Durata utensile: significato, misurazione ed aspettativa
Dopo aver letto questo articolo imparerai a conoscere: - 1. Significato della durata dell'utensile 2. Metodi per misurare la durata dell'utensile 3. Aspettativa 4. Diagrammi 5. Criteri 6. Fattori che influenzano.
Significato della durata dell'utensile:
Ogni dispositivo o strumento ha la sua vita funzionale. Alla scadenza del quale può funzionare, ma non in modo efficiente. Quindi è vero anche con uno strumento di taglio. Durante l'uso, lo strumento perde il suo materiale, cioè si consuma. All'aumentare dell'usura, lo strumento perde la sua efficienza. Quindi la sua vita deve essere definita e alla scadenza della sua vita, dovrebbe essere riorganizzata per un nuovo uso.
La durata dell'utensile può essere definita in diversi modi:
(i) Il tempo trascorso tra due successive molature.
(ii) Il periodo durante il quale uno strumento risulta soddisfacente.
(iii) Il tempo totale accumulato prima che si verifichi l'errore dell'utensile.
La durata dell'utensile è espressa in minuti.
La relazione tra velocità di taglio e durata dell'utensile è data dall'equazione della durata dell'utensile Taylor:
VT n = C
Metodi per la misurazione della durata dell'utensile:
I metodi più comunemente utilizzati per le misurazioni della durata dell'utensile sono i seguenti:
(i) Tempo di lavorazione:
Tempo trascorso di funzionamento della macchina utensile.
(ii) Tempo di taglio effettivo:
Il tempo durante il quale lo strumento effettivamente taglia.
(iii) Una dimensione fissa di Wear Land on Fian Surface:
Sugli utensili in metallo duro e ceramici dove l'usura del cratere è quasi assente. La durata dell'utensile viene considerata corrispondente a 0, 038 o 0, 076 mm di superficie di usura sulla superficie del fianco per la finitura, rispettivamente.
(iv) Volume di metallo rimosso.
(v) Numero di pezzi lavorati.
La vita utensile tra il ricondizionamento e la sostituzione può essere definita in diversi modi, come ad esempio:
(a) Tempo di taglio effettivo fino al guasto.
(b) Volume del metallo rimosso fino alla rottura.
(c) Numero di pezzi prodotti in avaria.
(d) Velocità di taglio per un dato tempo fino al fallimento.
(e) Lunghezza del lavoro lavorato fino alla rottura.
Aspettativa di durata dell'utensile (equazione di Taylor's Tool Life):
Nel 1907, FW Taylor sviluppò una relazione tra la vita dell'utensile e la velocità di taglio, la temperatura, mantenendo l'alimentazione costante. L'equazione di Taylor per l'aspettativa di vita dell'utensile fornisce una buona approssimazione.
V C T n = C
Una forma più generale dell'equazione considerando la profondità di taglio e la velocità di avanzamento è
V c T n D x F y = C
Dove, K C = Velocità di taglio (m / min)
T = Durata utensile (min)
D = profondità di taglio (mm)
F = Avanzamento (mm / giro)
x, y = Esponenti, che sono determinati sperimentalmente per ogni condizione di taglio.
n = Esponente, che dipende dai materiali dello strumento.
Valore di n = 0, 1 a 0, 2; per gli strumenti HSS
Da 0, 2 a 0, 4; per utensili in metallo duro
Da 0, 4 a 0, 6; per utensili in ceramica
C = costante di lavorazione, trovata per sperimentazione o data book pubblicati. Dipende dalle proprietà del materiale dell'utensile, del pezzo in lavorazione e della velocità di avanzamento.
Osservazioni dall'equazione della durata dell'utensile:
io. La durata dell'utensile diminuisce con l'aumento della velocità di taglio.
ii. La durata dell'utensile dipende anche in gran parte dalla profondità di taglio (D) e dalla velocità di avanzamento (F).
iii. La riduzione della durata dell'utensile con maggiore velocità è due volte maggiore (in modo esponenziale) della diminuzione della vita con un aumento dell'alimentazione.
iv. La maggiore variazione della durata degli utensili è data dalla velocità di taglio e dalla temperatura dell'utensile, strettamente correlata alla velocità di taglio.
