Tuổi thọ công cụ: Ý nghĩa, Đo lường và Kỳ vọng
Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về: - 1. Ý nghĩa của tuổi thọ công cụ 2. Phương pháp đo lường tuổi thọ công cụ 3. Kỳ vọng 4. Âm mưu 5. Tiêu chí 6. Các yếu tố ảnh hưởng.
Ý nghĩa của cuộc sống công cụ:
Mỗi thiết bị hoặc công cụ có tuổi thọ chức năng của nó. Khi hết hạn, nó có thể hoạt động, nhưng không hiệu quả. Vì vậy, nó cũng đúng với một công cụ cắt. Trong quá trình sử dụng, công cụ làm mất vật liệu của nó, tức là nó bị mòn. Khi độ mòn tăng lên, công cụ sẽ mất hiệu quả. Vì vậy, cuộc sống của nó phải được xác định và khi hết hạn sử dụng, nó nên được sử dụng lại để sử dụng mới.
Tuổi thọ của công cụ có thể được xác định theo các cách khác nhau:
(i) Thời gian trôi qua giữa hai lần mài liên tiếp.
(ii) Khoảng thời gian mà một công cụ cắt đạt yêu cầu.
(iii) Tổng thời gian tích lũy trước khi xảy ra lỗi công cụ.
Tuổi thọ công cụ được thể hiện trong vài phút.
Mối quan hệ giữa tốc độ cắt và tuổi thọ công cụ được đưa ra bởi phương trình tuổi thọ công cụ của Taylor:
VT n = C
Phương pháp đo tuổi thọ dụng cụ:
Các phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để đo tuổi thọ công cụ như sau:
(i) Thời gian gia công:
Thời gian hoạt động của máy công cụ.
(ii) Thời gian cắt thực tế:
Thời gian trong đó công cụ thực sự cắt giảm.
(iii) Kích thước cố định của Wear Land trên Flank Surface:
Trên các công cụ cacbua và gốm, nơi mòn miệng núi lửa gần như không có. Tuổi thọ của dụng cụ được lấy tương ứng với 0, 038 hoặc 0, 076 mm đất mòn trên bề mặt sườn để hoàn thiện tương ứng.
(iv) Khối lượng kim loại được loại bỏ.
(v) Số lượng gia công.
Tuổi thọ công cụ giữa điều hòa lại và thay thế có thể được xác định theo một số cách, chẳng hạn như:
(a) Thời gian cắt thực tế được thực hiện cho thất bại.
(b) Khối lượng kim loại loại bỏ đến thất bại.
(c) Số phần được sản xuất để thất bại.
(d) Tốc độ cắt trong một thời gian nhất định đến thất bại.
(e) Chiều dài công việc gia công đến thất bại.
Tuổi thọ công cụ (Phương trình cuộc sống công cụ của Taylor):
Năm 1907, FW Taylor đã phát triển mối quan hệ giữa tuổi thọ công cụ và tốc độ cắt, nhiệt độ, bằng cách giữ cho thức ăn là không đổi. Phương trình tuổi thọ của Taylor cho tuổi thọ công cụ cung cấp một xấp xỉ tốt.
V C T n = C
Một dạng tổng quát hơn của phương trình xem xét độ sâu cắt và tốc độ nạp là
V c T n D x F y = C
Trong đó, K C = Tốc độ cắt (m / phút)
T = Tuổi thọ công cụ (phút)
D = Độ sâu cắt (mm)
F = Tốc độ nạp (mm / vòng)
x, y = Số mũ, được xác định bằng thực nghiệm cho từng điều kiện cắt.
n = Số mũ, phụ thuộc vào vật liệu công cụ.
Giá trị của n = 0, 1 đến 0, 2; cho các công cụ HSS
0, 2 đến 0, 4; cho các công cụ cacbua
0, 4 đến 0, 6; cho dụng cụ gốm
C = Hằng số gia công, được tìm thấy bằng thử nghiệm hoặc xuất bản sách dữ liệu. Nó phụ thuộc vào tính chất của vật liệu dụng cụ, phôi và tốc độ nạp liệu.
Quan sát từ phương trình cuộc sống của công cụ:
tôi. Tuổi thọ công cụ giảm khi tăng tốc độ cắt.
ii. Tuổi thọ của dụng cụ cũng phụ thuộc rất nhiều vào độ sâu cắt (D) và tốc độ nạp (F).
iii. Giảm tuổi thọ công cụ với tốc độ tăng gấp đôi (theo cấp số nhân) khi giảm tuổi thọ với lượng thức ăn tăng.
iv. Sự thay đổi lớn nhất của tuổi thọ dao là với tốc độ cắt và nhiệt độ dao có liên quan mật thiết đến tốc độ cắt.
