Para um centro de usinagem, as ferramentas de corte são consideradas ferramentas consumíveis e, durante o processo de usinagem, podem sofrer danos, desgaste e lascamento.
Estas ocorrências são inevitáveis, mas também podem ser causadas por fatores controláveis, como operação não científica e fora do padrão, manutenção inadequada, etc.
Encontrar a causa raiz é fundamental para resolver o problema de forma mais eficaz.
1. Expressão de danos na ferramenta de corte
1. Microlascamento da aresta de corte
Quando a estrutura do material, a dureza e o estoque da peça de trabalho são irregulares, o ângulo frontal é muito grande, fazendo com que a resistência da aresta de corte seja baixa, a rigidez do sistema de processo é insuficiente, causando vibração ou realizando corte intermitente, e a qualidade da retificação for ruim, a aresta de corte está sujeita a microlascamento, ou seja, pequenas fraturas, lacunas ou descamações aparecem na área da aresta.
Depois que isso ocorrer, a ferramenta perderá parte de sua capacidade de corte, mas ainda poderá continuar funcionando.
Durante o corte contínuo, a área danificada da aresta pode expandir-se rapidamente, provocando danos maiores.
2） Quebra da aresta de corte ou ponta
Este tipo de dano ocorre sob condições de corte mais severas do que o micro-lascamento ou como resultado do desenvolvimento do micro-lascamento.
O tamanho e o alcance da quebra são maiores que os do microlascamento, fazendo com que a ferramenta perca completamente sua capacidade de corte e pare de funcionar. A quebra da ponta é comumente chamada de quebra da ponta.
3) Quebra da lâmina ou ferramenta
Sob condições de corte extremamente severas, volume de corte excessivo, cargas de impacto, microfissuras na lâmina ou no material da ferramenta, tensão residual de soldagem ou retificação e outros fatores, como operação descuidada, a lâmina ou ferramenta pode quebrar. Após a ocorrência deste tipo de dano, a ferramenta não pode mais ser utilizada e é descartada.
4) Descascamento da camada superficial da lâmina
Para materiais com alta fragilidade, como ligas duras com alto teor de TiC, cerâmica, PCBN, etc., a camada superficial pode descascar devido a defeitos ou possíveis rachaduras na camada superficial ou tensão residual de soldagem ou retificação.
Quando a superfície não é suficientemente estável durante o corte ou a superfície da ferramenta está sujeita a tensões de contato alternadas, é provável que ocorra descascamento.
O descascamento pode ocorrer na face frontal ou posterior da ferramenta, com material descascado em forma de folhas e grande área de descascamento. A probabilidade de descascamento é maior para ferramentas revestidas.
Após um leve descascamento, a ferramenta ainda pode continuar funcionando, mas após um descascamento severo, ela perderá sua capacidade de corte.
5) Deformação plástica da porção de corte
Devido à baixa resistência e baixa dureza, pode ocorrer deformação plástica na porção de corte do aço carbono e do aço rápido.
Quando ligas duras trabalham sob condições de alta temperatura e tensão triaxial, também pode ocorrer fluxo plástico superficial, causando deformação plástica da aresta de corte ou ponta, levando ao colapso.
O colapso geralmente ocorre sob condições de grande volume de corte e processamento de materiais duros. A capacidade de deformação antiplástica das ligas duras à base de TiC é mais rápida ou falha mais rapidamente do que a das ligas duras à base de WC porque a primeira tem um módulo de elasticidade mais baixo. PCD e PCBN basicamente não sofrem deformação plástica.
6) Rachadura térmica da lâmina
Quando a ferramenta é submetida a cargas mecânicas e térmicas alternadas, a expansão e contração térmica repetida da superfície da porção de corte gerará inevitavelmente tensão térmica alternada, causando fadiga e rachaduras na lâmina.
Por exemplo, no fresamento de alta velocidade com uma fresa de liga dura, os dentes são constantemente submetidos a impactos periódicos e tensões térmicas alternadas, resultando em rachaduras em forma de pente na face frontal.
Embora algumas ferramentas não tenham cargas e tensões alternadas óbvias, as diferenças de temperatura entre a superfície e as camadas internas também gerarão estresse térmico.
Além disso, defeitos estão inevitavelmente presentes no material da ferramenta, de modo que a lâmina também pode rachar. Após a formação de rachaduras, a ferramenta às vezes pode continuar a funcionar por um período de tempo, mas às vezes as rachaduras se expandem rapidamente, fazendo com que a lâmina quebre ou a superfície descasque severamente.
2. Causas do desgaste da ferramenta
1） Desgaste Abrasivo
A peça de trabalho geralmente contém algumas pequenas partículas de dureza extremamente alta que podem raspar ranhuras na superfície da ferramenta, isto é desgaste abrasivo.
