Você já se perguntou por que as ferramentas de usinagem CNC falham prematuramente? Os danos e o desgaste das ferramentas podem interromper a produção, levando a atrasos dispendiosos. Este artigo explora problemas comuns, como microchipping, rachaduras térmicas e desgaste abrasivo, fornecendo informações sobre suas causas e soluções. Ao compreender esses problemas, você pode aumentar a longevidade e a eficiência da ferramenta em seus processos de usinagem. Mergulhe de cabeça para saber como identificar e mitigar esses desafios para obter operações mais suaves e melhores resultados.
Em um centro de usinagem, as ferramentas de corte são consideradas ferramentas consumíveis e, durante o processo de usinagem, podem sofrer danos, desgaste e lascamento.
Essas ocorrências são inevitáveis, mas também podem ser causadas por fatores controláveis, como operação não científica e fora do padrão, manutenção inadequada, etc.
Encontrar a causa raiz é fundamental para resolver o problema de forma mais eficaz.
Quando a estrutura do material, a dureza e o material da peça de trabalho são desiguais, o ângulo frontal é muito grande, fazendo com que a resistência da borda de corte seja baixa, a rigidez do sistema de processo é insuficiente, causando vibração ou realizando corte intermitente, e a qualidade da retificação é ruim, a borda de corte é propensa a microchipping, ou seja, pequenas fraturas, lacunas ou descascamentos aparecem na área da borda.
Depois que isso ocorrer, a ferramenta perderá parte de sua capacidade de corte, mas ainda poderá continuar funcionando.
Durante o corte contínuo, a área danificada da borda pode se expandir rapidamente, causando danos maiores.
2）Quebra da borda ou da ponta do corte
Esse tipo de dano ocorre em condições de corte mais severas do que o microchipping ou como resultado de um desenvolvimento adicional do microchipping.
O tamanho e o alcance da quebra são maiores do que os da microfissuração, fazendo com que a ferramenta perca completamente sua capacidade de corte e tenha que parar de funcionar. A quebra da ponta é comumente chamada de quebra da ponta.
3）Quebra de lâmina ou ferramenta
Sob condições de corte extremamente severas, volume de corte excessivo, cargas de impacto, microfissuras no material da lâmina ou da ferramenta, tensão residual de soldagem ou esmerilhamento e outros fatores, como operação descuidada, a lâmina ou a ferramenta pode quebrar. Quando esse tipo de dano ocorre, a ferramenta não pode mais ser usada e é descartada.
4）Descascamento da camada superficial da lâmina
Para materiais com alta fragilidade, como ligas duras com alto teor de TiC, cerâmica, PCBN etc., a camada superficial pode descascar devido a defeitos ou possíveis rachaduras na camada superficial ou tensão residual de soldagem ou esmerilhamento.
Quando a superfície não é estável o suficiente durante o corte ou quando a superfície da ferramenta é submetida a tensões de contato alternadas, é provável que ocorra descascamento.
O descascamento pode ocorrer na face frontal ou na face posterior da ferramenta, com material descascado na forma de folhas e uma grande área de descascamento. A probabilidade de descascamento é maior para ferramentas revestidas.
Após um leve descascamento, a ferramenta ainda pode continuar funcionando, mas após um descascamento severo, ela perderá sua capacidade de corte.
5）Deformação plástica da parte de corte
Devido à baixa resistência e à baixa dureza, pode ocorrer deformação plástica na parte de corte do aço carbono e do aço rápido.
Quando as ligas duras trabalham sob condições de alta temperatura e tensão triaxial, também pode ocorrer fluxo plástico na superfície, causando deformação plástica da borda ou da ponta de corte, levando ao colapso.
O colapso geralmente ocorre em condições de grande volume de corte e processamento de materiais duros. A capacidade de deformação antiplástica das ligas duras à base de TiC é mais rápida ou falha mais rapidamente do que a das ligas duras à base de WC, porque a primeira tem uma menor módulo de elasticidade. O PCD e o PCBN basicamente não sofrem deformação plástica.
