如何识别和减少工具磨损以提高质量

在 CNC 加工中，现实情况是金属与金属相遇会导致刀具磨损。金属切割、磨削、钻孔、钻孔和其他任务都是机械加工的一部分。由于这些活动都是“金属对金属”，因此在某些时候，必须付出一些代价。

这种“放弃”以工具磨损的形式出现，其中定期操作意味着工具会随着时间的推移失去表面、锋利和回火。如果设备和过程得到监控和优化，这种磨损是渐进的和可预测的。否则，刀具磨损会导致零件质量问题和刀具损坏。

刀具磨损的定义

刀具磨损是机床因切削加工而逐渐发生故障，最终导致刀具失效。

由于工具和工件经常接触剧烈的摩擦和摩擦，因此工具会随着时间的推移而受到压力。这种应力是金属与金属接触以及高应力和压力的结果。它也受到非常高的温度的影响。

由于工具磨损导致的工具故障是典型的，但可以通过工具监控进行分析和解决。磨损通常随着时间的推移而发生，并且是影响刀具寿命的累积过程中的逐渐失效。刀具磨损也会因刀具形状、深度、切削液和切削速度而异。这会影响工具的锋利度和有效性，并意味着某些工具可以巧妙地改变形状。

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刀具磨损类型

工具磨损取决于许多变量。设备类型、毛坯原料的硬度、在零件上执行的操作次数、为每个任务施加的力以及其他变量都会导致工具磨损。由于这些变数，刀具磨损将采取多种形式，包括：

磨料磨损

根据最终用途，用于 CNC 加工的工件中的金属原料的纯度会有所不同。当杂质存在时，它们会导致边缘碎片的堆积。这些碎片会磨损工具，随着时间的推移降低其锋利度和有效性。磨损是一种机械磨损形式，最常发生在主轴转速较低时。

侧面磨损

后刀面磨损平行于切削刃发生，并可能导致切削刃失效。当工件遇到磨料和粘着磨损时，高温会形成并影响工件的工具和性能特征。随着后刀面磨损的增加，切削速度也必须提高。

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火山口磨损

当刀具高速撞击工作面时，会形成切屑并损坏刀具的前刀面。这种流过面部的碎屑会留下一个草皮或火山口，就像疤痕一样。月牙洼的形成是一种典型的刀具磨损类型，它可能不会影响刀具质量，除非它直接使切削表面变形。月牙洼磨损一般发生在切削刃附近。

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粘着磨损

由于工具和工件的摩擦会导致高温，因此会发生粘附磨损。在这里，流过工具表面的切屑可能与工具表面本身结合，就像点焊效果一样。这也可能影响工件本身的尺寸精度。如果使用错误的流体或错误的流体量，可能会更频繁地发生粘附磨损。

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识别工具磨损

检测工具磨损可以通过机械师和操作员的观察手动完成，也可以使用工具监控系统以自动方式完成。从历史上看，工具磨损只有在其影响被注意到之后才被识别出来，例如意识到工具正在生产劣质零件。然而，随着自动化软件解决方案的发展，利益相关者能够更好地在工具磨损和工具故障发生时立即识别它，甚至可以完全预测并防止它发生。检测刀具磨损的一些方法包括：

1。碎裂

切屑发生在切削面上，并产生粗糙或损坏的切削刃。这可能是由于机器设置不当或工具架未正确固定造成的。这也可能发生在较大的工件中，在这些工件中，切屑在被流体冲击之前可能会被携带半圈。

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2。热裂解

CNC 加工件在工具和工件之间产生过多的热量。管理这种热量可确保正确的速度、正确的刀架工具设置以及正确的流体量。如果产生的热量太高或太低，或者温度变化从一个切口到另一个切口的变化很快，都会影响工件金属的性能特性。这会导致形成间距均匀且垂直于车刀切削刃的裂纹。

3。骨折

有时，刀具和工件之间增加的切削力可能太大而无法克服。这种力会导致工具突然完全丢失，并损坏工件，甚至可能损坏机器本身。断裂的原因可能在于切削深度、速度或材料进给的设置。工件上的热点也会使工具变钝直至失效，从而导致断裂。防止工具破损可避免安全问题并避免停机事件。

4。开槽

当工具接触工件的肩部时，两块的摩擦会在工具上产生化学反应。结果会产生磨损和粘附，并可能导致后刀面磨损。如果磨损过大，可能会导致刀具完全失效。

5。塑性变形

当切削工具中的材料软化时，塑性变形是一个热问题。如果工件材料等级高于刀具，刀具会变形或失去锋利度。通过了解刀具硬度与材料硬度及其固有性能特征的关系，可以避免这种损坏。

6。失败

当工具完全断裂或断裂时，就会发生故障。通过确保正确的速度设置、切削深度和力，可以防止刀具破损甚至发生灾难性故障。它还需要使用适当的流体。当存在异常振动或噪音时，也可以检测到故障，表明刀架或设置不符合规格。

7。积聚边缘

用于工件的不同金属原料可能具有不同的性能特征。它们可能更软或更硬，具体取决于金属。当金属较软时，在软的、半熔化的金属粘附在切削工具上的地方会发生退火效应。如果边缘堆积过多，工具可能会失效。适当的速度和流体可以减少或消除这个问题。

工具表面上的 BUE（内置边缘）示例。 （来源）

工具磨损效果

当工具开始达到其生命周期的终点时，或者当某个事件对其产生影响时，工具上的磨损会产生特定的磨损效果。这些影响会影响所生产零件的质量、设备的效率或与操作员干预相关的停机时间。了解刀具磨损影响的重要性在于，它们可用于开发检测和预防刀具磨损的阈值和算法。

