Comment résoudre fondamentalement les dommages, l'usure et la casse de la lame des outils

1, La manifestation des dommages causés à l'outil
1) Micro effondrement de pointe
Lorsque la structure du matériau, la dureté et la marge de la pièce sont inégales, l'angle avant est trop grand, ce qui entraîne une faible résistance du tranchant, une rigidité insuffisante du système de traitement provoquant des vibrations ou une coupe intermittente et une mauvaise qualité de meulage, le tranchant est sujet au micro-effondrement, c'est-à-dire à un petit effondrement, une encoche ou un pelage dans la zone du bord. Une fois cette situation survenue, l’outil perdra une certaine capacité de coupe mais pourra continuer à fonctionner. Lors d'une coupe ultérieure, la partie endommagée de la zone de coupe peut s'étendre rapidement, entraînant des dommages plus importants.
2) Casse du tranchant ou de la pointe
Ce type de dommage se produit souvent dans des conditions de coupe qui sont plus graves que de provoquer des micro-écailles sur l'arête de coupe ou un développement ultérieur de micro-écailles. La taille et la portée de la fracture sont plus grandes que celles des micro-fractures, ce qui fait que l'outil perd complètement sa capacité de coupe et doit interrompre le travail. La situation dans laquelle la pointe de la lame se brise est souvent appelée chute de la pointe.
3) Casse de lame ou d’outil
Lorsque les conditions de coupe sont extrêmement difficiles, la quantité de coupe est trop importante, il y a une charge d'impact et des microfissures dans la lame ou le matériau de l'outil. En raison des contraintes résiduelles dans la lame causées par le soudage et le meulage, combinées à un fonctionnement imprudent, la lame ou l'outil peut se briser. Après ce type de dommage, l'outil ne peut plus être utilisé et est donc mis au rebut.
4) Pelage de la surface de la lame
Pour les matériaux très fragiles, tels que les alliages durs à haute teneur en TiC, les céramiques, les PCBN, etc., en raison de défauts ou de fissures potentielles dans la structure de la surface, ou de contraintes résiduelles dans la surface dues au soudage et au meulage, le pelage de la surface est sujet à se produisent lorsque le processus de coupe n'est pas suffisamment stable ou que la surface de l'outil est soumise à des contraintes de contact alternées. Un pelage peut se produire sur la surface avant de la lame, tandis que la lame peut se produire sur la surface arrière de la lame. Le matériau de pelage se présente sous forme de flocons, avec une grande zone de pelage. Il existe un risque élevé de décollement des outils de coupe revêtus. Après un léger pelage de la lame, elle peut continuer à fonctionner, mais après un pelage important, elle perdra sa capacité de coupe.
5) Déformation plastique des pièces coupantes
En raison de leur faible résistance et dureté, les aciers à outils et les aciers rapides peuvent subir une déformation plastique dans leurs zones de coupe. Lorsque les alliages durs travaillent sous des températures élevées et des contraintes de compression triaxiales, un écoulement plastique en surface peut également se produire, et même provoquer une déformation plastique de l'arête de coupe ou de la pointe de l'outil, entraînant un effondrement. L'effondrement se produit généralement lors de la découpe de grandes quantités de matériaux et du traitement de matériaux durs. Le module élastique de l'alliage dur à base de TiC est inférieur à celui de l'alliage dur à base de WC, de sorte que le premier présente une résistance accélérée à la déformation plastique ou à une rupture rapide. Le PCD et le PCBN ne présentent généralement pas de déformation plastique.
6) Fissuration à chaud des lames
Lorsque l'outil de coupe est soumis à des charges mécaniques et thermiques alternées, la surface de la partie coupante subit inévitablement des contraintes thermiques alternées dues à des dilatations et contractions thermiques répétées, entraînant une fatigue et une fissuration de la lame. Par exemple, lorsqu'une fraise en alliage dur est utilisée pour un fraisage à grande vitesse, les dents de la fraise sont constamment soumises à des impacts périodiques et à des contraintes thermiques alternées, ce qui entraîne des fissures en forme de peigne sur la surface de coupe avant. Certains outils de coupe peuvent ne pas subir de charges et de contraintes alternées évidentes, mais en raison de la température incohérente de la surface et des couches internes, des contraintes thermiques se produiront également. De plus, il existe inévitablement des défauts dans le matériau de l'outil de coupe, de sorte que la lame peut également produire des fissures. Après la formation de fissures, l'outil peut parfois continuer à fonctionner pendant un certain temps, et parfois les fissures se dilatent rapidement, provoquant la rupture de la lame ou un décollement important de la surface de coupe.
