マシニングセンタの工具摩耗、チッピング! 根本的な原因は何ですか?
マシニングセンタ工具損失:原因分析と損失防止方法
マシニングセンターにとって、工具は一種の消耗工具です。加工プロセス中に、破損、摩耗、欠けなどの現象が発生します。これらの現象は避けられませんが、そのような現象もあります操作は科学的で標準化されていません、不適切なメンテナンスおよびその他の制御可能な条件原因、根本原因を見つけて問題をより適切に解決します。
ワークピースの材料構造、硬度、許容値が不均一である場合、すくい角が大きい、刃先強度が低い場合、プロセスシステムの剛性が振動を発生させるのに不十分である場合、または刃先の品質が悪い場合、刃先はマイクロチップが発生しやすく、つまり、刃先の切削領域に小さな欠け、切りくず、または剥離があります。 これが起こると、工具は切削力の一部を失いますが、動作は継続します。 切断を続けると、切断領域の損傷部分が急速に拡大し、さらに破損が大きくなる可能性があります。
このタイプの破損は、刃先のマイクロチップを引き起こすよりも過酷な切削条件下で発生することが多いか、マイクロチップのさらなる発展です。 チッピングのサイズと範囲はマイクロチップよりも大きいため、工具は切削能力を完全に失い、動作を停止する必要があります。 ナイフの先端が折れる状況は、しばしば先端落下と呼ばれます。
切削条件が非常に厳しい場合、切削量が大きすぎる場合、衝撃荷重がある場合、刃や工具の材質に微小亀裂がある場合、溶接や刃先研ぎによる刃の残留応力により、不注意な操作やその他の要因と相まって、刃や工具が破損する可能性があります。 この形態の破損の後、ナイフは使用できなくなり、廃棄されます。
超硬合金、セラミックス、PCBNなど、TiC含有量の高い材料は、表面構造の欠陥や亀裂の可能性、または溶接やエッジ研削による表面層への残留応力により、切削プロセス中に十分に安定していないか、工具表面に交互の接触応力がかかると、表面剥離が非常に容易です。 前刃面に剥離が発生し、後刃面にナイフが発生する場合があり、剥離材はシート状で剥離面積が大きい。 コーティングされたツールは剥がれやすくなります。 刃がわずかに剥がれた後は作業を続けることができますが、激しい剥がれの後は切断能力を失います。
鋼と高速度鋼は強度が低く、硬度が低いため、切削部に塑性変形が発生する可能性があります。 超硬合金が高温および三方圧縮応力で直接作用すると、表面に塑性の流れが発生し、刃先や先端に塑性変形面が生じ、崩壊を引き起こすことさえあります。 崩壊は一般的に、切削量が多く、硬い材料を加工する場合に発生します。 TiCベースの超硬合金の弾性率はWCベースの超硬合金よりも小さいため、前者の塑性変形抵抗は加速されるか、すぐに破損します。 PCDとPCBNは基本的に塑性変形を起こしません。
工具に機械的負荷と熱的負荷が交互にかかると、熱膨張と収縮を繰り返すため、表面の切削部分に必然的に交互の熱応力が発生し、ブレードの疲労や亀裂が発生します。 たとえば、超硬フライスを高速でフライス加工すると、歯は常に周期的な衝撃と交互の熱応力にさらされ、その結果、前面の切削面に櫛状の亀裂が生じます。 一部の工具には明らかな交番荷重と交差応力がありませんが、表面と内層の温度が不一致であるため、熱応力も発生し、工具材料の内部に必然的に欠陥が生じるため、ブレードにも亀裂が生じる可能性があります。 亀裂が形成された後もしばらく工具が動作し続ける場合もあれば、亀裂が急速に広がり、刃が破損したり、刃がひどく剥がれたりすることもあります。
加工材料には硬度が非常に高い小さな粒子が含まれていることが多く、工具の表面に溝が引く可能性があり、研磨による研磨損傷となります。 研磨摩耗は四方に存在し、前面が最も目立ちます。 また、麻の摩耗はさまざまな切削速度で発生する可能性がありますが、低速切削の場合、切削温度が低いため、他の理由による摩耗は明らかではないため、研磨摩耗が主な原因です。 さらに、工具の硬度が低いほど、研磨しびれの損傷が深刻になります。
切削中は、ワークピース、切削、工具の前後表面の間に大きな圧力と強い摩擦があるため、冷間圧接が発生します。 摩擦対間の相対的な動きにより、冷間圧接は亀裂を引き起こし、片側から剥がれ、冷間圧接の摩耗を引き起こします。 冷間圧接の摩耗は、一般に中程度の切削速度でより深刻になります。 実験によると、脆性金属はプラスチック金属よりも冷間圧接耐性が強いことがわかっています。 多相金属は一方向金属よりも小さいです。 金属化合物は、元素材料よりも冷間溶接の傾向が小さいです。 化学元素の周期表では、B族元素と鉄は冷間溶着する傾向が小さい。 冷間圧接は、高速度鋼や超硬合金を低速で切断する場合、より深刻になります。
