Standzeit: Bedeutung, Messung und Erwartung
Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, werden Sie Folgendes lernen: - 1. Bedeutung der Lebensdauer der Werkzeuge 2. Methoden zur Messung der Lebensdauer der Werkzeuge 3. Erwartung 4. Diagramme 5. Kriterien 6. Einflussfaktoren.
Bedeutung der Werkzeugstandzeit:
Jedes Gerät oder Werkzeug hat seine Lebensdauer. Nach dessen Ablauf kann es funktionieren, jedoch nicht effizient. So ist es auch mit einem Schneidwerkzeug wahr. Während des Gebrauchs verliert das Werkzeug sein Material, dh es wird abgenutzt. Mit zunehmendem Verschleiß verliert das Werkzeug seine Effizienz. Daher muss sein Leben definiert werden und nach Ablauf seines Lebens sollte es für den neuen Gebrauch neu gemahlen werden.
Die Werkzeugstandzeit kann auf verschiedene Arten definiert werden:
(i) Die Zeit, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Mahlungen verstrichen ist.
(ii) Zeitraum, in dem ein Werkzeug zufriedenstellend schneidet.
(iii) Die Gesamtzeit vor dem Ausfall des Werkzeugs.
Die Standzeit wird in Minuten ausgedrückt.
Die Beziehung zwischen Schnittgeschwindigkeit und Werkzeugstandzeit ergibt sich aus der Taylor-Werkzeugstandzeitgleichung:
VT n = C
Methoden für die Werkzeugstandzeitmessung:
Die am häufigsten verwendeten Methoden zur Messung der Standzeit sind:
(i) Bearbeitungszeit:
Betriebszeit der Werkzeugmaschine.
(ii) tatsächliche Schneidzeit:
Die Zeit, in der das Werkzeug tatsächlich schneidet.
(iii) eine feste Größe von Verschleißland auf der Flankenoberfläche:
Bei Hartmetall- und Keramikwerkzeugen, bei denen der Krater fast völlig abgenutzt ist. Die Lebensdauer des Werkzeugs wird mit 0, 038 bzw. 0, 076 mm Verschleißfläche auf der Freifläche zur Endbearbeitung angegeben.
(iv) Volumen des entfernten Metalls
(v) Anzahl der bearbeiteten Teile.
Die Werkzeugstandzeit zwischen Aufbereitung und Austausch kann auf verschiedene Arten definiert werden, z.
(a) Aktuelle Schnittzeit bis zum Scheitern.
(b) Volumen des bis zum Versagen entfernten Metalls.
(c) Anzahl der bis zum Versagen hergestellten Teile.
(d) Schnittgeschwindigkeit für eine bestimmte Zeit bis zum Versagen.
(e) Länge der bis zum Versagen bearbeiteten Arbeit.
Werkzeuglebenserwartung (Taylors Werkzeuglebensdauergleichung):
1907 entwickelte FW Taylor die Beziehung zwischen Werkzeugstandzeit und Schnittgeschwindigkeit, Temperatur, indem der Vorschub konstant gehalten wurde. Die Taylorsche Gleichung für die Lebensdauer der Werkzeuge bietet eine gute Näherung.
V C T n = C
Eine allgemeinere Form der Gleichung unter Berücksichtigung der Schnittiefe und der Vorschubgeschwindigkeit ist
V c T n D x F y = C
Wobei K C = Schnittgeschwindigkeit (m / min)
T = Werkzeugstandzeit (min)
D = Schnittiefe (mm)
F = Vorschub (mm / U)
x, y = Exponenten, die für jede Schnittbedingung experimentell bestimmt werden.
n = Exponent, das ist vom Werkzeugmaterial abhängig.
