この記事1つでわかる！ CNC加工でよくある工具トラブルとその対策！

マシニングセンタにとって切削工具は、加工工程中に損傷、摩耗、欠けを引き起こす可能性がある消耗工具です。 これらの現象は避けられませんが、非科学的で非標準的な操作、不適切なメンテナンスなど、制御可能な理由もあります。根本原因を見つけることによってのみ、問題をより適切に解決できます。
1つ
工具の損傷の現れ
1) 最先端のマイクロコラプス
ワークの材料組織や硬度、マージンが不均一な場合、前角が大きすぎて刃先強度が低下したり、加工系の剛性が不足して振動や断続的な切削が発生したり、研削品質や刃先の品質が悪くなることがあります。微細な崩壊、つまりエッジ領域の小さな崩壊、ノッチ、または剥離が発生しやすいです。 この状況が発生すると、工具は切削能力をいくらか失いますが、引き続き動作することができます。 さらに切削を進めると、刃先領域の損傷部分が急速に拡大し、損傷がさらに大きくなる可能性があります。

2) 刃先またはチップの破損
この種の損傷は、刃先にマイクロチッピングが発生したり、マイクロチッピングがさらに進行したりするよりも厳しい切削条件で発生することがよくあります。 亀裂のサイズと範囲は微小亀裂よりも大きく、工具の切削能力が完全に失われ、作業を中止しなければなりません。 刃先が折れる状態を刃先抜けと呼ぶことが多いです。
3) 刃物や工具の破損
切削条件が非常に厳しい場合、切削量が多すぎる場合、衝撃荷重が加わった場合、刃物や工具材質に微小なクラックが発生した場合。 溶接や研削などにより刃物に残留応力が発生し、不注意な操作が加わると刃物や工具の破損の原因となります。 このような損傷が発生すると、ツールは使用を継続できなくなるため、廃棄されます。
4) 刃表面の剥離
TiC含有量の多い超硬合金、セラミックス、PCBNなどの脆性の高い材料では、表面組織の欠陥や潜在的な亀裂、あるいは溶接や研削による表面の残留応力により、表面剥離が発生しやすくなります。切削プロセスが十分に安定していない場合、または工具表面が交互の接触応力にさらされている場合に発生します。 表刃面に剥がれ、裏刃面に刃欠けが発生する場合がございます。 剥離材はフレーク状であり、剥離面積が広い。 コーティングされた切削工具は剥離する可能性が高くなります。 刃の剥がれが軽度であればまだ使えますが、剥がれが激しいと切れ味が落ちてしまいます。
5) 切削部の塑性変形
工具鋼や高速度鋼は強度や硬度が低いため、切削領域で塑性変形が生じる場合があります。 超硬合金が高温で三軸圧縮応力下で加工されると、表面塑性流動が発生し、さらには刃先や工具先端の塑性変形を引き起こし、崩壊を引き起こす可能性があります。 コラプスは一般に、大量の材料を切断したり、硬い材料を加工したりするときに発生します。 TiC 基超硬合金の弾性率は WC 基超硬合金の弾性率より小さいため、前者は塑性変形や急速破壊に対する耐性が促進されます。 PCD および PCBN は一般に塑性変形を示しません。
6) ブレードの熱割れ
切削工具が機械的負荷と熱的負荷を交互に受けると、繰り返しの熱膨張と熱収縮により切削部品の表面に必然的に交互の熱応力が加わり、刃の疲労や亀裂が発生します。 たとえば、超硬合金フライスを高速フライス加工に使用すると、カッターの歯は常に周期的な衝撃と交互の熱応力にさらされ、その結果、前面の切削面に櫛形の亀裂が生じます。 一部の切削工具には明らかな交互の負荷と応力が存在しない場合がありますが、表面と内部層の温度が一貫していないため、熱応力も発生します。 また、切削工具の材質には必然的に欠陥が存在するため、刃にクラックが発生する場合もあります。 亀裂が発生した後、工具が一定期間動作し続ける場合や、亀裂が急速に拡大して刃が折れたり、切断面が大きく剥離したりする場合があります。
二
工具の摩耗の原因
1) 摩耗
