Para un centro de mecanizado, las herramientas de corte se consideran herramientas consumibles, y durante el proceso de mecanizado pueden sufrir daños, desgaste y astillamiento.
Estos sucesos son inevitables, pero también pueden ser causados por factores controlables, como un funcionamiento no científico y no estándar, un mantenimiento inadecuado, etc.
Encontrar la causa raíz es esencial para resolver el problema de manera más efectiva.
1. Expresión de daño en la herramienta de corte.
1. Microchip del filo
Cuando la estructura del material, la dureza y el stock de la pieza de trabajo son desiguales, el ángulo de la cara es demasiado grande, lo que provoca que la resistencia del filo sea baja, la rigidez del sistema de proceso es insuficiente, lo que provoca vibraciones o la realización de cortes intermitentes y el rectificado. La calidad es mala, el filo está sujeto a microchips, es decir, aparecen pequeñas fracturas, huecos o descamaciones en la zona del borde.
Una vez que esto ocurra, la herramienta perderá parte de su capacidad de corte, pero aún podrá seguir funcionando.
Durante el corte continuo, el área dañada del borde puede expandirse rápidamente, causando daños mayores.
2） Rotura del filo o punta
Este tipo de daño se produce en condiciones de corte más severas que las del microchip o como resultado del desarrollo del microchip.
El tamaño y alcance de la rotura son mayores que los del microchip, provocando que la herramienta pierda por completo su capacidad de corte y deje de funcionar. La rotura de la punta se denomina comúnmente rotura de la punta.
3) Rotura de cuchilla o herramienta
En condiciones de corte extremadamente severas, volumen de corte excesivo, cargas de impacto, microgrietas en la hoja o el material de la herramienta, tensión residual de la soldadura o el esmerilado y otros factores como una operación descuidada, la hoja o la herramienta pueden romperse. Después de que se produce este tipo de daño, la herramienta ya no se puede utilizar y se desecha.
4) Pelado de la capa superficial de la hoja.
Para materiales con alta fragilidad, como aleaciones duras con alto contenido de TiC, cerámica, PCBN, etc., la capa superficial puede desprenderse debido a defectos o posibles grietas en la capa superficial o tensión residual de la soldadura o el esmerilado.
Cuando la superficie no es suficientemente estable durante el corte o la superficie de la herramienta está sujeta a tensiones de contacto alternas, es probable que se produzca pelado.
El pelado puede ocurrir en la cara frontal o trasera de la herramienta, con material pelado en forma de láminas y una gran área de pelado. La probabilidad de que se pelen es mayor en el caso de herramientas recubiertas.
Después de un pelado ligero, la herramienta aún puede seguir funcionando, pero después de un pelado intenso, perderá su capacidad de corte.
5) Deformación plástica de la porción de corte.
Debido a la baja resistencia y dureza, puede ocurrir deformación plástica en la porción de corte del acero al carbono y del acero rápido.
Cuando las aleaciones duras trabajan en condiciones de alta temperatura y tensión triaxial, también puede ocurrir flujo plástico superficial, causando deformación plástica del filo o punta, lo que lleva al colapso.
El colapso generalmente ocurre en condiciones de corte y procesamiento de grandes volúmenes de materiales duros. La capacidad de deformación antiplástica de las aleaciones duras basadas en TiC es más rápida o falla más rápido que la de las aleaciones duras basadas en WC porque las primeras tienen un módulo de elasticidad más bajo. PCD y PCBN básicamente no sufren deformación plástica.
6) Grietas térmicas de la pala.
Cuando la herramienta se somete a cargas mecánicas y térmicas alternas, la expansión y contracción térmica repetida de la superficie de la porción de corte generará inevitablemente tensión térmica alterna, provocando fatiga y agrietamiento de la hoja.
Por ejemplo, en el fresado a alta velocidad con una fresa de aleación dura, los dientes están constantemente sujetos a impactos periódicos y tensiones térmicas alternas, lo que da lugar a grietas en forma de peine en la cara frontal.
Aunque algunas herramientas no tienen cargas y tensiones alternas obvias, las diferencias de temperatura entre la superficie y las capas internas también generarán tensión térmica.
Además, inevitablemente se producen defectos en el material de la herramienta, por lo que la hoja también puede agrietarse. Después de que se forman las grietas, la herramienta a veces puede continuar funcionando durante un período de tiempo, pero a veces las grietas se expanden rápidamente, provocando que la hoja se rompa o que la superficie se pele severamente.
2. Causas del desgaste de las herramientas.
1） Desgaste abrasivo
La pieza de trabajo suele contener algunas partículas pequeñas de dureza extremadamente alta que pueden rayar ranuras en la superficie de la herramienta, esto es desgaste abrasivo.
El desgaste abrasivo existe en todas las superficies y es más evidente en el filo frontal.