Grafici di durata dell'utensile (curve):
Le curve di durata dell'utensile sono tracciate tra la durata dell'utensile e vari parametri di processo (come velocità di taglio, avanzamento, profondità di taglio, materiale dell'utensile, geometria dell'utensile, durezza del pezzo e fluidi da taglio, ecc.). Per disegnare queste curve, dati sperimentali ottenuti conducendo test di taglio su vari materiali in condizioni diverse e con parametri di processo variabili.
Le curve di durata dell'utensile sono generalmente tracciate su carta per grafici log-log. Queste curve sono usate per determinare il valore dell'esponente 'n'. L'esponente "n" può effettivamente diventare negativo a basse velocità di taglio. La figura 9.22 (a) mostra il grafico di durata dell'utensile tra la durata dell'utensile e la velocità di taglio per vari materiali del pezzo con diversa durezza. Mostra che, all'aumentare della velocità di taglio, la vita dell'utensile diminuisce rapidamente. Se la velocità di taglio rispetto alla vita utensile, le curve sono tracciate su una carta per grafici log-log, si ottengono linee rette come mostrato in Fig. 9.22. (B).
Impurezze e componenti duri nel materiale del pezzo (come ruggine, scorie, incrostazioni, ecc.) Sono anche causa di un'azione abrasiva che riduce la vita dell'utensile.
Criteri di durata dell'utensile (criteri per la mancata verifica dello strumento):
A causa dell'usura sull'utensile, la forza di taglio aumenta e la finitura superficiale si deteriora. Pertanto, quando dovremmo dire che uno strumento ha fallito e dovrebbe essere riorganizzato. In altre parole, è necessario un certo criterio per giudicare il fallimento dell'utensile.
Uno strumento non funziona quando non esegue più correttamente la sua funzione. Questo può avere un significato diverso in circostanze diverse. In un'operazione di sgrossatura, dove la finitura superficiale e la precisione dimensionale sono di scarsa importanza, un guasto dell'utensile può comportare un aumento eccessivo delle forze di taglio e dei requisiti di potenza.
In un'operazione di finitura, in cui la finitura superficiale e la precisione dimensionale sono di primaria importanza, un guasto dell'utensile comporterà il non raggiungimento delle condizioni specificate di finitura superficiale e precisione dimensionale. Tutti questi guasti sono fondamentalmente correlati all'usura sulla superficie libera dello strumento.
Di seguito sono riportati alcuni criteri per giudicare la durata / fallimento dell'utensile:
(i) Guasto completo.
(ii) fallimento del fianco o del cratere.
(iii) Fine fallimento.
(iv) Errore di taglia.
(v) Guasto della forza di taglio.
(i) Guasto completo:
Secondo questo criterio, il taglio con l'utensile viene continuato fino a quando non è in grado di tagliare. Quindi, quando lo strumento non riesce a tagliare, quindi solo dovrebbe essere riaperto. Questo criterio non è utilizzato nella pratica a causa dei suoi evidenti svantaggi.
(ii) Fianco o Crater Failure:
Secondo questo criterio, quando l'usura sul fianco raggiunge una certa altezza, il taglio con l'utensile viene interrotto e la macinatura viene eseguita. Diciamo che quando l'altezza di usura del fianco h è uguale a 0, 3 mm, ad esempio, si dice che l'utensile abbia fallito. Alcuni valori raccomandati di usura comuni sono riportati nella Tabella 9.11. (a, b).
A causa dell'usura sul fianco, la profondità di taglio effettiva diminuisce da CA a BC come mostrato in Fig. 9.23. Il pezzo diventa taper se il taglio continua. Questo è il criterio più usuale seguito in pratica. L'usura sul fianco viene misurata con il microscopio di un produttore di utensili.