6）Cracking térmico da lâmina
Quando a ferramenta é submetida a cargas mecânicas e térmicas alternadas, a expansão e a contração térmica repetidas da superfície da parte de corte inevitavelmente geram estresse térmico alternado, causando fadiga e rachaduras na lâmina.
Por exemplo, ao fresar em alta velocidade com um liga dura Na fresa, os dentes são constantemente submetidos a impactos periódicos e estresse térmico alternado, resultando em rachaduras em forma de pente na face frontal.
Embora algumas ferramentas não apresentem cargas e tensões alternadas óbvias, as diferenças de temperatura entre a superfície e as camadas internas também geram tensões térmicas.
Além disso, é inevitável que haja defeitos no material da ferramenta, de modo que a lâmina também pode rachar. Após a formação de rachaduras, a ferramenta pode continuar a trabalhar por um período de tempo, mas às vezes as rachaduras se expandem rapidamente, fazendo com que a lâmina se quebre ou a superfície se descasque gravemente.
1）Desgaste abrasivo
A peça de trabalho geralmente contém algumas partículas pequenas de dureza extremamente alta que podem raspar sulcos na superfície da ferramenta, o que é um desgaste abrasivo.
O desgaste abrasivo existe em todas as superfícies e é mais evidente na borda de corte frontal.
O desgaste abrasivo pode ocorrer em todas as velocidades de corte, mas ao cortar em baixa velocidade, outros tipos de desgaste não são óbvios devido à baixa temperatura de corte, portanto, o desgaste abrasivo é a principal causa. Quanto menor for a dureza da ferramenta, mais grave será o desgaste abrasivo.
2）Desgaste de solda a frio
Durante o corte, há uma grande pressão e um atrito intenso entre a peça de trabalho e a aresta de corte, resultando em soldagem a frio.
Devido ao movimento relativo entre o par de fricção, a soldagem a frio faz com que a fratura seja removida por uma das partes, resultando em desgaste por soldagem a frio. O desgaste por soldagem a frio é geralmente mais grave em velocidades de corte moderadas.
De acordo com experimentos, os metais frágeis têm melhor resistência à soldagem a frio do que os metais plásticos; os metais multifásicos são menores do que os metais monofásicos; os compostos metálicos têm menor tendência à soldagem a frio do que os metais puros; os elementos do grupo B da tabela periódica e o ferro têm menor tendência à soldagem a frio.
O aço de alta velocidade e as ligas duras são mais suscetíveis à soldagem a frio em baixas velocidades de corte.
3）Desgaste por difusão
Durante o corte em alta temperatura e o contato entre a peça de trabalho e a ferramenta, os elementos químicos dos dois lados se difundem um no outro no estado sólido, alterando a composição e a estrutura da ferramenta, tornando a superfície da ferramenta frágil e acelerando o desgaste da ferramenta.
A difusão sempre mantém um gradiente profundo do objeto de alto gradiente para o objeto de baixo gradiente.
Por exemplo, quando o cobalto em uma liga dura é cortado a 800°C, ele se difunde rapidamente nos cavacos e na peça de trabalho; o WC se decompõe em tungstênio e carbono e se difunde no aço; quando corte de aço e ferro com uma ferramenta PCD, se a temperatura de corte for superior a 800°C, os átomos de carbono no PCD serão transferidos para a superfície da peça de trabalho com uma alta força de difusão para formar uma nova liga e a superfície da ferramenta se tornará grafitizada.
O cobalto e o tungstênio têm uma difusão mais intensa, enquanto o titânioO tântalo, o nióbio e o tântalo têm maior capacidade de antidifusão, de modo que as ligas duras do tipo YT têm melhor resistência ao desgaste.
Durante o corte de cerâmica e PCBN, o desgaste por difusão não é significativo quando a temperatura é tão alta quanto 1000°C-1300°C.
