マシニングセンタにとって切削工具は消耗工具であり、加工中に破損や磨耗、欠けが発生します。これらの現象は避けられませんが、非科学的で非標準的な操作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。
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工具破損の症状
(1) 刃先がわずかに欠けている
被削材の材質組織や硬度、マージンが不均一である場合、すくい角が大きすぎて刃先強度が低下する場合、加工系の剛性が不足して振動が発生する場合、断続切削となり研ぎ品質が悪い場合、刃先が欠けやすい。つまり、刃の部分に小さな欠け、欠け、または剥がれがあります。これが起こると、工具は切削能力の一部を失いますが、引き続き動作することができます。切断を続けると、エッジ領域の損傷部分が急速に拡大し、より大きな損傷につながる可能性があります。
(2) 刃先やチップが折れている
このタイプの損傷は、刃先のマイクロチッピングを引き起こす条件、またはマイクロチッピングがさらに発展した条件よりも厳しい切削条件で発生することがよくあります。チッピングのサイズと範囲はマイクロチッピングよりも大きく、工具が完全に切削能力を失い、作業を停止しなければなりません。ナイフの先端が欠けることは、チップロスと呼ばれることがよくあります。
(3) 刃物や工具が折れた場合
切削条件が極めて厳しい場合、切削量が多すぎる場合、衝撃荷重がある場合、刃物や工具素材に微小な亀裂がある場合、溶接や研ぎによる刃物の残留応力がある場合、不注意などの要因がある場合使用すると刃や工具が損傷する可能性があります。破損を生じます。このような損傷が発生すると、ツールは引き続き使用できなくなり、廃棄されます。
(4)刃の表面が剥がれる
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、または溶接や研削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。工具表面が安定していない場合や交互接触応力が加わった場合、表面剥離が発生しやすくなります。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。剥離材はフレーク状で剥離面積が広い。コーティングされた工具は剥がれやすくなります。刃が少し剥がれるくらいならまだ使えますが、大きく剥がれると切れ味が落ちてしまいます。
(5) 切削部の塑性変形
工具鋼や高速度鋼は強度が低く、硬度が低いため、切削部で塑性変形が起こる場合があります。超硬合金が高温かつ三次元圧縮応力下で作動すると、表面塑性流動も発生し、刃先やチップの塑性変形を引き起こし、崩壊を引き起こす可能性もあります。一般にコラレは切削量が多く、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、またはすぐに破損します。 PCDやPCBNは基本的に塑性変形しません。
(6) 刃の熱割れ
工具に機械的負荷と熱的負荷が交互にかかると、熱膨張と熱収縮の繰り返しにより切削部の表面に必然的に交互熱応力が発生し、刃の疲労や割れが発生します。例えば、超硬フライスで高速フライス加工を行うと、カッターの歯は常に周期的な衝撃や交互の熱応力にさらされ、すくい面に櫛状のクラックが発生します。一部の工具には明らかな交互の荷重と応力がありませんが、表面層と内部層の間の温度の不一致により熱応力も発生します。また、工具の材質には避けられない欠陥が存在するため、刃に亀裂が発生する場合もあります。亀裂が形成された後も工具が一定期間動作し続ける場合もありますが、亀裂が急速に拡大してブレードが破損したり、ブレードの表面が大きく剥離したりする場合もあります。
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工具の摩耗の原因
(1) 摩耗
加工される材料には非常に高い硬度を持つ小さな粒子が含まれることが多く、工具の表面に溝ができることがあります。これが摩耗です。摩耗はすべての表面に存在しますが、すくい面で最も顕著です。さらに、さまざまな切削速度で摩耗が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
切断中は、ワーク、切断面、前後刃面との間に大きな圧力と強い摩擦がかかるため、冷間溶着が発生します。摩擦ペア間の相対運動により、冷間圧接により亀裂が発生し、一方が亀裂を取り除き、冷間圧接摩耗が発生します。冷間溶接による摩耗は、一般に中程度の切削速度でより深刻になります。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耐性があります。多相金属は一方向金属よりも冷間圧接に対する耐性が低くなります。金属化合物は元素よりも冷間圧接が起こりにくい。化学元素周期表のグループ B の元素と鉄は、冷間圧接の影響を受けにくいです。冷間圧接は、ハイス鋼や超硬合金の低速切削時にさらに深刻になります。
(3) 拡散摩耗