加工された材料には非常に高い硬度を持つ小さな粒子が含まれていることが多く、これが工具の表面に溝を傷つける可能性があり、これを研磨サンディング損傷と呼びます。 摩耗はすべての表面に存在し、前ブレード表面が最も顕著です。 さらに、麻素材の摩耗はさまざまな切削速度で発生する可能性がありますが、低速切削の場合、切削温度が低いため、他の原因による摩耗は大きくなく、摩耗による摩耗が主な原因となります。 切削工具の硬度が低いほど、摩耗による損傷は大きくなります。
2) 冷間圧接摩耗
切断中は、ワークピース、切断面、および前後の切断面の間に大きな圧力と強い摩擦がかかり、その結果冷間圧接が発生します。 摩擦ペア間の相対運動により、冷間圧接により破断が発生し、片側に持ち去られ、冷間圧接摩耗が発生します。 冷間溶接による摩耗は、通常、中程度の切削速度でより深刻になります。 実験によると、脆性金属はプラスチック金属よりも冷間圧接に対して強い耐性を持っています。 多相金属は一方向金属よりも小さい。 金属化合物は、単体の材料に比べて冷間圧接の傾向が低いです。 化学元素の周期表において、B 族元素は鉄と冷間圧接する傾向が小さい。 冷間圧接は、ハイス鋼や超硬合金の低速切削時にはさらに過酷になります。
3) 拡散摩耗
高温での切削プロセスおよびワークピースと工具の接触中に、両側の化学元素が固体状態で相互に拡散し、工具の組成と構造が変化し、工具の表面がもろくなり、状態が悪化します。工具の磨耗。 拡散現象では、深度勾配の高いオブジェクトが深度勾配の低いオブジェクトに向かって拡散し続けることが常に維持されます。
たとえば、硬質合金中のコバルトは 800 度で急速にチップやワークピースに拡散しますが、WC はタングステンとカーボンに分解して鋼に拡散します。 PCD 切削工具を使用して鋼材や鉄材を切削する場合、切削温度が 800 度を超えると、PCD の炭素原子が大きな拡散力でワークピースの表面に移動して新しい合金を形成し、工具表面は黒鉛化した。 コバルトとタングステンはより激しく拡散しますが、チタン、タンタル、ニオブはより強い拡散防止能力を持っています。 したがって、YT 系超硬合金は耐摩耗性に優れています。 セラミックや PCBN を切断する場合、1000 度 -1300 度の高温では拡散摩耗は顕著ではありません。 材質が同じであるため、ワーク、切りくず、切削工具は切削中に接触領域に熱電位を生成し、拡散を促進して工具の摩耗を促進します。 このような熱電位の作用による拡散摩耗を「熱電摩耗」と呼びます。
4) 酸化摩耗
温度が上昇すると、工具の表面が酸化して柔らかい酸化物が生成され、それが切りくずと擦れて酸化摩耗と呼ばれる摩耗が形成されます。 たとえば、700 度から 800 度の温度範囲では、ガス中の酸素が硬質合金のコバルト、炭化物、炭化チタンなどと反応して、より柔らかい酸化物を形成します。 PCBN は 1000 度で水蒸気と化学反応を起こします。

三つ
刃の摩耗形態
1) 前刃表面の損傷
プラスチック材料を高速で切断すると、前切れ刃の切削抵抗付近の領域が切りくずの作用により三日月型のピット状に摩耗します。これは三日月型ピット摩耗とも呼ばれます。 摩耗の初期段階では、工具のすくい角が大きくなり、切削条件が向上し、切りくずのカールや分断が促進されます。 しかし、三日月状の凹みがさらに大きくなると、刃先の強度が著しく低下し、最終的には刃先の折れや損傷を引き起こす可能性があります。 脆性材料やプラスチック材料を低速の切断速度で切断し、切断厚さを薄くする場合、通常、三日月形のピット摩耗は発生しません。
2) ナイフチップの摩耗
工具先端の摩耗とは、工具先端円弧の背面および隣接する二次背面の摩耗を指し、これは工具背面の摩耗の継続です。 ここでの放熱条件の悪さと応力集中により、摩耗速度は背面の切削面よりも速くなります。 場合によっては、送り速度に等しい間隔で一連の小さな溝が二次後すくい面に形成されることがあります。これは溝摩耗と呼ばれます。 主に加工面の硬化層や切削模様によって発生します。 加工硬化傾向が高い難削材を切削する場合、溝摩耗が発生する可能性が最も高くなります。 工具先端の摩耗はワークの面粗さや加工精度に最も大きな影響を与えます。