Devido ao material da peça de trabalho, dos cavacos e da ferramenta, um potencial termoelétrico será gerado durante o contato de corte, o que promove a difusão e acelera o desgaste da ferramenta.
Esse tipo de desgaste por difusão sob a ação do potencial termoelétrico é chamado de "desgaste termoelétrico".
4）Desgaste por oxidação
Quando a temperatura aumenta, a superfície do ferramenta de corte pode oxidar, criando um óxido macio que é desgastado pelos cavacos e causa desgaste. Esse tipo de desgaste é chamado de desgaste por oxidação.
Por exemplo, na faixa de temperatura de 700 a 800 °C, o oxigênio do ar reage com cobalto e carbonetos em carbonetos cimentados e com carboneto de titânio, formando um óxido mais macio. A 1000°C, o PCBN reage com o vapor de água.
1）Desgaste da borda de corte frontal:
Durante o corte com uma velocidade maior de materiais plásticos, a borda de corte frontal próxima à força de corte se desgastará em forma de meia-lua devido ao efeito dos cavacos, por isso também é chamada de desgaste de ranhura em meia-lua.
No estágio inicial de desgaste, o ângulo frontal da ferramenta aumenta, melhorando as condições de corte e ajudando a dobrar e quebrar os cavacos.
No entanto, à medida que o sulco crescente se torna maior, a resistência da borda de corte enfraquece e, por fim, a borda de corte pode se quebrar.
O desgaste da ranhura crescente não ocorre ao cortar materiais frágeis ou ao cortar materiais plásticos com uma velocidade de corte mais baixa e uma espessura de corte mais fina.
2）Desgaste da ponta de corte:
O desgaste da ponta de corte é o desgaste na borda de corte posterior e no lado adjacente da borda de corte posterior do arco da ponta de corte.
É uma continuação do desgaste na borda de corte posterior da ferramenta. Devido às condições ruins de dissipação de calor nesse local, a tensão se concentra e, portanto, a taxa de desgaste é mais rápida do que na borda de corte posterior.
Às vezes, uma série de ranhuras com espaçamento igual à taxa de avanço é formada na lateral da borda de corte posterior, o que é chamado de desgaste da ranhura.
Elas são causadas principalmente pela camada de endurecimento e pelo padrão de corte na superfície usinada.
É mais provável que ocorra desgaste da ranhura ao cortar materiais difíceis de cortar com alta tendência de endurecimento.
O desgaste da ponta de corte tem o maior impacto sobre o rugosidade da superfície e precisão de usinagem da peça de trabalho.
3）Desgaste da borda de corte traseira:
Ao cortar materiais plásticos com uma grande espessura de corte, a borda de corte posterior da ferramenta pode não estar em contato com a peça de trabalho devido à existência de uma borda acumulada.
Além disso, a borda de corte posterior geralmente entra em contato com a peça de trabalho, formando uma faixa de desgaste com um ângulo posterior de 0.
Normalmente, no meio do comprimento de trabalho da aresta de corte, o desgaste da aresta de corte posterior é relativamente uniforme, de modo que o grau de desgaste da aresta de corte posterior pode ser medido pela largura da faixa de desgaste VB nessa seção da aresta de corte.
Como quase todos os tipos de ferramentas sofrerão desgaste na borda posterior do corte sob diferentes condições de corte, especialmente ao cortar materiais frágeis ou materiais plásticos com uma espessura de corte menor, o principal desgaste da ferramenta é o desgaste na borda posterior do corte.
E a medição da largura da faixa de desgaste VB é simples, de modo que a VB é frequentemente usada para representar o grau de desgaste da ferramenta.
Quanto maior for o VB, maior será a força de corte, causando vibração de corte e afetando também o desgaste no arco da ponta de corte, afetando assim a precisão da usinagem e a qualidade da superfície.
Com base nas características do material e das peças que estão sendo usinadas, selecione o tipo e o grau de material da lâmina Razoavelmente. Certifique-se de que o material da lâmina tenha a tenacidade necessária sob a premissa de ter uma certa dureza e resistência ao desgaste.
