Werkzeugverschleiß: Bedeutung, Typen und Ursachen

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, erfahren Sie mehr über: 1. Bedeutung von Werkzeugverschleiß 2. Arten von Werkzeugverschleiß 3. Ursachen 4. Wachstum 5. Formen 6. Folgen.

Bedeutung der Werkzeugabnutzung:

Schneidwerkzeuge unterliegen einem extrem harten Reibprozess. Sie befinden sich in einem Metall-zu-Metall-Kontakt zwischen dem Chip und dem Werkstück unter hoher Belastung und Temperatur. Die Situation wird durch extreme Spannungen und Temperaturgradienten in der Nähe der Werkzeugoberfläche ernst.

Der Werkzeugverschleiß ist aufgrund des normalen Betriebs im Allgemeinen ein allmählicher Prozess. Der Werkzeugverschleiß kann mit dem Verschleiß der Spitze eines gewöhnlichen Stiftes verglichen werden. Gemäß dem australischen Standard kann der Werkzeugverschleiß definiert werden als "Die Änderung der Form des Werkzeugs von seiner ursprünglichen Form während des Schneidens, die sich aus dem allmählichen Verlust des Werkzeugmaterials ergibt".

Der Werkzeugverschleiß hängt von folgenden Parametern ab:

ich. Werkzeug- und Werkstückmaterial.

ii. Werkzeugform

iii. Schneidgeschwindigkeit.

iv. Futter.

v. Schnittiefe.

vi. Schneidflüssigkeit verwendet.

vii. Werkzeugmaschinenmerkmale usw.

Der Werkzeugverschleiß wirkt sich auf folgende Gegenstände aus:

ich. Erhöhte Schneidkräfte.

ii. Erhöhte Schnitttemperatur.

iii. Verminderte Genauigkeit der produzierten Teile.

iv. Verminderte Standzeit.

v. Schlechte Oberflächengüte

vi. Wirtschaftlichkeit von Schneidvorgängen.

Arten von Werkzeugverschleiß:

Die hohen Kontaktspannungen werden im Bearbeitungsprozess aufgrund der Reibwirkung von entwickelt:

(i) Werkzeugspanfläche und Chips.

(ii) Werkzeugflankenfläche und bearbeitete Oberfläche.

Dies führt zu einer Vielzahl von Verschleißmustern, die an der Spanfläche und der Flankenfläche beobachtet werden. Wir nennen das allmähliche Abnutzung des Werkzeugs.

Der allmähliche Verschleiß ist unvermeidlich, aber kontrollierbar. Es ist der Verschleiß, der nicht verhindert werden kann. Sie muss nach einer bestimmten Bearbeitungszeit auftreten.

Der allmähliche Verschleiß kann durch Abhilfemaßnahmen kontrolliert werden. Der allmähliche Verschleiß kann in zwei grundlegende Verschleißarten unterteilt werden, die zwei Bereichen im Schneidwerkzeug entsprechen (siehe Abb. 9.16).

Dies sind folgende:

(i) Flankenverschleiß

(ii) Kraterabnutzung.

(i) Flankenabnutzung:

Verschleiß an der Freifläche (Freifläche oder Freifläche) des Werkzeugs wird Flankenverschleiß genannt. Der Flankenverschleiß ist in Abb. 9.17 (a, b, c) dargestellt.

Die Eigenschaften des Flankenverschleißes sind folgende:

ich. Es ist der wichtigste Verschleiß, der parallel zur Schneide an der Freifläche auftritt. Dies ist meistens auf Abrieb / Haftmittelverschleiß der Schneidkante an der bearbeiteten Oberfläche zurückzuführen.

ii. Dies ist in der Regel auf hohe Temperaturen zurückzuführen, die die Werkzeug- und Arbeitsmitteleigenschaften beeinflussen.

iii. Es führt zur Bildung von Verschleißland. Die Abriebflächenbildung ist entlang der Haupt- und Nebenschneide des Werkzeugs nicht immer gleichmäßig.

iv. Es kann unter Verwendung der durchschnittlichen Verschleißflächengröße (V ₃ ) und der maximalen Verschleißflächengröße (VB _max ) gemessen werden.

v. Sie kann mit der Tool-Life-Expectancy-Gleichung beschrieben werden.

