Levensduur van gereedschap: betekenis, meting en verwachting

Na het lezen van dit artikel leert u over: - 1. Betekenis van de levensduur van het hulpmiddel 2. Methoden voor de levensduur van het gereedschap 3. Verwachting 4. Percoden 5. Criteria 6. Factoren die een invloed hebben.

Betekenis van de levensduur van het gereedschap:

Elk apparaat of gereedschap heeft zijn functionele levensduur. Aan het einde waarvan het kan functioneren, maar niet efficiënt. Het is dus ook waar met een snijgereedschap. Tijdens gebruik verliest het gereedschap zijn materiaal, dwz het raakt versleten. Naarmate de slijtage toeneemt, verliest het gereedschap zijn efficiëntie. De levensduur moet dus worden bepaald en bij het verstrijken van zijn levensduur moet het worden gereinigd voor nieuw gebruik.

De standtijd kan op verschillende manieren worden gedefinieerd:

(i) De tijd die is verstreken tussen twee opeenvolgende malen.

(ii) De periode waarin een gereedschap bevredigend werkt.

(iii) De totale tijd die is geaccumuleerd voordat er een gereedschapstoring optreedt.

De levensduur van het gereedschap wordt uitgedrukt in minuten.

De relatie tussen snijsnelheid en standtijd wordt gegeven door de vergelijking van de gereedschapslevensduur van Taylor:

VT ⁿ = C

Methoden voor levensduur van het gereedschap:

De meest gebruikte methoden voor het meten van gereedschapslevensduur zijn de volgende:

(i) bewerkingstijd:

Verstreken tijd van gebruik van de machine tool.

(ii) werkelijke maaitijd:

De tijd waarin het gereedschap daadwerkelijk snijdt.

(iii) Een vaste grootte van Wear Land on Flank Surface:

Op hardmetalen en keramische gereedschappen waar kraters bijna afwezig zijn. De levensduur van het gereedschap wordt als overeenkomend beschouwd met 0, 038 of 0, 076 mm slijtplekken op het flankoppervlak voor het afwerken respectievelijk.

(iv) Volume van verwijderd metaal.

(v) Aantal bewerkte stukjes.

De standtijd tussen opnieuw conditioneren en vervangen kan op een aantal manieren worden gedefinieerd, zoals:

(a) De daadwerkelijke tijd die nodig is om te bezwijken.

(b) Volume van metaal verwijderd tot falen.

(c) Aantal geproduceerde onderdelen tot falen.

(d) Snijsnelheid gedurende een bepaalde tijd tot falen.

(e) De lengte van de bewerking die is bewerkt tot uitval.

Levensduur van gereedschap (Taylor's Tool Life Equation):

In 1907 ontwikkelde FW Taylor een relatie tussen de standtijd en de snijsnelheid, temperatuur, door het voer constant te houden. De Taylor's Equation for Tool Life Expectancy biedt een goede benadering.

V _C T ⁿ = C

Een algemenere vorm van de vergelijking, rekening houdend met de snijdiepte en de voedingssnelheid

V _c T ⁿ D ^x F ^y = C

Waarbij, K _C = snijsnelheid (m / min)

T = Levensduur gereedschap (min)

D = snijdiepte (mm)

F = voedingssnelheid (mm / rev)

x, y = Exponenten, die experimenteel worden bepaald voor elke snijconditie.

n = Exponent, die afhankelijk is van gereedschapsmaterialen.

Waarde van n = 0, 1 tot 0, 2; voor HSS-tools

0, 2 tot 0, 4; voor Carbide-gereedschappen

0, 4 tot 0, 6; voor keramische gereedschappen

C = bewerkingsconstante, gevonden door experimenten of gepubliceerd databoek. Dit hangt af van de eigenschappen van gereedschapsmateriaal, werkstuk en voedingssnelheid.

Waarnemingen uit de vergelijking gereedschapsleven:

ik. De levensduur van het gereedschap neemt af met toename van de snijsnelheid.

ii. De standtijd hangt ook in grote mate af van de snedediepte (D) en voedingssnelheid (F).

iii. Verkorting van de standtijd met verhoogde snelheid is tweemaal zo groot (exponentieel) als de afname van de levensduur met toegenomen voeding.

iv. De grootste variatie in levensduur van het gereedschap is de snijsnelheid en werktemperatuur die nauw gerelateerd is aan de snijsnelheid.