Wert von n = 0, 1 bis 0, 2; für HSS-Werkzeuge
0, 2 bis 0, 4; für Hartmetallwerkzeuge
0, 4 bis 0, 6; für keramische Werkzeuge
C = Bearbeitungskonstante, gefunden durch Experimentieren oder veröffentlichtes Datenbuch. Sie hängt von den Eigenschaften des Werkzeugmaterials, des Werkstücks und der Vorschubgeschwindigkeit ab.
Beobachtungen aus der Tool-Life-Gleichung:
ich. Die Standzeit nimmt mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit ab.
ii. Die Standzeit hängt auch stark von der Schnitttiefe (D) und dem Vorschub (F) ab.
iii. Die Standzeitverringerung bei erhöhter Geschwindigkeit ist doppelt so groß (exponentiell) wie die Standzeitabnahme bei erhöhtem Vorschub.
iv. Die größte Variation der Lebensdauer der Werkzeuge liegt in der Schnittgeschwindigkeit und der Werkzeugtemperatur, die eng mit der Schnittgeschwindigkeit zusammenhängt.
Werkzeugstandzeiten (Kurven):
Die Werkzeuglebensdauer-Kurven werden zwischen der Werkzeugstandzeit und verschiedenen Prozessparametern (z. B. Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Schnittiefe, Werkzeugmaterial, Werkzeuggeometrie, Werkstückhärte und Schneidflüssigkeiten usw.) aufgezeichnet. Um diese Kurven zu zeichnen, wurden experimentelle Daten erhalten, indem Schnittversuche an verschiedenen Materialien unter verschiedenen Bedingungen und mit unterschiedlichen Prozessparametern durchgeführt wurden.
Die Lebensdauerkurven werden im Allgemeinen auf Diagrammpapier mit Protokollprotokoll aufgezeichnet. Diese Kurven werden verwendet, um den Wert des Exponenten 'n' zu bestimmen. Der Exponent 'n' kann bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten tatsächlich negativ werden. Abb. 9.22 (a) zeigt den Werkzeugstandzeitverlauf zwischen Werkzeugstandzeit und Schnittgeschwindigkeit für verschiedene Werkstückmaterialien mit unterschiedlicher Härte. Es zeigt sich, dass mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit die Werkzeugstandzeit schnell abnimmt. Wenn die Schnittgeschwindigkeit im Vergleich zur Standzeit der Werkzeuge auf einem Log-Log-Papier dargestellt wird, werden die geraden Linien wie in Abb. 9.22 dargestellt. (b).
Verunreinigungen und harte Bestandteile im Werkstückmaterial (wie Rost, Schlacke, Zunder usw.) sind ebenfalls Ursache für die Abrasivwirkung, die die Werkzeugstandzeit verringert.
Werkzeuglebenskriterien (Kriterien für die Beurteilung des Werkzeugversagens):
Durch den Verschleiß des Werkzeugs steigt die Schnittkraft und die Oberflächengüte verschlechtert sich. Wann sollten wir also sagen, dass ein Werkzeug ausgefallen ist und dass es neu geschliffen werden sollte? Mit anderen Worten ist ein bestimmtes Kriterium erforderlich, um den Werkzeugfehler zu beurteilen.
Ein Werkzeug fällt aus, wenn es seine Funktion nicht mehr ordnungsgemäß ausführt. Dies kann unter verschiedenen Umständen eine andere Bedeutung haben. Bei einem Schruppvorgang, bei dem die Oberflächengüte und die Maßgenauigkeit von geringer Bedeutung sind, kann ein Werkzeugausfall einen übermäßigen Anstieg der Schnittkräfte und des Kraftbedarfs bedeuten.
Bei einem Endbearbeitungsvorgang, bei dem die Oberflächengüte und die Dimensionsgenauigkeit von größter Bedeutung sind, bedeutet ein Werkzeugfehler, dass die angegebenen Bedingungen für die Oberflächengüte und die Dimensionsgenauigkeit nicht mehr erreicht werden können. Alle diese Fehler beziehen sich im Wesentlichen auf den Verschleiß der Freifläche des Werkzeugs.
