CNC加工におけるよくある工具の問題とその対策がこの記事1つでわかります！

マシニングセンタにとって工具は消耗品であり、加工中に損傷、摩耗、欠け等が発生します。これらの現象は避けられませんが、非科学的で不規則な運転や不適切なメンテナンスなど、制御可能な理由もあります。根本原因を見つけることによってのみ、問題をより適切に解決することができます。

工具破損の症状

1）刃先の欠け

被削材の材質組織、硬度、マージンが不均一な場合、すくい角が大きすぎて刃先強度が低下したり、加工系の剛性が不足して振動が発生したり、断続切削となり、研削品質が低下し、刃先が折れやすい場合があります。欠け、つまりエッジ部分に小さな欠け、欠け、または剥がれが発生します。これが起こると、工具は切削能力の一部を失いますが、引き続き動作します。切断を続けると、エッジ部分の損傷部分が急速に拡大し、損傷がさらに大きくなる可能性があります。

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2）刃先やチップの欠け

このタイプの損傷は、刃先のチッピングよりも過酷な切削条件で発生することが多く、またはチッピングがさらに進行したものです。チッピングのサイズと範囲はチッピングよりも大きいため、工具は完全に切削能力を失い、動作を停止しなければなりません。チップの欠けは、しばしばポイントドロップと呼ばれます。

3) 刃やナイフが壊れている

切削条件が極めて厳しい場合、切削量が多すぎる場合、衝撃荷重が加わった場合、刃物や工具素材に微小亀裂がある場合、溶接や研ぎによる刃物の残留応力がある場合、不用意な操作などの要因がある場合刃物や工具を損傷する恐れがあります。断ち切る。このような損傷が発生すると、工具は使用し続けることができないため、廃棄されます。

4) 刃の表層が剥がれる

TiC含有量の高い超硬合金、セラミックス、PCBNなど、表面構造の欠陥や潜在的な亀裂、または溶接や研ぎによる表面の残留応力により、切断プロセス中に発生する脆性の高い材料の場合。工具表面が十分に安定していない場合、または工具表面が交互の接触応力を受けると、表面層が剥がれやすくなります。すくい面では剥離が、逃げ面では刃物が発生する場合があります。剥離はフレーク状であり、剥離面積は比較的広い。コーティングされた工具は剥がれやすいです。刃が少し剥がれるくらいならまだ使えますが、剥がれが激しいと切れ味が落ちてしまいます。

5) 切削部の塑性変形

工具鋼やハイス鋼は強度が低く、硬度も低いため、切削部に塑性変形が生じる場合があります。超硬合金が高温かつ三次元圧縮応力状態で直接作用すると、表面に塑性流動が生じ、場合によっては刃先やチップの塑性変形を引き起こし、崩壊を引き起こすこともあります。一般に倒れは切削量が多い場合や硬い材料を加工する場合に発生します。 TiC 基超硬合金の弾性率は WC 基超硬合金の弾性率より小さいため、前者の塑性変形に対する抵抗力が加速されるか、または急速に破壊されます。 PCDやPCBNは基本的に塑性変形しません。

6) 刃の熱割れ

工具が機械的負荷と熱的負荷を交互に受けると、繰り返しの熱膨張と熱収縮によって切削部品の表面に必然的に交互の熱応力が発生し、刃が疲労して亀裂が発生します。例えば、超硬フライスを高速フライス加工に使用すると、カッター歯には周期的な衝撃や交互の熱応力が常に加わり、すくい面に櫛状のクラックが発生します。工具によっては明らかな交番荷重や交番応力を持たないものもありますが、表層と内層の温度が不均一であるため熱応力も発生します。また、工具素材の内部には必然的に欠陥が存在するため、刃物が割れる可能性もあります。亀裂が形成された後も工具は一定期間動作し続ける場合があり、場合によっては亀裂が急速に拡大して刃が折れたり、刃の表面が大きく剥離したりすることがあります。

