Износ инструмента — очень распространенная проблема при токарной обработке. Независимо от того, используется ли обычный токарный станок или станок с ЧПУ, режущие инструменты постепенно изнашиваются в условиях непрерывной обработки. Когда износ инструмента становится сильным, это может повлиять на точность размеров, качество поверхности, эффективность обработки и даже привести к поломке инструмента или браку заготовки. Во многих обрабатывающих цехах такие проблемы, как нестабильные размеры, частые отказы пластин и аномальный шум при резке, тесно связаны с износом инструмента. Своевременное выявление износа инструмента и применение соответствующих решений может значительно повысить стабильность обработки и продлить срок службы инструмента.
Почему происходит износ токарного инструмента?
В процессе токарной обработки режущий инструмент подвергается воздействию высоких температур, давления и постоянного трения. Поэтому износ инструмента неизбежен. Однако скорость износа сильно варьируется в зависимости от условий обработки. Понимание причин износа помогает более эффективно снизить повреждения инструмента.
Чрезмерно высокая температура резки приводит к повреждению инструмента.
В процессе токарной обработки вблизи режущей кромки выделяется большое количество тепла. Чем выше скорость резания, тем сильнее трение между инструментом и заготовкой, что приводит к быстрому повышению температуры кончика инструмента. При слишком высокой температуре твердость инструмента снижается, режущая кромка размягчается, и может произойти отслоение покрытия или сколы кромки. Эта проблема становится более серьезной при высокоскоростной обработке нержавеющей стали и закаленных материалов. При недостаточном охлаждении срок службы инструмента значительно сокращается.
Твердость заготовки влияет на срок службы инструмента.
Различные материалы влияют на износ инструмента с разной скоростью:
- Низкоуглеродистую сталь относительно легко обрабатывать.
- Закаленная сталь обеспечивает более высокое сопротивление порезам.
- Нержавеющая сталь, как правило, приводит к образованию наростов на кромке и упрочнению при обработке.
- Чугун образует абразивные частицы износа.
Если материал вставки не соответствует материалу заготовки, это может легко привести к быстрому износу инструмента или сколам кромки.
Неправильные параметры резки
Многие поломки инструмента связаны с неправильной настройкой параметров. Чрезмерная скорость резания, подача или глубина резания значительно увеличивают нагрузку на инструмент. Как только параметры резания превышают возможности пластины, температура резания быстро повышается, а износ ускоряется. Некоторые операторы постоянно используют интенсивные режимы резания для повышения производительности, но это часто значительно сокращает срок службы пластины.
Распространенные виды износа токарного инструмента
Различные виды износа по-разному влияют на качество обработки и срок службы инструмента. Понимание распространенных типов износа помогает операторам выявлять проблемы и быстро корректировать условия обработки.
Боковой износ
Износ боковой поверхности инструмента — один из наиболее распространенных видов износа. С увеличением времени резания боковая поверхность постепенно изнашивается, в результате чего режущая кромка затупляется. Это приводит к ухудшению качества обработки поверхности и повышению сопротивления резанию. Продолжительное использование может привести к неточностям в размерах. В нормальных условиях износ боковой поверхности ожидаем, но пластины следует заменять, как только износ достигнет критического предела.
Следы износа от кратеров на поверхности граблей.
Непрерывный поток стружки по передней поверхности пластины при высокой температуре постепенно образует кратерообразную канавку. Этот тип износа часто встречается при высокоскоростной обработке, особенно при обработке высокопрочных материалов. Кратерный износ ослабляет структуру пластины и в конечном итоге может привести к разрушению кромки. В условиях высокоскоростной резки неправильный контроль параметров может значительно ускорить кратерный износ.
Проблемы сколов кромок
Сколы кромки — серьезная проблема, приводящая к поломке инструмента. К распространенным причинам относятся:
- Чрезмерный удар при резке
- Сильная вибрация оборудования
- Низкая устойчивость зажима заготовки
- Недостаточная прочность инструмента
Эта проблема чаще возникает при прерывистой резке. После скола режущей кромки на поверхности заготовки часто появляются видимые следы, и точность размеров может быть немедленно нарушена.