刀具磨损效果可包括：

增加切削力

随着刀具磨损的增加，可能需要增加切削力来进行补偿。工具和工件都会有可接受的公差增加。但如果磨损严重，则力可能超过可接受的公差并需要更改。

提高切削温度

CNC 机床内的切割、钻孔和其他任务产生的金属与金属之间的摩擦总是会产生高温。如果切削液过低或类型不正确，可能会导致温度升高。如果切削深度过大或进给量过高，温度也会升高。最后，更高的速度也会导致更多的热量。

生产零件的精度降低

随着磨损的发生，零件的精度会降低。任何工件都有可接受的公差。但是，单一类型的刀具磨损可能会增加到零件超出该切削活动的规格，从而导致零件损失。多种类型的磨损可能同时发生，从而级联变形，从而影响零件的精度。这可能会造成重大质量问题，因为零件要么需要报废，要么需要返工。有效管理刀具磨损并了解何时会发生故障是高效保持高质量的重要部分。

刀具寿命缩短

不同类型的刀具磨损、刀具和工件之间的硬度差异以及反复高温到低温都会导致刀具寿命缩短。这些因素可以根据经验和培训以及操作员对工件和工具材料的知识进行管理。但它们也可以通过 MachineMetrics 的高级工具监控软件进行监控。使用正确的自动监控，刀具寿命缩短是一个可控的问题。

表面光洁度差

刀具磨损越严重，对表面光洁度的影响就越大。钝工具可能会导致工件上的切割面不平整或锯齿状。钻孔或切削可能会导致表面堆积或磨损区域增加，从而导致碎裂和凹坑，从而影响表面光洁度。特别是在高精度加工中，这可能会产生严重的质量问题，这意味着零件要么需要重新加工，要么需要报废。

切割操作的经济性

切割和机加工是昂贵的生产技术。工具磨损会影响设备、操作员培训、高质量工具和正确选择工件原料的高成本。刀具寿命的每一次缩短和每个报废的工件都会增加运行成本并降低利润率。而且磨损的工具也会对操作员和机器造成危险，甚至会带来更高的维修成本。

6 种减少刀具磨损的方法

1。识别警告标志

在许多但不是所有情况下，磨损的工具将表现出可观察和可预测的行为。温度升高的切削力和其他磨损因素可能会产生表现为振动或噪音的迹象。了解这些迹象可以帮助操作员进行调整以减少磨损。

2。识别工具磨损的类型

如上所述，存在多种类型的工具磨损。有些是机械的；其他可以通过设备设置或操作员错误创建。而一些，比如温度管理，需要熟练的舞蹈来创造最好的环境来减少磨损。操作员必须了解刀具磨损的类型，并且每种类型都可能由单独或组合发生的不同情况引起。

3。注意温度影响

金属对金属加工过程中的高温是不可避免的。但温度管理至关重要。如果操作正确，大部分热量会随着芯片飞走而带走。

4。使用适当的冷却液

由于从切屑飞散处传递了如此多的热量，因此必须使用适当类型和数量的切削液来去除切屑并帮助将多余的热量带走。了解工件和刀具的材料以及规格、速度和进给量将决定切削过程中冷却液的应用量。

5。考虑工件的材料

金属具有截然不同的性能特征。硬化金属可以产生更高的温度并需要更大的力，而具有较低熔点的较软金属可以具有更高的积屑瘤。了解原料的性能特征、工具的质量和特性，甚至机器的使用年限和能力，都可以帮助您为合适的金属选择合适的工具。

6。将工具与任务匹配

刀具选择至关重要，应包括锋利度、刀具几何形状、涂层和功能考虑因素。这种选择还需要了解设备类型、使用年限和工具夹持能力，具体取决于原料。

如何将这些方法与 MachineMetrics Tool Monitoring 结合使用

传统上，工具磨损是经验性的。在加工操作中，操作员必须接受多年的培训，才能通过“感觉”和观察来学习刀具何时过度磨损。许多设置和参数是通过实验确定的，或者根据机床 OEM 提供的时间表简单地接受。但是，这种方法非常不准确，会导致零件质量差、刀具寿命延长和停机时间过长。

幸运的是，使用 MachineMetrics 刀具监控系统可以快速有效地自动减少和管理刀具磨损。设置可以被监控到人工干预无法达到的程度，并通过直观的仪表板报告变化，准确地显示机器状况。 MachineMetrics 甚至可以分析机器内的信号频率，以预测工具故障。

该软件提供的洞察力和分析可以为优化流程、解决未检测到的问题以及制定解决方案以降低成本、提高质量和提高产能提供直接的好处。要了解 MachineMetrics 如何提供解决方案来帮助您管理和控制刀具磨损并充分利用您的刀具和设备，请立即预订演示。

预测和预防刀具故障：BC 加工案例研究

制造金属零件的制造商 BC Machining 生产大量废料，以至于他们被迫以 200% 的产能运行机器，以达到生产目标。由于不了解工具何时磨损或即将损坏，BC Machining 因生产废料和更换损坏的工具而积累了大量成本。

为了防止产生废料并最大限度地延长刀具寿命，他们与 MachineMetrics 合作。阅读我们的案例研究，了解 BC Machining 如何从工具磨损中几乎消除废料，显着缩短更换时间，并每年为每台机器节省 72,000 美元。阅读完整的案例研究。