V _C T ⁿ = C

Eine allgemeinere Form der Gleichung (unter Berücksichtigung von Schnitttiefe und Vorschub) ist

V _c T ⁿ D ^x F ^y = C

woher,

V _c = Schnittgeschwindigkeit

T = Werkzeugstandzeit

D = Schnittiefe (mm)

F = Vorschub (mm / U oder Zoll / U)

x und y = Exponenten, die für jede Schnittbedingung experimentell bestimmt werden.

C = Bearbeitungskonstante, gefunden durch Experimentieren oder veröffentlichtes Datenbuch. Abhängig von den Eigenschaften des Werkzeugmaterials, des Werkstücks und der Vorschubgeschwindigkeit.

n = exponentiell

Werte von n = 0, 1 bis 0, 15 (für HSS-Werkzeuge)

= 0, 2 bis 0, 4 (für Hartmetallwerkzeuge)

= 0, 4 bis 0, 6 (für Keramikwerkzeuge)

Gründe für Flankenverschleiß:

ich. Eine erhöhte Schnittgeschwindigkeit führt dazu, dass der Verschleiß der Flanke schnell zunimmt.

ii. Eine Erhöhung des Vorschubs und der Schnitttiefe kann auch zu einem größeren Flankenverschleiß führen.

iii. Abrieb durch harte Rispen im Werkstück.

iv. Scheren von Mikroschweißnähten zwischen Werkzeug und Arbeitsmaterial.

v. Abnutzung durch Bruchstücke der aufgebauten Kante, die gegen die Freifläche (Flankenfläche) des Werkzeugs stoßen.

Heilmittel für Flankenverschleiß:

ich. Schnittgeschwindigkeit reduzieren.

ii. Vorschub und Schnitttiefe reduzieren.

iii. Verwenden Sie, wenn möglich, harte Hartmetallsorten.

iv. Bildung von Aufbauschneiden mit Spanbrechern verhindern.

Auswirkungen von Flankenverschleiß:

ich. Erhöhung der Gesamtschneidkraft.

ii. Erhöhung der Oberflächenrauheit der Komponente.

iii. Beeinflussen auch die Maßgenauigkeit der Bauteile.

iv. Wenn Formwerkzeuge verwendet werden, verändert der Flankenverschleiß auch die Form der hergestellten Bauteile.

(ii) Kraterabnutzung:

Verschleiß auf der Spanfläche des Werkzeugs wird als Kraterverschleiß bezeichnet. Wie der Name schon sagt, ist die Form der Abnutzung die eines Kraters oder einer Schüssel. Die Kraterabnutzung ist in Abb. 9.18 (a, b, c) dargestellt.

Die Eigenschaften der Kraterabnutzung sind folgende:

ich. Im Krater verschleißen die Späne die Spanfläche des Werkzeugs.

ii. Die Späne fließen über die Spanfläche und entwickeln eine starke Reibung zwischen der Spanfläche und der Spanfläche. Dadurch entsteht eine Narbe auf der Spanfläche, die normalerweise parallel zur Hauptschneide verläuft.

iii. Es ist für Werkzeugverschleiß etwas normal und verschlechtert die Verwendung eines Werkzeugs nicht ernsthaft, bis es ernst genug wird, um einen Schneidkantenfehler zu verursachen.

iv. Der Kraterverschleiß kann den Arbeitsspanwinkel erhöhen und die Schneidkraft verringern, aber auch die Festigkeit der Schneidkante schwächen.

v. Es ist üblicher bei duktilen Materialien wie Stahl, die lange durchgehende Späne erzeugen. Es ist auch häufiger bei HSS-Werkzeugen (High Speed ​​Steel) als bei Keramik- oder Hartmetallwerkzeugen, die eine viel höhere Heißhärte aufweisen.

vi. Die zur Messung des Kraterverschleißes verwendeten Parameter sind in Abb. 9.18 zu sehen. Die Kratertiefe KT ist der am häufigsten verwendete Parameter bei der Bewertung des Spanflächenverschleißes.

vii. Sie tritt ungefähr auf einer Höhe auf, die der Schnitttiefe des Materials entspricht, dh der Kraterverschleißtiefe ⋍ Schnitttiefe.

viii. Bei Hochtemperaturzonen (nahezu 700 ° C) tritt Verschleiß auf.