O desgaste abrasivo existe em todas as superfícies e é mais evidente na aresta de corte frontal.
O desgaste abrasivo pode ocorrer em todas as velocidades de corte, mas ao cortar em baixa velocidade, outros tipos de desgaste não são óbvios devido à baixa temperatura de corte, portanto o desgaste abrasivo é a principal causa. Quanto menor a dureza da ferramenta, mais severo será o desgaste abrasivo.
2）Desgaste por soldagem a frio
Durante o corte, ocorre grande pressão e intenso atrito entre a peça e a aresta de corte, resultando na soldagem a frio.
Devido ao movimento relativo entre o par de fricção, a soldagem a frio faz com que a fratura seja removida por uma das partes, resultando em desgaste da soldagem a frio. O desgaste da soldagem a frio é geralmente mais severo em velocidades de corte moderadas.
De acordo com experimentos, os metais frágeis têm melhor resistência à soldagem a frio do que os metais plásticos; os metais multifásicos são menores que os metais monofásicos; os compostos metálicos têm menor tendência à soldagem a frio do que os metais puros; os elementos do grupo B na tabela periódica e o ferro têm menor tendência à soldagem a frio.
Aço rápido e ligas duras são mais suscetíveis à soldagem a frio em baixas velocidades de corte.
3）Desgaste por Difusão
Durante o corte em alta temperatura e o contato entre a peça e a ferramenta, os elementos químicos dos dois lados se difundem no estado sólido, alterando a composição e a estrutura da ferramenta, tornando a superfície da ferramenta quebradiça e acelerando o desgaste da ferramenta.
A difusão sempre mantém um gradiente profundo do objeto de alto gradiente para o objeto de baixo gradiente.
Por exemplo, quando o cobalto em uma liga dura é cortado a 800°C, ele se difunde rapidamente nos cavacos e na peça; WC se decompõe em tungstênio e carbono e se difunde em aço; ao cortar aço e ferro com uma ferramenta de PCD, se a temperatura de corte for superior a 800°C, os átomos de carbono no PCD serão transferidos para a superfície da peça com alta resistência à difusão para formar uma nova liga e a superfície da ferramenta ficará grafitada.
O cobalto e o tungstênio têm uma difusão mais severa, enquanto o titânio, o tântalo e o nióbio têm uma capacidade antidifusão mais forte, portanto, as ligas duras do tipo YT têm melhor resistência ao desgaste.
Durante o corte de cerâmica e PCBN, o desgaste por difusão não é significativo quando a temperatura é tão alta quanto 1000°C-1300°C.
Devido ao material da peça, dos cavacos e da ferramenta, será gerado um potencial termoelétrico durante o contato de corte, o que promove a difusão e acelera o desgaste da ferramenta.
Este tipo de desgaste por difusão sob a ação do potencial termoelétrico é denominado “desgaste termoelétrico”.
4）Desgaste por oxidação
Quando a temperatura aumenta, a superfície da ferramenta de corte pode oxidar, criando um óxido macio que é desgastado pelos cavacos e causando desgaste. Este tipo de desgaste é denominado desgaste por oxidação.
Por exemplo, na faixa de temperatura de 700-800°C, o oxigênio do ar reage com cobalto e carbonetos em carbonetos cimentados e com carboneto de titânio, formando um óxido mais macio. A 1000°C, o PCBN reage com o vapor de água.
3. Formas de desgaste da lâmina
1） Desgaste da borda de corte frontal:
Durante o corte com uma velocidade maior de materiais plásticos, a aresta de corte frontal próxima à força de corte se desgastará em uma forma crescente devido ao efeito dos cavacos, por isso também é chamado de desgaste da ranhura crescente.
Na fase inicial de desgaste, o ângulo frontal da ferramenta aumenta, melhorando as condições de corte e ajudando a dobrar e quebrar os cavacos.
No entanto, à medida que a ranhura crescente se torna maior, a resistência da aresta de corte enfraquece e, finalmente, a aresta de corte pode quebrar.
O desgaste da ranhura crescente não ocorre ao cortar materiais frágeis ou ao cortar materiais plásticos com velocidade de corte mais baixa e espessura de corte mais fina.
2）Desgaste da ponta de corte:
O desgaste da ponta de corte é o desgaste na aresta de corte posterior e no lado adjacente da aresta de corte posterior do arco da ponta de corte.
É uma continuação do desgaste na aresta de corte posterior da ferramenta. Devido às más condições de dissipação de calor aqui, a tensão se concentra e, portanto, a taxa de desgaste é mais rápida do que a aresta de corte posterior.
Às vezes, uma série de ranhuras com espaçamento igual à taxa de avanço será formada na lateral da aresta de corte posterior, chamada desgaste da ranhura.
