3 Geheimnisse des Metallschneidens, die Ihnen niemand verraten wird

Das Metallschneiden ist eine Methode zur Materialentfernung und -umformung im Metallumformungsprozess und nimmt in der heutigen mechanischen Fertigung immer noch einen großen Anteil ein.Der Metall schneiden Prozess ist ein Prozess, bei dem das Werkstück und das Werkzeug interagieren.Das Werkzeug schneidet das überschüssige Metall vom zu bearbeitenden Werkstück ab, und unter der Voraussetzung der Kontrolle von Produktivität und Kosten kann das Werkstück die geometrische Genauigkeit, Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität erreichen, die den Design- und Prozessanforderungen entspricht.Um diesen Vorgang zu erreichen, muss eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug, also die Schnittbewegung, erfolgen, die von der spanabhebenden Werkzeugmaschine bereitgestellt wird.Werkzeugmaschinen, Vorrichtungen, Werkzeuge und Werkstücke bilden ein Bearbeitungsprozesssystem.Im Bewegungszustand dieses Systems werden verschiedene Phänomene und Gesetze des Zerspanungsprozesses untersucht.

●Einführung in die Metallzerspanung

Metallschneiden ist ein Prozess, bei dem Schneidwerkzeuge verwendet werden, um überschüssiges Material von einem Werkstück zu entfernen, um Teile zu erhalten, die Anforderungen wie Form, Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität erfüllen.Um diesen Schneidvorgang zu realisieren, müssen drei Bedingungen erfüllt sein: Es muss eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug, also eine Schneidbewegung, stattfinden;das Werkzeugmaterial muss eine bestimmte Schneidleistung haben;Das Werkzeug muss über entsprechende geometrische Parameter, also den Schnittwinkel, verfügen.Der Metallschneidprozess wird von Werkzeugmaschinen oder handgeführten Werkzeugen durchgeführt.Zu den Hauptmethoden gehören Drehen, Fräsen, Hobeln, Schleifen, Bohren, Ausbohren, Zahnradbearbeitung, Anreißen, Sägen, Feilen, Schaben, Schleifen, Reiben, Gewindeschneiden, Hülsengewinde usw. Obwohl es verschiedene Formen gibt, weisen sie gemeinsame Phänomene auf Gesetze in vielerlei Hinsicht.Diese Phänomene und Gesetze sind die gemeinsame Grundlage für das Erlernen verschiedener Schneidmethoden.

●Themeninhalt

Überblick

Zu den Hauptinhalten gehören Spanbildung und Verformung beim Metallschneiden, Schnittkraft und Schnittarbeit, Schnittwärme und Schnitttemperatur, Werkzeugverschleißmechanismus und Werkzeugstandzeit, Schnittvibrationen und Bearbeitungsoberflächenqualität.

Chipbildungsmechanismus

Aus mechanischer Sicht ähnelt der Entstehungsprozess von Metallspänen dem vereinfachten Modell zufolge dem, wenn ein Kartenstapel mit einem Werkzeug an andere Positionen geschoben wird.Der gegenseitige Schlupf zwischen den Karten führt dazu, dass die Scherverformung des Metallschneidbereichs diesen durchdringt.Wenn nach dieser Art der Verformung die Späne von der Vorderseite des Werkzeugs abfließen, kommt es zu einer weiteren Reibungsverformung an der Grenzfläche zwischen Werkzeug und Span.Im Allgemeinen ist die Dicke des Spans größer als die Schnittdicke und die Länge des Spans ist kürzer als die Schnittlänge.Dieses Phänomen wird Spanverformung genannt.Die Scherverformung, die dadurch entsteht, dass das Metall von der Vorderseite des Werkzeugs zusammengedrückt wird, ist ein charakteristisches Merkmal des Metallschneideprozesses.Aufgrund unterschiedlicher Werkstückmaterialien, Werkzeuge und Schnittbedingungen ist auch der Grad der Spanverformung unterschiedlich, sodass verschiedene Arten von Spänen entstehen können.

