Типы и решения износа инструмента

Износ инструмента - неизбежное явление в процессах механической обработки и производства. Когда режущие инструменты взаимодействуют с материалами заготовок при высокой температуре, давлении и трении, их режущие кромки постепенно разрушаются. Понимание типов износа инструмента необходимо для повышения эффективности обработки, поддержания качества деталей и снижения производственных затрат. Определяя различные типы износа инструмента и применяя соответствующие решения, производители могут продлить срок службы инструмента и добиться более стабильных и предсказуемых результатов обработки.

Что такое износ инструмента и почему это важно

Износ инструмента относится к постепенной потере материала с режущего инструмента из-за механических, термических и химических взаимодействий во время обработки. Хотя некоторый уровень износа является нормальным, чрезмерный или неравномерный износ может привести к плохому качеству поверхности, неточностям размеров, увеличению усилий резания и неожиданному выходу инструмента из строя. В высокоточных отраслях, таких как аэрокосмическая, автомобильная и медицинская промышленность, неконтролируемый износ инструмента может поставить под угрозу как производительность, так и качество.

Мониторинг типов износа инструмента позволяет инженерам и механикам диагностировать основные проблемы процесса и оптимизировать условия резания. Вместо простой замены изношенных инструментов, понимание того, как и почему изнашиваются инструменты, помогает предотвратить преждевременный выход из строя и снижает общие производственные затраты.

Износ по задней поверхности

Износ по задней поверхности является одним из наиболее распространенных и предсказуемых типов износа инструмента. Он возникает на задней поверхности инструмента, которая представляет собой поверхность, контактирующую с только что обработанной заготовкой. Износ по задней поверхности развивается постепенно в результате абразивного воздействия между инструментом и материалом заготовки.

Этот тип износа обычно приводит к потере точности размеров и ухудшению качества поверхности. По мере увеличения износа по задней поверхности увеличиваются усилия резания, что может ускорить дальнейший износ и увеличить потребление энергии.

Чтобы контролировать износ по задней поверхности, производители могут уменьшить скорость резания, выбрать более износостойкие материалы или покрытия для инструментов и обеспечить правильную геометрию инструмента. Использование смазочно-охлаждающих жидкостей для уменьшения трения и температуры также помогает замедлить прогрессирование износа по задней поверхности.

Кратерный износ

Кратерный износ образуется на передней поверхности режущего инструмента, где стружка течет по поверхности инструмента. Высокие температуры и химические взаимодействия между инструментом и материалом заготовки способствуют этому типу износа. Кратерный износ особенно распространен при обработке пластичных материалов, таких как сталь и нержавеющая сталь, на высоких скоростях резания.

Чрезмерный кратерный износ ослабляет режущую кромку и может привести к внезапному выходу инструмента из строя. Он также изменяет поток стружки, что может вызвать нестабильные условия резания.

Решения для кратерного износа включают уменьшение скорости резания, оптимизацию скоростей подачи и использование материалов инструмента с более высокой горячей твердостью. Передовые покрытия, устойчивые к диффузии и окислению, могут значительно уменьшить кратерный износ при высокоскоростной обработке.

Износ по линии резания

Износ по линии резания возникает на линии глубины резания на режущей кромке. Он часто вызван наклепанным материалом, поверхностной окалиной или слоями окисления на заготовке. Износ по линии резания может привести к выкрашиванию кромок и непоследовательной работе инструмента.

Этот тип износа распространен при обработке материалов с твердыми поверхностными слоями или когда условия резания значительно различаются вдоль режущей кромки. Он также может усугубляться прерывистыми резами.

Чтобы минимизировать износ по линии резания, механики могут слегка регулировать глубину резания между проходами, использовать более прочные материалы инструмента и обеспечивать стабильные условия резания. Удаление поверхностной окалины с заготовки перед обработкой также может помочь уменьшить этот тип износа.

Налипание материала

Налипание материала - это явление износа инструмента, при котором материал заготовки прилипает к режущей кромке, образуя временный слой. Хотя это не износ в традиционном смысле, налипание материала может привести к нерегулярному резанию и ускоренному повреждению инструмента, когда прилипший материал отрывается.