高温での切削プロセスとワークピースと工具の接触中に、両側の化学元素が固体状態で相互に拡散し、工具の組成と構造が変化し、工具の表面が脆くなります。そして工具の磨耗を悪化させます。拡散現象は、深度勾配の高いオブジェクトから深度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、超硬合金の温度が 800 度になると、その中のコバルトは急速にチップやワークピースに拡散し、WC はタングステンとカーボンに分解して鋼中に拡散します。 PCD 工具が鋼および鉄材料を切削する場合、切削温度が 800 度を超えると、PCD 内の炭素原子が大きな拡散強度でワークピース表面に移動して新しい合金を形成し、工具表面は黒鉛化する。コバルトとタングステンはより深刻に拡散しますが、チタン、タンタル、ニオブは強力な拡散防止能力を持っています。したがって、YT 超硬は耐摩耗性に優れています。セラミックスやPCBNを切断する場合、1000度～1300度の高温では拡散摩耗は顕著ではありません。ワーク、チップ、工具は同じ材質でできているため、切削中に接触部分に熱電位が発生します。この熱電位は拡散を促進し、工具の摩耗を加速します。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、工具表面が酸化して柔らかい酸化物が生成し、切りくずと擦れて摩耗が発生します。これを酸化摩耗といいます。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。
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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際、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に摩耗するため、クレーター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、クレータがさらに増加すると、刃先の強度が著しく低下し、最終的には刃先の折れや破損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
工具先端摩耗は、工具先端の円弧状逃げ面と隣接する二次逃げ面の摩耗です。工具の逃げ面の摩耗の継続です。放熱条件が悪く応力が集中しているため、摩耗速度は逃げ面よりも速くなります。二次逃げ面には送り量と同じ間隔で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。これらは主に加工面の硬化層や切削線によって発生します。溝摩耗は、加工硬化する傾向が高い難削材を切削するときに最も発生しやすくなります。工具先端の摩耗は、ワークの面粗さと加工精度に最も大きな影響を与えます。
(3) 逃げ面摩耗
プラスチック材料を大きな切削厚さで切削する場合、構成刃の存在により、工具の逃げ面がワークピースと接触しない場合があります。さらに、逃げ面は通常、ワークピースと接触し、逃げ面に摩耗ゾーンが形成されます。一般に、切れ刃の作動長さの中央では、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、切れ刃のこの部分の逃げ面摩耗帯幅 VB によって測定できます。
さまざまな種類の工具は、異なる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、摩耗帯の幅 VB の測定は比較的簡単です。 , したがって、VB は通常、工具の摩耗の程度を示すために使用されます。 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も影響を与え、加工精度や加工面品位に影響を与えます。
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工具の破損を防ぐには
(1) 加工する材料や部品の特性に応じて、各種切削工具の材質や材種を合理的に選択します。工具素材には一定の硬度と耐摩耗性を前提として、必要な靭性が要求されます。
(2) 工具形状パラメータを合理的に選択します。前後角度、主振れ角、副振れ角、刃先傾斜角などを調整することで、刃先や工具先端の強度を確保しています。刃先のネガチャンファを研削することは工具の倒れ防止に有効です。
(3) 溶接や研ぎの品質を確保し、溶接や研ぎの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工具は、表面品質を改善するために研磨され、亀裂がないかチェックされる必要があります。
(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、合理的な切削量を選択してください。
(5) プロセスシステムの剛性を確保し、振動の低減に努めてください。
(6) 正しい操作方法を採用し、工具に急激な負荷がかからないようにしてください。
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工具欠けの原因と対策
(1) 荒加工時に刃厚が薄すぎたり、硬すぎて脆すぎる材種を選択したりするなど、刃種や仕様の選択が不適切である。
対策：刃厚を厚くするか刃を垂直に取り付け、曲げ強度と靭性の高いグレードを選択してください。
(2) 工具幾何学的パラメータの不適切な選択 (大きすぎる前角と後角など)。
対策: 以下の観点からツールを再設計できます。
1) 前後角を適切に小さくする。
2) より大きな負のエッジ角度を使用します。
3) 主偏向角を小さくします。
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) 移行刃を研削し、工具先端を強化します。