Gründe der Kraterabnutzung:

ich. Starker Abrieb zwischen den Span-Werkzeug-Schnittstellen, insbesondere auf der Spanfläche.

ii. Hohe Temperatur in der Werkzeug-Chip-Schnittstelle.

iii. Eine Erhöhung des Vorschubs führt zu einer erhöhten Kraft, die auf die Werkzeugschnittstelle wirkt, was zu einem Temperaturanstieg der Werkzeug-Chip-Schnittstelle führt.

iv. Eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit führt zu einer erhöhten Spangeschwindigkeit an der Spanfläche. Dies führt zu einem Temperaturanstieg an der Span-Werkzeug-Schnittstelle und somit zu einem erhöhten Kraterverschleiß.

Heilmittel für Krater tragen:

ich. Die Verwendung geeigneter Schmiermittel kann den Abriebprozess verringern und somit den Kraterverschleiß verringern.

ii. Korrektes Kühlmittel für eine schnelle Wärmeableitung von der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Chip.

iii. Reduzierte Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe.

iv. Verwenden Sie für Werkzeuge härtere und heiße Härtewerkstoffe.

v. Verwenden Sie das positive Rechenwerkzeug.

Ursachen von Werkzeugverschleiß:

Es gibt eine Vielzahl von Ursachen für den Werkzeugverschleiß.

Einige von ihnen sind aus thematischer Sicht hier zu besprechen:

(i) Abrasiver Verschleiß (Verschleiß harter Partikel).

(ii) Klebstoffabnutzung.

(iii) Diffusionsverschleiß

(iv) chemischer Verschleiß

(v) Bruchabnutzung.

(i) abrasive Abnutzung (harte Teilchenabnutzung):

Abrasiver Verschleiß wird im Wesentlichen durch die Verunreinigungen im Werkstückmaterial wie Kohlenstoffnitrid- und Oxidverbindungen sowie durch die aufgebauten Randfragmente verursacht. Es ist eine mechanische Art der Abnutzung. Dies ist die Hauptursache für den Werkzeugverschleiß bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten.

(ii) Adhesive Wear:

Aufgrund des hohen Drucks und der hohen Temperatur an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Chip neigen heiße Späne dazu, an der Werkzeugspanfläche anzuschweißen. Dieses Konzept führt zur nachträglichen Bildung und Zerstörung von Schweißverbindungen. Wenn die Schweißnaht unterbrochen wird, werden die Partikel des Schneidwerkzeugs aufgenommen. Dies führt zu einem Kraterverschleiß. Abb. 9.19 zeigt den Adhäsionsverschleiß.

(iii) Diffusionsverschleiß:

Diffusionsverschleiß wird normalerweise durch atomare Übertragung zwischen kontaktierenden Materialien unter Hochdruck- und Temperaturbedingungen verursacht. Dieses Phänomen beginnt an der Chip-Tool-Schnittstelle. Bei solchen erhöhten Temperaturen diffundieren einige Partikel von Werkzeugmaterialien in das Spanmaterial. Es kann auch vorkommen, dass einige Partikel des Arbeitsmaterials auch in die Werkzeugmaterialien diffundieren.

Dieser Partikelaustausch verändert die Eigenschaften des Werkzeugmaterials und führt zu Verschleiß, wie in Abb. 9.20 dargestellt:

Diese Diffusion führt zu Änderungen der Werkzeug- und Werkstückzusammensetzung.

Es gibt verschiedene Arten von Diffusionen wie:

(a) grobe Erweichung des Werkzeugs:

Die Diffusion von Kohlenstoff in einer relativ tiefen Oberflächenschicht des Werkzeugs kann ein Erweichen und einen anschließenden plastischen Fluss des Werkzeugs verursachen. Dies kann zu erheblichen Änderungen in der Werkzeuggeometrie führen.

(b) Diffusion wesentlicher Werkzeugbestandteile in das Werk:

Die Werkzeugmatrix oder ein Hauptverfestigungsbestandteil kann in den Arbeits- und Spanoberflächen aufgelöst werden, wenn sie das Werkzeug passieren. Zum Beispiel: Demand Tool, das Schneiden von Eisen und Stahl ist die typischen Beispiele für die Diffusion von Kohlenstoff.

(c) Diffusion einer Arbeitsmaterialkomponente in das Werkzeug:

Ein Bestandteil des in das Werkzeug diffundierenden Arbeitsmaterials kann die physikalischen Eigenschaften einer Oberflächenschicht des Werkzeugs verändern. Zum Beispiel: Die Diffusion von Blei in das Werkzeug kann zu einer dünnen spröden Oberflächenschicht führen. Diese dünne Schicht kann durch Abplatzen entfernt werden.