Nachfolgend sind einige Kriterien für die Beurteilung der Lebensdauer / des Werkzeugversagens aufgeführt:
(i) Vollständiger Fehlschlag
(ii) Flanken- oder Kraterversagen.
(iii) Beenden Sie den Fehler.
(iv) Größenfehler
(v) Ausfall der Schneidkraft.
(i) vollständiger Ausfall:
Nach diesem Kriterium wird das Schneiden mit dem Werkzeug fortgesetzt, bis es schneiden kann. Wenn das Werkzeug nicht schneidet, sollte nur das Werkzeug nachgeschliffen werden. Dieses Kriterium wird wegen seiner offensichtlichen Nachteile in der Praxis nicht verwendet.
(ii) Flanken- oder Kraterversagen:
Nach diesem Kriterium wird das Schneiden mit dem Werkzeug unterbrochen, wenn der Verschleiß an der Flanke eine bestimmte Höhe erreicht, und das Schleifen wird durchgeführt. Wenn beispielsweise die Flankenverschleißhöhe h gleich 0, 3 mm ist, soll das Werkzeug ausgefallen sein. Einige übliche empfohlene Werte für das Verschleißland sind in Tabelle 9.11 angegeben. (a, b).
Aufgrund der Abnutzung der Flanke nimmt die tatsächliche Schnittiefe von AC nach BC ab, wie in Abb. 9.23 dargestellt. Das Werkstück wird konisch, wenn das Schneiden fortgesetzt wird. Dies ist das in der Praxis am häufigsten angewandte Kriterium. Der Flankenverschleiß wird mit einem Werkzeugmikroskop gemessen.
Es ist auch wichtig anzumerken, dass der Flankenverschleiß entlang der aktiven Schneidkante nicht gleichförmig ist. Daher ist es erforderlich, vor dem Nachschleifen die Stellen und den Abnutzungsgrad beim Bestimmen des Werkzeuglebenskriteriums anzugeben.
(iii) Fertigstellenfehler:
Nach diesem Kriterium wird, wenn die Oberflächenrauheit einen bestimmten hohen Wert erreicht, das Schneiden mit dem Werkzeug angehalten und das Schleifen durchgeführt. Bei einer bestimmten Schnittbedingung beträgt die Oberflächenrauheit 0, 7 Mikrometer. Da sich beim Schneiden der Flankenverschleiß entwickelt, wird die Schneidkante rau und unregelmäßig, so dass die Oberflächenrauheit allmählich zunimmt, wie in Abb. 9.24 dargestellt. Als Kriterium werden beispielsweise 1, 3 Mikrometer beibehalten.
Die Rauheit der Oberfläche wird entlang ihrer Länge kontinuierlich gemessen. Wenn die Rauheit den angegebenen Wert erreicht, wird das Schneiden unterbrochen. Beispielsweise kann dieser maximal festgelegte Wert der Oberflächenrauheit am 10. Werkstück auftreten, so dass das 11. und das nächste Werkstück nicht mit demselben Werkzeug bearbeitet werden können, ohne nachgeschliffen zu werden.
Dieses Kriterium wird besonders wichtig, wenn eng anliegende Objekte bearbeitet werden. Aufgrund von rauen und unebenen Oberflächen kann die korrekte Montage nicht durchgeführt werden.
(iv) Größenfehler:
Nach diesem Kriterium gilt ein Werkzeug als fehlgeschlagen, wenn die Größe einer produzierten fertigen Komponente von ihrem angegebenen Wert abweicht.
(v) Ausfall der Schneidkraft:
Nach diesem Kriterium gilt ein Werkzeug als nicht bestanden, wenn die Schneidkraft um einen bestimmten Betrag zunimmt. Dies ist auf den Flankenverschleiß zurückzuführen. Flankenverschleiß vergrößert die Kontaktfläche zwischen Werkstück und Werkzeug, was zu einer Erhöhung der Schnittkraft führt. Abb. 9.25. zeigt, dass eine Erhöhung der Schnittkraft mit der Entwicklung zum Flankenverschleiß auftritt.
