Pour les centres d’usinage, l’outil de coupe est un outil consommable, qui provoquera casse, usure et écaillage lors du processus d’usinage. Ces phénomènes sont inévitables, mais il existe également des raisons contrôlables telles qu'un fonctionnement non scientifique et non standardisé et un entretien inapproprié. Ce n’est qu’en trouvant la cause profonde que nous pourrons mieux résoudre le problème.
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Symptômes de casse d'outil
(1) Le tranchant est légèrement ébréché
Lorsque la structure, la dureté et la marge du matériau de la pièce sont inégales, l'angle de coupe est trop grand, ce qui entraîne une faible résistance du tranchant, le système de traitement n'est pas assez rigide pour produire des vibrations, ou une coupe intermittente est effectuée et la qualité d'affûtage est médiocre, le tranchant est sujet à l’écaillage. C'est-à-dire qu'il y a de minuscules éclats, éclats ou décollements dans la zone de la lame. Lorsque cela se produit, l’outil perdra une partie de sa capacité de coupe, mais il pourra continuer à fonctionner. Au fur et à mesure que la coupe se poursuit, la partie endommagée de la zone marginale peut s'étendre rapidement, entraînant des dommages plus importants.
(2) Le tranchant ou la pointe est cassé
Ce type de dommage se produit souvent dans des conditions de coupe plus sévères que celles qui provoquent des micro-écailles de l'arête de coupe, ou sont le développement ultérieur de micro-écailles. La taille et la plage d'écaillage sont plus grandes que les micro-écailles, ce qui fait que l'outil perd complètement sa capacité de coupe et doit terminer le travail. L’écaillage de la pointe du couteau est souvent appelé perte de pointe.
(3) La lame ou l'outil est cassé
Lorsque les conditions de coupe sont extrêmement difficiles, que la quantité de coupe est trop importante, qu'il y a une charge d'impact, qu'il y a des microfissures dans la lame ou le matériau de l'outil, qu'il y a des contraintes résiduelles dans la lame dues au soudage et à l'affûtage, et à des facteurs tels que la négligence. fonctionnement, la lame ou l’outil pourrait être endommagé. Produit de la casse. Après ce type de dommage, l’outil ne peut plus être utilisé et sera mis au rebut.
(4) La surface de la lame se décolle
Pour les matériaux très fragiles, tels que le carbure cémenté, la céramique, le PCBN, etc. avec une teneur élevée en TiC, en raison de défauts ou de fissures potentielles dans la structure de la surface, ou de contraintes résiduelles dans la surface dues au soudage et au meulage, pendant le processus de coupe. Il est facile de provoquer un pelage de la surface lorsque la surface de l'outil n'est pas suffisamment stable ou lorsqu'elle est soumise à des contraintes de contact alternées. Le pelage peut se produire sur la surface du râteau et le couteau peut se produire sur la surface des flancs. Le matériau de pelage est feuilleté et la zone de pelage est grande. Les outils revêtus sont plus susceptibles de se décoller. Une fois que la lame est légèrement décollée, elle peut toujours continuer à fonctionner, mais après un pelage sérieux, elle perdra sa capacité de coupe.
(5) Déformation plastique des pièces coupantes
En raison de leur faible résistance et de leur faible dureté, les aciers à outils et les aciers rapides peuvent subir une déformation plastique dans leurs parties coupantes. Lorsque le carbure cémenté fonctionne sous des températures élevées et des contraintes de compression tridimensionnelles, un écoulement plastique en surface se produit également, ce qui peut même provoquer une déformation plastique du tranchant ou de la pointe et provoquer un effondrement. L'effondrement se produit généralement lorsque le volume de coupe est important et que des matériaux durs sont traités. Le module élastique du carbure cémenté à base de TiC est inférieur à celui du carbure cémenté à base de WC, de sorte que la capacité du premier à résister à la déformation plastique est accélérée ou échoue rapidement. Le PCD et le PCBN ne subissent fondamentalement pas de déformation plastique.