Gereedschapslevensduur (curven):

Levensduurcurves worden uitgezet tussen de standtijd en verschillende procesparameters (zoals snijsnelheid, invoer, snijdiepte, gereedschapsmateriaal, gereedschapsgeometrie, hardheid van het werkstuk en snijvloeistoffen, enz.). Om deze curven te tekenen, worden experimentele gegevens verkregen door het uitvoeren van snijtests op verschillende materialen onder verschillende omstandigheden en met variërende procesparameters.

Levensduurcurven worden over het algemeen geplot op log-log-grafiekpapier. Deze curves worden gebruikt om de waarde van exponent 'n' te bepalen. De exponent 'n' kan inderdaad negatief worden bij lage snijsnelheden. Fig. 9.22 (a) toont de levensduur van het gereedschap tussen de standtijd en de snijsnelheid voor verschillende werkstukmaterialen met verschillende hardheden. Het toont aan dat, naarmate de snijsnelheid toeneemt, de standtijd snel afneemt. Als de snijsnelheid Versus de levensduur van het gereedschap is, worden de curven op een log-log-grafiekpapier geplot, en worden rechte lijnen verkregen zoals getoond in Fig. 9.22. (B).

Onzuiverheden en harde bestanddelen in het werkstukmateriaal (zoals roest, slak, kalkaanslag, enz.) Zijn ook de oorzaak van schurende werking die de standtijd van het gereedschap verkort.

Criteria voor gereedschapslevensduur (criteria voor het beoordelen van beoordelingsfouten):

Door slijtage van het gereedschap neemt de snijkracht toe en verslechtert de oppervlakteafwerking. Daarom, wanneer moeten we zeggen dat een hulpmiddel is mislukt en dat het opnieuw moet worden geslepen. Met andere woorden, een bepaald criterium is vereist voor het beoordelen van de gereedschapsfout.

Een tool mislukt als het zijn functie niet meer goed uitvoert. Dit kan verschillende betekenissen hebben onder verschillende omstandigheden. Bij een voorbewerkingsbewerking, waarbij oppervlakafwerking en maatnauwkeurigheid van weinig belang zijn, kan een gereedschapstoring een buitensporige stijging in snijkrachten en vermogensvereisten betekenen.

In een afwerkingsbewerking, waarbij oppervlakteafwerking en maatnauwkeurigheid van groot belang zijn, betekent een gereedschapstoring dat de gespecificeerde omstandigheden voor oppervlakteafwerking en maatnauwkeurigheid niet langer kunnen worden bereikt. Al deze storingen zijn in principe gerelateerd aan de slijtage aan het vrije oppervlak van het gereedschap.

De volgende punten zijn een criterium voor het beoordelen van de levensduur / fout van het gereedschap:

(i) Voltooid falen.

(ii) Flank- of kraterfalen.

(iii) Beëindig de mislukking.

(iv) Groottefout.

(v) Uitval van de snijkracht.

(i) Voltooid falen:

Volgens dit criterium wordt het snijden met het gereedschap voortgezet totdat het kan snijden. Dus wanneer het gereedschap niet snijdt, moet alleen het opnieuw worden ingegroefd. Dit criterium wordt in de praktijk niet gebruikt vanwege de duidelijke nadelen ervan.

(ii) Flank- of kraterfalen:

Volgens dit criterium wordt, wanneer de slijtage op de flank een bepaalde hoogte bereikt, het snijden met het gereedschap onderbroken en wordt het slijpen uitgevoerd. Stel dat de flankdraaghoogte h gelijk is aan 0, 3 mm, bijvoorbeeld als het gereedschap niet werkt. Enkele veelgebruikte aanbevolen waarden voor slijtplanten worden gegeven in Tabel 9.11. (a, b).

Vanwege slijtage op de flank, neemt de werkelijke snijdiepte af van AC naar BC, zoals weergegeven in Fig. 9.23. Het werkstuk wordt smaller als het snijden wordt voortgezet. Dit is het meest gebruikelijke criterium dat in de praktijk wordt gevolgd. De flankslijtage wordt gemeten met de microscoop van een gereedschapsmaker.