Aufgebauter Tumor

Beim Schneiden von allgemeinem Stahl oder anderen Kunststoffmaterialien bei niedrigen und mittleren Geschwindigkeiten entsteht Reibung zwischen dem Span und der Vorderseite des Werkzeugs.Wenn die dünne Schicht auf dem Chip unmittelbar vor dem Werkzeug unter Einwirkung von höherem Druck und höherer Temperatur von der Chipmatrix getrennt wird, wird sie jedoch auf die Vorderseite des Werkzeugs geklebt und dann Schicht für Schicht verbunden, und ein Keil- Formspanmaterial, das stark verformt wurde, neigt dazu, sich in der Nähe der Werkzeugspitze anzusammeln, was als Aufbauschneide bezeichnet wird.Die Härte der Aufbauschneide ist mehr als doppelt so hoch wie die des Grundmaterials und kann die Schneidkante ersetzen.Die Unterseite der Aufbaukante ist relativ stabil.Es gibt keine klare Trennlinie zwischen der Oberseite und dem Werkstück und den Spänen.Es ist leicht zu brechen und abzufallen.Ein Teil davon wird mit den Spänen abtransportiert, ein Teil bleibt auf der Bearbeitungsfläche zurück, wodurch das Werkstück rau wird.Deshalb müssen wir versuchen, die Bildung von Aufbauschneiden beim Schlichten zu vermeiden oder zu verhindern.Die Entstehung, das Wachstum und das Ablösen der Aufbauschneide ist ein zyklischer dynamischer Prozess, der dazu führt, dass sich der tatsächliche Spanwinkel und die Schnitttiefe des Werkzeugs entsprechend ändern, was zu Schwankungen der Schnittkraft führt und die Bearbeitungsstabilität beeinträchtigt.Wenn die Schnittgeschwindigkeit sehr niedrig oder sehr hoch ist, wird im Allgemeinen keine Aufbaukante erzeugt, da keine notwendige Bedingung für die Erzeugung einer Aufbauschneide vorliegt.

●Technische Punkte

Schnittkraft

Beim Schneiden sind sowohl die Vorder- als auch die Rückseite des Werkzeugs einer Normalkraft und einer Reibungskraft ausgesetzt.Diese Kräfte bilden eine resultierende Kraft F. Beim Außendrehen wird die resultierende Schnittkraft F im Allgemeinen in drei zueinander senkrechte Komponentenkräfte zerlegt: Tangentialkraft F── Sie verläuft senkrecht zur Werkzeuggrundfläche in Richtung der Schnittgeschwindigkeit, oft auch als bezeichnet Hauptschnittkraft;Radialkraft F──in einer Ebene parallel zur Grundfläche, senkrecht zur Vorschubrichtung, auch Schub genannt;Axialkraft F──in In einer Ebene parallel zur Grundebene und parallel zur Vorschubrichtung wird sie auch Vorschubkraft genannt.Im Allgemeinen ist F der größte und F und F sind klein.Aufgrund der unterschiedlichen Schleifqualität und Verschleißbedingungen der geometrischen Parameter des Werkzeugs und der Änderung der Schnittbedingungen variiert das Verhältnis von F und F zu F in einem weiten Bereich.

Die tatsächliche Schnittkraft im Schneidprozess kann mit einem Kraftdynamometer gemessen werden.Es gibt viele Arten von Dynamometern. Am häufigsten werden Widerstandsdraht- und Piezokristall-Dynamometer verwendet.Nachdem das Dynamometer kalibriert ist, kann die Größe jeder Komponente des Schneidprozesses gemessen werden.

Schneidende Hitze

Beim Schneiden von Metall wird die durch die Scherverformung der Späne geleistete Arbeit und die durch die Reibung zwischen Vorder- und Rückseite des Werkzeugs geleistete Arbeit in Wärme umgewandelt.Diese Wärme wird Schneidwärme genannt.Bei der Verwendung von Schneidflüssigkeit wird die Schneidwärme an Werkzeug, Werkstück und Spänen hauptsächlich durch die Schneidflüssigkeit abgeführt;Wenn die Schneidflüssigkeit nicht verwendet wird, wird die Schneidwärme hauptsächlich von den Spänen, dem Werkstück und dem Werkzeug abgeführt oder übertragen, wobei die von den Spänen abgeführte Wärme am größten ist und die Wärme abgeführt wird.Obwohl die Hitze am Werkzeug gering ist, beeinflusst die Temperatur auf der Vorder- und Rückseite den Schneidprozess und den Verschleiß des Werkzeugs. Daher ist es sehr wichtig, das Gesetz der Änderungen der Schneidtemperatur zu verstehen.