(6) Fissuration thermique de la lame
Lorsque l'outil est soumis à des charges mécaniques et thermiques alternées, la surface de la partie coupante générera inévitablement des contraintes thermiques alternées dues à des dilatations et contractions thermiques répétées, ce qui provoquera fatigue et fissuration de la lame. Par exemple, lorsqu'une fraise en carbure effectue un fraisage à grande vitesse, les dents de la fraise sont constamment soumises à des impacts périodiques et à des contraintes thermiques alternées, ce qui entraîne des fissures en forme de peigne sur la face de coupe. Bien que certains outils ne soient pas soumis à des charges et contraintes alternées évidentes, des contraintes thermiques se produiront également en raison de températures incohérentes entre la surface et les couches internes. De plus, il existe des défauts inévitables dans le matériau de l'outil, de sorte que la lame peut également développer des fissures. Parfois, l'outil peut continuer à fonctionner pendant un certain temps après la formation de la fissure, et parfois la fissure s'étend rapidement, provoquant la rupture de la lame ou un décollement important de la surface de la lame.
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Causes de l'usure des outils
(1) Usure abrasive
Il y a souvent de minuscules particules d'une dureté extrêmement élevée dans le matériau traité, qui peuvent dessiner des rainures sur la surface de l'outil. Il s’agit d’une usure abrasive. L’usure abrasive existe sur toutes les surfaces et est plus évidente sur la surface râpée. De plus, l'usure abrasive peut se produire à différentes vitesses de coupe, mais pour la coupe à basse vitesse, en raison de la basse température de coupe, l'usure causée par d'autres raisons n'est pas évidente, donc l'usure abrasive est la raison principale. De plus, plus la dureté de l’outil est faible, plus les dommages abrasifs seront graves.
(2) Usure du soudage à froid
Pendant la coupe, il y a beaucoup de pression et de fortes frictions entre la pièce à usiner, la coupe et les surfaces avant et arrière de la lame, ce qui entraîne un soudage à froid. En raison du mouvement relatif entre les paires de friction, le soudage à froid provoquera des fissures et sera enlevé par une partie, entraînant une usure du soudage à froid. L'usure du soudage à froid est généralement plus importante à des vitesses de coupe moyennes. D'après les expériences, les métaux fragiles sont plus résistants au soudage à froid que les métaux plastiques ; les métaux multiphasés sont moins résistants au soudage à froid que les métaux unidirectionnels ; les composés métalliques sont moins sujets au soudage à froid que les éléments élémentaires ; les éléments du groupe B et le fer du tableau périodique des éléments chimiques sont moins sujets au soudage à froid. Le soudage à froid est plus grave lors de la coupe à basse vitesse de l'acier rapide et du carbure cémenté.
(3) Usure par diffusion
Lors du processus de coupe à haute température et du contact entre la pièce et l'outil, les éléments chimiques des deux côtés se diffusent les uns dans les autres à l'état solide, modifiant la composition et la structure de l'outil, rendant la surface de l'outil fragile, et aggravant l'usure de l'outil. Le phénomène de diffusion maintient toujours la diffusion continue des objets à fort gradient de profondeur vers les objets à faible gradient de profondeur.
Par exemple, lorsque la température du carbure cémenté est de 800 degrés, le cobalt qu'il contient se diffusera rapidement dans les copeaux et les pièces, et le WC se décomposera en tungstène et en carbone et se diffusera dans l'acier ; lorsque les outils PCD coupent des matériaux en acier et en fer, lorsque la température de coupe est supérieure à 800 degrés. À ce moment, les atomes de carbone du PCD seront transférés à la surface de la pièce avec une grande intensité de diffusion pour former un nouvel alliage, et la surface de l'outil sera être graphité. Le cobalt et le tungstène diffusent plus sérieusement, tandis que le titane, le tantale et le niobium ont de fortes capacités anti-diffusion. Par conséquent, le carbure YT a une meilleure résistance à l’usure. Lors de la coupe de céramiques et de PCBN, l'usure par diffusion n'est pas significative lorsque la température atteint 1 000 à 1 300 degrés. Étant donné que la pièce, les copeaux et l'outil sont constitués du même matériau, un potentiel thermoélectrique sera généré dans la zone de contact lors de la coupe. Ce potentiel thermoélectrique favorise la diffusion et accélère l'usure des outils. Ce type d'usure par diffusion sous l'action du potentiel thermoélectrique est appelé « usure thermoélectrique ».