Eles são causados principalmente pela camada de endurecimento e pelo padrão de corte na superfície usinada.
O desgaste da ranhura é mais provável de ocorrer ao cortar materiais difíceis de cortar com alta tendência de endurecimento.
O desgaste da ponta de corte tem maior impacto na rugosidade da superfície e na precisão da usinagem da peça.
3） Desgaste da borda de corte traseira:
Ao cortar materiais plásticos com grande espessura de corte, a aresta de corte traseira da ferramenta pode não estar em contato com a peça de trabalho devido à existência de aresta postiça.
Além disso, a aresta de corte posterior geralmente entra em contato com a peça de trabalho, formando uma faixa de desgaste com ângulo posterior de 0.
Normalmente, no meio do comprimento de trabalho da aresta de corte, o desgaste da aresta de corte posterior é relativamente uniforme, de modo que o grau de desgaste da aresta de corte posterior pode ser medido pela largura da faixa de desgaste VB nesta seção da aresta de corte.
Como quase todos os tipos de ferramentas sofrerão desgaste da aresta de corte posterior sob diferentes condições de corte, especialmente ao cortar materiais frágeis ou ao cortar materiais plásticos com espessura de corte menor, o principal desgaste da ferramenta é o desgaste da aresta de corte posterior.
E a medição da largura da banda de desgaste VB é simples, por isso VB é frequentemente usado para representar o grau de desgaste da ferramenta.
Quanto maior for o VB, mais a força de corte aumentará, causando vibração de corte e também afetando o desgaste no arco da ponta de corte, afetando assim a precisão da usinagem e a qualidade da superfície.
4. Métodos para prevenir a quebra da lâmina:
Com base nas características do material e das peças que estão sendo usinadas, selecione o tipo e a qualidade do material da lâmina de maneira razoável. Certifique-se de que o material da lâmina tenha a tenacidade necessária sob a premissa de ter uma certa dureza e resistência ao desgaste.
Selecione os parâmetros de geometria da lâmina de maneira razoável. Ajuste os ângulos frontal e posterior, os ângulos de relevo principal e secundário e os ângulos de inclinação para garantir que a aresta de corte e a ponta tenham boa resistência. Desbastar com inclinação negativa na aresta de corte é uma medida eficaz para evitar a quebra da lâmina.
Garanta a qualidade da soldagem e retificação e evite vários defeitos causados por soldagem e retificação inadequadas. As lâminas usadas no processo devem ser retificadas para melhorar a qualidade da superfície e verificadas quanto a rachaduras.
Escolha a quantidade de corte de forma razoável para evitar força de corte excessiva e alta temperatura de corte e evitar a quebra da lâmina.
Torne o sistema de processo o mais rígido possível para reduzir a vibração.
Use o método de operação correto para minimizar a exposição da lâmina a cargas repentinas.
5. Causas e contramedidas para quebra de ferramenta:
1. Seleção inadequada da especificação e classe da lâmina da ferramenta, como lâmina muito fina ou uso de lâmina com dureza e fragilidade muito altas durante a usinagem de desbaste.
Contramedidas: Aumente a espessura da lâmina ou instale a lâmina verticalmente e selecione uma classe com maior resistência à flexão e tenacidade.
2. Seleção inadequada dos parâmetros de geometria da ferramenta (como ângulos frontais e posteriores excessivos).
Contramedidas:
Redesenhe a ferramenta a partir dos seguintes aspectos:
1）Reduza os ângulos frontal e posterior de forma adequada.
2）Adote um ângulo de inclinação negativo maior da lâmina.
3) Reduza o ângulo de inclinação principal.
4）Adote uma inclinação negativa maior ou um arco circular na borda da lâmina.
5) Afie a aresta de corte de transição para fortalecer a ponta da ferramenta.
3. Processo incorreto de soldagem da lâmina da ferramenta, resultando em tensão excessiva de soldagem ou rachaduras na soldagem.
Contramedidas:
1）Evite usar uma estrutura de slot blade com gabinete de três lados.
2）Selecione o material de soldagem correto.
3) Evite usar aquecimento por chama de oxigênio-acetileno e mantenha a lâmina aquecida após a soldagem para eliminar o estresse interno.
4）Substitua a estrutura por fixação mecânica tanto quanto possível.
4. Método de retificação inadequado, resultando em tensão de retificação e rachaduras. Para ferramentas de fresagem PCBN, a oscilação excessiva dos dentes após a retificação pode fazer com que os dentes individuais suportem cargas excessivas e causar quebras.
Contramedidas:
1) Use retificação intermitente ou retificação abrasiva de diamante.
2) Selecione um disco abrasivo mais macio e afie-o com frequência.
3) Preste atenção à qualidade da retificação e controle rigorosamente a oscilação dos dentes da ferramenta de fresagem.