3) 後刃の磨耗
切削厚の厚いプラスチック材料を切削する場合、切りくず付着により工具背面がワークに接触しない場合があります。 さらに、背面切削面は通常ワークピースと接触し、背面切削面に背面角 0 の摩耗帯を形成します。 一般に、切れ刃の作動長さの中間では、背面の摩耗は比較的均一であるため、背面の摩耗の程度は、刃の背面の摩耗帯 VB の幅によって測定できます。そのセクションの最先端。
さまざまなタイプの切削工具は、異なる切削条件下でほぼ常に背面摩耗を経験するという事実により、特に脆性材料や切断厚さの薄いプラスチック材料を切削する場合、工具の摩耗は主に背面摩耗になります。 また、摩耗帯幅 VB の測定は比較的簡単であるため、工具の摩耗度合いを表すために通常は VB が使用されます。 VBが大きくなると、切削抵抗が増大して切削振動が発生するだけでなく、工具先端円弧部の摩耗にも影響を与え、加工精度や面品位に影響を与えます。

四
工具の損傷を防ぐ方法
1）加工材料や部品の特性に応じて、工具材料の種類やグレードを合理的に選択してください。 ある程度の硬度と耐摩耗性を前提として、工具素材に必要な靱性を確保する必要があります。
2) 切削工具の幾何学的パラメータを合理的に選択します。 前後角度、主偏角、副偏角、刃の傾斜角などを調整することで、 刃先とチップの強度を確保してください。 刃先のネガチャンファを研削することは工具折損を防ぐのに効果的です。
3) 溶接・研削の品質を確保し、溶接・研削不良による各種不良を回避します。 主要なプロセスで使用される切削工具は、表面品質を改善するために研磨され、亀裂がないかチェックされる必要があります。
4) 工具の損傷を防ぐために、過剰な切削力や高い切削温度を避けるために切削量を合理的に選択してください。
5) プロセスシステムの剛性を確保し、振動を可能な限り低減するように努めてください。
6) 正しい操作方法をとり、急激な荷重変化に対する工具の耐力を最小限に抑えるようにしてください。
五
工具折損の原因と対策
1. 刃厚が薄すぎたり、荒加工時に硬すぎたり脆すぎる銘柄を選択したりするなど、刃の銘柄や仕様の選択が適切でなかった。
対策：刃の厚みを増やすか刃を垂直に取り付け、より曲げ強度と靭性の高い銘柄を選択してください。
2. 工具形状パラメータの不適切な選択 (大きな前角度と後角度など)。
対策:
次の観点から切削工具の再設計を始めることができます。
1) 前後のコーナーを適切に縮小します。
2) 負のブレード傾斜角を大きくしてください。
3) 主偏向角を小さくします。
4) より大きなネガティブ面取りまたはブレード円弧を使用します。
5) 移行刃先を研削して工具先端を強化します。
3. ブレードの溶接工程が不適切で、過大な溶接応力や溶接割れが発生する場合があります。
対策:
1）三面クローズド刃溝構造の使用は避けてください。
2) はんだの正しい選択。
3) 加熱溶接には酸素アセチレン炎の使用を避け、溶接後は内部応力を除去するため絶縁を維持してください。
4) 可能な限り機械的なクランプ構造を使用するようにしてください。
4. 不適切な研削方法は研削応力や亀裂を引き起こす可能性があります。 研削後の PCBN フライスカッターの歯の過度の振動は、個々の歯に過度の負荷を与え、工具の破損につながる可能性があります。
対策:
1）研削には断続研削またはダイヤモンド砥石を使用してください。
2) より柔らかい研削砥石を選択し、砥石の鋭さを保つために定期的にトリムしてください。
3) 刃の研削品質に注意し、フライスの歯の振動を厳密に管理します。
5. カット量の選択に無理がある。 量が多すぎると工作機械が動かなくなる可能性があります。 断続的に切削する場合、切削代が不均一な場合、切削速度が速すぎ、送り速度が大きすぎ、切り込み深さが小さすぎます。 高マンガン鋼などの加工硬化傾向の高い材料を切削する場合、送り速度が小さすぎます。