El desgaste abrasivo puede ocurrir en todas las velocidades de corte, pero cuando se corta a baja velocidad, otros tipos de desgaste no son obvios debido a la baja temperatura de corte, por lo que el desgaste abrasivo es la causa principal. Cuanto menor sea la dureza de la herramienta, más severo será el desgaste abrasivo.
2）Desgaste de soldadura en frío
Durante el corte se produce una gran presión y una intensa fricción entre la pieza y el filo, lo que da como resultado la soldadura en frío.
Debido al movimiento relativo entre el par de fricción, la soldadura en frío hace que una de las piezas elimine la fractura, lo que produce desgaste por soldadura en frío. El desgaste por soldadura en frío es generalmente más severo a velocidades de corte moderadas.
Según los experimentos, los metales quebradizos tienen mejor resistencia a la soldadura en frío que los metales plásticos; los metales multifásicos son más pequeños que los monofásicos; los compuestos metálicos son menos propensos a soldarse en frío que los metales puros; Los elementos del grupo B de la tabla periódica y el hierro son menos propensos a la soldadura en frío.
El acero rápido y las aleaciones duras son más susceptibles a la soldadura en frío a bajas velocidades de corte.
3）Desgaste por difusión
Durante el corte a alta temperatura y el contacto entre la pieza de trabajo y la herramienta, los elementos químicos de ambos lados se difunden al estado sólido, cambiando la composición y estructura de la herramienta, haciendo que la superficie de la herramienta se vuelva quebradiza y acelerando el desgaste de la herramienta.
La difusión siempre mantiene un gradiente profundo desde el objeto de gradiente alto al objeto de gradiente bajo.
Por ejemplo, cuando el cobalto en una aleación dura se corta a 800°C, se difunde rápidamente en las virutas y la pieza de trabajo; El WC se descompone en tungsteno y carbono y se difunde en acero; Al cortar acero y hierro con una herramienta de PCD, si la temperatura de corte es superior a 800 °C, los átomos de carbono en PCD se transferirán a la superficie de la pieza de trabajo con alta resistencia a la difusión para formar una nueva aleación y la superficie de la herramienta. será grafiti.
El cobalto y el tungsteno tienen una difusión más intensa, mientras que el titanio, el tantalio y el niobio tienen una mayor capacidad antidifusión, por lo que las aleaciones duras tipo YT tienen una mejor resistencia al desgaste.
Durante el corte de cerámica y PCBN, el desgaste por difusión no es significativo cuando la temperatura es tan alta como 1000°C-1300°C.
Debido al material de la pieza, las virutas y la herramienta, durante el contacto de corte se genera un potencial termoeléctrico que favorece la difusión y acelera el desgaste de la herramienta.
Este tipo de desgaste por difusión bajo la acción del potencial termoeléctrico se denomina "desgaste termoeléctrico".
4）Desgaste por oxidación
Cuando la temperatura aumenta, la superficie de la herramienta de corte puede oxidarse, creando un óxido blando que se desgasta con las virutas y provoca desgaste. Este tipo de desgaste se llama desgaste por oxidación.
Por ejemplo, en el rango de temperatura de 700 a 800 °C, el oxígeno del aire reacciona con el cobalto y los carburos de los carburos cementados y con el carburo de titanio, formando un óxido más blando. A 1000°C, el PCBN reacciona con el vapor de agua.
3. Formas de desgaste de las cuchillas
1）Desgaste del filo delantero:
Durante el corte a mayor velocidad de materiales plásticos, el filo frontal cercano a la fuerza de corte se desgastará en una forma cada vez mayor debido al efecto de las virutas, por lo que también se denomina desgaste creciente de la ranura.
En la fase de desgaste inicial, el ángulo de la cara de la herramienta aumenta, mejorando las condiciones de corte y ayudando a doblar y romper las virutas.
Sin embargo, a medida que la ranura en crecimiento se hace más grande, la resistencia del filo se debilita y, en última instancia, el filo puede romperse.
No se produce un mayor desgaste de las ranuras al cortar materiales frágiles o al cortar materiales plásticos a una velocidad de corte más baja y con un espesor de corte más fino.
2）Desgaste de la punta de corte:
El desgaste del punto de corte es el desgaste en el borde de corte posterior y el lado adyacente del borde de corte posterior del arco del punto de corte.
Es una continuación del desgaste en el filo posterior de la herramienta. Debido a las malas condiciones de disipación de calor aquí, la tensión se concentra y, por lo tanto, la tasa de desgaste es más rápida que la del filo posterior.
A veces, se formará una serie de ranuras espaciadas igual a la velocidad de avance en el lado del filo posterior, lo que se denomina desgaste de ranura.
Son causados principalmente por la capa de endurecimiento y el patrón de corte en la superficie mecanizada.
