Мастерство управления износом инструмента: повышение качества и срока службы ЧПУ-обработки

В ЧПУ-обработке реальность такова, что контакт металла с металлом приводит к износу инструмента. Металлорезание, шлифование, сверление, растачивание и другие задачи — все часть обработки. И поскольку все эти действия — «металл на металле», в какой-то момент что-то должно уступить.

Эта «уступчивость» проявляется в виде износа инструмента, при котором регулярная операция означает, что инструменты со временем теряют поверхность, остроту и закалку. Если оборудование и процессы мониторятся и оптимизируются, этот износ постепенен и предсказуем. Если нет — износ инструмента может привести к проблемам качества деталей и поломке инструмента.

Определение износа инструмента

Износ инструмента — это постепенное разрушение режущих инструментов в результате операций резания, в конечном счете ведущее к отказу инструмента.

Поскольку инструменты и заготовки находятся в постоянном контакте с сильным трением и натиранием, инструменты со временем испытывают напряжение. Это напряжение является результатом металл-металлического контакта, высоких напряжений и давления. Оно также подвержено очень высоким температурам.

Отказ инструментов из-за износа типичен, но может быть проанализирован и решен с помощью мониторинга инструмента. Износ обычно происходит со временем и является постепенным отказом в кумулятивном процессе, влияющем на срок службы инструмента. Износ инструмента также будет варьироваться в зависимости от формы инструмента, глубины, охлаждающей жидкости и скорости резания. Это влияет на остроту и эффективность инструмента и означает, что некоторые инструменты могут незначительно менять форму.

Источник

Типы износа инструмента

Износ инструмента зависит от множества переменных. Тип оборудования, твердость заготовки, количество операций, выполняемых на детали, сила, прикладываемая для каждой задачи, и другие переменные будут способствовать износу инструмента. Из-за этих переменных износ инструмента будет принимать множество форм, включая:

Абразивный износ

В зависимости от конечного применения, металлическая заготовка в заготовках, используемых в ЧПУ-обработке, будет варьироваться по чистоте. Когда существуют примеси, они могут привести к накоплению краевых фрагментов. Эти фрагменты могут абразивно изнашивать инструмент, снижая его остроту и эффективность со временем. Абразия — механическая форма износа, которая чаще всего возникает при низкой скорости шпинделя.

Боковой износ (Flank Wear)

Боковой износ происходит параллельно режущему краю и может привести к отказу режущего края. По мере того как заготовки сталкиваются с абразивным и адгезивным износом, образуются высокие температуры, влияющие на инструмент и характеристики производительности заготовки. По мере увеличения бокового износа скорость резана также должна быть увеличена.

Источник

Лунный износ (Crater Wear)

Поскольку инструменты воздействуют на рабочую поверхность на высокой скоростре, образуются щепки, повреждающие переднюю грань инструмента. Этот поток щепок через грань оставляет углубление, или кратер, как шрам. Формирование кратеров — типичный тип износа инструмента, который может не влиять на качество инструмента, если не деформирует режущую поверхность напрямую. Лунный износ обычно происходит недалеко от режущего края.

Источник

Адгезивный износ

Поскольку трение инструмента и заготовки вызывает высокие температуры, может возникнуть адгезивный износ. Здесь щепки, текущие через грань инструмента, могут связаться с гранью самого инструмента, как эффект точечной сварки. Это также может влиять на размерную точность самой заготовки. Адгезивный износ может возникать чаще, если используется неправильная жидкость или неправильное количество жидкости.

Источник

Выявление износа инструмента

Обнаружение износа инструмента может выполняться вручную путем наблюдения наладчиков и операторов или автоматизированным способом с использованием системы мониторинга инструмента. Исторически износ инструмента выявлялся только после того, как его влияние было замечено, например, осознание того, что инструмент производит детали плохого качества. Однако с развитием автоматизированных программных решений заинтересованные стороны лучше могут выявлять износ инструмента и отказ инструмента сразу после его возникновения, или даже предсказывать и предотвращать его полностью. Некоторые подходы к обнаружению износа инструмента включают:

1. Сколы

Сколы возникают на режущей грани и создают шершавый или поврежденный режущий край. Это может быть результатом неправильной настройки станка или потому что держатель инструмента не закреплен правильно. Это также может происходить в более крупных заготовках, где щепки могут быть перенесены до полуоборота перед ударом жидкостью.

Источник

2. Термические трещины

ЧПУ-обработанные детали генерируют излишнее тепло между инструментом и заготовкой. Управление этим теплом обеспечивает правильную скорость, правильную настройку инструмента для держателей и правильное количество жидкости. Если генерируемое тепло слишком высокое или слишком низкое, или если температурные вариации быстро меняются от среза к срезу, это может влиять на производительные характеристики металла заготовки. Это может вызвать образование трещин, равномерно распределенных и перпендикулярных режущему краю токарного инструмента.

