Usura dello strumento: significato, tipi e cause
Dopo aver letto questo articolo imparerai a conoscere: 1. Significato dell'usura dell'utensile 2. Tipi di usura dell'utensile 3. Cause 4. Crescita 5. Forme 6. Conseguenze.
Significato dell'usura dell'utensile:
Gli utensili da taglio sono sottoposti a un processo di sfregamento estremamente severo. Sono in contatto metallo su metallo tra il chip e il pezzo da lavorare, sotto stress e temperatura elevati. La situazione diventa grave a causa dell'esistenza di stress estremi e gradienti di temperatura vicino alla superficie dello strumento.
L'usura degli utensili è generalmente un processo graduale a causa del normale funzionamento. L'usura degli attrezzi può essere paragonata all'usura della punta di una matita ordinaria. Secondo lo standard australiano, l'usura dell'utensile può essere definita come "Il cambio di forma dell'utensile dalla sua forma originale, durante il taglio, derivante dalla perdita graduale del materiale dell'utensile".
L'usura dell'utensile dipende dai seguenti parametri:
io. Materiale dell'utensile e del pezzo.
ii. Forma dell'utensile.
iii. Velocità di taglio.
iv. Alimentazione.
v. Profondità di taglio.
VI. Fluido da taglio usato
vii. Caratteristiche della macchina utensile ecc.
L'usura dell'utensile influisce sui seguenti articoli:
io. Aumento delle forze di taglio.
ii. Aumento della temperatura di taglio.
iii. Precisione ridotta delle parti prodotte.
iv. Diminuzione della durata dell'utensile.
v. Finitura superficiale scadente.
VI. Economia delle operazioni di taglio.
Tipi di usura degli utensili:
Le elevate sollecitazioni di contatto si sviluppano nel processo di lavorazione a causa dell'azione di sfregamento di:
(i) Rastrello e trucioli dell'utensile.
(ii) Superficie del fianco dell'utensile e superficie lavorata.
Ciò si traduce in una varietà di modelli di usura osservati sulla faccia del rastrello e sulla faccia del fianco. Chiamiamo questa usura graduale dello strumento.
L'usura graduale è inevitabile ma controllabile. È l'usura che non può essere prevenuta. Deve verificarsi dopo un certo tempo di lavorazione.
L'usura graduale può essere controllata da un'azione correttiva. L'usura graduale può essere suddivisa in due tipi di usura di base, corrispondenti a due regioni nell'utensile da taglio come mostrato in Fig. 9.16.
Questi sono i seguenti:
(i) Usura sul fianco.
(ii) usura del cratere.
(i) Indumento sul fianco:
L'usura sulla faccia del fianco (sollievo o superficie libera) dello strumento si chiama usura sul fianco. L'usura sul fianco è mostrata in Fig. 9.17 (a, b, c).
Le caratteristiche dell'usura sul fianco sono le seguenti:
io. È l'usura più importante che appare sulla superficie del fianco parallela al tagliente. È più comunemente il risultato dell'usura abrasiva / adesiva del tagliente contro la superficie lavorata.
ii. Generalmente è il risultato di temperature elevate, che influiscono sulle proprietà del materiale dell'utensile e del lavoro.
iii. Risulta nella formazione della terra di usura. La formazione del terreno di usura non è sempre uniforme lungo il tagliente maggiore e minore dello strumento.
iv. Può essere misurato utilizzando la dimensione media del terreno di usura (V 3 ) e la dimensione massima del terreno di usura (VB max ).
v. Può essere descritto utilizzando l'equazione dell'aspettativa di durata dell'utensile.
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,
V c = Velocità di taglio
T = Durata utensile
D = profondità di taglio (mm)
F = Avanzamento (mm / giro o pollici / giro)
x e y = Esponenti che sono determinati sperimentalmente per ogni condizione di taglio.
C = costante di lavorazione, trovata per sperimentazione o libro di dati pubblicato. Dipende dalle proprietà dei materiali degli utensili, del pezzo da lavorare e della velocità di avanzamento.
n = esponenziale
Valori da n = 0, 1 a 0, 15 (per strumenti HSS)
= Da 0, 2 a 0, 4 (per utensili in metallo duro)
= Da 0, 4 a 0, 6 (per utensili in ceramica)
Ragioni di usura sul fianco:
io. L'aumento della velocità di taglio causa un rapido aumento del fianco.
ii. L'aumento dell'alimentazione e della profondità di taglio può anche comportare un'usura maggiore sul fianco.
iii. Abrasione da pannelli rigidi nel pezzo da lavorare.
iv. Taglio di microsaldature tra utensile e materiale di lavoro.
v. Abrasione da parte di frammenti del bordo di costruzione, che colpiscono la superficie libera (faccia di fianco) dello strumento.
