Verktygsliv: Betydelse, mätning och förväntning
Efter att ha läst den här artikeln kommer du att lära dig om: - 1. Betydelse av verktygsliv 2. Metoder för verktygslivsmätningar 3. Förväntan 4. Plots 5. Kriterier 6. Faktorer som påverkar.
Betydelse av verktygsliv:
Varje apparat eller verktyg har sitt funktionella liv. Vid utgången av det kan det fungera, men inte effektivt. Så det är också sant med ett skärverktyg. Under användning förlorar verktyget sitt material, dvs det slits ut. När slitaget ökar, förlorar verktyget dess effektivitet. Så dess liv måste definieras och vid utgången av sitt liv borde det räkna om för ny användning.
Verktygslivet kan definieras på följande sätt:
(i) Tid som förflutit mellan två på varandra följande grindningar.
(ii) Den period under vilken ett verktyg sänker sig tillfredsställande.
(iii) Den totala tiden som ackumulerats före verktygsfel inträffar.
Verktygslivet uttrycks i minuter.
Relationen mellan skärhastighet och verktygsliv ges av Taylors verktygslivsekvation:
VT n = C
Metoder för verktygslivsmätningar:
De vanligaste metoderna för verktygslivsmätningar följer:
(i) Bearbetningstid:
Förlängd driftstid för verktygsmaskiner.
(ii) Faktisk skärtid:
Den tid under vilken verktyget faktiskt skär.
(iii) En fast storlek på slitbanan på flankytan:
På hårdmetall och keramiska verktyg där kraterslitage är nästan frånvarande. Verktygslivet tas som motsvarande 0, 038 eller 0, 076 mm slitjord på flankytan för efterbehandling.
iv) volymen av metall borttagen
(v) Antal bearbetade bitar.
Verktygslivet mellan omkonditionering och utbyte kan definieras på ett antal sätt, till exempel:
(a) Faktisk skärningstid vid misslyckande.
(b) Volymen av metall borttagen till misslyckande.
c) Antal delar som producerats för att misslyckas.
(d) Skärhastighet för en given tid till fel.
(e) Längd på arbetet bearbetat till misslyckande.
Verktygslivslängden (Taylors verktygslivsekvation):
1907 utvecklade FW Taylor sambandet mellan verktygsliv och skärhastighet, temperatur, genom att hålla foder som konstant. Taylors ekvation för verktygslivslängd ger en god approximation.
V C T n = C
En mer allmän form av ekvationen med tanke på skärningsdjup och matningshastighet är
V c T n D x F y = C
Var, K C = Skärhastighet (m / min)
T = Verktygslängd (min)
D = Skärdjup (mm)
F = Matningshastighet (mm / rev)
x, y = Exponenter, som bestäms experimentellt för varje kapningsförhållande.
n = Exponent, som beror på verktygsmaterial.
Värdet av n = 0, 1 till 0, 2; för HSS-verktyg
0, 2 till 0, 4; för karbidverktyg
0, 4 till 0, 6; för keramiska verktyg
C = Maskinkonstant, som hittades genom experiment eller publicerad databok. Det beror på egenskaper hos verktygsmaterial, arbetsstycke och matningshastighet.
Observationer från Tool Life Equation:
jag. Verktygslivet minskar med ökad skärhastighet.
ii. Verktygslivet beror också i stor utsträckning på skärets djup (D) och matningshastighet (F).
III. Minskning av verktygsliv med ökad hastighet är dubbelt så stor (exponentiellt) som minskad livslängd med ökat flöde.
iv. Den största variationen i verktygslivet är med skärhastigheten och verktygstemperaturen som är nära relaterad till skärhastigheten.
Verktygslivsplottor (kurvor):
Verktygslivskurvorna är ritade mellan verktygsliv och olika processparametrar (såsom skärhastighet, matning, skärsnitt, verktygsmaterial, verktygsgeometri, arbetsstyckets hårdhet och skärvätskor etc.). Att rita dessa kurvor, experimentella data erhållna genom att genomföra skärprov på olika material under olika förhållanden och med varierande processparametrar.
Verktygslivskurvor planeras generellt på loggpapperspapper. Dessa kurvor används för att bestämma värdet av exponent 'n'. Exponentens 'n' kan faktiskt bli negativ vid låga skärhastigheter. Fig. 9.22 (a) visar verktygslivsplanet mellan verktygsliv och skärhastighet för olika arbetsstyckematerial med olika hårdhet. Det visar att verktygets livslängd snabbt minskar när skärhastigheten ökar. Om skärhastighet Versus verktygsliv ritas kurvor på ett logg-grafpapper, erhålls raka linjer som visas i figur 9.22. (B).