Het is ook belangrijk om op te merken dat de flankslijtage niet uniform is langs de actieve snijkant, daarom is het noodzakelijk om de locaties en de mate van slijtage te specificeren, bij het bepalen van het criterium van de gereedschaplevensduur, vóór het herslijpen.

(iii) Finish Failure:

Volgens dit criterium wordt, wanneer de oppervlakteruwheid een gespecificeerde hoge waarde bereikt, het snijden met het gereedschap gestopt en wordt het malen uitgevoerd. Stel dat de oppervlakteruwheid bij een bepaalde snijconditie 0, 7 micron wordt. Zoals bij het snijden gebeurt de flankslijtage waardoor de snijkant ruw en onregelmatig wordt, waardoor de oppervlakteruwheid geleidelijk toeneemt, zoals weergegeven in Fig. 9.24. Zeg 1, 3 micron, bijvoorbeeld, worden als criterium gehouden.

De ruwheid van het oppervlak wordt continu langs de lengte gemeten. Wanneer de ruwheid de opgegeven waarde bereikt, wordt het snijden afgebroken. Deze maximum gespecificeerde waarde van oppervlakteruwheid kan bijvoorbeeld op het 10e werkstuk voorkomen, dus de 11e en volgende werkstukken zullen niet met hetzelfde gereedschap worden bewerkt, zonder opnieuw te worden geslepen.

Dit criterium wordt met name van belang wanneer nauwkeurig passende objecten worden bewerkt. Vanwege ruwe en onregelmatige oppervlakken is het mogelijk dat de juiste aanpassing niet wordt uitgevoerd.

(iv) Grootte mislukt:

Volgens dit criterium wordt een gereedschap als mislukt beschouwd als er een afwijking is in de grootte van een geproduceerd gereed onderdeel van de opgegeven waarde.

(v) Cutting Force Failure:

Volgens dit criterium wordt een gereedschap als mislukt beschouwd als de hoeveelheid snijkracht met een bepaalde hoeveelheid toeneemt. Dit komt door flankslijtage. Flankslijtage vergroot het contactoppervlak tussen het werkstuk en het gereedschap, waardoor de snijkracht toeneemt. Fig. 9.25. laat zien dat een toename van de snijkracht met ontwikkeling tot flank slijtage.

Factoren die van invloed zijn op de levensduur van het gereedschap:

De volgende factoren spelen een belangrijke rol in de standtijd:

(i) Snijsnelheid.

(ii) Aanzetsnelheid en snijdiepte.

(iii) Hardheid van het werkstuk.

(iv) Microstructuur van het werkstuk.

(v) Materiaal van gereedschap.

(vi) Gereedschapsgeometrie.

(vii) Type snijvloeistof en de wijze van aanbrengen.

(viii) Aard van het snijden.

(ix) Korrelgrootte van het werkstuk.

(x) Stijfheid van het gereedschapswerktuigsysteem van het werkstuk.

(i) Snijsnelheid:

FW Taylor heeft talloze experimenten uitgevoerd op het gebied van metaalbewerking. In 1907 gaf hij de volgende relatie tussen de standtijd en de snijsnelheid, die bekend staat als Taylor's Tool Life Equation.

V _C T ⁿ = C

waar, V = snijsnelheid (m / min)

T = Levensduur gereedschap (min) C = Constante of bewerkingsconstante

n = Index levensduur van hulpmiddel. Dit hangt af van de combinatie van gereedschap en werkmateriaal en snijomstandigheden.

Als T = 1 min

dan C = V _c

Dus, de constante C kan fysiek worden geïnterpreteerd als de snijsnelheid waarvoor de standtijd gelijk is aan één minuut. De vergelijking van de gereedschapslevensduur kan worden weergegeven op log-log-papier; het wordt een rechte lijn zoals getoond in Fig. 9.26.

Het is duidelijk dat de snijsnelheid het grootste effect heeft op de standtijd, respectievelijk gevolgd door voer en snijdiepte. Naarmate de snijsnelheid toeneemt, neemt de snijtemperatuur toe en neemt de standtijd af.