(4) Usure oxydative
Lorsque la température augmente, la surface de l'outil s'oxyde pour produire des oxydes plus mous qui sont frottés par les copeaux et provoquent une usure appelée usure oxydative. Par exemple : à 700 degrés ~ 800 degrés, l'oxygène de l'air réagit avec le cobalt, le carbure, le carbure de titane, etc. dans le carbure cémenté pour former un oxyde mou ; à 1000 degrés, le PCBN réagit chimiquement avec la vapeur d'eau.
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Modèles d'usure des lames
(1) Dommages au visage du râteau
Lors de la coupe de matières plastiques à grande vitesse, les pièces sur la surface de coupe proches de la force de coupe s'usent en forme de croissant sous l'action des copeaux, c'est pourquoi on parle également d'usure en cratère. Au début de l'usure, l'angle de coupe de l'outil augmente, ce qui améliore les conditions de coupe et favorise le curling et la rupture des copeaux. Cependant, lorsque les cratères augmentent encore, la résistance du tranchant est considérablement affaiblie, ce qui peut éventuellement provoquer sa rupture et son endommagement. Cas. Lors de la découpe de matériaux fragiles ou de matières plastiques à des vitesses de coupe inférieures et à des épaisseurs de coupe plus fines, l'usure en cratère ne se produit généralement pas.
(2) Usure de la pointe de l'outil
L'usure de la pointe de l'outil est l'usure de la surface du flanc en arc de la pointe de l'outil et de la surface du flanc secondaire adjacent. Il s'agit d'une continuation de l'usure de la surface des flancs de l'outil. En raison de mauvaises conditions de dissipation thermique et de contraintes concentrées, le taux d’usure est plus rapide que celui de la surface du flanc. Parfois, une série de petites rainures avec un espacement égal à la quantité d'avance se forment sur la surface du flanc secondaire, ce que l'on appelle l'usure des rainures. Ils sont principalement causés par la couche durcie et les lignes de découpe sur la surface usinée. L'usure des rainures est plus susceptible de se produire lors de la coupe de matériaux difficiles à couper avec une forte tendance à l'écrouissage. L'usure de la pointe de l'outil a le plus grand impact sur la rugosité de la surface et la précision d'usinage de la pièce.
(3) Usure de la surface des flancs
Lors de la coupe de matières plastiques avec de grandes épaisseurs de coupe, la face latérale de l'outil peut ne pas être en contact avec la pièce à usiner en raison de la présence d'arêtes rapportées. De plus, la surface du flanc entre généralement en contact avec la pièce à usiner, formant ainsi une zone d'usure sur la surface du flanc. Généralement, au milieu de la longueur utile du tranchant, l'usure des flancs est relativement uniforme, de sorte que le degré d'usure des flancs peut être mesuré par la largeur de bande d'usure des flancs VB de cette section du tranchant.
Étant donné que différents types d'outils subissent presque toujours une usure en flanc dans différentes conditions de coupe, en particulier lors de la coupe de matériaux cassants ou de la coupe de matières plastiques avec une faible épaisseur de coupe, l'usure de l'outil est principalement une usure en flanc et la bande d'usure. La mesure de la largeur VB est relativement simple , donc VB est généralement utilisé pour indiquer le degré d'usure de l'outil. Plus le VB est grand, non seulement la force de coupe augmentera et provoquera des vibrations de coupe, mais cela affectera également l'usure au niveau de l'arc de la pointe de l'outil, affectant ainsi la précision de l'usinage et la qualité de la surface usinée.
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Comment éviter la casse des outils
(1) En fonction des caractéristiques des matériaux et des pièces à traiter, sélectionnez rationnellement les matériaux et les qualités des différents types d'outils de coupe. Sous réserve d'avoir une certaine dureté et résistance à l'usure, le matériau de l'outil doit avoir la ténacité nécessaire.
(2) Sélectionnez raisonnablement les paramètres géométriques de l'outil. En ajustant les angles avant et arrière, les angles de déviation principaux et auxiliaires, les angles d'inclinaison des bords et d'autres angles, le tranchant et la pointe de l'outil sont assurés d'avoir une bonne résistance. Le meulage d'un chanfrein négatif sur l'arête de coupe est une mesure efficace pour empêcher l'effondrement de l'outil.