Föroreningar och hårda beståndsdelar i arbetsstycksmaterialet (som rost, slagg, skal etc.) är också orsak till slipande verkan som minskar verktygslivets livslängd.
Verktygslivskriterier (Kriterier för bedömningsverktygsbrott):
På grund av slitage på verktyget ökar skärkraften och ytfinishen försämras. Därför, när ska vi säga att ett verktyg har misslyckats och det borde vara omöjligt. Med andra ord krävs ett visst kriterium för att bedöma verktygsfel.
Ett verktyg misslyckas när det inte längre utför funktionen korrekt. Detta kan ha olika betydelse under olika omständigheter. I en grovbearbetningsoperation, där ytfinish och dimensioneringsnoggrannhet är av liten betydelse, kan ett verktygsfel betyda en alltför stor ökning av skärkrafter och kraven.
I en efterbehandlingsoperation, där ytfinish och dimensionsnoggrannhet är avgörande, innebär ett verktygsvikt att de angivna förhållandena för ytfinish och dimensioneringsnoggrannhet inte längre kan uppnås. Alla dessa fel är i grund och botten relaterade till slitage på verktyget.
Följande är ett kriterium för att döma verktygsliv / misslyckande:
(i) Fullständigt fel.
(ii) Flank eller kraterfel.
(iii) avsluta misslyckande
(iv) Storleksfel.
(v) Klippkraftfel.
(i) Komplett misslyckande:
Enligt detta kriterium fortsätter skärningen med verktyget tills det kan klippa. Så när verktyget misslyckas med att klippa, så ska det bara vara omkrets. Detta kriterium används inte i praktiken på grund av dess uppenbara nackdelar.
(ii) Flank- eller kraterfel:
Enligt detta kriterium, när slitage på flanken når en viss höjd, avbryts skärningen med verktyget och slipning görs. Säg när flankens slithöjd h är lika med 0, 3 mm, till exempel sägs verktyget ha misslyckats. Några vanliga rekommenderade värden på slitagejord anges i tabell 9.11. (a, b).
På grund av slitage på flanken minskar det faktiska djupet av snittet från AC till BC som visas i figur 9.23. Arbetsstycket blir avtagbart om skärningen fortsätter. Detta är det vanligaste kriteriet i praktiken. Flankens slitage mäts med ett verktygsmakers mikroskop.
Det är också viktigt att notera att flankslitan inte är likformig längs den aktiva kanten. Därför är det nödvändigt att ange platserna och graden av slitage vid bestämning av livskriteriet för verktyg innan de regrindes.
(iii) Avsluta misslyckande:
Enligt detta kriterium stoppas skärningen med verktyget när ytanhetheten når ett specificerat högt värde och slipning görs. Säg vid ett visst klipptillstånd att ythårdheten kommer att vara 0, 7 mikron. I takt med att flanken skärs, utvecklas slitaget, så skärkanten blir grov och oregelbunden, så att ythårdheten gradvis ökar, vilket visas i figur 9.24. Säg att 1, 3 mikron, till exempel, hålls som ett kriterium.
Ytets grovhet mäts kontinuerligt längs dess längd. När råheten når det angivna värdet avbryts skärningen. Till exempel kan detta maximala angivna värdet på ytjämnhet förekomma på 10: e arbetsstycket, så det 11: e och nästa arbetsstycket kommer inte att bearbetas med samma verktyg utan att regrina.
Detta kriterium blir speciellt viktigt när nära fästa objekt bearbetas. På grund av grova och ojämna ytor kan det inte vara korrekt att passa på rätt sätt.
(iv) Storleksfel:
Enligt detta kriterium anses ett verktyg ha misslyckats om det finns en avvikelse i storleken på en producerad färdig komponent från det angivna värdet.
(v) Skärpkraftfel:
Enligt detta kriterium kommer ett verktyg att anses ha misslyckats om mängden skärkraft ökar med viss specificerad mängd. Detta beror på flankslitage. Flankslitage ökar kontaktytan mellan arbetsstycket och verktyget, vilket resulterar i ökad skärkraft. Fig 9.25. visar att en ökning av skärkraft med utveckling till flankslitage.