高温での切削中、およびワークピースと工具の接触中に、両側の化学元素が固体状態で互いに拡散し、工具の組成構造を変化させ、工具の表面を壊れやすくし、工具の摩耗を悪化させます。 拡散現象は、深さ勾配の高い物体が深さ勾配の低い物体から拡散し続けることを常に維持します。
たとえば、800°Cの超硬合金中のコバルトはチップやワークピースに急速に拡散し、WCはタングステンとカーボンに分解して鋼に拡散します。 PCD工具が鋼や鉄の材料を切断するときに切削温度が800°Cを超えると、PCD中の炭素原子が大きな拡散強度でワークピースの表面に転写して新しい合金を形成し、工具の表面が黒鉛化されます。 コバルトとタングステンの拡散が深刻で、チタン、タンタル、ニオブは強い耐拡散性を持っています。 したがって、YT超硬合金は優れた耐摩耗性を備えています。 セラミックやPCBNを切断する場合、1000°C〜1300°Cの高温では拡散摩耗は大きくありません。 ワーク、切りくず、工具の材質が同じであるため、切削時に接触領域に熱ポテンシャルが発生し、拡散を促進し、工具の摩耗を促進する効果があります。 熱ポテンシャルの作用下でのこの拡散摩耗は「熱電摩耗」と呼ばれます。
温度が上昇すると、工具の表面が酸化してより柔らかい酸化物が生成され、チップによってこすられ、チップによって形成される摩耗は酸化摩耗と呼ばれます。 たとえば、700°C~800°Cでは、空気中の酸素が超硬合金中のコバルト、炭化物、炭化チタンなどと反応して、より柔らかい酸化物を形成します。 1000°Cでは、PCBNは水蒸気と化学反応します。
プラスチック材料を高速で切削する場合、切削抵抗に近い前面切削面の部分が切りくずの作用で三日月状に摩耗するため、三日月状のくぼみ摩耗とも呼ばれます。 摩耗の初期段階では、工具のすくい角が大きくなり、切削条件が改善され、切りくずのカールや破損が容易になりますが、三日月形のくぼみがさらに大きくなると、刃先の強度が大幅に低下し、最終的には切れ味の欠けや損傷を引き起こす可能性があります。 三日月摩耗は一般に、脆い材料を切断する場合、またはプラスチック材料を低速で薄い切断速度と薄い切断厚さで切断する場合には発生しません。
先端の摩耗は、先端円弧の裏側とカッターポイントの隣接するサブ背面の摩耗であり、工具の背面の摩耗の継続です。 ここでの放熱条件と応力集中が悪いため、摩耗速度は後部切削面よりも速く、サブレベルの後部切削面には送りに等しい間隔の一連の小さな溝が形成されることがあります。 これらは主に、機械加工面の硬化層と切削パターンによって引き起こされます。 加工硬化の傾向が大きい難削材を切削する場合、溝の摩耗が最も起こりやすくなります。 先端の摩耗は、ワークピースの表面粗さと加工精度に最も大きな影響を与えます。
切削厚さの大きいプラスチック材料を切削する場合、構成刃先が存在するため、工具の背面切削面がワークピースに接触しない場合があります。 また、通常、背面はワークピースに接触し、工具の背面には背面角度が0の摩耗バンドが形成されます。 一般に、刃先の作動長の中間では、後部切削面の摩耗が比較的均一であるため、後部切削面の摩耗度は、刃先VBの後部切削面の幅で測定できます。
すべてのタイプの工具は、特に脆い材料を切削したり、切削厚さの小さいプラスチック材料を切削したりする場合、さまざまな切削状況でほとんどの場合、後部工具表面の摩耗があるため、工具の摩耗は主に後部工具表面の摩耗であり、摩耗バンドVBの幅は比較的測定しやすいため、VBは通常、工具の摩耗度を示すために使用されます。 VBが大きいほど、切削抵抗が大きくなり、切削振動が発生するだけでなく、先端アークでの摩耗にも影響し、加工精度や表面品質に影響を与えます。
1) 加工する材料や部品の特性に応じて、工具材料の種類とグレードを合理的に選択します。 一定の硬度と耐摩耗性を前提として、工具材料は必要な靭性を備えている必要があります。
2) 工具の幾何学的パラメータの合理的な選択。 前後の角度、主偏角と二次偏角、ブレードの傾斜角などの角度を調整することにより。刃先と先端の強度を確保します。 刃先の負の面取りを研磨することは、チッピングを防ぐ効果的な手段です。
3) 溶接とエッジ研削の品質を確保し、溶接不良やエッジ研ぎによるさまざまな欠陥を回避します。 主要なプロセスで使用されるナイフは、表面品質を向上させ、亀裂がないか確認するために研磨する必要があります。
4) 工具の損傷を防ぐために、過度の切削力や過度の切削温度を避けるために切削量を合理的に選択してください。