Inoltre, è importante notare che, l'usura sul fianco non è uniforme lungo il tagliente attivo, pertanto, prima di riaffilare, è necessario specificare le posizioni e il grado di usura, al momento di decidere il criterio di durata dell'utensile.
(iii) Fine fallimento:
Secondo questo criterio, quando la rugosità della superficie raggiunge un valore elevato specificato, il taglio con l'utensile viene fermato e la rettifica viene eseguita. Dire ad una particolare condizione di taglio la rugosità superficiale, arriva a essere 0, 7 micron. Come nel processo di taglio del fianco, l'usura si sviluppa in modo che il tagliente diventi ruvido e irregolare, quindi la rugosità della superficie aumenta gradualmente, come mostrato nella Fig. 9.24. Dire 1, 3 micron, ad esempio, vengono mantenuti come criterio.
La rugosità della superficie viene misurata continuamente lungo la sua lunghezza. Quando la rugosità raggiunge il valore specificato, il taglio viene interrotto. Ad esempio, questo valore massimo specificato di rugosità superficiale può verificarsi sul 10 ° pezzo, pertanto l'11 ° e il prossimo pezzo non verranno lavorati con lo stesso utensile, senza riaffilatura.
Questo criterio diventa particolarmente importante quando gli oggetti aderenti vengono lavorati. A causa di superfici ruvide e irregolari, il corretto montaggio potrebbe non essere eseguito.
(iv) Errore di taglia:
In base a questo criterio, uno strumento sarà considerato fallito se c'è una deviazione delle dimensioni di un componente finito prodotto dal suo valore specificato.
(v) Guasto della forza di taglio:
Secondo questo criterio, uno strumento sarà considerato fallito se la quantità di forza di taglio aumenta di una certa quantità specificata. Ciò è dovuto all'usura sul fianco. L'usura sul fianco aumenta l'area di contatto tra il pezzo e l'utensile, determinando un aumento della forza di taglio. Fig. 9.25. mostra che un aumento della forza di taglio con lo sviluppo di usura sul fianco.
Fattori che influenzano la durata dell'utensile:
I seguenti fattori giocano un ruolo importante nella vita dell'utensile:
(i) Velocità di taglio.
(ii) Velocità di avanzamento e profondità di taglio.
(iii) Durezza del pezzo.
(iv) Microstruttura del pezzo.
(v) Materiale dello strumento.
(vi) Geometria dell'utensile.
(vii) Tipo di fluido da taglio e relativo metodo di applicazione.
(viii) Natura del taglio.
(ix) Dimensione del grano del pezzo.
(x) Rigidità del sistema di macchine utensili del pezzo.
(i) Velocità di taglio:
FW Taylor ha condotto numerosi esperimenti nel campo del taglio dei metalli. Nel 1907, ha dato la seguente relazione tra la vita dell'utensile e la velocità di taglio, che è nota come Equazione della durata dell'utensile di Taylor.
V C T n = C
dove, V = Velocità di taglio (m / min)
T = Durata utensile (min) C = Costante o costante di lavorazione
n = indice di vita utensile. Dipende dalla combinazione di utensili e materiali di lavoro e dalle condizioni di taglio.
Se T = 1 min
allora C = V c
Quindi, la costante C può essere interpretata fisicamente come la velocità di taglio per la quale la durata dell'utensile è pari a un minuto. L'equazione della durata dell'utensile può essere rappresentata su carta log-log; diventa una linea retta come mostrato in Fig. 9.26.
È chiaro che la velocità di taglio ha il massimo effetto sulla durata dell'utensile seguita da avanzamento e profondità di taglio, rispettivamente. All'aumentare della velocità di taglio, la temperatura di taglio aumenta e la durata dell'utensile diminuisce.
(ii) Velocità di avanzamento e profondità di taglio:
In base all'equazione di durata dell'utensile Taylor, la durata dell'utensile diminuisce all'aumentare della velocità di avanzamento. Inoltre, lo stesso caso per profondità di taglio.