(3) Assurer la qualité du soudage et de l’affûtage et éviter divers défauts causés par un mauvais soudage et affûtage. Les outils utilisés dans les processus clés doivent être meulés pour améliorer la qualité de la surface et vérifier l'absence de fissures.
(4) Choisissez raisonnablement la quantité de coupe pour éviter une force de coupe excessive et une température de coupe élevée afin d'éviter d'endommager l'outil.
(5) Essayez de vous assurer que le système de processus a une bonne rigidité et réduit les vibrations.
(6) Adoptez des méthodes de fonctionnement correctes et essayez d'empêcher l'outil de supporter des charges soudaines ou inférieures.
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Causes et contre-mesures en cas d'écaillage d'outils
(1) Sélection incorrecte de la qualité et des spécifications de la lame, telle que l'épaisseur de la lame est trop fine ou une qualité trop dure et trop fragile est sélectionnée lors de l'usinage grossier.
Contre-mesures : augmentez l'épaisseur de la lame ou installez la lame verticalement et choisissez une qualité offrant une résistance à la flexion et une ténacité plus élevées.
(2) Mauvaise sélection des paramètres géométriques de l'outil (tels que des angles avant et arrière trop grands, etc.).
Contre-mesures : vous pouvez repenser l'outil sous les aspects suivants.
1) Réduisez de manière appropriée les angles avant et arrière ;
2) Utilisez un angle de bord négatif plus grand ;
3) Réduisez l’angle de déviation principal ;
4) Utilisez un chanfrein négatif ou un arc de bord plus grand ;
5) Meuler le tranchant de transition et renforcer la pointe de l'outil.
(3) Le processus de soudage de la lame est incorrect, provoquant une contrainte de soudage excessive ou des fissures de soudage.
Contre-mesures :
1) Évitez d’utiliser une structure à fente pour lame fermée sur trois côtés ;
2) Sélectionnez correctement la soudure ;
3) Évitez d'utiliser une flamme oxyacétylène pour le chauffage et le soudage, et gardez-la au chaud après le soudage pour éliminer les contraintes internes ;
4) Utiliser autant que possible des structures de serrage mécaniques.
(4) Une méthode d'affûtage inappropriée entraînera des contraintes de meulage et des fissures de meulage ; après avoir affûté la fraise PCBN, la vibration des dents sera trop importante, ce qui entraînera une surcharge des dents individuelles, ce qui entraînera également la casse du couteau.
Contre-mesures :
1) Utilisez un meulage interrompu ou un meulage avec meule diamantée ;
2) Choisissez une meule plus douce et coupez-la fréquemment pour garder la meule affûtée ;
3) Faites attention à la qualité de l'affûtage et contrôlez strictement la quantité de vibration des dents de la fraise.
(5) Le choix de la quantité de coupe est déraisonnable. Si la quantité est trop importante, la machine-outil sera ennuyeuse ; lors d'une coupe intermittente, la vitesse de coupe est trop élevée, la quantité d'avance est trop importante et la marge brute est inégale, la profondeur de coupe est trop petite ; coupe à haute teneur en manganèse Lors de l'utilisation de matériaux ayant une forte tendance à l'écrouissage, comme l'acier, la quantité d'alimentation est trop faible, etc.
Contre-mesure : resélectionnez la quantité de coupe.
(6) Raisons structurelles telles que la surface inférieure inégale de la rainure de l'outil serré mécaniquement ou la lame trop longue.
Contre-mesures :
1) Coupez la surface inférieure de la rainure de l'outil ;
2) Organisez raisonnablement la position de la buse du fluide de coupe ;
3) Le porte-outil trempé ajoute un joint en carbure sous la lame.
(7) Usure excessive des outils.
Contre-mesures : Changez l'outil ou remplacez le tranchant à temps.
(8) Un débit de liquide de coupe insuffisant ou une méthode de remplissage incorrecte peut provoquer une chaleur soudaine et une fissuration de la lame.
Contre-mesures :
1) Augmenter le débit de liquide de coupe ;
2) Organisez raisonnablement la position de la buse du fluide de coupe ;
3) Utiliser des méthodes de refroidissement efficaces telles que le refroidissement par pulvérisation pour améliorer l'effet de refroidissement ;
4) Réduisez l'impact sur la lame.