Как уменьшить износ токарного инструмента
Хотя полностью избежать износа инструмента невозможно, правильная настройка параметров обработки может значительно снизить скорость износа. Во многих производственных условиях срок службы пластин значительно увеличивается после оптимизации условий обработки.
Выберите подходящие материалы для инструментов.
Для разных материалов заготовки требуются разные типы вставок:
- В общей металлообработке используются твердосплавные пластины с покрытием.
- Для нержавеющей стали требуются термостойкие вставки.
- Для обработки закаленных материалов требуются инструменты из кубического нитрида бора (CBN).
- Алюминиевые сплавы лучше подходят для вставок из поликристаллического алмаза (PCD).
При правильном подборе материала вставки значительно повышается стабильность обработки и срок службы инструмента.
Отрегулируйте параметры резки для снижения нагрузки.
Разумные параметры резания помогают снизить нагрузку на инструмент. Если износ инструмента происходит слишком быстро, скорость резания можно уменьшить, подачу снизить или использовать многопроходные методы резания. Во многих случаях незначительное снижение скорости вращения шпинделя может заметно продлить срок службы пластины. Параметры обработки также следует постоянно корректировать в соответствии с фактическими условиями резания, а не оставлять их фиксированными.
Улучшение охлаждения и отвода воздуха из чипа.
Охлаждающая жидкость снижает температуру режущей кромки инструмента и улучшает отвод стружки. Если поток охлаждающей жидкости недостаточен или направлен неправильно, тепло не может эффективно отводиться, что ускоряет износ инструмента. Плохой отвод стружки также может привести к многократному трению стружки о пластину, что еще больше повышает температуру резания. Использование стружколомных пластин, увеличение давления охлаждающей жидкости и оптимизация траекторий обработки могут улучшить контроль стружки.
Как определить, когда инструмент следует заменить
Многие операторы продолжают использовать сменные пластины даже после сильного износа. Это не только влияет на качество обработки, но и увеличивает производственные риски. Надлежащий мониторинг состояния инструмента помогает избежать дальнейших проблем при обработке.
Качество обработки поверхности заметно снижается.
По мере затупления режущей кромки поверхность заготовки начинает заметно меняться. К распространенным признакам относятся шероховатость, чрезмерные следы от инструмента, разрывы поверхности и снижение гладкости. Эти симптомы обычно указывают на то, что пластина вступила в стадию сильного износа. Продолжение обработки может привести к браку продукции.
Точность размеров становится нестабильной.
После износа инструмента повторяемость обработки снижается:
- Размеры начинают меняться.
- Качество продукции ухудшается.
- Точность финишной обработки значительно снижается.
- Корректировки компенсации инструмента становятся все более частыми.
Даже если станок и программа остаются неизменными, нестабильность размеров часто вызвана износом инструментов.
Ненормальный шум при резке и повышенная нагрузка на станок.
В нормальных условиях уровень шума при резке остается относительно стабильным. Если во время обработки появляются резкие шумы, высокочастотная вибрация или повторяющиеся ударные звуки, часто причиной является ненормальный износ инструмента. При этом обычно увеличивается нагрузка на шпиндель, усиливается вибрация станка и выделяется больше тепла. Длительное использование изношенного инструмента может привести к поломке пластин или даже повреждению станка.
Распространенные ошибки при использовании токарного инструмента.
Во многих цехах механической обработки применяются неправильные методы работы, которые могут не сразу вызывать проблемы, но постепенно ускоряют износ инструмента и влияют на стабильность работы станка.
К распространённым проблемам относятся непрерывная резка под большими нагрузками, несоблюдение требований по замене пластин для разных материалов, использование сильно изношенных инструментов и длительное сохранение неизменных параметров резания. Некоторые операторы также игнорируют условия концентрации охлаждающей жидкости и удаления стружки, что приводит к перегреву инструмента. Различные материалы, конструкции заготовок и этапы обработки требуют гибкой настройки инструментов и условий резания. Непрерывное использование одних и тех же параметров и пластин часто приводит к всё более серьёзным проблемам износа инструмента.