Faktoren, die die Lebensdauer des Werkzeugs beeinflussen:
Folgende Faktoren spielen eine wichtige Rolle bei der Werkzeugstandzeit:
(i) Schnittgeschwindigkeit
(ii) Vorschub und Schnittiefe.
(iii) Härte des Werkstücks
(iv) Mikrostruktur des Werkstücks.
(v) Werkzeugmaterial.
(vi) Werkzeuggeometrie.
(vii) Art der Schneideflüssigkeit und Aufbringungsmethode.
(viii) Art des Schneidens.
(ix) Korngröße des Werkstücks.
(x) Steifheit des Werkstück-Werkzeug-Werkzeug-Systems
(i) Schnittgeschwindigkeit:
FW Taylor hat zahlreiche Versuche im Bereich der spanenden Metallbearbeitung durchgeführt. Im Jahr 1907 gab er die folgende Beziehung zwischen Werkzeugstandzeit und Schnittgeschwindigkeit an, die als Taylor-Tool-Life-Gleichung bekannt ist.
V C T n = C
wo, V = Schnittgeschwindigkeit (m / min)
T = Werkzeugstandzeit (min) C = Konstante oder Bearbeitungskonstante
n = Werkzeugstandzeitindex. Dies hängt von der Kombination von Werkzeug und Arbeitsmaterial und den Schneidbedingungen ab.
Wenn T = 1 min
dann ist C = V c
Die Konstante C kann also physikalisch als die Schnittgeschwindigkeit interpretiert werden, für die die Werkzeugstandzeit 1 Minute beträgt. Die Werkzeugstandzeitgleichung kann auf Protokollpapier dargestellt werden; es wird zu einer geraden Linie, wie in Abb. 9.26 gezeigt.
Es ist klar, dass die Schnittgeschwindigkeit den höchsten Einfluss auf die Werkzeuglebensdauer hat, gefolgt von Vorschub und Schnitttiefe. Wenn die Schnittgeschwindigkeit zunimmt, steigt die Schnitttemperatur und die Werkzeugstandzeit sinkt.
(ii) Vorschub und Schnittiefe:
Gemäß der Taylor-Werkzeugstandzeitgleichung verringert sich die Werkzeugstandzeit, wenn der Vorschub erhöht wird. Auch der gleiche Fall für die Schnitttiefe.
Die folgende Beziehung rechtfertigt die obige Aussage:
(iii) Härte des Werkstücks:
Mit zunehmender Härte nimmt die zulässige Geschwindigkeit für eine bestimmte Werkzeuglebensdauer ab. Zum Beispiel beträgt die Werkzeugstandzeit für das Schneiden von weniger hartem Material 50 Minuten. Wenn nun beispielsweise härteres Material geschnitten werden soll, sollte die Schneidgeschwindigkeit proportional gehalten werden, um die Werkzeugstandzeit auf 50 Minuten zu halten.
Die obige Aussage wird durch die folgende von Yanitsky gegebene Gleichung gerechtfertigt:
woher,
H b = Anzahl der Brinelhärte des Arbeitsmaterials
= Prozentuale Reduktion
V = zulässige Schnittgeschwindigkeit für eine bestimmte Werkzeugstandzeit
(iv) Mikrostruktur des Werkstücks:
Wenn die Struktur immer mehr Perlite erhält, nimmt die Werkzeuglebensdauer bei jeder Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit ab, wie in Abb. 9.27 gezeigt.