Công cụ Life Plots (Curves):
Đường cong tuổi thọ dao được vẽ giữa tuổi thọ dao và các thông số quy trình khác nhau (như tốc độ cắt, cấp liệu, độ sâu cắt, vật liệu dụng cụ, hình dạng dao, độ cứng phôi và chất lỏng cắt, v.v.). Để vẽ các đường cong này, dữ liệu thử nghiệm thu được bằng cách tiến hành các thử nghiệm cắt trên các vật liệu khác nhau trong các điều kiện khác nhau và với các thông số quy trình khác nhau.
Đường cong công cụ thường được vẽ trên giấy biểu đồ log-log. Các đường cong này được sử dụng để xác định giá trị của số mũ 'n'. Số mũ 'n' thực sự có thể trở thành âm ở tốc độ cắt thấp. Hình 9.22 (a) cho thấy sơ đồ tuổi thọ dao giữa tuổi thọ dao và tốc độ cắt đối với các vật liệu phôi khác nhau có độ cứng khác nhau. Nó cho thấy rằng, khi tốc độ cắt tăng, tuổi thọ công cụ giảm nhanh chóng. Nếu tốc độ cắt của tuổi thọ công cụ Versus, các đường cong được vẽ trên giấy biểu đồ log-log, các đường thẳng được lấy như trong hình 9.22. (b).
Các tạp chất và thành phần cứng trong vật liệu phôi (như rỉ sét, xỉ, tỷ lệ, v.v.) cũng là nguyên nhân của hành động mài mòn làm giảm tuổi thọ công cụ.
Tiêu chí cuộc sống của công cụ (Tiêu chí đánh giá lỗi công cụ):
Do hao mòn dụng cụ, lực cắt tăng và bề mặt hoàn thiện xấu đi. Do đó, khi nào chúng ta nên nói rằng một công cụ đã thất bại và nó nên được điều chỉnh lại. Nói cách khác, tiêu chí nhất định là cần thiết để đánh giá lỗi công cụ.
Một công cụ thất bại khi nó không còn thực hiện đúng chức năng của nó. Điều này có thể có ý nghĩa khác nhau trong các trường hợp khác nhau. Trong một hoạt động gia công thô, trong đó, độ hoàn thiện bề mặt và độ chính xác kích thước rất ít quan trọng, một sự cố công cụ có thể có nghĩa là sự gia tăng quá mức trong lực cắt và yêu cầu năng lượng.
Trong một hoạt động hoàn thiện, trong đó, độ hoàn thiện bề mặt và độ chính xác kích thước là quan trọng hàng đầu, lỗi công cụ sẽ có nghĩa là các điều kiện được chỉ định của bề mặt hoàn thiện và độ chính xác kích thước không còn có thể đạt được. Tất cả những thất bại này về cơ bản liên quan đến sự hao mòn trên mặt giải phóng mặt bằng của công cụ.
Sau đây là một số tiêu chí để đánh giá tuổi thọ / thất bại của công cụ:
(i) Thất bại hoàn toàn.
(ii) Thất bại sườn hoặc miệng hố.
(iii) Kết thúc thất bại.
(iv) Kích thước thất bại.
(v) Cắt lực thất bại.
(i) Thất bại hoàn toàn:
Theo tiêu chí này, việc cắt bằng dụng cụ được tiếp tục cho đến khi nó có thể cắt. Vì vậy, khi công cụ không thể cắt, thì chỉ có nó nên được reground. Tiêu chí này không được sử dụng trong thực tế vì những nhược điểm rõ ràng của nó.
(ii) Thất bại ở sườn hoặc miệng núi lửa:
Theo tiêu chí này, khi độ mòn trên sườn đạt đến một độ cao nhất định, việc cắt bằng dụng cụ bị ngưng và quá trình mài được thực hiện. Nói khi độ mòn sườn h bằng 0, 3 mm, ví dụ, công cụ được cho là đã thất bại. Một số giá trị khuyến nghị phổ biến của đất hao mòn được nêu trong Bảng 9.11. (a, b).
Do hao mòn ở sườn, độ sâu cắt thực tế giảm từ AC đến BC như trong Hình 9.23. Các phôi trở nên thon nếu cắt tiếp tục. Đây là tiêu chí thông thường nhất theo sau trong thực tế. Độ mòn của sườn được đo bằng kính hiển vi của nhà sản xuất dụng cụ.