Налипание материала наиболее распространено при обработке мягких, пластичных материалов, таких как алюминий или низкоуглеродистая сталь, на низких скоростях резания. Это часто приводит к плохому качеству поверхности и несоответствию размеров.

Увеличение скорости резания, использование более острых инструментов и применение подходящих смазочно-охлаждающих жидкостей могут уменьшить образование налипания материала. Покрытия инструментов с низкими фрикционными свойствами также эффективны для минимизации адгезии.

Выкрашивание и разрушение кромки

Выкрашивание и разрушение кромки представляют собой более серьезные формы износа или повреждения инструмента. Эти типы износа возникают, когда режущая кромка ломается из-за чрезмерного механического напряжения, вибрации или термического удара. Прерывистые резы, твердые включения в заготовке и неправильный выбор инструмента являются распространенными причинами.

В отличие от постепенного износа, выкрашивание кромки часто приводит к внезапному выходу инструмента из строя и браку деталей. Предотвращение этого типа износа требует тщательного контроля параметров резания, стабильного крепления и правильной геометрии инструмента.

Использование более прочных материалов инструмента, уменьшение скоростей подачи и минимизация вибрации с помощью жестких настроек могут помочь предотвратить выкрашивание и разрушение кромки.

Термическое растрескивание

Термическое растрескивание проявляется в виде небольших трещин на поверхности инструмента, обычно перпендикулярных режущей кромке. Это вызвано повторяющимися циклами нагрева и охлаждения во время прерывистой резки или когда охлаждающая жидкость применяется непоследовательно.

Эти трещины ослабляют инструмент и в конечном итоге могут привести к катастрофическому разрушению. Термическое растрескивание распространено при высокоскоростной обработке и фрезеровании с прерывистыми резами.

Чтобы устранить термическое растрескивание, производители могут использовать последовательные стратегии охлаждения, такие как затопление охлаждающей жидкостью или сухая обработка, а не прерывистое охлаждение. Выбор материалов инструмента с высокой термостойкостью также важен.

Диффузионный и окислительный износ

При высоких температурах химические реакции между инструментом и материалами заготовки могут вызывать диффузионный или окислительный износ. При диффузионном износе атомы из инструмента мигрируют в заготовку или стружку, ослабляя структуру инструмента. Окислительный износ возникает, когда поверхность инструмента реагирует с кислородом при повышенных температурах.

Эти механизмы износа особенно актуальны при высокоскоростной обработке и при резке труднообрабатываемых материалов, таких как титановые сплавы или суперсплавы на основе никеля.

Уменьшение температуры резания, использование передовых покрытий и выбор материалов инструмента, разработанных для высокотемпературной стабильности, являются эффективными решениями для контроля диффузионного и окислительного износа.

Стратегии управления износом инструмента

Эффективное управление износом инструмента включает в себя сочетание оптимизации процесса, выбора инструмента и мониторинга. Выбор правильного материала инструмента и покрытия для конкретного материала заготовки является критическим первым шагом. Оптимизация параметров резания, таких как скорость, подача и глубина резания, помогает сбалансировать производительность и срок службы инструмента.

Системы мониторинга состояния инструмента, включая сенсорные и управляемые данными подходы, позволяют производителям обнаруживать типы износа на ранней стадии и планировать замены инструмента заранее. Это уменьшает незапланированные простои и повышает общую надежность процесса.

Заключение

Типы износа инструмента дают ценную информацию о состоянии и эффективности процессов обработки. Понимая различные типы износа инструмента и их основные причины, производители могут применять целевые решения, которые продлевают срок службы инструмента, улучшают качество поверхности и снижают затраты.

Вместо того, чтобы рассматривать износ инструмента как неизбежные расходы, современное производство рассматривает его как контролируемый фактор. При надлежащем анализе, оптимизированных стратегиях обработки и передовых решениях для инструментов износ инструмента можно эффективно контролировать, что приводит к более стабильным и продуктивным операциям обработки в широком спектре отраслей.