(ii) Voedingssnelheid en snijdiepte:

Volgens de vergelijking van de gereedschapslevensduur van Taylor neemt de standtijd af als de voedingssnelheid toeneemt. Ook hetzelfde geldt voor de snijdiepte.

De volgende relatie rechtvaardigt de bovenstaande verklaring:

(iii) Hardheid van het werkstuk:

Naarmate de hardheid toeneemt, neemt de toelaatbare snelheid af gedurende een gegeven standtijd. De standtijd is bijvoorbeeld 50 minuten voor het zagen van minder hard materiaal. Als er nu harder materiaal moet worden gesneden en de standtijd dus 50 minuten is, moet de snijsnelheid evenredig worden verlaagd.

De bovenstaande verklaring wordt gerechtvaardigd door de volgende vergelijking gegeven door Yanitsky:

waar,

H _b = Brinel-hardheidsaantal werkmateriaal

Ψ = percentage korting

V = Toegestane snijsnelheid voor een gegeven standtijd

(iv) Microstructuur van het werkstuk:

Naarmate de structuur steeds meer perlieten wordt, neemt de levensduur van het gereedschap af met een verhoging van de snijsnelheid, zoals weergegeven in Fig. 9.27.

(v) Materiaal gereedschap:

De belangrijkste vereisten voor snijgereedschapsmaterialen zijn: Hete hardheid, slagsterkte en slijtvastheid. Voor een betere standtijd moet het materiaal de bovenstaande eigenschappen hebben. Fig. 9.26 toont de variatie in de levensduur van het gereedschap tegen snijsnelheden voor verschillende gereedschapsmaterialen. Het is heel duidelijk uit de figuur; bij elke snijsnelheid is de standtijd maximaal voor keramische gereedschappen en het laagst voor de HS-tool. Dus met behulp van keramische gereedschappen kon het maximale volume materiaal met elke snijsnelheid voor een specifieke standtijd worden verwijderd.

Een ideaal gereedschapsmateriaal zal n = 1 hebben (de index van de gereedschaplevensduur van Taylor). Het betekent ideaal materiaalgereedschap bij alle snijsnelheden, en verwijdert maximaal volume werkmateriaal.

Sommige gereedschapsmaterialen met hun eigenschappen volgen:

ik. Carbon Sleets:

Zeer gevoelig voor temperatuur.

Ze verliezen snel hun hardheid bij lage temperaturen.

Alleen geschikt voor het zagen op lage snelheid en met het bewerken van zachte non-ferro metalen.

ii. HSS:

Ze worden alleen aangetast boven 600 ° C en beginnen hun hardheid te verliezen.

HSS heeft goede prestaties onder 600 ° C.

Boven 600 ° C neiging om BUE te vormen

iii. Gecementeerd carbide:

Goede prestaties tot 1200 ° C.

Kan worden gebruikt bij veel hogere snijsnelheden dan HSS

iv. Gesinterde oxiden of keramiek:

Kan worden gebruikt bij snijsnelheden van 2 en 3 keer meer dan bij carbides.

(vi) Gereedschapsgeometrie:

De gereedschapsgeometrie heeft grote invloed op de standtijd van het gereedschap. We zullen het effect van alle gereedschapsparameters op de levensduur van het gereedschap in de volgende pagina's bespreken:

(a) Relinghoek achterzijde.

(b) Voornaamste snijkant.

(c) Vrije hoek.

(d) Neusradius.

(a) Rughoek terug:

Groter de hellingshoek kleiner zal de snijhoek zijn en groter zal de afschuifhoek zijn, dit vermindert de snijkracht en het vermogen, en dus minder warmte die wordt gegenereerd tijdens het snijden, betekent een lagere snijtemperatuur, resulteert in een langere standtijd.

Maar aan de andere kant resulteert het vergroten van de hellingshoek in mechanisch zwakke snijkant dat het positieve harkgereedschap last heeft van schuifspanning en de punt waarschijnlijk wordt afgeschoven.

Negatieve hark verhoogt de snijkracht en het vermogen, dus meer warmte en temperatuur die worden gegenereerd, resulteren in een kortere standtijd.