(iv) chemische Abnutzung:

Der chemische Verschleiß wird durch den chemischen Angriff einer Oberfläche verursacht.

Zum Beispiel:

Korrodierender Verschleiß

(v) Facture Wear:

Der Frakturabrieb wird normalerweise durch das Brechen der Kante am Ende oder der Länge verursacht. Der Massenbruch ist die schädlichste und unerwünschte Art des Verschleißes und sollte so weit wie möglich vermieden werden.

Wachstum von Werkzeugverschleiß:

Das Wachstumsmuster der Werkzeugabnutzung ist in Abb. 9.21 dargestellt:

Wir können das Wachstum in folgende drei Zonen einteilen:

(i) Zone mit starkem Verschleiß

(ii) anfängliche Verschleißzone.

(iii) schwere oder ultimative oder katastrophale Verschleißzone.

(i) Erste vorläufige oder schnelle Verschleißzone:

Bei der neuen Schneidkante ist der Verschleiß anfangs schneller. Die anfängliche Verschleißgröße beträgt normalerweise VB = 0, 05 bis 0, 1 mm.

Die Ursachen für den ersten oder schnellen Verschleiß sind:

ich. Mikrocraking

ii. Oberflächenoxidation

iii. Kohlenstoffverlustschicht.

iv. Mikrorauhigkeit beim Werkzeugschleifen.

(ii) stationäre Verschleißzone:

Nach dem anfänglichen Verschleiß stellten wir fest, dass die Verschleißrate relativ konstant oder konstant ist. In dieser Zone ist die Verschleißgröße proportional zur Schneidzeit.

(iii) schwere oder ultimative oder katastrophale Verschleißzone:

In dieser Zone ist die Verschleißrate viel schneller und führt zu einem katastrophalen Versagen der Schneidkante.

Wenn die Verschleißgröße auf einen kritischen Wert ansteigt, nimmt die Oberflächenrauheit der bearbeiteten Oberfläche ab, die Schneidkraft und die Temperatur nehmen rasch zu und die Verschleißrate steigt an. Dann verliert das Werkzeug seine Schneidfähigkeit. In der Praxis sollte diese Verschleißzone vermieden werden.

Erlaubtes Abnutzungsland:

Da wir uns entschließen, eine Messerschneide zu schleifen, wenn die Qualität des Schnitts abnimmt und die erforderlichen Schneidkräfte zu stark ansteigen, schärfen Sie die Schneidwerkzeuge auf ähnliche Weise neu oder ersetzen Sie sie, wenn.

(a) Die Qualität der bearbeiteten Oberfläche beginnt sich zu verschlechtern.

(b) Die Schneidkräfte nehmen deutlich zu.

(c) Temperaturanstieg deutlich.

Die durchschnittliche Breite des zulässigen Flankenverschleißes variiert von 0, 2 mm (für Präzisionsdrehvorgang) bis 1 mm (für einen Grobdrehvorgang).

In der folgenden Tabelle 9.11 sind einige empfohlene Werte für den zulässigen durchschnittlichen Verschleiß (VB) für verschiedene Arbeitsgänge und Schneidwerkzeuge aufgeführt:

Formen der Werkzeugabnutzung:

Flanken- und Kraterverschleiß sind sehr häufige Verschleißarten.

Einige andere Formen des Werkzeugverschleißes sind:

(i) thermoelektrischer Verschleiß

(ii) thermische Rissbildung und Werkzeugbruch.

(iii) zyklischer thermischer und mechanischer Lastverschleiß.

(iv) Kantenabplatzen.

(v) Fehler beim Eintritt oder Austritt.

(i) thermoelektrischer Verschleiß:

Es kann im Hochtemperaturbereich beobachtet werden. Durch die hohe Temperatur entsteht eine thermische Kopplung zwischen Werkstück und Werkzeug.

Durch diesen Effekt wird eine Spannung zwischen Werkstück und Werkzeug hergestellt. Es kann ein elektrischer Stromfluss zwischen den beiden entstehen. Diese Art der Abnutzung ist jedoch nicht eindeutig entwickelt worden.