El desgaste de las ranuras es más probable que ocurra al cortar materiales difíciles de cortar con una alta tendencia a endurecerse.
El desgaste del filo tiene un mayor impacto en la rugosidad de la superficie y la precisión del mecanizado de la pieza.
3）Desgaste del filo trasero:
Al cortar materiales plásticos con un gran espesor de corte, es posible que el filo posterior de la herramienta no esté en contacto con la pieza de trabajo debido a la existencia de filo reconstruido.
Además, el filo posterior a menudo entra en contacto con la pieza de trabajo, formando una banda de desgaste con un ángulo 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 Corte.
Dado que casi todos los tipos de herramientas experimentarán desgaste del filo posterior en diferentes condiciones de corte, especialmente al cortar materiales frágiles o cuando se cortan materiales plásticos con espesores de corte más pequeños, el principal desgaste de la herramienta es el desgaste del filo posterior.
Y la medición del ancho de la banda de desgaste VB es simple, por lo que VB se usa a menudo para representar el grado de desgaste de la herramienta.
Cuanto mayor sea el VB, más aumentará la fuerza de corte, lo que provocará vibraciones de corte y también afectará el desgaste del arco de la punta de corte, lo que afectará la precisión del mecanizado y la calidad de la superficie.
4. Métodos para prevenir la rotura de la hoja:
Según las características del material y las piezas que se mecanizan, seleccione razonablemente el tipo y la calidad del material de la hoja. Asegúrese de que el material de la hoja tenga la tenacidad requerida bajo la premisa de tener cierta dureza y resistencia al desgaste.
Seleccione los parámetros de geometría de la pala de manera razonable. Ajuste los ángulos frontal y posterior, los ángulos de alivio mayor y menor y los ángulos de inclinación para garantizar que el filo y la punta tengan buena resistencia. Esmerilar con una pendiente negativa en el filo es una medida eficaz para evitar la rotura de la hoja.
Garantice la calidad de la soldadura y el rectificado y evite diversos defectos causados por una soldadura y un rectificado inadecuados. Las hojas utilizadas en el proceso deben pulirse para mejorar la calidad de la superficie y comprobarse en busca de grietas.
Elija razonablemente la cantidad de corte para evitar una fuerza de corte excesiva y una temperatura de corte alta y evitar la rotura de la hoja.
Haga que el sistema de proceso sea lo más rígido posible para reducir la vibración.
Utilice el método de operación correcto para minimizar la exposición de la hoja a cargas repentinas.
5. Causas y contramedidas en caso de rotura de herramientas:
1. Selección inadecuada de la especificación y clase de la hoja de la herramienta, como una hoja demasiado delgada o el uso de una hoja con demasiada dureza y fragilidad durante el mecanizado en desbaste.
Contramedidas: Aumente el grosor de la hoja o instálela verticalmente y seleccione un grado con mayor resistencia a la flexión y dureza.
2. Selección inadecuada de los parámetros de geometría de la herramienta (como ángulos frontales y posteriores excesivos).
Contramedidas:
Rediseñar la herramienta desde los siguientes aspectos:
1）Reduzca adecuadamente los ángulos delantero y trasero.
2）Adopte un ángulo de inclinación negativo mayor de la hoja.
3) Reducir el ángulo de inclinación principal.
4）Adopte una pendiente negativa más grande o un arco circular en el borde de la hoja.
5) Afile el filo de transición para fortalecer la punta de la herramienta.
3. Proceso incorrecto de soldadura de la hoja de la herramienta, lo que resulta en una tensión de soldadura excesiva o grietas en la soldadura.
Contramedidas:
1）Evite utilizar una estructura de hoja ranurada con un gabinete de tres lados.
2）Seleccione el material de soldadura correcto.
3) Evite el uso de calentamiento con llama de oxígeno y acetileno y mantenga la hoja caliente después de soldar para eliminar la tensión interna.
4）Reemplazar la estructura con fijación mecánica tanto como sea posible.
4. Método de molienda inadecuado, lo que resulta en tensión de molienda y grietas. Para las herramientas de fresado PCBN, la oscilación excesiva de los dientes después del rectificado puede hacer que los dientes individuales soporten cargas excesivas y provoquen roturas.
Contramedidas:
1) Utilice un esmerilado intermitente o un esmerilado abrasivo de diamante.
2) Seleccione un disco abrasivo más suave y afílelo con frecuencia.
3) Preste atención a la calidad del rectificado y controle estrictamente la oscilación de los dientes de la herramienta de fresado.
5. Selección inadecuada de la cantidad de corte, como fuerza de corte y temperatura excesivas, lo que provoca la rotura de la herramienta.
Contramedidas: seleccione nuevamente la cantidad de corte.