2, usure des outils
1. Selon les raisons d'usure, il peut être divisé en :
1) Usure abrasive
Il y a souvent de minuscules particules d'une dureté extrêmement élevée dans le matériau traité qui peuvent rayer des rainures sur la surface de l'outil, ce que l'on appelle des dommages dus au ponçage abrasif. L'usure abrasive existe sur toutes les surfaces, la surface avant de la lame étant la plus prononcée. De plus, l'usure du chanvre peut se produire à différentes vitesses de coupe, mais pour la coupe à basse vitesse, en raison de la température de coupe plus basse, l'usure causée par d'autres raisons n'est pas significative, l'usure abrasive en est donc la principale cause. Plus la dureté de l'outil de coupe est faible, plus les dommages abrasifs sont graves.
2) Usure du soudage à froid
Lors de la découpe, il existe une pression importante et un fort frottement entre la pièce à usiner, la découpe et les surfaces de coupe avant et arrière, ce qui entraîne un soudage à froid. En raison du mouvement relatif entre les paires de friction, le soudage à froid provoquera une rupture et sera emporté d'un côté, entraînant une usure du soudage à froid. L'usure du soudage à froid est généralement plus importante à des vitesses de coupe modérées. Selon les expériences, les métaux fragiles ont une plus grande résistance au soudage à froid que les métaux plastiques ; Les métaux multiphasés sont plus petits que les métaux unidirectionnels ; Les composés métalliques ont une moindre tendance au soudage à froid que les matériaux élémentaires ; La tendance des éléments du groupe B à se souder à froid avec le fer dans le tableau périodique des éléments chimiques est faible. Le soudage à froid est plus sévère lors du coupage à basse vitesse de l'acier rapide et des alliages durs.
3) Usure par diffusion
Lors du processus de coupe à haute température et du contact entre la pièce et l'outil, les éléments chimiques des deux côtés se diffusent les uns avec les autres à l'état solide, modifiant la composition et la structure de l'outil, rendant la surface de l'outil fragile et aggravant l'usure des outils. Le phénomène de diffusion maintient toujours que les objets ayant des gradients de profondeur élevés continuent de diffuser vers des objets ayant des gradients de profondeur faibles. Par exemple, le cobalt présent dans les alliages durs se diffuse rapidement dans les copeaux et les pièces à 800 degrés, tandis que le WC se décompose en tungstène et en carbone et se diffuse dans l'acier ; Lorsque les outils de coupe PCD sont utilisés pour couper des matériaux en acier et en fer, lorsque la température de coupe est supérieure à 800 degrés, les atomes de carbone du PCD seront transférés à la surface de la pièce avec une grande force de diffusion pour former de nouveaux alliages, et la surface de l'outil sera graphité. Le cobalt et le tungstène diffusent plus intensément, tandis que le titane, le tantale et le niobium ont des capacités anti-diffusion plus fortes. Par conséquent, les alliages durs de type YT ont une bonne résistance à l’usure. Lors de la coupe de céramiques et de PCBN, l'usure par diffusion n'est pas significative à des températures aussi élevées que 1 000 degrés -1300 degrés. En raison du même matériau, les pièces, les copeaux et les outils de coupe génèrent un potentiel thermoélectrique dans la zone de contact pendant la coupe, ce qui favorise la diffusion et accélère l'usure des outils. Ce type d'usure par diffusion sous l'action du potentiel thermoélectrique est appelé « usure thermoélectrique ».
4) Usure oxydative
Lorsque la température augmente, la surface de l'outil s'oxyde et produit des oxydes plus mous, qui sont frottés par les copeaux et forment une usure appelée usure d'oxydation. Par exemple, dans la plage de température de 700 degrés à 800 degrés, l'oxygène présent dans le gaz réagit avec le cobalt, les carbures, le carbure de titane, etc. dans les alliages durs pour former des oxydes plus mous ; Le PCBN subit une réaction chimique avec la vapeur d'eau à 1 000 degrés.