工具の摩耗の原因

1) 摩耗

加工された材料には非常に高い硬度を持つ小さな粒子が含まれていることが多く、これが工具の表面に溝を描く可能性があり、これが摩耗性の摩耗です。摩耗はすべての表面に存在しますが、最も明らかなのはすくい面です。さらに、麻の摩耗はさまざまな切削速度で発生する可能性がありますが、低速切削の場合、切削温度が低いため、他の原因による摩耗は明らかではないため、摩耗による摩耗が主な原因となります。さらに、工具の硬度が低いほど、摩耗による損傷はより深刻になります。

2) 冷間圧接摩耗

切断時には、ワーク、切断面、前後のカッター面の間に大きな圧力と強い摩擦がかかるため、冷間圧接が発生します。摩擦対間の相対運動により、冷間圧接により亀裂が発生し、一方の側で亀裂が除去され、その結果冷間圧接摩耗が発生します。冷間圧接摩耗は通常、中程度の切削速度で激しくなります。実験によると、脆性金属はプラスチック金属よりも冷間圧接に対して強い耐性を持っています。多相金属は一方向金属よりも小さい。金属化合物は、単体よりも冷間圧接の傾向が低い。化学元素周期表の B グループ元素と鉄は、冷間圧接の傾向が小さいです。ハイス鋼や超硬合金を低速で切断する場合、冷間圧接はさらに深刻になります。

3) 拡散摩耗

高温での切削およびワークと工具の接触中に、両面の化学元素が固体状態で相互に拡散し、工具の組成構造が変化し、工具の表面が脆くなり、工具の摩耗が悪化します。道具。拡散現象は、深度勾配の高いオブジェクトから深さ勾配の低いオブジェクトへの連続的な拡散を常に維持します。

たとえば、超硬合金が 800 度の場合、その中のコバルトはチップやワークピースに急速に拡散し、WC はタングステンとカーボンに分解して鋼に拡散します。鋼材や鉄材を切削する際、PCD工具の切削温度が800度を超えると、このときPCD内の炭素原子が大きな拡散強度でワーク表面に移動し、新たな合金を形成し、表面が工具の部分が黒鉛化してしまいます。コバルトとタングステンの拡散は比較的深刻で、チタン、タンタル、ニオブの拡散防止能力は比較的強いです。したがって、YT 超硬合金は耐摩耗性に優れています。セラミックや PCBN を切断する場合、温度が 1000 度 -1300 度にも達すると、拡散摩耗は顕著ではありません。ワークピース、チップ、工具の材質が異なるため、切削中に接触領域に熱電位が発生します。この熱電位は拡散を促進し、工具の摩耗を促進する可能性があります。このような熱電位の作用による拡散摩耗を「熱電摩耗」といいます。

4) 酸化摩耗

温度が上昇すると、工具の表面が酸化して柔らかい酸化物が生成され、これが切りくずによって擦られます。これを酸化摩耗と呼びます。例: 700 度～800 度で、空気中の酸素が超硬合金中のコバルト、炭化物、炭化チタンなどと反応して軟質酸化物を形成します。 1000 度で、PCBN は水蒸気と化学反応します。

刃の摩耗パターン

1) すくい面の損傷

プラスチック材料を高速で切削する場合、すくい面の切削抵抗に近い部分が切りくずの作用により三日月状の凹状に摩耗するため、クレータ摩耗とも呼ばれます。摩耗の初期段階では、工具のすくい角が大きくなり、切削条件が向上し、切りくずのカールや分断が促進されます。しかし、三日月状のクレーターがさらに大きくなると刃先の強度が著しく低下し、最終的には刃折れを引き起こす可能性があります。場合。脆性材料を切断する場合、またはより低い切断速度およびより薄い切断厚さでプラスチック材料を切断する場合、一般にクレータ摩耗は発生しません。