Schnitttemperatur

Während des Schneidvorgangs sind die Temperaturen in der Schneidzone unterschiedlich und bilden ein Temperaturfeld für die Temperaturverteilung der Chips und des Werkstücks.Dieses Temperaturfeld beeinflusst die Verformung der Chips, die Größe der aufgebauten Kante, die Qualität der bearbeiteten Oberfläche, die Bearbeitungsgenauigkeit und den Verschleiß des Werkzeugs.Die Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit beeinflussen.Im Allgemeinen wird das Metall in der Schneidzone nach der Schere und Deformation zu Chips und reibt dann weiter heftig gegen die Vorderseite des Werkzeugs.Daher liegt der höchste Punkt der Temperaturverteilung im Temperaturfeld nicht mit dem größten positiven Druck, aber an der Vorderseite liegt der obere Teil einiger Entfernung von der Schneide.Die Temperaturverteilung im Schneidbereich muss mit dem manuellen Thermoelement -Methode oder der Infrarot -Temperaturmessmethode gemessen werden.Die mit der natürliche Thermoelementmethode gemessene Temperatur ist nur die Durchschnittstemperatur der Schneidzone.

Werkzeugverschleiß

Der Verschleiß des Werkzeugs beim Schneiden ist eine umfassende Folge der physikalischen und chemischen Auswirkungen von Schneidhitze und mechanischer Reibung.Werkzeugverschleiß äußert sich in Form von Verschleißstreifen, Kerben und Spänen auf der Rückseite des Werkzeugs, halbmondförmigem Verschleiß, der häufig auf der Vorderseite auftritt, und manchmal Oxidationsgruben und rillenartigem Verschleiß auf der Hilfsrückseite.Wenn dieser Verschleiß ein bestimmtes Ausmaß erreicht, versagt das Werkzeug und kann nicht mehr verwendet werden.Zu den Faktoren für den allmählichen Verschleiß von Werkzeugen gehören in der Regel abrasiver Verschleiß, adhäsiver Verschleiß, Diffusionsverschleiß, oxidativer Verschleiß, thermischer Rissverschleiß und plastische Verformung.Bei unterschiedlichen Schnittbedingungen, insbesondere bei unterschiedlichen Schnittgeschwindigkeiten, ist das Werkzeug von einem oder mehreren der oben genannten Verschleißmechanismen betroffen.Beispielsweise kommt es bei geringeren Schnittgeschwindigkeiten in der Regel zu Werkzeugschäden durch abrasiven oder adhäsiven Verschleiß;Bei höheren Geschwindigkeiten kann es zu Diffusionsverschleiß, oxidativem Verschleiß und plastischer Verformung kommen.

Werkzeuglebensdauer

Die Schnittzeit, die vergeht, bevor das Werkzeug zu schneiden beginnt und das Standzeitkriterium erreicht, wird als Standzeit bezeichnet.Das Kriterium der Werkzeuglebensdauer verwendet im Allgemeinen einen vorgegebenen Wert des Werkzeugverschleißes.Als Kriterium kann auch das Auftreten eines bestimmten Phänomens herangezogen werden, beispielsweise eine Vibrationsverstärkung. Die Rauheit der bearbeiteten Oberfläche verschlechtert sich, Spanbruch und Abplatzen sind nicht gut.Nach Erreichen der Standzeit sollte das Werkzeug nachgeschliffen, indexiert oder entsorgt werden.Die Summe der Standzeiten des Werkzeugs vor seiner Ausmusterung wird als Gesamtstandzeit bezeichnet.

In der Fertigung werden die Werkzeugstandzeit und die vorgeschlagene Arbeitsstundenquote häufig in Abhängigkeit von den Bearbeitungsbedingungen nach dem Prinzip der niedrigsten Produktionskosten bzw. der höchsten Produktivität bestimmt.

Bearbeitbarkeit

Dies bezieht sich darauf, wie einfach es ist, ein Teil in qualifizierte Produkte zu schneiden.Entsprechend den spezifischen Bearbeitungsobjekten und -anforderungen können Kriterien wie die Länge der Werkzeugstandzeit, die Qualität der bearbeiteten Oberfläche, die Höhe des Metallabtrags, die Größe der Schnittleistung und die Spanschwierigkeit verwendet werden brechen.In der Produktion und experimentellen Forschung wird es häufig als Indikator für die Bearbeitbarkeit eines bestimmten Materials verwendet.Seine Bedeutung ist: Wenn die Werkzeugstandzeit Minuten beträgt, ist dies die Schnittgeschwindigkeit, die zum Schneiden des Materials zulässig ist.Je höher es ist, desto besser ist die Verarbeitbarkeit und normalerweise dauert es 60, 30, 20 oder 10 Minuten.