Selecione os parâmetros de geometria da lâmina de forma razoável. Ajuste os ângulos frontal e traseiro, os ângulos de alívio principal e secundário e os ângulos de inclinação para garantir que a borda de corte e a ponta tenham boa resistência. A retificação de uma inclinação negativa na borda de corte é uma medida eficaz para evitar a quebra da lâmina.
Assegurar que o qualidade da soldagem e esmerilhamento, e evitar vários defeitos causados por soldagem e esmerilhamento ruins. As lâminas principais usadas no processo devem ser retificadas para melhorar a qualidade da superfície e verificadas quanto a rachaduras.
Escolha a quantidade de corte de forma razoável para evitar força de corte excessiva e alta temperatura de corte e evitar a quebra da lâmina.
Torne o sistema de processo o mais rígido possível para reduzir a vibração.
Use o método de operação correto para minimizar a exposição da lâmina a cargas repentinas.
1. Seleção inadequada da especificação e do grau da lâmina da ferramenta, como lâmina muito fina ou uso de uma lâmina com dureza e fragilidade muito altas durante a usinagem de desbaste.
Contramedidas: Aumente a espessura da lâmina ou instale a lâmina verticalmente e selecione uma classe com maior resistência à flexão e tenacidade.
2. Seleção inadequada dos parâmetros de geometria da ferramenta (como ângulos frontais e traseiros excessivos).
Contramedidas:
Redesenhe a ferramenta com base nos seguintes aspectos:
1）Reduza os ângulos frontal e traseiro adequadamente.
2）Adote um ângulo de inclinação negativo maior da lâmina.
3）Reduza o ângulo de inclinação principal.
4）Adote uma inclinação negativa maior ou um arco circular da borda da lâmina.
5）Retificar a borda de corte de transição para fortalecer a ponta da ferramenta.
3. Processo incorreto de soldagem da lâmina da ferramenta, resultando em tensão excessiva de soldagem ou trincas de solda.
Contramedidas:
1）Evite usar uma estrutura de slot de lâmina com gabinete de três lados.
2）Selecione a opção correta material de soldagem.
3）Evite usar o aquecimento por chama de oxigênio-acetileno e mantenha a lâmina aquecida após a soldagem para eliminar estresse interno.
4）Substitua a estrutura por fixação mecânica o máximo possível.
4. Método de esmerilhamento inadequado, resultando em tensão de esmerilhamento e trincas de esmerilhamento. Para PCBN ferramentas de fresagemSe o dente estiver muito inclinado após o esmerilhamento, pode fazer com que os dentes suportem cargas excessivas e causem quebra.
Contramedidas:
1）Use esmerilhamento intermitente ou esmerilhamento com abrasivo de diamante.
2）Selecione um disco abrasivo mais macio e afie-o com frequência.
3）Preste atenção à qualidade da moagem e controle rigorosamente a oscilação do dente do ferramenta de fresagem.
5. Seleção inadequada da quantidade de corte, como força e temperatura de corte excessivas, causando a quebra da ferramenta.
Contramedidas: Selecione novamente a quantidade de corte.
6. Razões estruturais para ferramentas do tipo de fixação mecânica, como fundo irregular da ranhura da ferramenta ou lâmina muito longa.
Contramedidas:
1）Repare a parte inferior do compartimento da ferramenta.
2）Ajuste razoavelmente a posição do bocal do fluido de corte.
3）Aumentar a dureza do espaçador de liga metálica sob a lâmina por meio da têmpera da haste.
7. Desgaste excessivo da ferramenta.
Contramedidas: Trocar a lâmina ou trocar a borda de corte a tempo.
8. Fluxo insuficiente de fluido de corte ou método de adição incorreto, causando superaquecimento e quebra da lâmina.
Contramedidas:
1）Aumentar o fluxo do fluido de corte.