(v) Werkzeugmaterial:
Die Hauptanforderungen an Schneidwerkstoffmaterialien sind: Heißhärte, Schlagzähigkeit und Verschleißfestigkeit. Für eine bessere Werkzeugstandzeit muss das Material die oben genannten Eigenschaften haben. Abb. 9.26 zeigt die Änderung der Werkzeugstandzeit gegenüber den Schnittgeschwindigkeiten für verschiedene Werkzeugmaterialien. Es ist aus der Figur sehr klar; Bei jeder Schnittgeschwindigkeit ist die Werkzeuglebensdauer für keramische Werkzeuge maximal und für Schnellarbeitsstahl die niedrigste. Bei Verwendung eines Keramikwerkzeugs konnte das maximale Materialvolumen bei jeder Schnittgeschwindigkeit für eine bestimmte Werkzeugstandzeit entfernt werden.
Ein ideales Werkzeugmaterial hat n = 1 (Taylor-Standzeitindex). Es ist das ideale Materialwerkzeug bei allen Schnittgeschwindigkeiten und entfernt maximales Arbeitsmaterialvolumen.
Einige Werkzeugmaterialien mit ihren Eigenschaften sind folgende:
ich. Carbon Sleets:
Sehr temperaturempfindlich.
Sie verlieren bei niedrigen Temperaturen rasch ihre Härte.
Nur für das langsame Schneiden und für die Bearbeitung von weichen NE-Metallen geeignet.
ii. HSS:
Sie sind erst ab 600 ° C betroffen und verlieren ihre Härte.
HSS hat eine gute Leistung unter 600 ° C.
Über 600 ° C Neigung zur Bildung von BUE
iii. Hartmetall:
Gute Leistung bis 1200 ° C.
Kann mit viel höheren Schnittgeschwindigkeiten als HSS verwendet werden
iv. Gesinterte Oxide oder Keramiken:
Kann bei 2 bis 3-fachen Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt werden als bei Hartmetallen.
(vi) Werkzeuggeometrie:
Die Werkzeuggeometrie beeinflusst die Werkzeugstandzeit stark. Wir werden die Auswirkungen aller Werkzeugparameter auf die Werkzeugstandzeit auf den folgenden Seiten besprechen:
(a) Rückenwinkel.
(b) Hauptschneide.
(c) Freiwinkel.
(d) Nasenradius.
(a) Rückenwinkel:
Je größer der Spanwinkel, desto kleiner ist der Schnittwinkel und größer der Scherwinkel. Dadurch werden die Schnittkraft und die Schneidkraft verringert. Dadurch wird weniger Wärme während des Schneidens erzeugt. Dies bedeutet eine niedrigere Schnitttemperatur und führt zu einer längeren Werkzeugstandzeit.
Andererseits führt das Erhöhen des Spanwinkels zu einer mechanisch schwachen Schneidkante, an der das positive Spanwerkzeug Scherbeanspruchung erfährt und die Spitze wahrscheinlich abgeschert wird.
Ein negativer Span erhöht die Schneidkraft und -leistung, daher führt mehr Wärme und Temperatur zu einer geringeren Werkzeugstandzeit.
Daher liegt ein optimaler Wert des Rückholwinkels, der von Werkzeugmaterial und Arbeitsmaterial abhängt. Sie reicht von -5 ° bis + 15 °. Ein optimaler Spanwinkel beträgt etwa 14 °, was eine maximale Standzeit ergibt.
Abb. 9.28 zeigt den Schneidvorgang mit positiven und negativen Spanwerkzeugen. Das positive Spanwerkzeug erfährt Scherbeanspruchung und die Spitze wird wahrscheinlich abgeschert. Während das Werkzeug mit negativem Rechen eine Druckspannung erfährt. Die Hartmetall- und Keramikwerkzeuge erhalten im Allgemeinen einen negativen Spanwinkel, da sie eine geringe Scherung und eine gute Kompression aufweisen.