La seguente relazione giustifica la dichiarazione di cui sopra:
(iii) Durezza del pezzo:
All'aumentare della durezza, la velocità ammissibile diminuisce per una data vita utensile. Ad esempio, la durata dell'utensile è di 50 minuti per il taglio di materiali meno duri, ora se si dice che il materiale più duro deve essere tagliato, per mantenere la durata dell'utensile di 50 minuti, la velocità di taglio dovrebbe essere ridotta proporzionata.
L'affermazione sopra è giustificata dalla seguente equazione data da Yanitsky:
dove,
H b = numero di durezza Brinel del materiale di lavoro
Ψ = Riduzione percentuale
V = velocità di taglio ammessa per una data vita utensile
(iv) Microstruttura del pezzo:
Man mano che la struttura diventa sempre più perlite, la vita dell'utensile diminuisce ad ogni aumento della velocità di taglio, come mostrato in Fig. 9.27.
(v) Materiale dello strumento:
I principali requisiti dei materiali per utensili da taglio sono: durezza a caldo, resistenza all'impatto e resistenza all'usura. Per una migliore durata dell'utensile, il materiale deve avere le proprietà sopra indicate. La figura 9.26 mostra la variazione della durata dell'utensile rispetto alle velocità di taglio per diversi materiali dell'utensile. È molto chiaro dalla figura; a qualsiasi velocità di taglio la durata dell'utensile è massima per utensile ceramico e più bassa per l'utensile in acciaio ad alta velocità. Quindi, utilizzando lo strumento ceramico, è possibile rimuovere il volume massimo di materiale a qualsiasi velocità di taglio per una durata specifica dell'utensile.
Un materiale utensile ideale avrà n = 1 (indice di vita utensile di Taylor). Significa strumento materiale ideale a tutte le velocità di taglio, rimuove il volume massimo di materiale di lavoro.
Alcuni materiali degli strumenti con le loro proprietà sono i seguenti:
io. Giacche di carbonio:
Molto sensibile alla temperatura.
Rapidamente perdono la loro durezza a basse temperature.
Adatto solo per il taglio a bassa velocità e con la lavorazione di metalli non ferrosi morbidi.
ii. HSS:
Sono colpiti solo sopra i 600 ° C e iniziano a perdere la loro durezza.
L'HSS ha buone prestazioni sotto i 600 ° C.
Sopra 600 ° C tendenza a formare BUE
iii. Carburo cementato:
Buone prestazioni fino a 1200 ° C.
Può essere utilizzato a velocità di taglio molto più elevate rispetto all'HSS
iv. Ossidi o ceramiche sinterizzate:
Può essere utilizzato a velocità di taglio 2 e 3 volte superiori rispetto ai carburi.
(vi) Geometria dello strumento:
La geometria dell'utensile influisce notevolmente sulla durata dell'utensile. Discuteremo l'effetto di tutti i parametri dello strumento sulla vita dell'utensile nelle seguenti pagine:
(a) Angolo di spoglia posteriore.
(b) Principal Cutting Edge.
(c) Angolo di sicurezza.
(d) Raggio del naso.
(a) Angolo di spoglia posteriore:
Più grande è l'angolo di taglio più piccolo sarà l'angolo di taglio e più grande sarà l'angolo di taglio, questo riduce la forza di taglio e potenza, e quindi meno calore generato durante il taglio, significa ridotta temperatura di taglio, si traduce in una maggiore durata dell'utensile.
D'altro canto, aumentando l'angolo di spoglia si ottiene un tagliente meccanicamente debole, lo strumento di rastrello positivo subisce uno sforzo di taglio e la punta potrebbe essere tranciata.
Il rake negativo aumenta la forza di taglio e la potenza, quindi più calore e temperatura generano risultati in una vita utensile ridotta.
Pertanto, vi è un valore ottimale del ranghinatore posteriore che dipende dal materiale dello strumento e dal materiale di lavoro. Varia da -5 ° a + 15 °. Un valore ottimale dell'angolo di spoglia è di circa 14 ° che offre la massima durata dell'utensile.