Ngoài ra, điều quan trọng cần lưu ý là, độ mòn của sườn không đồng đều dọc theo lưỡi cắt đang hoạt động, do đó, cần chỉ định vị trí và mức độ hao mòn, khi quyết định tiêu chí tuổi thọ của dụng cụ, trước khi quay lại.
(iii) Kết thúc thất bại:
Theo tiêu chí này, khi độ nhám bề mặt đạt đến giá trị cao được chỉ định, việc cắt bằng dụng cụ được dừng lại và quá trình mài được thực hiện. Nói ở một điều kiện cắt cụ thể độ nhám bề mặt, là 0, 7 micron. Vì trong quá trình cắt, sự mài mòn sườn phát triển nên cạnh cắt trở nên gồ ghề và không đều nên độ nhám bề mặt tăng dần, như trong Hình 9.24. Nói 1, 3 micron, ví dụ, được giữ như một tiêu chí.
Độ nhám của bề mặt được đo liên tục dọc theo chiều dài của nó. Khi độ nhám đạt đến giá trị được chỉ định, quá trình cắt sẽ bị gián đoạn. Ví dụ, giá trị độ nhám bề mặt được chỉ định tối đa này có thể xảy ra trên phôi thứ 10, do đó, phôi thứ 11 và tiếp theo sẽ không được gia công với cùng một công cụ, mà không cần quay lại.
Tiêu chí này trở nên đặc biệt quan trọng khi các đối tượng phù hợp gần được gia công. Do bề mặt gồ ghề và không bằng phẳng, việc lắp phù hợp có thể không được thực hiện.
(iv) Lỗi kích thước:
Theo tiêu chí này, một công cụ sẽ được coi là đã thất bại nếu có sự sai lệch về kích thước của thành phần được sản xuất so với giá trị được chỉ định.
(v) Thất bại lực cắt:
Theo tiêu chí này, một công cụ sẽ được coi là đã thất bại, nếu lượng lực cắt tăng theo một lượng nhất định. Điều này là do mặc sườn. Hao mòn sườn làm tăng diện tích tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ, dẫn đến tăng lực cắt. Hình 9, 25. cho thấy sự gia tăng lực cắt với sự phát triển để mài mòn sườn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ công cụ:
Các yếu tố sau đây đóng một vai trò quan trọng trong đời sống công cụ:
(i) Tốc độ cắt.
(ii) Tốc độ thức ăn và độ sâu cắt.
(iii) Độ cứng của phôi.
(iv) Cấu trúc vi mô của phôi.
(v) Vật liệu dụng cụ.
(vi) Công cụ hình học.
(vii) Loại chất lỏng cắt và phương pháp ứng dụng.
(viii) Bản chất của việc cắt.
(ix) Kích thước hạt của phôi.
(x) Độ cứng của hệ thống máy công cụ phôi.
(i) Tốc độ cắt:
FW Taylor đã thực hiện nhiều thí nghiệm trong lĩnh vực cắt kim loại. Năm 1907, ông đã đưa ra mối quan hệ sau đây giữa tuổi thọ công cụ và tốc độ cắt, được gọi là Phương trình cuộc sống công cụ của Taylor.
V C T n = C
Trong đó, V = Tốc độ cắt (m / phút)
T = Tuổi thọ công cụ (phút) C = Hằng số hoặc hằng số gia công
n = Chỉ số tuổi thọ của dụng cụ. Nó phụ thuộc vào công cụ và kết hợp vật liệu làm việc và điều kiện cắt.
Nếu T = 1 phút
thì C = V c
Vì vậy, hằng số C có thể được hiểu là vật lý là tốc độ cắt mà tuổi thọ dao bằng một phút. Phương trình tuổi thọ của công cụ có thể được biểu diễn trên giấy log-log; nó trở thành đường thẳng như trong hình 9.26.
Rõ ràng là tốc độ cắt có ảnh hưởng cao nhất đến tuổi thọ công cụ, tiếp theo là cấp liệu và độ sâu cắt tương ứng. Khi tốc độ cắt tăng, nhiệt độ cắt tăng và tuổi thọ dao giảm.
(ii) Tỷ lệ thức ăn và độ sâu cắt:
Theo phương trình tuổi thọ công cụ của Taylor, tuổi thọ công cụ giảm khi tốc độ nạp tăng. Ngoài ra, trường hợp tương tự cho độ sâu cắt.