5. Seleção inadequada da quantidade de corte, como força de corte e temperatura excessivas, causando quebra da ferramenta.
Contramedidas: Selecione novamente a quantidade de corte.
6. Razões estruturais para ferramentas do tipo fixação mecânica, como fundo irregular da ranhura da ferramenta ou lâmina saliente demais.
Contramedidas:
1）Repare a parte inferior da ranhura da ferramenta.
2) Organize a posição do bico do fluido de corte de maneira razoável.
3) Aumente a dureza do espaçador de liga sob a lâmina, temperando a haste.
7. Desgaste excessivo da ferramenta.
Contramedidas: Troque a lâmina ou mude a aresta de corte a tempo.
8. Fluxo insuficiente do fluido de corte ou método de adição incorreto, causando superaquecimento e quebra da lâmina.
Contramedidas:
1) Aumente o fluxo do fluido de corte.
2) Organize a posição do bico do fluido de corte de maneira razoável.
3) Use métodos de resfriamento eficazes, como resfriamento por spray, para melhorar a eficiência do resfriamento.
4) Use corte interrompido para reduzir o impacto na lâmina.
9. Instalação incorreta da ferramenta, como ferramenta de corte instalada muito alta ou baixa, fresa de topo usando fresamento assimétrico, etc.
Contramedidas: Reinstale a ferramenta.
10. Fraca rigidez do sistema de processo, causando vibração excessiva de corte.
Contramedidas:
1) Aumente o suporte auxiliar para a peça de trabalho e melhore a rigidez de fixação da peça de trabalho.
2) Reduza o comprimento do balanço da ferramenta.
3）Reduza o ângulo posterior da ferramenta de forma adequada.
4）Adote outras medidas de amortecimento de vibrações.
11. Operação insegura, como muito brusca ao cortar a peça de trabalho a partir do centro ou parar a máquina antes de retrair a ferramenta.
Contramedidas: Preste atenção ao método de operação.
6. Formação, características e medidas de controle da borda construída
1. Formação
Na área próxima à aresta de corte, onde ocorre o contato ferramenta-cavaco, devido à alta pressão descendente, o metal na parte inferior dos cavacos fica incrustado nos picos e vales microscópicos na frente da ferramenta de corte, formando um contato apertado de metal com metal que resulta em ligação.
Esta parte da área de contato entre a ferramenta e o cavaco é conhecida como área de ligação. Na área de colagem, uma fina camada de material metálico dos cavacos se acumula na parte frontal da ferramenta de corte, que sofre severa deformação e fortalecimento em temperaturas de corte apropriadas.
À medida que os cavacos continuam a fluir para fora, esse material acumulado é afastado do fluxo de corte subsequente e se torna a base para a aresta postiça.
Então, uma segunda camada de material de corte acumulado se formará sobre ela, e esse processo continuará a se acumular, formando uma borda postiça.
2. Características e Impacto no Processo de Corte
1) A dureza da aresta postiça é 1,5 a 2 vezes maior que o material da peça e pode substituir a frente da ferramenta de corte, protegendo a aresta de corte e reduzindo o desgaste na frente da ferramenta de corte, mas fragmentos da aresta postiça que caem podem causar desgaste na parte traseira da ferramenta de corte quando fluem através da área de contato ferramenta-peça.
2) Após a formação da aresta postiça, o ângulo frontal de trabalho da ferramenta aumenta, o que reduz ativamente a deformação dos cavacos e reduz a força de corte.
3) Devido à aresta postiça que se projeta da aresta de corte, a profundidade real de corte aumenta, afetando a precisão dimensional da peça de trabalho.
4）A aresta postiça causa um efeito de “aragem” na superfície da peça, afetando sua rugosidade superficial.
5）Os fragmentos da borda postiça podem aderir ou incorporar-se na superfície da peça de trabalho, causando pontos duros e afetando a qualidade da superfície usinada da peça de trabalho.
Pela análise acima, pode-se perceber que a aresta postiça é prejudicial ao processamento de corte, principalmente à usinagem de precisão.
3. Medidas de controle
Para evitar a formação de arestas postiças, as seguintes medidas podem ser tomadas para evitar que o metal na parte inferior dos cavacos se ligue ou se fortaleça com a frente da ferramenta de corte:
1）Reduza a rugosidade da frente da ferramenta de corte.
2) Aumente o ângulo frontal da ferramenta.
3) Reduza a espessura do corte.
4） Use corte de baixa ou alta velocidade para evitar velocidades de corte que são propensas a formar arestas postiças.
5）Trate termicamente o material da peça de trabalho de forma adequada para aumentar sua dureza e reduzir sua plasticidade.
6) Use fluidos de corte com boas propriedades anti-aderência (como fluidos de corte de extrema pressão contendo enxofre e cloro).