6. Razones estructurales para las herramientas de tipo de sujeción mecánica, como fondo de ranura de herramienta desigual o hoja que sobresale demasiado.
Contramedidas:
1）Repare la parte inferior de la ranura de la herramienta.
2) Disponga razonablemente la posición de la boquilla del fluido de corte.
3) Aumente la dureza del espaciador de aleación debajo de la hoja enfriando la varilla.
7. Desgaste excesivo de herramientas.
Contramedidas: cambie la hoja o cambie el filo a tiempo.
8. Flujo insuficiente de fluido de corte o método de adición incorrecto, lo que provoca el sobrecalentamiento y la rotura de la hoja.
Contramedidas:
1) Aumente el flujo de fluido de corte.
2) Disponga razonablemente la posición de la boquilla del fluido de corte.
3) Utilice métodos de enfriamiento efectivos, como el enfriamiento por aspersión, para mejorar la eficiencia del enfriamiento.
4) Utilice cortes interrumpidos para reducir el impacto en la hoja.
9. Instalación incorrecta de la herramienta, como herramienta de corte instalada demasiado alta o baja, fresa de extremo usando fresado asimétrico, etc.
Contramedidas: reinstale la herramienta.
10. Mala rigidez del sistema de proceso, lo que provoca una vibración de corte excesiva.
Contramedidas:
1) Aumentar el soporte auxiliar para la pieza de trabajo y mejorar la rigidez de sujeción de la pieza de trabajo.
2) Reduzca la longitud de giro de la herramienta.
3）Reduzca adecuadamente el ángulo posterior de la herramienta.
4）Adopte otras medidas de amortiguación de vibraciones.
11. Operación insegura, como demasiado abrupta al cortar la pieza de trabajo desde el centro o detener la máquina antes de retraer la herramienta.
Contramedidas: preste atención al método de operación.
6. Formación, características y medidas de control del borde construido
1. Entrenamiento
En el área cercana al filo donde ocurre el contacto entre la herramienta y la viruta, debido a la alta presión hacia abajo, el metal en la parte inferior de las virutas queda incrustado en los picos y valles microscópicos frente a la herramienta de corte, formando un metal apretado. contacto entre el metal y el chip que produce unión.
Esta parte del área de contacto entre la herramienta y el chip se conoce como área de unión. En la zona de pegado se acumula una fina capa de material de viruta metálica en la parte frontal de la herramienta de corte, que sufre una fuerte deformación y refuerzo a las temperaturas de corte adecuadas.
A medida que las virutas continúan fluyendo hacia afuera, este material acumulado se aleja del flujo de corte posterior y se convierte en la base para el filo reconstruido.
Luego, se formará una segunda capa de material de corte acumulado encima y este proceso continuará acumulándose, formando un borde acumulado.
2. Características e impacto en el proceso judicial
1) La dureza del filo reconstituido es de 1,5 a 2 veces mayor que la del material de la pieza de trabajo y puede reemplazar la parte frontal de la herramienta de corte, protegiendo el filo y reduciendo el desgaste en la parte frontal de la herramienta de corte, pero los fragmentos del borde caen Las plaquitas pueden causar desgaste en la parte posterior de la herramienta de corte cuando fluyen a través del área de contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo.
2) Una vez formado el filo reconstruido, el ángulo de trabajo frontal de la herramienta aumenta, lo que reduce activamente la deformación de la viruta y reduce la fuerza de corte.
3) Debido al filo reconstituido que sobresale del filo, la profundidad de corte real aumenta, lo que afecta la precisión dimensional de la pieza de trabajo.
4）El borde reconstituido provoca un efecto de “arado” en la superficie de la pieza, afectando su rugosidad superficial.
5）Los fragmentos del borde construido pueden adherirse o incrustarse en la superficie de la pieza de trabajo, provocando puntos duros y afectando la calidad de la superficie mecanizada de la pieza de trabajo.
Del análisis anterior, se puede ver que el filo reconstituido es perjudicial para el procesamiento de corte, especialmente el mecanizado de precisión.
3. Medidas de control
Para evitar la formación de bordes acumulados, se pueden tomar las siguientes medidas para evitar que el metal en la parte inferior de las virutas se adhiera o se fortalezca con la parte frontal de la herramienta de corte:
1）Reduzca la rugosidad del frente de la herramienta de corte.
2) Aumente el ángulo frontal de la herramienta.
3) Reducir el espesor de corte.
4） Utilice cortes de baja o alta velocidad para evitar velocidades de corte que sean propensas a formar bordes acumulados.
5）Trate térmicamente el material de la pieza de trabajo de manera adecuada para aumentar su dureza y reducir su plasticidad.
6) Utilice fluidos de corte con buenas propiedades antiadherentes (como fluidos de corte de extrema presión que contengan azufre y cloro).