2. Selon la forme d'usure, elle peut être divisée en :
1) Dommages à la surface de la lame avant
Lors de la coupe de matières plastiques à grande vitesse, la zone proche de la force de coupe sur le bord de coupe avant s'usera en creux en forme de croissant sous l'action des copeaux, également connue sous le nom d'usure en creux en croissant. Au début de l'usure, l'angle de coupe de l'outil augmente, ce qui améliore les conditions de coupe et favorise le curling et la rupture des copeaux. Cependant, lorsque la dépression du croissant augmente encore, la résistance du tranchant est considérablement affaiblie, ce qui peut finalement provoquer la rupture et l'endommagement du tranchant. Lors de la coupe de matériaux fragiles ou de matières plastiques avec des vitesses de coupe inférieures et des épaisseurs de coupe plus fines, il n'y a généralement pas d'usure en forme de croissant.
2) Usure de la pointe du couteau
L'usure de la pointe de l'outil fait référence à l'usure de la face arrière de l'arc de la pointe de l'outil et de la face arrière secondaire adjacente, qui est une continuation de l'usure de la face arrière de l'outil. En raison des mauvaises conditions de dissipation thermique et de la concentration des contraintes, le taux d'usure est plus rapide que celui de la surface de coupe arrière. Parfois, une série de petites rainures avec un espacement égal à la vitesse d'avance se forment sur la surface de coupe arrière secondaire, ce que l'on appelle l'usure des rainures. Ils sont principalement causés par la couche durcie et les motifs de découpe sur la surface traitée. Lors de la coupe de matériaux difficiles à couper avec une forte tendance à l'écrouissage, cela est très susceptible de provoquer une usure des rainures. L'usure de la pointe de l'outil a le plus grand impact sur la rugosité de la surface et la précision d'usinage de la pièce.
3) Usure de la lame arrière
Lors de la coupe de matières plastiques avec une épaisseur de coupe importante, en raison de la présence de dépôts de copeaux, la face arrière de l'outil ne peut pas entrer en contact avec la pièce. De plus, la surface de coupe arrière entre généralement en contact avec la pièce à usiner, formant une bande d'usure avec un angle arrière de 0 sur la surface de coupe arrière. Généralement, au milieu de la longueur utile du tranchant, l'usure sur la face arrière est relativement uniforme, de sorte que le degré d'usure sur la face arrière peut être mesuré par la largeur de la bande d'usure VB sur la face arrière du tranchant. pointe dans cette section. Étant donné que différents types d'outils de coupe subissent presque toujours une usure de la face arrière dans différentes conditions de coupe, en particulier lors de la coupe de matériaux cassants ou de matières plastiques avec des épaisseurs de coupe plus petites, l'usure de l'outil est principalement l'usure de la face arrière. De plus, la mesure de la largeur de la bande d'usure VB est relativement simple, c'est pourquoi VB est généralement utilisé pour représenter le degré d'usure de l'outil. Plus le VB est grand, non seulement cela augmentera la force de coupe et provoquera des vibrations de coupe, mais cela affectera également l'usure au niveau de l'arc de la pointe de l'outil, affectant ainsi la précision de l'usinage et la qualité de la surface.
3 méthodes pour éviter d'endommager les outils
1) Sélectionnez raisonnablement les types et les qualités de matériaux d'outils en fonction des caractéristiques des matériaux et des pièces traités. Sous réserve d'avoir un certain degré de dureté et de résistance à l'usure, il est nécessaire de s'assurer que le matériau de l'outil a la ténacité nécessaire ;
2) Sélectionnez raisonnablement les paramètres géométriques de l'outil de coupe. En ajustant les angles avant et arrière, les angles de déviation principaux et auxiliaires, les angles d'inclinaison de la lame et d'autres angles ;
Assurez-vous que le tranchant et la pointe ont une bonne résistance. Le meulage des chanfreins négatifs sur l'arête de coupe est une mesure efficace pour éviter la casse de l'outil ;
3) Assurer la qualité du soudage et du meulage et éviter divers défauts causés par un mauvais soudage et un mauvais meulage. Les outils de coupe utilisés dans les processus clés doivent être meulés pour améliorer la qualité de la surface et vérifier l'absence de fissures ;
4) Choisissez raisonnablement la quantité de coupe pour éviter une force de coupe excessive et une température de coupe élevée, afin d'éviter d'endommager l'outil ;
5) Assurez-vous que le système de processus a une bonne rigidité autant que possible et réduisez les vibrations ;
6) Adoptez la bonne méthode de fonctionnement et essayez de minimiser la capacité de l'outil à résister à des changements brusques de charge.