(3) ブレードの溶接工程が不適切であり、過大な溶接応力や溶接割れが発生する場合があります。
対策:
1) 三面が閉じたブレードスロット構造の使用を避けてください。
2) はんだを正しく選択します。
3) 加熱や溶接に酸素アセチレン炎の使用を避け、溶接後は内部応力を取り除くために保温してください。
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、歯の振動が大きくなりすぎ、個々の歯に過負荷がかかり、ナイフの破損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研削を使用します。
2) 砥石の鋭さを保つために、より柔らかい砥石を選択し、頻繁にトリムしてください。
3) 研ぎ品質に留意し、フライス刃の振動量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。断続切削時、切削速度が高すぎる、送り量が多すぎる、余白が不均一である、切り込み深さが小さすぎる。高マンガンの切削 鋼などの加工硬化傾向の高い材料を使用する場合、送り量が少なすぎる場合など。
対策：カット量を再選択してください。
(6) 機械的にクランプする工具の工具溝底面に凹凸がある、刃が長くなりすぎるなどの構造上の理由。
対策:
1) 工具溝の底面をトリミングします。
2) 切削液ノズルの位置を合理的に配置します。
3) 硬化ツールホルダーはブレードの下に超硬ガスケットを追加します。
(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) 切削液の流量不足や充填方法が間違っていると、急激な発熱や刃割れの原因となります。
対策:
1) 切削液の流量を増やす。
2) 切削液ノズルの位置を合理的に配置します。
3) 冷却効果を向上させ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）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登りフライスなどを採用。
対策: ツールを再インストールします。
(10) 加工系の剛性が低すぎるため、切削振動が大きくなる。
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ます。
3) 工具の逃げ角を適切に小さくします。
4) その他の振動吸収対策を講じてください。
(11) 工具がワークの中央に食い込む際に、工具の動きが激しくなりすぎるなどの不用意な操作。工具は後退する前に停止します。
対策：操作方法に注意してください。
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構成刃先の原因と特徴と対策
(1) 形成原因
刃先に近い部分の工具とチップの接触部では、下向きの大きな圧力により、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、真の平坦面が形成されます。金属と金属が隙間なく接触し、接合を引き起こします。 、ナイフとチップの間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。接合ゾーンでは、金属材料の薄層がチップのすくい面の最下層に蓄積されます。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、適切な切削温度の下で強化されます。その後の切削動作で切りくずが流出し続けると、この停滞した材料の層が切りくずの上層に対して滑り、分離し、構成刃先の基礎となります。続いて、堆積した切削材料の第 2 層がその上に形成され、この連続的に堆積した層が構成刃先を形成します。
(2) 切削加工の特徴と影響
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ます。刃先を保護し、すくい面の摩耗を軽減する機能があります。しかし、構成刃先が脱落すると、工具とワークピースの間の接触領域を通過する破片が工具逃げ面の摩耗を引き起こします。
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プラスの役割を果たします。
3) 構成刃先が切れ刃を超えて突き出るため、実際の切込み深さが増加し、ワークピース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ピースの表面に「溝」を引き起こし、ワークピースの表面粗さに影響を与えます。
5) 構成刃先の破片がワークピースの表面に結合または埋め込まれてハードスポットを形成し、ワークピースの加工面の品質に影響を与えます。
上記の分析から、構成刃先は切削加工、特に仕上げ加工に悪影響を与えることがわかります。
(3) 管理措置
構成刃先の生成は、チップの下層材料をすくい面に結合または変形させないことによって回避できます。そこで、以下のような対応が考えられる。
１）すくい面の粗さを小さくする。
2) 工具のすくい角を大きくします。
3) 切断厚さを減らす。
4) 構成刃先が形成されやすい切削速度を避けるために、低速切削または高速切削を使用します。
5) 加工材料の硬度を高め、可塑性を低下させるための適切な熱処理。
6) 切削液は耐溶着性の良いもの（硫黄、塩素を含む極圧切削液など）を使用してください。