5) プロセスシステムの剛性が良好であることを確認し、振動を可能な限り低減します。
6)ツールが突然の変性の負荷にできるだけ耐えられないように、正しい操作方法を採用します。
1. 刃の厚さが薄すぎる、粗加工には硬くて脆すぎる等級など、刃のグレードと仕様の選択が不適切です。
対策：刃の厚みを増すまたは、ブレードを垂直に取り付け、曲げ強度と靭性の高いグレードを選択してください。
2. 工具の幾何学的パラメータの不適切な選択 (前後の角度が大きいなど)。
4) より大きな負の面取りまたは刃先円弧が使用されます。
3. ブレードの溶接プロセスが正しくないため、過度の溶接応力や溶接亀裂が発生します。
3)オキシアルキン火炎加熱溶接の使用は避け、溶接後は内部応力を除去するために保温してください。
4) できるだけ機械的にクランプされた構造に切り替える
4.不適切な研ぎ方法により、研削応力と研削亀裂が発生します。 PCBNフライスエッジを研削した後のブレードの振動が大きすぎるため、個々の歯の負荷が重すぎて、パンチングの原因にもなります。
2) 砥石の切れ味を保つために、柔らかい砥石を選択し、頻繁にトリミングします。
3) エッジ研削の品質に注意を払い、フライスの歯の振動を厳密に制御します。
5.切削量の選択は、量が多すぎたり、工作機械が蒸れているなど、不合理です。 断続的に切断する場合、切削速度が速すぎたり、送りが大きすぎたり、ブランク代が不均一で、切削深さが小さすぎたりします。 マンガン鋼が多く、加工硬化傾向が大きい材料を切削する場合、送り速度が小さすぎます。
6.工具溝の底面が不均一であったり、機械式クランプ工具の刃が長く突き出たりするなどの構造上の理由。
3)ブレードの下に超硬ガスケットを追加するための硬化カッターバー。
8. 切削液の流れが不十分であったり、充填方法が間違っていたりすると、刃が突然熱くなり、ひびが入ります。
3) 冷却効果を向上させるために、スプレー冷却などの効果的な冷却方法を採用します。
9.工具が正しく取り付けられていない、たとえば、切削工具の取り付けが高すぎたり低すぎたりします。 正面フライスは非対称前方フライス加工などを採用しています。
10.プロセスシステムの剛性が低すぎるため、過度の切断振動が発生します。
1)ワークの補助サポートを増やして、ワーククランプの剛性を向上させます。
11.工具がワークピースの中央から切断すると、動作が激しすぎるなどの不注意な操作。 ナイフが引っ込められる前に、彼は立ち止まった。
刃先に近い部分では、ナイフとチップの接触領域では、大きなダウンフォースにより、チップ底部の金属がフロントカッター表面の微細な不均一な山と谷に埋め込まれ、隙間のない実際の金属同士の接触を形成し、結合領域と呼ばれる結合現象を引き起こします。 接合領域では、切りくずの底部の前面切削面に金属材料の薄い層が閉じ込められ、金属材料のこの部分は適切な切削温度で激しく変形および強化されます。 切りくずの継続的な流出により、その後の切りくずの流れの押し下げにより、この停滞した材料の層は切りくずの上層に対して滑って離れ、蓄積されたエッジの基礎になります。 その後、その上に停滞した切削材の2番目の層が形成され、エッジの連続的な蓄積が形成されます。
1)硬度は被削材の1.5~2.0倍で、切削前切削面を置き換えることができ、刃先を保護し、前切削面の摩耗を軽減する効果がありますが、蓄積された刃先が脱落したときに工具とワークの接触領域を流れる破片は、工具の後部切削面の摩耗を引き起こします。
2)刃先が形成された後、工具の作業角度が大幅に増加し、切りくずの変形を低減し、切削抵抗を低減するのにプラスの役割を果たします。
3)蓄積された刃先が刃先の外側に突き出ているため、実際の切削深さが大きくなり、ワークの寸法精度に影響を与えます。
4)エッジが蓄積すると、ワークピースの表面に「溝」現象が発生し、ワークピースの表面粗さに影響を与えます。
5) 蓄積されたエッジの破片がワークピースの表面に結合または埋め込まれ、ハードスポットが発生し、ワークピースの加工面の品質に影響を与えます。
上記の分析から、エッジは切断、特に仕上げに適していないことがわかります。
切りくずの底材と前面切削面を接着または変形させないため、蓄積エッジの発生を回避するために、次の対策を講じることができます。
4)エッジを形成しやすい切削速度を避けるために、低速切削または高速切削を使用してください。
5) 被削材の適切な熱処理により、硬度を向上させ、可塑性を低減します。
6) 癒着防止性能の良い切削液(硫黄や塩素を含む超高圧切削液など)を使用してください。 