(9) L'outil est mal installé, par exemple : l'outil de coupe est installé trop haut ou trop bas ; la fraise en bout utilise un fraisage en montée asymétrique, etc.
Contre-mesure : réinstallez l'outil.
(10) La rigidité du système de processus est trop faible, provoquant des vibrations de coupe excessives.
Contre-mesures :
1) Augmenter le support auxiliaire de la pièce et améliorer la rigidité du serrage de la pièce ;
2) Réduire la longueur du porte-à-faux de l'outil ;
3) Réduisez de manière appropriée l’angle de dégagement de l’outil ;
4) Utiliser d'autres mesures d'absorption des vibrations.
(11) Opération imprudente, telle que : lorsque l'outil coupe au milieu de la pièce, l'outil se déplace trop brusquement ; l'outil s'arrête avant de rentrer l'outil.
Contre-mesures : faites attention à la méthode de fonctionnement.
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Causes, caractéristiques et mesures de contrôle des bords bâtis
(1) Causes de formation
Dans la partie proche du tranchant, dans la zone de contact entre l'outil et le copeau, en raison de la forte pression vers le bas, le métal sous-jacent du copeau est noyé dans les pics et les creux microscopiquement inégaux de la surface de coupe, formant ainsi un véritable contact métal sur métal sans espaces et provoquant une liaison. , cette partie de la zone de contact entre le couteau et la puce est appelée zone de liaison. Dans la zone de liaison, une fine couche de matériau métallique sera accumulée sur la couche inférieure du copeau sur la face inclinée. Le matériau métallique de cette partie de la puce a subi une déformation importante et est renforcé à des températures de coupe appropriées. Au fur et à mesure que les copeaux continuent de s'écouler, sous l'action de coupe ultérieure, cette couche de matériau stagnant glissera par rapport à la couche supérieure des copeaux et se séparera, devenant ainsi la base du bord accumulé. Par la suite, une deuxième couche de matériau de coupe accumulé se formera dessus, et cette couche d’accumulation continue formera un bord accumulé.
(2) Caractéristiques et impact sur le traitement de découpe
1) La dureté est 1,5 à 2,0 fois supérieure à celle du matériau de la pièce. Il peut remplacer la face du râteau pour la coupe. Il a pour fonction de protéger le tranchant et de réduire l’usure de la face du râteau. Cependant, lorsque le bord accumulé tombe, les débris circulant à travers la zone de contact entre l'outil et la pièce provoquent une usure des flancs de l'outil ;
2) Après la formation du bord accumulé, l'angle de coupe de travail de l'outil augmente considérablement, ce qui joue un rôle positif dans la réduction de la déformation des copeaux et de la force de coupe ;
3) Étant donné que le bord rapporté dépasse du bord de coupe, la profondeur de coupe réelle augmente et affecte la précision dimensionnelle de la pièce à usiner ;
4) Le bord accumulé provoquera des « sillons » sur la surface de la pièce et affectera la rugosité de la surface de la pièce ;
5) Les fragments de bord accumulé se lieront ou s'incrustent dans la surface de la pièce pour former des points durs, affectant la qualité de la surface usinée de la pièce.
L'analyse ci-dessus montre que les bords rapportés sont préjudiciables au traitement de coupe, en particulier à la finition.
(3) Mesures de contrôle
La génération de bords rapportés peut être évitée en ne collant pas ou en ne déformant pas le matériau sous-jacent du copeau à la surface de coupe. Par conséquent, les mesures suivantes peuvent être prises.
1) Réduire la rugosité de la surface du râteau ;
2) Augmentez l'angle de coupe de l'outil ;
3) Réduisez l’épaisseur de coupe ;
4) Utilisez une coupe à basse vitesse ou une coupe à grande vitesse pour éviter les vitesses de coupe qui forment facilement des bords accumulés ;
5) Traitement thermique approprié du matériau de la pièce à usiner pour augmenter sa dureté et réduire sa plasticité ;
6) Utiliser des fluides de coupe ayant de bonnes propriétés anti-adhérentes (tels que des fluides de coupe extrême pression contenant du soufre et du chlore).