Rimedi per l'usura sul fianco:
io. Ridurre la velocità di taglio.
ii. Ridurre l'alimentazione e la profondità di taglio.
iii. Utilizzare il grado duro di metallo duro, se possibile.
iv. Prevenire la formazione del bordo di costruzione, utilizzando i rompitrucioli.
Effetti dell'usura sul fianco:
io. Aumento della forza di taglio totale.
ii. Aumento della ruvidità della superficie del componente.
iii. Influisce anche sull'accuratezza dimensionale del componente.
iv. Quando vengono utilizzati strumenti di forma, l'usura sul fianco cambierà anche la forma dei componenti prodotti,
(ii) Crater Wear:
L'usura sulla faccia del rastrello dello strumento si chiama usura da cratere. Come suggerisce il nome, la forma dell'usura è quella di un cratere o una ciotola. L'usura del cratere è mostrata in Fig.9.18 (a, b, c).
Le caratteristiche dell'usura del cratere sono le seguenti:
io. I chip di usura del cratere erodono la faccia di rastrello dello strumento.
ii. I trucioli che attraversano la superficie del rastrello sviluppano un forte attrito tra il truciolo e la superficie del rastrello. Questo produce una cicatrice sulla faccia del rastrello che di solito è parallela al tagliente principale.
iii. È piuttosto normale per l'usura degli utensili e non compromette seriamente l'uso di uno strumento finché non diventa abbastanza grave da provocare un guasto del tagliente.
iv. L'usura del cratere può aumentare l'angolo di inclinazione di lavoro e ridurre la forza di taglio, ma indebolirà anche la resistenza del tagliente.
v. È più comune nei materiali duttili come l'acciaio che producono trucioli lunghi e continui. È anche più comune negli utensili HSS (High Speed Steel) rispetto agli utensili in ceramica o in metallo duro che hanno una durezza molto più elevata.
VI. I parametri usati per misurare l'usura del cratere si possono vedere nella figura 9.18. La profondità del cratere KT è il parametro più comunemente utilizzato nella valutazione dell'usura del viso del rastrello.
vii. Si verifica approssimativamente ad un'altezza pari alla profondità di taglio del materiale, ovvero, profondità di usura del cratere ⋍ profondità di taglio.
viii. In zone ad alta temperatura (quasi 700 ° C) si verifica usura.
Ragioni di usura dei crateri:
io. Grave abrasione tra le interfacce chip-tool, specialmente sul lato del rake.
ii. Alta temperatura nell'interfaccia tool-chip.
iii. L'aumento dei risultati di avanzamento aumenta la forza agendo sull'interfaccia dello strumento, questo porta ad un aumento della temperatura dell'interfaccia tool-chip.
iv. L'aumento della velocità di taglio porta ad una maggiore velocità del truciolo sulla superficie del rake, questo porta ad un aumento della temperatura all'interfaccia truciolo-utensile e quindi all'aumento dell'usura del cratere.
Rimedi per l'usura dei crateri:
io. L'uso di lubrificanti appropriati può ridurre il processo di abrasione e quindi diminuire l'usura del cratere.
ii. Liquido di raffreddamento adatto per una rapida dissipazione del calore dall'interfaccia tool-chip.
iii. Velocità di taglio e velocità di taglio ridotte.
iv. Utilizzare materiali più duri e caldi per utensili.
v. Utilizzare lo strumento di rake positivo.
Cause dell'usura degli utensili:
Esistono numerose cause di usura degli utensili.
Alcuni di questi sono importanti da discutere qui dal punto di vista del soggetto:
(i) Usura abrasiva (usura delle particelle dure).
(ii) Usura adesiva.
(iii) usura per diffusione.
(iv) usura chimica.
(v) Usura per frattura.
(i) Usura abrasiva (usura di particelle dure):
L'usura abrasiva è fondamentalmente causata dalle impurità all'interno del materiale del pezzo in lavorazione, come i composti di ossido di carbonio e ossido, nonché i frammenti di bordo accumulati. È un tipo meccanico di usura. È la causa principale dell'usura dell'utensile a basse velocità di taglio.