3. Разрушение

Иногда увеличивающиеся режущие силы между инструментом и заготовкой могут быть слишком великими для преодоления. Эта сила вызывает внезапную и полную потерю инструмента и повреждение заготовки и, возможно, самого станка. Причины разрушения могут кроться в настройках глубины резания, скорости или подаче материала. Горячие точки вдоль заготовки также могут вызвать разрушение затуплением инструмента до отказа. Предотвращение поломки инструмента избегает проблем безопасности и избегает событий простоя.

4. Выемки (Notching)

Когда инструмент контактирует с плечом заготовки, трение двух деталей может создать химическую реакцию на инструменте. Результат создает и абразию, и адгезию и может привести к боковому износу. Если износ излишен, он может привести к полному отказу инструмента.

5. Пластическая деформация

Пластическая деформация — это термическая проблема, когда материал в режущем инструменте размягчается. Если класс материала заготовки выше, чем у инструмента, инструмент может изменить форму или потерять остроту. Этот ущерб можно избежать, понимая твердость инструмента в отношении твердости материала и его присущих производительных характеристик.

6. Отказ

Отказ происходит, когда инструмент ломается или разрушается полностью. Предотвращение поломки инструмента и даже катастрофического отказа возможно за счет обеспечения правильных настроек скорости, глубины резания и силы. Также требуется использование соответствующей жидкости. Отказ также может быть обнаружен при наличии аномальной вибрации или шума, указывающей на несоответствие держателя инструмента или настроек.

7. Нарастающий край (Built-up Edge)

Различные металлические заготовки для заготовок могут иметь разные производительные характеристики. Они могут быть мягче или тверже в зависимости от металла. Когда металл мягче, может возникнуть эффект отжига, при котором мягкий, полуплавленный металл прилипает к режущему инструменту. Если край нарастает слишком сильно, инструмент может отказать. Правильная скорость и жидкость могут снизить или устранить эту проблему.

Примеры BUE (нарастающего края) на гранях инструмента. (Источник)

Эффекты износа инструмента

Когда инструменты начинают достигать конца своего жизненного цикла, или когда событие повлияло на них, износ на инструменте может создавать специфические эффекты износа. Эти эффекты влияют на качество производимых деталей, эффективность оборудования или простой, связанный с вмешательством оператора. Важность понимания эффектов износа инструмента в том, что они могут использоваться для разработки порогов и алгоритмов для обнаружения и предотвращения износа инструмента в будущем.

Эффекты износа инструмента могут включать:

Увеличение режущей силы

По мере накопления износа инструмента может потребоваться увеличение режущей силы для компенсации. Будут допустимые допуски увеличения для инструмента и заготовки. Но если износ значителен, сила может превысить допустимый допуск и потребовать замены.

Увеличение температуры резания

Металл-металлическое трение от резания, сверления и других задач в ЧПУ-станке всегда создает высокие температуры. Если охлаждающая жидкость слишком низка или не правильного типа, может возникнуть более высокая температура. Температура также может повыситься, если глубина резания слишком большая или если подача слишком высока. Наконец, более высокая скорость также может способствовать еще большему тепла.

Снижение точности производимых деталей

По мере возникновения износа точность детали снижается. Для любой заготовки будут допустимые толерансы. Но один тип износа инструмента может увеличиться до точки, что деталь выходит за спецификацию для этой резательной активности, вызывая потерю детали. Несколько типов износа могут совпадать, каскадно усиливая деформацию и, следовательно, точность детали. Это может создать серьезную проблему качества, так как детали придется либо утилизировать, либо перерабатывать. Эффективное управление износом инструмента и понимание того, когда произойдет отказ, — важная часть поддержания высокого качества эффективным образом.

Снижение срока службы инструмента

Различные типы износа инструмента, разница в твердости между инструментом и заготовкой, и многократно высокие и низкие температуры могут вызывать сокращенный срок службы инструмента. Эти факторы могут управляться на основе опыта и обучения и знаний оператора о материале заготовки и инструменте. Но они также могут мониториться передовым ПО для мониторинга инструмента от MachineMetrics. Сокращенный срок службы инструмента — управляемая проблема с правильным автоматизированным мониторингом на месте.

Плохая чистота поверхности

Чем более критичен износ инструмента, тем больше влияние на чистоту поверхности. Тупые инструменты могут вызывать неровные или заусенцевые грани реза на заготовке. И сверление или резание может вызывать накопление на поверхности или увеличение износа земли, способствуя сколам и кратерам, влияя на чистоту поверхности. Особенно в высокоточной обработке это может развивать серьезные проблемы качества, означая, что детали либо придется перерабатывать, либо утилизировать.