La Fig. 9.28 mostra il processo di taglio usando gli utensili di rastrellatura positivi e negativi. Lo strumento di rastrellamento positivo presenta uno sforzo di taglio e la punta potrebbe essere tagliata via. Mentre lo strumento con rastrello negativo presenta uno stress da compressione. Gli utensili in metallo duro e in ceramica hanno generalmente un margine di azione negativo poiché sono deboli in taglio e buoni in compressione.
(b) Principal Cutting Edge:
La figura 9.29 mostra due diverse disposizioni degli angoli principali del tagliente. Fig. 9.29 (a), il contatto inizia gradualmente da un punto abbastanza lontano dalla punta. Pertanto, lo strumento sperimenta la forza di taglio gradualmente e su un'area più ampia. Quindi lo strumento è più sicuro e la durata dell'utensile è maggiore rispetto alla Fig. 9.29 (b) in cui l'angolo del tagliente principale è 90 °.
(c) Angolo di sicurezza:
Un aumento dell'angolo di spoglia consente un'usura significativa sul fianco ridotta, quindi una maggiore durata dell'utensile. Ma il tagliente si indebolirà con l'aumentare dell'angolo di spoglia. Pertanto è richiesto un valore ottimale. Il miglior compromesso è 5 ° (con utensili in metallo duro) a 8 ° (con utensili HSS) per materiali di lavoro comuni.
(d) Raggio del naso:
Il raggio del naso migliora la durata dell'utensile e la finitura della superficie.
Di seguito viene fornita una relazione tra velocità di taglio, durata dell'utensile e raggio della punta:
VT 0, 09 = 300R 0, 25
Dove, R = raggio del naso (per acciaio da taglio HSS SAE-2346)
T = Durata utensile (min)
V = Velocità di taglio (m / min)
io. Esiste un valore ottimale del raggio di punta al quale la durata dell'utensile è massima.
ii. Se il raggio supera il valore ottimale, la durata dell'utensile diminuisce.
iii. Raggio più ampio significa un'area di contatto più ampia tra l'utensile e il pezzo. A causa della quale viene generato più calore di attrito, si ottiene una maggiore forza di taglio. A causa della quale il pezzo può iniziare, vibrando, quindi se la rigidità non è molto elevata, gli utensili fragili (carburi e ceramica) non funzioneranno a causa della scheggiatura del tagliente.
(vii) Tipo di fluido da taglio e relativo metodo di applicazione:
L'applicazione di un fluido di taglio adatto aumenta ovviamente la durata dell'utensile o, in altre parole, per la stessa durata dell'utensile, la velocità di taglio ammessa aumenta. La Fig. 9.30 mostra l'effetto del fluido da taglio sulla durata dell'utensile per diversi materiali dell'utensile. La durata dell'utensile aumenta addirittura del 150% ad alcune velocità. Tutti i tipi di fluidi da taglio non hanno lo stesso effetto, alcuni di più, altri meno.
(viii) Natura del taglio:
Se il taglio è intermittente, l'utensile sopporta il carico d'impatto, con conseguente possibilità di un suo rapido guasto. Nel taglio continuo e costante, la durata dell'utensile è maggiore.
(ix) Dimensione del grano del pezzo:
La durata dell'utensile aumenta se le dimensioni della grana aumentano. Come se la dimensione del grano aumentasse, il numero medio di grani per area quadrata diminuisce, e quindi la durezza diminuisce, con conseguente aumento della durata dell'utensile.
(x) Rigidità del sistema pezzo in lavorazione:
Maggiore è la rigidità del sistema più alto sarà la vita utensile. Abbassare la rigidità del sistema, maggiore è la possibilità di guasto dell'utensile, vibrazioni dell'utensile o del pezzo. La rigidità è il primo requisito in caso di taglio intermittente, specialmente quando si usano strumenti fragili.