2）Ajuste razoavelmente a posição do bocal do fluido de corte.
3）Use métodos de resfriamento eficazes, como o resfriamento por spray, para melhorar a eficiência do resfriamento.
4）Use o corte interrompido para reduzir o impacto na lâmina.
9. Instalação incorreta da ferramenta, como ferramenta de corte instalada muito alta ou baixa, fresa de topo usando fresagem assimétrica, etc.
Contramedidas: Reinstale a ferramenta.
10. Baixa rigidez do sistema de processo, causando vibração de corte excessiva.
Contramedidas:
1）Aumenta o suporte auxiliar para a peça de trabalho e melhora a rigidez de fixação da peça de trabalho.
2）Reduza o comprimento da saliência da ferramenta.
3）Reduza adequadamente o ângulo traseiro da ferramenta.
4）Adote outras medidas de amortecimento de vibrações.
11. Operação insegura, como, por exemplo, corte muito grosseiro na peça de trabalho a partir do centro ou parada da máquina antes de retrair a ferramenta.
Contramedidas: Preste atenção ao método de operação.
1. Formação
Na área próxima à borda de corte, onde ocorre o contato ferramenta-cavaco, devido à alta pressão descendente, o metal na parte inferior dos cavacos se incorpora aos picos e vales microscópicos na parte frontal da ferramenta de corte, formando um contato metal-metal apertado que resulta em ligação.
Essa parte da área de contato entre a ferramenta e o cavaco é conhecida como área de ligação. Na área de ligação, uma fina camada de material metálico dos cavacos se acumula na parte frontal da ferramenta de corte, que sofre deformação e fortalecimento severos em temperaturas de corte adequadas.
À medida que os cavacos continuam a fluir para fora, esse material acumulado é empurrado para longe do fluxo de corte subsequente e se torna a base para a borda construída.
Em seguida, uma segunda camada de material de corte acumulado se formará sobre ela, e esse processo continuará a se acumular, formando uma borda acumulada.
2. Características e impacto no processo de corte
1）A dureza da aresta postiça é de 1,5 a 2 vezes maior do que a do material da peça de trabalho e pode substituir a parte frontal da ferramenta de corte, protegendo a aresta de corte e reduzindo o desgaste na parte frontal da ferramenta de corte, mas os fragmentos da aresta postiça que caem podem causar desgaste na parte traseira da ferramenta de corte quando passam pela área de contato entre a ferramenta e a peça de trabalho.
2）Depois que a borda construída é formada, o ângulo frontal de trabalho da ferramenta aumenta, o que reduz ativamente a deformação dos cavacos e diminui a força de corte.
3）Devido à borda acumulada que se projeta da borda de corte, a profundidade real de corte aumenta, afetando a precisão dimensional da peça de trabalho.
4）A borda acumulada causa um efeito de "aragem" na superfície da peça de trabalho, afetando a rugosidade da superfície.
5）Os fragmentos da borda acumulada podem aderir ou se incorporar à superfície da peça de trabalho, causando pontos duros e afetando a qualidade da superfície usinada da peça de trabalho.
A partir da análise acima, pode-se observar que a borda acumulada é prejudicial ao processamento de corte, especialmente à usinagem de precisão.
3. Medidas de controle
Para evitar a formação de arestas postiças, as seguintes medidas podem ser tomadas para impedir que o metal na parte inferior dos cavacos se una ou se fortaleça com a parte frontal da ferramenta de corte:
1）Reduzir a rugosidade da parte frontal da ferramenta de corte.
2）Aumentar o ângulo frontal da ferramenta.
3）Reduza a espessura do corte.
4）Use corte de baixa ou alta velocidade para evitar velocidades de corte que tendem a formar bordas acumuladas.
5）Tratar adequadamente o material da peça de trabalho para aumentar sua dureza e reduzir sua plasticidade.
6）Uso fluidos de corte com boas propriedades antiaderentes (como fluidos de corte de extrema pressão que contêm enxofre e cloro).
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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