Экономика резательных операций

Резание и обработка — дорогие производственные технологии. Высокая стоимость оборудования, обучения операторов, высококачественного инструмента и правильного выбора материала заготовки могут быть затронуты износом инструмента. Каждое сокращение срока службы инструмента и каждая утилизированная заготовка добавляют затраты к запуску и снижают маржу прибыли. И изношенные инструменты также опасны для оператора и станка, рискуя еще более высокими затратами на ремонт.

6 методов снижения износа инструмента

1. Распознавайте предупреждающие признаки

Изношенные инструменты будут демонстрировать наблюдаемое и предсказуемое поведение во многих, но не во всех случаях. Температура, увеличенная режущая сила и другие факторы износа могут создавать признаки, проявляющиеся как вибрация или шум. Изучение этих признаков может помочь операторам скорректировать для снижения износа.

2. Распознавайте типы износа инструмента

Как обсуждалось выше, существует множество типов износа инструмента. Некоторые механические; другие могут быть созданы через настройки оборудования или ошибки оператора. А некоторые, такие как управление температурой, требуют мастерского танца для создания лучшей среды для снижения износа. Критично, чтобы операторы знали типы износа инструмента и что каждый может быть вызван разными обстоятельствами, происходящими в одиночестве или в комбинации.

3. Будьте внимательны к температурным эффектам

Высокая температура в металло-металлическом процессе обработки неизбежна. Но управление температурой критично. Если сделано правильно, большая часть тепла уходит со щепками.

4. Используйте правильную охлаждающую жидкость

С таким количеством тепла, переносимого отлетающими щепками, должен использоваться правильный тип и количество режущей жидкости для удаления щепок и помощи в отведении излишнего тепла. Понимание материала заготовки и инструмента и спецификаций, скорости и скорости подачи определит скорость подачи охлаждающей жидкости во время резания.

5. Учитывайте материал заготовки

Металлы имеют огромно разные производительные характеристики. Закаленные металлы могут создавать большее тепло и требовать больше силы, в то время как более мягкие металлы с более низкими точками плавления могут иметь более высокий нарастающий край. Знание производительных характеристик заготовки, качества и характеристик инструмента, а даже возраста и возможностей станка может помочь вам выбрать правильный инструмент для подходящего металла.

6. Подбирайте инструмент под задачу

Выбор инструмента критичен и должен включать остроту, геометрию инструмента, покрытие и функциональные соображения. Этот выбор также требует понимания типов оборудования и возраста и возможностей удержания инструмента, в зависимости от заготовки.

Как применять эти методы с мониторингом инструмента MachineMetrics

Традиционно износ инструмента был опытным. В операции обработки операторам приходилось проходить годы обучения, чтобы научиться «на ощупь» и наблюдению, когда инструмент испытывает чрезмерный износ. И многие настройки и параметры определялись экспериментально или просто принимались на основе расписаний, предоставленных OEM-производителями станочного инструмента. Но этот подход крайне неточен, результатом чего являются детали плохого качества, неиспользованный срок службы инструмента и излишний простой.

К счастью, снижение и управление износом инструмента может быть автоматизировано быстро и эффективно с системой мониторинга инструмента MachineMetrics. Настройки могут мониториться до степени, невозможной с человеческим вмешательством, и вариации отчитываются через интуитивные дашборды, точно отображающие условия станка. MachineMetrics может даже анализировать частоту сигналов внутри станка для предсказания отказа инструмента.

Инсайты и анализ, предлагаемые ПО, могут доставлять немедленные выгоды для оптимизации процессов, решения нераскрытых проблем и предписания решений для снижения затрат, повышения качества и раскачки мощности. Чтобы узнать, как MachineMetrics может доставить решения, помогающие вам управлять и контролировать износ инструмента и извлечь лучшее из вашего инструмента и оборудования, забронируйте демо сегодня.

Предсказание и предотвращение отказов инструмента: Кейс-стади с BC Machining

BC Machining, производитель металлических деталей, производил такие большие объемы брака, что им пришлось запускать свои станки на 200% мощности только для достижения производственных целей. Без понимания того, когда инструменты были изношены или собирались сломаться, BC Machining накопил значительные затраты от производства брака и замены сломанного инструмента.

Чтобы предотвратить производство брака и максимизировать срок службы инструмента, они партнерствовали с MachineMetrics. Прочитайте наш кейс-стади, чтобы узнать, как BC Machining практически устранил брак от износа инструмента, значительно сократил время переналадок и сэкономил $72 тыс. на станок в год. Прочитайте полный кейс-стади.