(ii) Usura adesiva:
A causa dell'alta pressione e della temperatura all'interfaccia dell'utensile, c'è una tendenza dei trucioli caldi a saldarsi sulla superficie dell'utensile. Questo concetto porta alla successiva formazione e distruzione delle giunzioni saldate. Quando la saldatura si rompe ad intermittenza, raccogliere le particelle dell'utensile da taglio. Questo porta ad un cratere. La figura 9.19 mostra l'usura dell'adesivo.
(iii) Diffusion Wear:
L'usura per diffusione è solitamente causata dal trasferimento atomico tra materiali di contatto in condizioni di alta pressione e temperatura. Questo fenomeno inizia dall'interfaccia chip-tool. A temperature così elevate, alcune particelle di materiali per utensili si diffondono nel materiale del chip. Può anche accadere che alcune particelle di materiale di lavoro si diffondano anche nei materiali dello strumento.
Questo scambio di particelle modifica le proprietà del materiale dell'utensile e causa l'usura, come mostrato in Fig. 9.20:
Questa diffusione si traduce in cambiamenti della composizione dello strumento e del pezzo da lavorare.
Esistono diversi modi di diffusione come:
(a) Gross Softening dello strumento:
La diffusione del carbonio in uno strato superficiale relativamente profondo dell'utensile può causare l'ammorbidimento e il conseguente flusso di plastica dello strumento. Potrebbe produrre importanti cambiamenti nella geometria dello strumento.
(b) Diffusione dei principali componenti dello strumento nel lavoro:
La matrice dell'utensile o un componente di rinforzo maggiore possono essere dissolti nelle superfici di lavoro e di truciolo man mano che passano lo strumento. Ad esempio: strumento di domanda, taglio di ferro e acciaio sono gli esempi tipici di diffusione del carbonio.
(c) Diffusione di un componente del materiale di lavoro nello strumento:
Un costituente del materiale di lavoro che si diffonde nello strumento può alterare le proprietà fisiche di uno strato superficiale dello strumento. Ad esempio: la diffusione del piombo nello strumento può produrre uno strato superficiale fragile, questo strato sottile può essere rimosso mediante scheggiatura.
(iv) Usura chimica:
L'usura chimica è causata dall'attacco chimico di una superficie.
Per esempio:
Usura corrosiva
(v) Usura delle lesioni:
L'usura del fatto di solito è causata dalla rottura del bordo alla fine o alla lunghezza. La rottura della massa è il tipo di usura più dannoso e indesiderato e dovrebbe essere evitata il più possibile.
Crescita dell'usura dell'utensile:
Il modello di crescita dell'usura degli utensili è mostrato in Fig. 9.21:
Possiamo dividere la crescita nelle seguenti tre zone:
(i) Zona di usura severa.
(ii) Zona di usura iniziale.
(iii) Zona di usura grave o definitiva o catastrofica.
(i) Zona iniziale preliminare o rapida:
Inizialmente, per la nuova frontiera, la crescita dell'usura è più veloce. La dimensione iniziale dell'usura è VB = 0, 05 a 0, 1 mm normalmente.
Le cause di usura iniziale o rapida sono:
io. Microcraking.
ii. Ossidazione superficiale
iii. Strato di perdita di carbonio.
iv. Micro-ruvidità della rettifica dell'utensile.
(ii) Zona di usura costante:
Dopo l'usura iniziale abbiamo riscontrato che il tasso di usura è relativamente costante o costante. In questa zona, la dimensione dell'usura è proporzionale al tempo di taglio.
(iii) Zona di usura grave o definitiva o catastrofica:
In questa zona, il tasso di crescita dell'usura è molto più veloce e si traduce in un fallimento catastrofico del filo del rasoio.
Quando la dimensione dell'usura aumenta a un valore critico, la rugosità della superficie lavorata diminuisce, la forza di taglio e la temperatura aumentano rapidamente e il tasso di usura aumenta. Quindi lo strumento perde la sua capacità di taglio. In pratica, questa zona di usura dovrebbe essere evitata.
Terra di usura consentita:
Mentre decidiamo di affilare il bordo del coltello quando la qualità del taglio inizia a deteriorarsi e le forze di taglio richieste aumentano troppo, allo stesso modo riaffilano o sostituiscono gli strumenti da taglio quando.
(a) La qualità della superficie lavorata inizia a deteriorarsi.
(b) Le forze di taglio aumentano significativamente.
(c) aumento pre-temperatura in modo significativo.
La larghezza media dell'usura consentita sul fianco varia da 0, 2 mm (per un'operazione di tornitura di precisione) a 1 mm (per un'operazione di tornitura di massima).
La seguente tabella 9.11 riporta alcuni valori raccomandati del terreno di usura medio ammissibile (VB) per varie operazioni e utensili da taglio:
Forme di usura degli utensili:
L'usura sul fianco e sul cratere è molto comune.