Các mối quan hệ sau đây biện minh cho tuyên bố trên:
(iii) Độ cứng của phôi:
Khi độ cứng tăng, vận tốc cho phép giảm trong một tuổi thọ công cụ nhất định. Ví dụ, tuổi thọ của dụng cụ là 50 phút để cắt vật liệu cứng ít hơn, bây giờ nếu nói vật liệu cứng hơn sẽ được cắt thì để duy trì tuổi thọ dao là 50 phút, nên giảm tốc độ cắt.
Tuyên bố trên được chứng minh bằng phương trình sau được đưa ra bởi Yanitsky:
Ở đâu,
H b = Brinel số độ cứng của vật liệu làm việc
= Phần trăm giảm
V = Tốc độ cắt cho phép đối với tuổi thọ công cụ đã cho
(iv) Cấu trúc vi mô của phôi:
Khi cấu trúc ngày càng trở nên nguy hiểm hơn, tuổi thọ của dụng cụ sẽ giảm ở bất kỳ sự gia tăng nào về tốc độ cắt, như trong Hình 9.27.
(v) Tài liệu công cụ:
Các yêu cầu chính của vật liệu dụng cụ cắt là: Độ cứng nóng, độ bền va đập và khả năng chống mài mòn. Để có tuổi thọ công cụ tốt hơn, vật liệu phải có các thuộc tính trên. Hình 9.26 cho thấy sự thay đổi tuổi thọ của dao so với tốc độ cắt đối với các vật liệu dao khác nhau. Nó rất rõ ràng từ hình vẽ; ở bất kỳ tốc độ cắt nào, tuổi thọ của dụng cụ là tối đa đối với dụng cụ gốm và thấp nhất đối với dụng cụ thép tốc độ cao. Vì vậy, sử dụng khối lượng vật liệu tối đa của công cụ gốm có thể được loại bỏ ở bất kỳ tốc độ cắt nào cho tuổi thọ công cụ cụ thể.
Một vật liệu công cụ lý tưởng sẽ có n = 1 (chỉ số tuổi thọ công cụ của Taylor). Nó có nghĩa là công cụ vật liệu lý tưởng ở tất cả các tốc độ cắt, loại bỏ khối lượng vật liệu làm việc tối đa.
Một số vật liệu công cụ với các thuộc tính của chúng là như sau:
tôi. Quần lót carbon:
Rất nhạy cảm với nhiệt độ.
Chúng nhanh chóng mất độ cứng ở nhiệt độ thấp.
Chỉ thích hợp để cắt ở tốc độ chậm và gia công kim loại màu mềm.
ii. HSS:
Chúng chỉ bị ảnh hưởng trên 600 ° C và bắt đầu mất độ cứng.
HSS có hiệu suất tốt dưới 600 ° C.
Trên 600 ° C có xu hướng hình thành BUE
iii. Cacbua xi măng:
Hiệu suất tốt đến 1200 ° C.
Có thể được sử dụng ở tốc độ cắt cao hơn nhiều so với HSS
iv. Ôxít thiêu kết hoặc gốm sứ:
Có thể được sử dụng ở tốc độ cắt gấp 2 và 3 lần so với cacbua.
(vi) Hình học công cụ:
Hình dạng công cụ ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ công cụ. Chúng tôi sẽ thảo luận về ảnh hưởng của tất cả các tham số công cụ đến tuổi thọ công cụ trong các trang sau:
(a) Góc quay lại.
(b) Hiệu trưởng cắt cạnh.
(c) Góc giải phóng mặt bằng.
(d) Bán kính mũi.
(a) Góc quay lại:
Lớn hơn góc cào nhỏ hơn sẽ là góc cắt và lớn hơn sẽ là góc cắt, điều này làm giảm lực cắt và công suất, và do đó ít nhiệt sinh ra trong quá trình cắt, có nghĩa là giảm nhiệt độ cắt, dẫn đến tuổi thọ công cụ dài hơn.
Nhưng mặt khác, việc tăng góc cào dẫn đến việc cơ học bị cắt yếu, công cụ cào tích cực gặp phải áp lực cắt và đầu nhọn có thể bị cắt đứt.
Cào âm làm tăng lực cắt và công suất, do đó nhiệt và nhiệt độ tạo ra nhiều hơn dẫn đến tuổi thọ công cụ nhỏ hơn.
Do đó, có một giá trị tối ưu của cào sau phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ và vật liệu làm việc. Nó dao động từ -5 ° đến + 15 °. Giá trị tối ưu của góc cào là khoảng 14 ° mang lại tuổi thọ công cụ tối đa.