Faktorer som påverkar verktygets livslängd:
Följande faktorer spelar en viktig roll i verktygslivet:
(i) Skärhastighet.
(ii) Foderhastighet och skärdjup.
(iii) Arbetsstyckets hårdhet.
(iv) Mikrostruktur av arbetsstycke.
(v) Verktygsmaterial.
(vi) Verktygsgeometri.
(vii) Typ av skärvätska och dess tillämpningsmetod.
(viii) Skärningens art.
(ix) Kornstorlek på arbetsstycket.
(x) Styvhet i arbetsstyckets maskinverktygssystem.
(i) Skärhastighet:
FW Taylor har utfört många experiment inom metallskärning. 1907 gav han följande förhållande mellan verktygsliv och skärhastighet, som är känd som Taylor's Tool Life Equation.
V C T n = C
V = Skärhastighet (m / min)
T = Verktygslängd (min) C = Konstant eller bearbetningskonstant
n = Verktygslivsindex. Det beror på verktygs- och arbetsmaterialkombination och skärningsförhållanden.
Om T = 1 min
då C = V c
Således kan konstanten C tolkas fysiskt som skärhastigheten för vilken verktygslivet är lika med en minut. Verktygets livsekvation kan representeras på loggpapperspapper; det blir rak linje som visas i figur 9.26.
Det är uppenbart att skärhastigheten har den högsta effekten på verktygslivet följt av matning respektive skärningsdjup. När skärhastigheten ökar ökar skärtemperaturen och livslängden minskar.
(ii) Foderhastighet och skärdjup:
Enligt Taylors verktygslivsekvation minskar verktygslivet när matningshastigheten ökar. Också samma fall för skärningsdjup.
Följande relation motiverar ovanstående uttalande:
(iii) Arbetsstyckets hårdhet:
När hårdheten ökar minskar den tillåtna hastigheten för en given livslängd. Till exempel är verktygslängden 50 minuter för att skära mindre hårt material, nu om det sägs att hårdare material ska skäras, för att behålla verktygslivets livslängd som 50 minuter, bör skärhastigheten minskas proportionellt.
Ovanstående uttalande är motiverat av följande ekvation som ges av Yanitsky:
var,
H b = Brinel hårdhet antal arbetsmaterial
Ψ = Procentuell reduktion
V = Tillåten skärhastighet för en given livslängd
(iv) Mikrostruktur av arbetsstycke:
Eftersom strukturen blir mer och mer perliter, minskar verktygslängden vid vilken ökning av skärhastigheten som visas i figur 9.27.
(v) Verktygsmaterial:
De viktigaste kraven på skärverktygsmaterial är: Varm hårdhet, slagfasthet och slitstyrka. För bättre verktygsliv måste materialet ha ovanstående egenskaper. Fig. 9.26 visar verktygslivsvariationen mot skärhastigheter för olika verktygsmaterial. Det är mycket tydligt från figuren; Vid varje skärhastighet är verktygslängden max för keramiskt verktyg och lägst för höghastighetsstålverktyget. Så med hjälp av keramiskt verktyg kan maximal volym material avlägsnas vid vilken skärhastighet som helst för ett specifikt verktygsliv.
Ett idealt verktygsmaterial kommer att ha n = 1 (Taylors verktygslivsindex). Det betyder idealiskt materialverktyg vid alla skärhastigheter, vilket tar bort maxvolymen av arbetsmaterial.
Några verktygsmaterial med sina egenskaper följer:
jag. Carbon Sleets:
Mycket känslig för temperatur.
De förlorar snabbt hårdheten vid låga temperaturer.
Endast lämplig för skärning med låg hastighet och bearbetning av mjuka icke-järnmetaller.
ii. HSS:
De påverkas bara över 600 ° C och börjar förlora hårdheten.
HSS har bra prestanda under 600 ° C.
Över 600 ° C tenderar att bilda BUE
III. Cementerad karbid:
Bra prestanda till 1200 ° C.
Kan användas vid mycket högre skärhastigheter än HSS
iv. Sintrade Oxider eller Keramik:
Kan användas vid skärhastigheter av 2 och 3 gånger mer än med karbider.
(vi) Verktygsgeometri:
Verktygsgeometrin påverkar kraftigt verktygets livslängd. Vi kommer att diskutera effekten av alla verktygsparametrar på verktygsliv på följande sidor:
(a) Ryggvinkel.