(b) Hauptschneide:
Abb. 9.29 zeigt zwei verschiedene Anordnungen von Hauptschneidewinkeln. In Abb. 9.29 (a) beginnt der Kontakt allmählich von einem Punkt, der weit von der Spitze entfernt ist. Daher erfährt das Werkzeug die Schneidkraft allmählich und über einen größeren Bereich. Daher ist das Werkzeug sicherer und die Lebensdauer des Werkzeugs ist höher als in der Abb. 9.29 (b), in der der Hauptwinkel der Schneidkante 90 ° beträgt.
(c) Freiwinkel:
Eine Erhöhung des Freiwinkels führt zu einem erheblich geringeren Flankenverschleiß und somit zu einer längeren Standzeit. Die Schneidkante wird jedoch schwächer, wenn der Freiwinkel erhöht wird. Daher ist ein optimaler Wert erforderlich. Der beste Kompromiss ist 5 ° (bei Hartmetallwerkzeugen) bis 8 ° (bei HSS-Werkzeugen) für übliche Arbeitsmaterialien.
(d) Nasenradius:
Der Nasenradius verbessert die Standzeit und die Oberflächengüte.
Ein Zusammenhang zwischen Schnittgeschwindigkeit, Werkzeugstandzeit und Nasenradius ist unten angegeben:
VT 0, 09 = 300 R 0, 25
Wobei R = Nasenradius (für HSS-Werkzeugschneiden aus SAE-2346-Stahl)
T = Werkzeugstandzeit (min)
V = Schnittgeschwindigkeit (m / min)
ich. Es gibt einen optimalen Wert des Nasenradius, bei dem die Werkzeugstandzeit maximal ist.
ii. Wenn der Radius den optimalen Wert überschreitet, verringert sich die Werkzeugstandzeit.
iii. Ein größerer Radius bedeutet einen größeren Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstück. Aufgrund dessen wird mehr Reibungswärme erzeugt, resultiert eine erhöhte Schneidkraft. Aufgrund dessen kann das Werkstück vibrieren. Wenn die Steifigkeit nicht sehr hoch ist, versagen spröde Werkzeuge (Karbide und Keramik) aufgrund des Abplatzens der Schneidkante.
(vii) Art der Schneideflüssigkeit und Verfahren zu ihrer Anwendung:
Die Anwendung einer geeigneten Schneideflüssigkeit erhöht offensichtlich die Werkzeuglebensdauer oder mit anderen Worten, die zulässige Schneidgeschwindigkeit erhöht sich bei gleicher Lebensdauer. Abb. 9.30 zeigt den Einfluss von Schneideflüssigkeit auf die Werkzeuglebensdauer für verschiedene Werkzeugmaterialien. Bei einigen Geschwindigkeiten erhöht sich die Standzeit sogar um 150 Prozent. Alle Arten von Schneidflüssigkeiten haben keine gleiche Wirkung, manche mehr, manche weniger.
(viii) Art des Schneidens:
Wenn das Schneiden intermittierend ist, trägt das Werkzeug eine Stoßbelastung, was zu einem schnellen Ausfall führen kann. Beim kontinuierlichen und gleichmäßigen Schneiden beträgt die Werkzeugstandzeit mehr.
(ix) Korngröße des Werkstücks:
Die Werkzeugstandzeit erhöht sich, wenn die Korngröße zunimmt. Wenn die Korngröße zunimmt, nimmt die mittlere Anzahl der Körner pro Quadratfläche ab und folglich verringert sich die Härte. Dies führt zu einer erhöhten Werkzeuglebensdauer.
(x) Steifheit des Werkstück-Maschinen-Werkzeugsystems:
Je höher die Steifigkeit des Systems, desto höher ist die Standzeit. Je geringer die Steifigkeit des Systems ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit eines Werkzeugversagens durch Vibrationen des Werkzeugs oder Werkstücks. Steifigkeit ist die wichtigste Anforderung beim intermittierenden Schneiden, insbesondere wenn spröde Werkzeuge verwendet werden.
