterne øges normalt ved brug af værktøjet. Crater slid, flank slid (eller slid jordformation) og chipping af skærekant påvirker skæreværktøjets ydeevne på forskellige måder. Crater slid kan dog under visse omstændigheder reducere kræfterne ved effektivt at øge værktøjets ridsvinkel. Udskydning af ansigt (flank eller slid) slid og afskæring øger næsten altid skærekræfterne på grund af øgede gnidningskræfter.

(ii) Forøgelse af overfladens grovhed:

Når værktøjets slid stiger, øges overfladens rude af maskinbearbejdet komponent også. Dette gælder især for et værktøj, der bæres af chipping. Selv om der er omstændigheder, hvor et slideland kan forbrænde (polere) arbejdsstykket og producere en god finish.

(iii) Forøgelse af vibrationer eller chatter:

Vibrationer eller chatter er et andet vigtigt aspekt af skæreprocessen, som kan påvirkes af værktøjsforbrug.

Et slideland øger et værktøjs tendens til dynamisk ustabilitet eller vibrationer. Når værktøjet er skarpt, er skæreoperationen helt fri for vibrationer. På den anden side, når værktøjet bærer, udsættes skæringsoperationen for en uacceptabel vibrations- og chatterfunktion.

(iv) Faldet i dimensionsnøjagtighed:

På grund af flank slid kan en geometriskt plan geometri forstyrre. Dette kan påvirke dimensionerne af den producerede komponent. Det kan påvirke komponentets form.

For eksempel:

Hvis værktøjsslitage er hurtig, kan cylindrisk drejning resultere i et tilspidset arbejdsstykke.