(b) Huvudskäregg.
(c) Clearance Angle.
(d) Näsa Radius.
(a) Ryggvinkel:
Större hällvinkeln mindre kommer att vara skärvinkeln och större blir skjuvvinkeln, vilket minskar skärkraften och kraften och därigenom mindre värme som genereras vid skärning, innebär minskad skärningstemperatur, resulterar i längre livslängd.
Men å andra sidan ökar rakevinkeln i mekaniskt svag skäreggning, det positiva rakeverktyget upplever skjuvspänning och spetsen kommer sannolikt att avskäras.
Negativ rake ökar skärkraften och kraften, varför mer värme och temperatur genereras resulterar i mindre verktygslivslängd.
Därför ligger det optimala värdet av bakraken som beror på verktygsmaterial och arbetsmaterial. Den sträcker sig från -5 ° till + 15 °. Ett optimalt värde av rakevinkeln är ca 14 ° vilket ger maximal livslängd.
Fig. 9.28 visar skärprocessen med hjälp av positiva och negativa rakeverktyg. Det positiva rakeverktyget upplever skjuvspänning och spetsen kommer sannolikt att skäras av. Medan verktyg med negativ rake upplever kompressionsspänning. Hårdmetall- och keramikverktygen ges generellt negativ rake eftersom de är svaga i skjuvning och bra i kompression.
(b) Huvudskäregg:
Fig 9.29 visar två olika arrangemang av huvudsakliga skärvinklar. Fig 9.29 (a) börjar kontakten gradvis från en punkt ganska bort från spetsen. Därför upplever verktyget skärkraften gradvis och över ett större område. Därför är verktyget säkrare och verktygslivslängden är mer jämfört med fig 9.29 (b), där huvudskärevinkeln är 90 °.
(c) Clearance Angle:
En ökning i röjningsvinkeln resulterar i signifikant minskat flankslitage, vilket ökar verktygslängden. Men skärkanten kommer att bli svagare då vinkeln ökas. Därför krävs ett optimalt värde. Den bästa kompromissen är 5 ° (med hårdmetallverktyg) till 8 ° (med HSS-verktyg) för vanliga arbetsmaterial.
(d) Näsa Radius:
Nässtråden förbättrar livslängd och ytfinish.
Ett förhållande mellan skärhastighet, verktygsliv och näsa radie ges nedan:
VT 0, 09 = 300R 0, 25
Var, R = Näsa radie (för HSS verktygsskärning SAE-2346 stål)
T = Verktygslängd (min)
V = Skärhastighet (m / min)
jag. Det finns ett optimalt värde på näsa radie där verktygslivets längd är maximal.
ii. Om radien överstiger optimalt värde minskar verktygslängden.
III. Större radie betyder större kontakt mellan verktyget och arbetsstycket. På grund av vilket mer friktion värme genereras, resulterar i ökad skärkraft. På grund av vilket arbetsstycket kan börja, vibrerar, följaktligen om styvhet inte är så hög, kommer spridda verktyg (karbid och keramik) att misslyckas på grund av klyvning av skäreggen.
(vii) Typ av skärvätska och dess tillämpningsmetod:
Applicering av lämplig skärvätska ökar tydligt verktygets livslängd eller med andra ord, för samma verktygslängd ökar tillåten skärhastighet. Fig. 9.30 visar effekten av skärvätska på verktygslivslängden för olika verktygsmaterial. Verktygslivet ökar till och med med 150 procent vid vissa hastigheter. Alla typer av skärvätskor har inte samma effekt, några av dem mer, vissa är mindre.
(viii) Skärningens art:
Om skärningen är intermittent bär verktyget belastningsbelastning, vilket resulterar i en chans att det går snabbt. Vid kontinuerlig och stadig skärning är verktygslängden mer.
(ix) Kornstorlek på arbetsstycket:
Verktygslivet ökar om kornstorleken ökar. Som om kornstorleken ökar, minskar det genomsnittliga antalet korn per kvadratområde, och därmed hårdheten minskar, vilket resulterar i ökat verktygsliv.
(x) Arbetsstyckets styvhet-maskinverktygssystem:
Högre är styvheten hos systemet högre blir verktyget. Sänk systemets styvhet, högre är risken för verktygsfel, genom vibrationer av verktyg eller arbetsstycke. Stabilitet är det primära kravet vid intermittent skärning speciellt när sköra verktyg används.