3, Les causes et les contre-mesures de la casse des outils
1) Mauvaise sélection de la qualité et des spécifications de la lame, comme une épaisseur de lame trop fine ou la sélection d'une qualité trop dure ou trop cassante lors d'un usinage grossier.
Contre-mesure : augmentez l'épaisseur de la lame ou installez la lame verticalement et choisissez une marque avec une résistance à la flexion et une ténacité plus élevées.
2) Mauvaise sélection des paramètres de géométrie de l'outil (tels que de grands angles avant et arrière, etc.)
Contre-mesure : Les aspects suivants peuvent être pris en compte pour reconcevoir les outils de coupe.
① Réduisez les coins avant et arrière de manière appropriée.
② Utilisez un angle d'inclinaison de lame négatif plus grand.
③ Réduisez l'angle de déviation principal.
④ Utilisez des chanfreins négatifs ou des arcs de lame plus grands.
⑤ Meulage du tranchant de transition pour améliorer la pointe de l'outil.
3) Le processus de soudage de la lame est incorrect, provoquant une contrainte de soudage excessive ou des fissures de soudage.
Contre-mesures :
① Évitez d'utiliser une structure de rainure de lame fermée à trois côtés.
② Sélection correcte de la soudure.
③ Évitez d'utiliser des flammes oxyacétylène pour chauffer le soudage et maintenez l'isolation après le soudage pour éliminer les contraintes internes.
④ Essayez d'utiliser autant que possible des structures de serrage mécaniques
4) Une méthode de meulage inappropriée de la lame provoque des contraintes de meulage et des fissures ; La vibration excessive des dents de la fraise PCBN après le meulage peut entraîner une charge excessive sur les dents individuelles et également conduire à la casse de l'outil.
Contre-mesures :
① Utilisez un meulage intermittent ou une meule diamantée pour le meulage.
② Choisissez une meule plus douce et coupez-la régulièrement pour garder la meule affûtée.
③ Faites attention à la qualité du meulage de la lame et contrôlez strictement la vibration des dents de la fraise.
5) Le choix de la quantité de coupe n'est pas raisonnable. Si la quantité est trop importante, la machine-outil peut se coincer ; Lors de la coupe par intermittence, la vitesse de coupe est trop élevée, la vitesse d'avance est trop grande et la profondeur de coupe est trop petite lorsque la marge brute est inégale ; Lors de la coupe de matériaux ayant une forte tendance à l'écrouissage, tels que l'acier à haute teneur en manganèse, la vitesse d'avance est trop faible.
Contre-mesure : Choisissez une nouvelle quantité de coupe.
6) Raisons structurelles telles qu'une surface inférieure inégale de la rainure ou une extension excessive de la lame dans les outils de serrage mécaniques.
Contre-mesures :
① Coupez la surface inférieure de la rainure du couteau.
② Organisez raisonnablement la position des buses de liquide de coupe.
③ Ajoutez un joint en alliage dur sous la lame pour le porte-outil trempé.
7) Usure excessive des outils.
Contre-mesure : changez l'outil ou le tranchant en temps opportun.
8) Un débit de liquide de coupe insuffisant ou une méthode de remplissage incorrecte peuvent provoquer un échauffement soudain et une fissuration de la lame.
Contre-mesures :
① Augmentez le débit du liquide de coupe.
② Organisez raisonnablement la position des buses de liquide de coupe.
③ Utilisez des méthodes de refroidissement efficaces telles que le refroidissement par pulvérisation pour améliorer l'effet de refroidissement.
④ Utilisation de * coupe pour réduire l'impact sur la lame.