Daarom ligt er een optimale waarde van de rugleuning die afhankelijk is van gereedschapsmateriaal en werkmateriaal. Het varieert van -5 ° tot + 15 °. Een optimale waarde van de hellingshoek is ongeveer 14 °, wat een maximale standtijd oplevert.

Fig. 9.28 toont het snijproces met behulp van positieve en negatieve harkwerktuigen. Het positieve harkgereedschap ondervindt schuifspanning en de punt zal waarschijnlijk worden afgeschoven. Overwegende dat gereedschap met negatieve hark compressie stress. De hardmetalen en keramische gereedschappen worden over het algemeen negatief geharkt omdat ze zwak zijn in afschuiving en goed in compressie.

(b) Belangrijkste snijkant:

Fig. 9.29 toont twee verschillende opstellingen van de belangrijkste snijkanthoeken. Fig. 9.29 (a), het contact begint geleidelijk vanaf een punt helemaal van de punt af. Daarom ervaart het gereedschap de snijkracht geleidelijk en over een groter gebied. Het gereedschap is dus veiliger en de standtijd is meer in vergelijking met Fig. 9.29 (b), waarbij de hoofdsnijkanthoek 90 ° is.

(c) Vrije hoek:

Een toename van de vrijloophoek resulteert in aanzienlijk minder flankslijtage, dus een langere standtijd. Maar de snijkant zal zwakker worden naarmate de vrije hoek groter wordt. Daarom is een optimale waarde vereist. Het beste compromis is 5 ° (met hardmetalen gereedschap) tot 8 ° (met HSS-gereedschappen) voor veel voorkomende werkmaterialen.

(d) Neusradius:

De neusradius verbetert de standtijd en oppervlakteafwerking.

Hieronder wordt een relatie gegeven tussen snijsnelheid, standtijd en neusradius:

VT ^{0, 09} = 300R ^{0, 25}

Waarbij, R = Neusradius (voor HSS-gereedschapszaag SAE-2346 staal)

T = Levensduur gereedschap (min)

V = snijsnelheid (m / min)

ik. Er is een optimale waarde van de neusradius waarbij de standtijd maximaal is.

ii. Als de straal de optimale waarde overschrijdt, neemt de standtijd af.

iii. Grotere radius betekent groter contactoppervlak tussen het gereedschap en het werkstuk. Hierdoor ontstaat meer wrijvingswarmte, waardoor de snijkracht toeneemt. Als gevolg waarvan het werkstuk kan starten, trillen, dus als de stijfheid niet erg hoog is, zullen broze gereedschappen (carbiden en keramiek) uitvallen door het versnipperen van de snijkant.

(vii) Type snijvloeistof en de wijze van toepassing:

Toepassing van geschikte snijvloeistof verlengt uiteraard de standtijd of met andere woorden, gedurende dezelfde standtijd neemt de toelaatbare snijsnelheid toe. Fig. 9.30 toont het effect van snijvloeistof op de standtijd voor verschillende gereedschapsmaterialen. De standtijd neemt bij sommige snelheden zelfs toe met 150%. Alle soorten snijvloeistoffen hebben geen gelijk effect, sommige meer, sommige minder.

(viii) Aard van het snijden:

Als het snijden intermitterend is, draagt ​​het gereedschap impactbelading, waardoor de kans op een snelle uitval ontstaat. Bij continu en gestaag snijden is de standtijd meer.

(ix) korrelgrootte van het werkstuk:

De levensduur van het gereedschap neemt toe als de korrel groter wordt. Alsof de korrelgrootte toeneemt, dan neemt het gemiddelde aantal korrels per vierkante oppervlakte af, en daardoor neemt de hardheid af, dit resulteert in een langere standtijd.

(x) Stijfheid van het werkstuk-werktuigmachinesysteem:

Hoger is de stijfheid van het systeem hoger de levensduur van het gereedschap. Verlaag de stijfheid van het systeem, hoger is de kans op uitval van het gereedschap, door trillingen van gereedschap of werkstuk. Stijfheid is de eerste vereiste in het geval van intermitterend snijden, speciaal wanneer broze gereedschappen worden gebruikt.