(ii) Thermische Rissbildung und Werkzeugbruch

Dies ist bei Fräsvorgängen üblich. Beim Fräsen werden Werkzeuge zyklischen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Zähne können durch einen Mechanismus versagen, der beim kontinuierlichen Schneiden nicht beobachtet wird. Die thermische Rißbildung kann durch Verringerung der Schnittgeschwindigkeit oder durch Verwendung einer Werkzeugmaterialsorte mit höherer Temperaturwechselbeständigkeit verringert werden.

(iii) zyklischer thermischer und mechanischer Lastverschleiß

Die zyklische Temperaturänderung im Fräsprozess induziert eine zyklische thermische Belastung der Oberflächenschicht des Werkzeugs, die sich ausdehnt und zusammenzieht. Es kann zur Bildung von Ermüdungsrissen in der Nähe der Schneidkante kommen.

Meistens sind solche Risse senkrecht zur Schneidkante und beginnen sich an der äußeren Ecke des Werkzeugs zu bilden und breiten sich mit dem Schneiden nach innen aus. Das Wachstum dieser Risse führt schließlich zu Kantenausbrüchen oder Werkzeugbrüchen. Ein unzureichendes Kühlmittel kann die Rissbildung fördern.

(iv) Kantenhacken:

Beim Fräsen wird häufig Kantenausbrüche beobachtet. Dies kann vorkommen, wenn das Werkzeug das Bauteil zum ersten Mal berührt (Eintragsfehler) oder häufiger, wenn es das Bauteil verlässt (Fehler beim Beenden).

(v) Fehler beim Eintritt oder Austritt:

Ein Eintrittsfehler tritt am häufigsten auf, wenn die äußere Ecke des Einsatzes zuerst an dem Teil anschlägt. Dies ist wahrscheinlicher, wenn die Spanwinkel des Fräsers positiv sind. Ein Eintrittsfehler wird daher am einfachsten durch Umschalten von positiven auf negative Spanwinkel-Schneidvorrichtungen verhindert.

Folgen (Auswirkungen) von Werkzeugverschleiß:

Die Auswirkungen des Werkzeugverschleißes auf die technologische Leistung sind folgende:

(i) Zunahme der Schneidkräfte:

Die Schneidkräfte werden normalerweise durch den Verschleiß des Werkzeugs erhöht. Kraterverschleiß, Flankenverschleiß (oder Verschleißflächenbildung) und Abplatzen der Schneidkante beeinflussen die Leistung des Schneidwerkzeugs auf verschiedene Weise. Der Kraterverschleiß kann jedoch unter bestimmten Umständen die Kräfte reduzieren, indem der Spanwinkel des Werkzeugs effektiv erhöht wird. Der Verschleiß von Freiflächen (Flanken oder Verschleißflächen) und Abplatzen erhöhen fast immer die Schneidkräfte aufgrund erhöhter Reibkräfte.

(ii) Erhöhung der Oberflächenrauheit:

Mit zunehmendem Werkzeugverschleiß nimmt auch die Oberflächenrauheit des bearbeiteten Bauteils zu. Dies gilt insbesondere für ein Werkzeug, das durch Abplatzen getragen wird. Es gibt jedoch Umstände, unter denen ein Abnutzungsbereich das Werkstück polieren und polieren kann, um ein gutes Finish zu erzielen.

(iii) Zunahme der Vibration oder des Ratterns:

Vibrationen oder Rattern sind ein weiterer wichtiger Aspekt des Schneidvorgangs, der durch den Werkzeugverschleiß beeinflusst werden kann.

Eine Verschleißfläche erhöht die Tendenz eines Werkzeugs zu dynamischer Instabilität oder Vibrationen. Wenn das Werkzeug scharf ist, ist der Schneidvorgang ziemlich vibrationsfrei. Wenn sich das Werkzeug abnutzt, wird der Schneidvorgang andererseits einem unannehmbaren Vibrations- und Rattern-Modus unterzogen.

(iv) Abnahme der Dimensionsgenauigkeit:

Aufgrund des Flankenverschleißes kann die Plangeometrie eines Werkzeugs stören. Dies kann sich auf die Abmessungen der hergestellten Komponente auswirken. Es kann die Form der Komponente beeinflussen.

Zum Beispiel:

Bei schnellem Werkzeugverschleiß kann sich durch zylindrisches Drehen ein kegelförmiges Werkstück ergeben.