2) 工具先端の摩耗

工具ノーズ摩耗は、工具ノーズ円弧の逃げ面と隣接する二次逃げ面の摩耗であり、工具の上部逃げ面の摩耗の継続です。ここでは放熱条件が悪く応力が集中するため、逃げ面よりも摩耗速度が速く、副逃げ面に送り量に等しい距離の小さな溝が連続して形成される場合があり、これを溝摩耗といいます。。それらは主に加工面の硬化層と切削線によるものです。加工硬化傾向の高い難削材を切削する場合、溝摩耗が最も発生しやすくなります。工具先端の摩耗は、ワークの表面粗さと加工精度に大きな影響を与えます。

3) 逃げ面摩耗

大きな切断厚さでプラスチック材料を切断する場合、構成刃の存在により、工具の側面がワークピースと接触しない場合があります。また、通常、逃げ面はワークと接触するため、逃げ角｛｝｝｝の摩耗帯が逃げ面に形成されます。一般に、切れ刃の加工長さの中間では、逃げ面摩耗は比較的均一であるため、逃げ面摩耗の程度は、切れ刃の逃げ面摩耗帯幅 VB によって測定できます。

さまざまな種類の工具は、さまざまな切削条件下でほぼ常に逃げ面摩耗を起こすため、特に脆性材料の切削や切削厚の薄いプラスチック材料の切削では、工具の摩耗は主に逃げ面摩耗であり、摩耗ゾーンの幅 VB の測定は比較的単純であるため、通常は工具の摩耗の程度を示すために VB が使用されます。 VBが大きくなると、切削抵抗が増大して切削振動が発生するだけでなく、工具先端円弧部の摩耗に影響を与え、加工精度や面品位に影響を与えます。

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ナイフの破損を防ぐ方法

1) 加工される材料や部品の特性に応じて、工具材料の種類とグレードを合理的に選択します。工具材料はある程度の硬度と耐摩耗性を前提として、必要な靭性を確保する必要があります。

2) ツールの幾何学的パラメータを合理的に選択します。前後角度、主振れ角と副振れ角、刃先の傾斜角などを調整することで、刃先や工具先端の強度を向上させることができます。刃先のネガチャンファー研削はチッピング防止に有効です。

3) 溶接や研ぎの品質を確保し、溶接や研ぎ不良に起因するさまざまな欠陥を回避します。主要なプロセスで使用されるナイフは、表面品質を改善し、亀裂がないか確認するために研磨する必要があります。

4) 工具の損傷を防ぐため、過剰な切削力や高い切削温度を避けるために、切削量を合理的に選択してください。

5) 可能な限りプロセスシステムの剛性を高め、振動を低減してください。

6) 正しい操作方法をとり、工具に極力負荷がかからない、または急変荷重がかからないように注意してください。

工具欠けの原因と対策

1. 刃厚が薄すぎたり、粗加工用に硬すぎて脆すぎる材種を選択したりするなど、刃材の材種や仕様の選択が不適切です。

対策：刃厚を厚くするか刃を垂直に取り付け、曲げ強度や靭性の高いグレードを選択してください。

2. 工具形状パラメータの不適切な選択 (大きすぎる前部角度と後部角度など)。

対策:

次の観点からツールの再設計を開始できます。

1) 前後角を適切に小さくする。

2) より大きな負のエッジ傾斜を使用します。

3) 切込み角度を小さくします。

4) より大きなネガティブ面取りまたはエッジ円弧を使用します。

5) 移行切れ刃を研削して先端を強化します。

3) ブレードの溶接工程が正しくなく、溶接応力が過大になったり、溶接割れが発生したりする。

対策:

1) 三面クローズド刃溝構造の採用は避けてください。

2) はんだの正しい選択。

3) 酸素アセチレン火炎加熱溶接は避け、溶接後は内部応力を取り除くため保温してください。

4) 可能な限り機械的なクランプ構造を使用してください。

4. 不適切な研ぎ方法は研削応力や研削割れの原因となります。 PCBNフライスを研いだ後、刃の振動が大きすぎるため、個々の刃の負荷が大きくなりすぎ、切断の原因にもなります。

対策:

1) 断続研削またはダイヤモンド砥石による研削。

2) より柔らかい砥石を選択し、砥石の切れ味を保つために頻繁にドレッシングを行ってください。

3) 研ぎ品質に注意し、フライス刃の振動を厳密に管理します。

5. カット量の選択に無理がある。量が多すぎると工作機械が退屈になります。断続的に切削する場合、切削速度が高すぎる、送り速度が大きすぎる、抜きしろが不均一である、切り込み深さが小さすぎる。高マンガン鋼の切削加工硬化傾向が大きい材料の場合、送り速度が小さすぎます。

対策：カット量を再選択してください。

6. メカクランプツールの溝底面に凹凸がある、刃の出方が長すぎるなどの構造上の理由。

対策:

1) サイプ底面をトリミングします。

2）切削液ノズルの位置を適正に配置してください。

3) 硬化シャンクにより、ブレードの下に超硬ガスケットが追加されます。

7. 工具の過度の摩耗。

対策: 適時に工具を交換するか、刃先を交換してください。

8. 切削液の流量が不足したり、充填方法が間違っていると、刃が急激に発熱し、亀裂が入ることがあります。

対策:

1) 切削液の流量を増やす。

2）切削液ノズルの位置を適正に配置してください。

3) 冷却効果を高めるためにスプレー冷却などの効果的な冷却方法を使用します。

4）高速切断を採用し、刃物への衝撃を軽減します。

9. 工具が正しく取り付けられていない。たとえば、切削工具が高すぎる、または低すぎる。エンドミルは非対称ダウンミーリングなどを採用。

対策: ツールを再インストールします。

10. プロセスシステムの剛性が低すぎるため、過度の切削振動が発生します。

対策:

1）ワークの補助サポートを増やし、ワークのクランプ剛性を向上させます。

2) 工具の突き出し長さを短くしてください。

3) 工具のバックアングルを適切に小さくします。

4) 他の制振対策を講じます。

11. 工具がワークの中央から切り込む場合、動作が激しすぎるなどの不用意な操作。工具が後退する前に直ちに停止してください。

対策：操作方法に注意してください。

構成刃先の原因と特徴と対策

1. 原因

刃先に近い部分の工具とチップの接触部では、大きなダウンフォースにより、すくい面の微細な凹凸にチップの下地金属が埋め込まれ、本物のメタルトを形成します。 -金属が隙間なく接触し、結合を引き起こします。、ナイフとチップの接触領域のこの部分はボンディング領域と呼ばれます。ボンディングゾーンでは、チップの底部のすくい面に金属材料の薄い層が堆積します。チップのこの部分の金属材料は激しい変形を受けており、適切な切削温度で強化されます。切りくずが連続的に流れると、後続の切削の流れに押されて、このよどみ材料の層が切りくずの上層に対して滑って離れ、構成刃先の基礎となります。続いて、停滞した切削材料の 2 番目の層がその上に形成され、この連続的な層が構築刃を形成します。

2. 特徴と切削加工への影響

1）硬度は被削材の1.5～2.0倍です。切削用すくい面の代替として使用でき、刃先の保護、すくい面の摩耗低減に効果があります。しかし、構成刃先が脱落すると、破片が工具とワークの接触領域を通って流れます。工具逃げ面摩耗の原因となります。

2) 構成刃先の形成後、工具のすくい角は大幅に増加し、切りくずの変形と切削抵抗の低減に効果を発揮します。

3) 構成刃先が刃先よりも突き出すため、実際の切り込み深さが大きくなり、ワークの寸法精度に影響を与えます。

4) ビルトアップエッジはワークの表面に「溝」現象を引き起こし、ワークの表面粗さに影響を与えます。

5) ビルドアップエッジの破片がワーク表面に固着または埋め込まれ、ハードスポットを形成し、ワークの加工面の品質に影響を与えます。

上記の分析から、構成刃先は切削、特に仕上げには適していないことがわかります。

3. 管理措置

チップ底材とすくい面を非接着・変形・強化することで構成刃先の発生を回避します。この日に関しては、次のような対策が考えられます。

1）すくい面の粗さを低減します。

2) 工具のすくい角を大きくします。

3) 切断厚さを薄くします。