Hình 9.28 cho thấy quá trình cắt sử dụng các công cụ cào tích cực và tiêu cực. Các công cụ cào tích cực trải nghiệm căng thẳng cắt và đầu có khả năng bị cắt đi. Trong khi đó công cụ với cào âm trải nghiệm căng thẳng nén. Các công cụ cacbua và gốm thường được sử dụng cào âm vì chúng yếu về lực cắt và khả năng nén tốt.
(b) Lưỡi cắt chính:
Hình 9.29 cho thấy hai cách sắp xếp khác nhau của các góc cắt chính. Hình 9.29 (a), tiếp điểm đang dần bắt đầu từ một điểm khá xa đầu mũi. Do đó, công cụ trải nghiệm lực cắt dần dần và trên một diện tích lớn hơn. Do đó, công cụ này an toàn hơn và tuổi thọ của công cụ cao hơn so với Hình 9, 29 (b) trong đó góc cắt chính là 90 °.
(c) Góc giải phóng mặt bằng:
Việc tăng góc giải phóng mặt bằng làm giảm đáng kể hao mòn sườn, do đó tăng tuổi thọ công cụ. Nhưng cạnh cắt sẽ trở nên yếu hơn khi góc giải phóng được tăng lên. Do đó, một giá trị tối ưu là bắt buộc. Sự thỏa hiệp tốt nhất là 5 ° (với các công cụ cacbua) đến 8 ° (với các công cụ HSS) cho các vật liệu làm việc thông thường.
(d) Bán kính mũi:
Bán kính mũi cải thiện tuổi thọ công cụ và bề mặt hoàn thiện.
Một mối quan hệ giữa tốc độ cắt, tuổi thọ công cụ và bán kính mũi được đưa ra dưới đây:
VT 0, 09 = 300R 0, 25
Trong đó, R = Bán kính mũi (đối với công cụ HSS cắt thép SAE-2346)
T = Tuổi thọ công cụ (phút)
V = Tốc độ cắt (m / phút)
tôi. Có một giá trị tối ưu của bán kính mũi mà tại đó tuổi thọ của dụng cụ là tối đa.
ii. Nếu bán kính vượt quá giá trị tối ưu, tuổi thọ công cụ sẽ giảm.
iii. Bán kính lớn hơn có nghĩa là diện tích tiếp xúc lớn hơn giữa dụng cụ và phôi. Do đó nhiệt sinh ra nhiều ma sát hơn, dẫn đến tăng lực cắt. Do đó phôi có thể bắt đầu, rung, do đó nếu độ cứng không cao, các công cụ giòn (cacbua và gốm) sẽ bị hỏng do sứt mẻ.
(vii) Loại chất lỏng cắt và phương pháp ứng dụng:
Áp dụng chất lỏng cắt phù hợp rõ ràng làm tăng tuổi thọ dao hoặc nói cách khác, với cùng tuổi thọ dao, tốc độ cắt cho phép tăng. Hình 9.30 cho thấy ảnh hưởng của việc cắt chất lỏng lên tuổi thọ dụng cụ đối với các vật liệu dụng cụ khác nhau. Tuổi thọ công cụ thậm chí tăng 150 phần trăm ở một số tốc độ. Tất cả các loại chất lỏng cắt không có tác dụng như nhau, một số trong số chúng nhiều hơn, một số ít hơn.
(viii) Bản chất của việc cắt:
Nếu quá trình cắt không liên tục, công cụ chịu tác động của tải, dẫn đến khả năng thất bại nhanh chóng. Trong cắt liên tục và ổn định, tuổi thọ công cụ là nhiều hơn.
(ix) Kích thước hạt của phôi:
Tuổi thọ công cụ tăng nếu kích thước hạt tăng. Vì nếu kích thước hạt tăng lên, thì có nghĩa là số lượng hạt trên một diện tích vuông giảm và do đó độ cứng giảm, những kết quả này làm tăng tuổi thọ công cụ.
(x) Độ cứng của hệ thống công cụ máy gia công:
Cao hơn là độ cứng của hệ thống cao hơn sẽ là tuổi thọ công cụ. Hạ thấp độ cứng của hệ thống, cao hơn là khả năng hỏng công cụ, do rung động của dụng cụ hoặc phôi. Độ cứng là yêu cầu chính trong trường hợp cắt không liên tục đặc biệt khi sử dụng các công cụ giòn.