対策：新たなカット量を選択してください。
6. 機械的クランプ式切削工具の溝底面の凹凸や刃の伸び過ぎなどの構造上の理由。
対策:
1) ナイフ溝の底面をトリミングします。
2) 切削液ノズルの位置を合理的に配置してください。
3) 硬化工具ホルダーのブレードの下に硬質合金ガスケットを追加します。
7. 工具の過度の摩耗。
対策：工具や刃先を適時に交換してください。
切削液の流量が不十分であったり、充填方法が間違っていたりすると、刃が急激に加熱して割れることがあります。
対策:
1) 切削液の流量を増やす。
2) 切削液ノズルの位置を合理的に配置してください。
3) 冷却効果を高めるためにスプレー冷却などの効果的な冷却方法を使用します。
4）刃物への衝撃を軽減する※カットを採用。
9. 切削工具の取り付け位置が高すぎる、または低すぎるなど、切削工具が正しく取り付けられていない。 端面フライスは非対称前進フライスなどの方式を採用しています。
対策: 切削工具を再度取り付けます。
10. プロセスシステムの剛性が低すぎるため、過度の切削振動が発生します。
対策:
1) ワークの補助サポートを増やし、ワークのクランプ剛性を向上させます。
2) 工具の突き出し長さを短くしてください。
3) 工具のバック角度を適切に小さくします。
4) その他の振動低減対策を講じてください。
11. 工具がワークの中央を貫通する際に過剰な力がかかるなど、不適切な操作。 ナイフを格納する前に車両を停止してください。
対策：操作方法に注意してください。
六
デブリ蓄積腫瘍の原因、特徴、および制御方法
1. 形成原因
工具チップ接触領域内の刃先付近の部分では、高い下向きの圧力により、チップの下地金属が前面の切削面の微細な凹凸に埋め込まれ、真の金属対金属接触が形成されます。隙間なく接着現象を起こします。 ツールチップ接触領域のこの部分はボンディング領域と呼ばれます。 接合ゾーンでは、金属材料の薄い層がチップの最下層の前面切断面に蓄積され、チップのこの部分の金属材料は、適切な切断温度で激しい変形と強化を受けます。 切りくずが流出し続けると、その後の切削流の押圧力を受けて、この滞留材料の層が切りくずの上層に対して滑り、離れ、切りくず蓄積塊の基礎となります。 続いて、ヒステリシス切断材料の第 2 層がその上に形成され、継続的に蓄積して切りくず結節が形成されます。
2. 特徴と切削加工への影響
1）被削材の1.5-2.0倍の硬度があり、切削用の正面切削面の代替が可能です。 刃先を保護し、前切れ面の摩耗を軽減する機能があります。 しかし、切り粉が脱落すると、工具とワークの接触部を流れ、工具の裏側切削面が摩耗します。
2) 切りくず堆積物の形成後、工具のすくい角は大幅に増加し、切りくずの変形と切削抵抗の低減に効果を発揮します。
3）刃先からはみ出した切りくずが蓄積するため、実際の切り込み深さが大きくなり、ワークの寸法精度に影響を与えます。
4) 破片の蓄積により、ワークの表面に「耕起」が発生し、ワークの表面粗さに影響を与える可能性があります。
5) 堆積した破片の破片がワーク表面に付着または埋め込まれ、ハードスポットの原因となり、ワークの加工面品質に影響を与える可能性があります。
上記の分析から、切りくずの蓄積は切削、特に精密機械加工には不利であることがわかります。
3. 管理措置
チップ堆積物の形成を防ぐために、チップ基板材料と前面切断面の間の結合または変形強化を防ぐために次の措置を講じることができます。
1) 前刃表面の粗さを低減します。
2) ツールの前角度を大きくします。
3) 切断厚さを減らします。
4) 切りくずが堆積しやすい切削速度を避けるために、低速切削または高速切削を使用してください。
5) ワーク材料を適切に熱処理して、硬度を高め、可塑性を低減します。
6) 切削液は耐固着性に優れたもの（硫黄、塩素を含む極圧切削液など）を使用してください。