9) Installation incorrecte des outils de coupe, tels que des outils de coupe installés trop haut ou trop bas ; La fraise à face d'extrémité adopte un fraisage avant asymétrique et d'autres méthodes.
Contre-mesure : Réinstallez les outils de coupe.
10) La rigidité du système de processus est trop faible, provoquant des vibrations de coupe excessives.
Contre-mesures :
① Augmentez le support auxiliaire de la pièce et améliorez la rigidité du serrage de la pièce.
② Réduisez la longueur du porte-à-faux de l'outil.
③ Réduisez l'angle arrière de l'outil de manière appropriée.
④ Adopter d'autres mesures de réduction des vibrations.
11) Fonctionnement accidentel, tel qu'une force excessive lorsque l'outil coupe au milieu de la pièce ; Arrêtez le véhicule avant de rétracter le couteau.
Contre-mesure : Faites attention aux méthodes opératoires.
4, Accumulation de débris tumoraux
1) Cause de formation
Dans la partie proche du tranchant, dans la zone de contact des copeaux de l'outil, en raison de la forte pression vers le bas, le métal sous-jacent des copeaux est noyé dans les micro-pics et creux inégaux de la surface de coupe avant, formant un véritable contact métal sur métal. sans espaces et produisant un phénomène de liaison. Cette partie de la zone de contact des copeaux de l'outil est appelée zone de liaison. Dans la zone de liaison, une fine couche de matériau métallique s'accumulera sur la surface de coupe avant au niveau de la couche inférieure des copeaux, et le matériau métallique de cette partie des copeaux subit une déformation et un renforcement sévères à une température de coupe appropriée. Au fur et à mesure que les copeaux continuent de s'écouler, sous la force de poussée du flux de coupe ultérieur, cette couche de matériau stagnant glissera par rapport à la couche supérieure des copeaux et partira, devenant ainsi la base de la masse d'accumulation de copeaux. Par la suite, une deuxième couche de matériau de coupe à hystérésis sera formée dessus, qui s'accumule continuellement et forme des nodules de copeaux.
2) Caractéristiques et impact sur le traitement de coupe
① La dureté est 1,5-2,0 fois supérieure à celle du matériau de la pièce à usiner et elle peut remplacer la surface de coupe avant pour la coupe. Il a pour fonction de protéger le tranchant et de réduire l'usure de la surface de coupe avant. Cependant, lorsque les débris tombent, ils traversent la zone de contact entre l'outil et la pièce, provoquant une usure de la surface de coupe arrière de l'outil.
② Après la formation de dépôts de copeaux, l'angle de coupe de travail de l'outil augmente considérablement, ce qui joue un rôle positif dans la réduction de la déformation des copeaux et de la force de coupe.
③ En raison de l'accumulation de copeaux dépassant du tranchant, la profondeur de coupe réelle augmente, affectant la précision dimensionnelle de la pièce.
④ L'accumulation de débris peut provoquer un « labour » sur la surface de la pièce, affectant la rugosité de la surface de la pièce. Les fragments de débris accumulés peuvent adhérer ou s'incruster dans la surface de la pièce, provoquant des points durs et affectant la qualité du traitement. surface de la pièce à usiner.
De l’analyse ci-dessus, il ressort que l’accumulation de copeaux est défavorable à la coupe, notamment pour l’usinage de précision.
3) Mesures de contrôle
Pour empêcher la formation de dépôts de copeaux, les mesures suivantes peuvent être prises pour empêcher le renforcement de la liaison ou de la déformation entre le matériau du substrat de copeaux et la surface de coupe avant.
① Réduisez la rugosité de la surface avant de la lame.
② Augmentez l'angle avant de l'outil.
③ Réduisez l’épaisseur de coupe.
④ Utilisez une coupe à basse vitesse ou une coupe à grande vitesse pour éviter les vitesses de coupe sujettes à l'accumulation de copeaux.
⑤ Traitez correctement le matériau de la pièce pour augmenter sa dureté et réduire sa plasticité.
⑥ Utilisez des fluides de coupe dotés de bonnes propriétés anti-adhésives (tels que des fluides de coupe extrême pression contenant du soufre et du chlore).