Alcune altre forme di usura degli utensili sono:
(i) Abbigliamento termoelettrico.
(ii) Cracking termico e frattura dell'utensile.
(iii) Usura ciclica termica e meccanica del carico.
(iv) Edge Chips.
(v) Guasti di entrata o uscita.
(i) Abbigliamento termoelettrico:
Può essere osservato nella regione ad alta temperatura. L'alta temperatura si traduce nella formazione di coppie termiche tra il pezzo da lavorare e l'utensile.
A causa di questo effetto, la tensione si stabilisce tra il pezzo da lavorare e lo strumento. Potrebbe causare un flusso di corrente elettrica tra i due. Tuttavia, questo tipo di usura non è stato chiaramente sviluppato.
(ii) Cracking termico e frattura dell'utensile:
È comune in caso di operazioni di fresatura. Nella fresatura, gli utensili sono sottoposti a carichi ciclici termici e meccanici. I denti possono guastarsi da un meccanismo non osservato nel taglio continuo. Il cracking termico può essere ridotto riducendo la velocità di taglio o utilizzando un materiale di qualità per utensili con una resistenza agli shock termici più elevata.
(iii) Usura termica e meccanica ciclica del carico:
La variazione ciclica della temperatura nel processo di fresatura induce lo stress termico ciclico sullo strato superficiale dello strumento che si espande e si contrae. Può portare alla formazione di fessurazioni da fatica termica vicino al tagliente.
Per lo più, tali crepe sono perpendicolari al tagliente e iniziano la formazione nell'angolo esterno dell'utensile, diffondendosi verso l'interno mentre il taglio procede. La crescita di queste incrinature porta alla rottura dei bordi o alla rottura degli utensili. Un refrigerante insufficiente può favorire la formazione di crepe.
(iv) Edge Chips:
La scheggiatura dei bordi viene comunemente osservata durante le operazioni di fresatura. Può verificarsi quando lo strumento contatta per la prima volta la parte (ingresso non riuscito) o, più comunemente, quando esce dalla parte (errore di uscita).
(v) Guasti di entrata o uscita:
L'errore di entrata si verifica più comunemente quando l'angolo esterno dell'inserto colpisce prima la parte. Questo è più probabile che si verifichi quando gli angoli di spoglia del cutter sono positivi. La mancata entrata è quindi più facilmente evitata passando da frese angolari di rastrello positive a negative.
Conseguenze (effetti) dell'usura degli utensili:
Gli effetti dell'usura dello strumento sulle prestazioni tecnologiche sono i seguenti:
(i) Aumento delle forze di taglio:
Le forze di taglio sono normalmente aumentate dall'usura dell'utensile. L'usura del cratere, l'usura sul fianco (o usura della formazione del terreno) e la scheggiatura del tagliente influiscono sulle prestazioni dell'utensile da taglio in vari modi. L'usura del cratere può, tuttavia, in determinate circostanze, ridurre le forze aumentando effettivamente l'angolo di spoglia dello strumento. L'usura e la scheggiatura della faccia di tenuta (fianco o usura) aumentano quasi invariabilmente le forze di taglio a causa delle maggiori forze di sfregamento.
(ii) Aumento della rugosità superficiale:
Man mano che l'usura dell'utensile aumenta, aumenta anche la rugosità della superficie del componente lavorato. Questo è particolarmente vero per uno strumento consumato dalla scheggiatura. Anche se ci sono circostanze in cui una superficie di usura può bruciare (lucidare) il pezzo da lavorare e produrre una buona finitura.
(iii) Aumento di Vibrazione o Chiacchiere:
Vibrazioni o vibrazioni sono un altro aspetto importante del processo di taglio che può essere influenzato dall'usura degli utensili.
Una superficie di usura aumenta la tendenza di uno strumento a instabilità o vibrazioni dinamiche. Quando l'utensile è affilato, l'operazione di taglio è completamente priva di vibrazioni. D'altra parte, quando lo strumento si usura, l'operazione di taglio è soggetta a una vibrazione e a una modalità di vibrazione inaccettabili.
(iv) Diminuzione della precisione dimensionale:
A causa dell'usura sul fianco, la geometria del piano di uno strumento potrebbe disturbare. Ciò potrebbe influire sulle dimensioni del componente prodotto. Può influenzare la forma del componente.
Per esempio:
Se l'usura dell'utensile è rapida, la tornitura cilindrica potrebbe comportare un pezzo di lavoro affusolato.