Verarbeitungsoberflächenqualität

Dazu gehören in der Regel Oberflächenrauheit, Kaltverfestigungseigenspannung, Oberflächenrisse und metallografische Mikrostrukturveränderungen.Es gibt viele Faktoren, die die Qualität der bearbeiteten Oberfläche beim Schneiden beeinflussen.Beispielsweise sind der Schneidenradius des Werkzeugs und die Aufbauschneide die Hauptfaktoren, die die Oberflächenrauheit beeinflussen;Der stumpfe Schneidkantenradius des Werkzeugs sowie die Verschleiß- und Schnittbedingungen sind die Faktoren, die die Oberflächenrauheit beeinflussen.Die Hauptfaktoren der Kaltverfestigung und Eigenspannung.Daher wird in der Produktion die Qualität der bearbeiteten Oberfläche häufig durch eine Änderung der Werkzeuggeometrie und die Auswahl angemessener Schnittbedingungen verbessert.

Schneidende Vibration

Während des Schneidvorgangs werden häufig mechanische Schwingungen wie freie Schwingungen, erzwungene Schwingungen oder selbsterregte Schwingungen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück erzeugt.Freie Schwingungen werden durch plötzliche Stöße auf die Teile der Werkzeugmaschine verursacht und werden allmählich schwächer.Erzwungene Vibrationen werden durch die kontinuierlich wechselnde Störkraft innerhalb oder außerhalb der Werkzeugmaschine verursacht und ihr Einfluss auf das Schneiden hängt von der Größe und Frequenz der Störkraft ab.Selbsterregte Vibration ist die anfängliche Vibration, die durch die plötzliche Interferenzkraft zwischen Werkzeug und Werkstück verursacht wird, die den Spanwinkel, den Freiwinkel und die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs sowie die Vibrationskopplung usw. verändert und die Periode erhält aus der stationären Energie.Die Energie der sexuellen Aktivität fördert und erhält die Schwingung.Im Allgemeinen können je nach Schnittbedingungen verschiedene primitive selbsterregte Schwingungen erzeugt werden, und die auf der bearbeiteten Oberfläche hinterlassenen Rattermarken erzeugen häufigere regenerative selbsterregte Schwingungen.Die oben genannten verschiedenen Vibrationen beeinträchtigen in der Regel die Oberflächenqualität des hinzugefügten Werkzeugs, verkürzen die Lebensdauer der Werkzeugmaschine und des Werkzeugs, verringern die Produktivität und verursachen Lärm, der äußerst schädlich ist und beseitigt oder reduziert werden muss.

Chipkontrolle

Bezieht sich auf die Kontrolle der Form und Länge von Chips.Durch die Steuerung des Krümmungsradius und der Austrittsrichtung der Späne kollidieren die Späne mit dem Werkstück oder dem Werkzeug, und der Krümmungsradius der Späne wird gezwungen, zuzunehmen, und die Spannung in den Spänen wird allmählich erhöht, bis der Krümmungsradius des Bruchs erreicht ist Chips können durch Ändern des Curling-Radius des Chips geändert werden.Zur Kontrolle werden Dicke, Spannuten oder Spanbrecher an der Vorderseite des Werkzeugs geschliffen, und die Austrittsrichtung wird hauptsächlich durch die Auswahl eines angemessenen Eintrittswinkels und der Klingenneigung gesteuert.Moderne Menschen waren in der Lage, zwei- oder dreistellige Codierungen zu verwenden, um die Form verschiedener Chips darzustellen, und es wird allgemein angenommen, dass kurzgekrümmte Chips vernünftige Formen zum Spanbrechen sind.

Schneidflüssigkeit

Es wird auch als Kühlschmierflüssigkeit bezeichnet und wird verwendet, um die Reibung während des Schneidvorgangs zu verringern und die Schneidtemperatur zu senken, um die Werkzeuglebensdauer, die Verarbeitungsqualität und die Produktionseffizienz zu verbessern.Zu den häufig verwendeten Schneidflüssigkeiten gehören Schneidöl, Emulsion und chemische Schneidflüssigkeit.