Análise das razões para quebra de cavacos de ferramentas não confiáveis ​​e soluções

Quanto você sabe sobre quebra de cavacos de ferramentas? Depois de ler este artigo, acredito que será útil para o seu trabalho diário.
A confiabilidade da quebra de cavacos da ferramenta tem um impacto significativo na produção normal e na segurança do operador. No corte, cavacos quebrados podem respingar e prejudicar as pessoas e podem danificar a máquina-ferramenta; No entanto, cavacos em formato de tira longa podem envolver a peça ou ferramenta, arranhando facilmente a peça, causando danos à ferramenta e até mesmo afetando a segurança do trabalhador.
Para máquinas de usinagem automatizadas, como máquinas-ferramenta CNC (centros de usinagem), devido ao grande número de ferramentas de corte e à estreita conexão entre o porta-ferramenta e a ferramenta, o problema de quebra de cavacos torna-se mais importante. Enquanto uma das ferramentas de corte não for confiável, ela poderá atrapalhar o ciclo automático da máquina-ferramenta e até mesmo atrapalhar o funcionamento normal de toda a linha automática. Portanto, ao projetar, selecionar ou retificar ferramentas, a confiabilidade da quebra de cavacos da ferramenta deve ser considerada. Para máquinas-ferramenta CNC (centros de usinagem), etc., os seguintes requisitos devem ser atendidos:
Os cavacos não devem ficar presos em ferramentas de corte, peças de trabalho e ferramentas e equipamentos adjacentes;
Os chips não devem respingar para garantir a segurança dos operadores e observadores;
Durante a usinagem de precisão, os cavacos não devem riscar a superfície usinada da peça, afetando a qualidade da superfície usinada;
Garantir a durabilidade pré-determinada das ferramentas de corte, evitar desgastes prematuros e envidar todos os esforços para evitar danos;
O escoamento dos cavacos não impede a injeção do fluido de corte;
Os chips não arranham as guias da máquina ou outros componentes.
Com base no atendimento aos requisitos acima, diferentes ferramentas de corte têm requisitos diferentes para o comprimento dos cavacos. Por exemplo, o comprimento máximo do cavaco para torneamento de materiais de aço em desbaste é geralmente em torno de 100 mm; Um bom carro deve ser um pouco mais longo. Para evitar cavacos excessivamente finos, pois eles são facilmente incorporados em partes importantes da guia da máquina e do dispositivo da ferramenta (como o plano de referência), isso não apenas requer dispositivos de proteção adicionais, mas também apresenta certas dificuldades na remoção de cavacos.
Para certas ferramentas de corte que não são propensas à quebra de cavacos, como ferramentas de torneamento de conformação, ferramentas de torneamento de canais e ferramentas de torneamento de corte, a ondulação estável dos cavacos deve ser garantida em máquinas-ferramentas automatizadas, como centros de usinagem CNC.
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Classificação de formatos de chips
De acordo com as condições específicas do material da peça, parâmetros geométricos da ferramenta e quantidade de corte, o formato dos cavacos geralmente inclui: cavacos de tira, cavacos em forma de C, cavacos de cavaco, cavacos em forma de pagode, cavacos em forma de mola, cavacos de parafuso longos e apertados, parafuso batatas fritas, etc.

1. Detritos em faixas
Ao cortar materiais plásticos e metálicos em alta velocidade, se nenhuma medida de quebra de cavacos for tomada, é fácil formar cavacos em forma de tira, que são contínuos e muitas vezes emaranhados na peça de trabalho ou ferramenta, arranhando facilmente a superfície da peça de trabalho ou danificando a aresta de corte da ferramenta e até mesmo ferir pessoas. Portanto, é aconselhável evitar ao máximo a formação de cavacos em forma de tira.
Mas às vezes também esperamos obter chips em tiras para que possam ser descarregados sem problemas. Por exemplo, ao fazer furos cegos em uma mandriladora vertical.
2. Detritos em forma de C
Ao tornear aço carbono em geral e materiais de liga de aço, usar uma ferramenta de torneamento com ranhura para cavacos pode facilmente formar cavacos em forma de C. Os chips em forma de C têm a desvantagem dos chips em tira. Mas a maioria dos cavacos em forma de C são quebrados ao colidir com a face traseira da ferramenta de torneamento ou com a superfície da peça de trabalho. A colisão de alta frequência e a quebra de cavacos podem afetar a suavidade do processo de corte, afetando assim a rugosidade da superfície usinada. Assim, durante a usinagem de precisão, geralmente não é desejado obter cavacos em forma de C. Em vez disso, é mais desejável obter cavacos longos em espiral para tornar o processo de corte mais estável.

3. Migalhas em forma de moinho de vento
O torneamento de peças de aço com grande profundidade de corte e alta taxa de avanço em tornos pesados ​​resulta em cavacos largos e grossos. Se forem formados cavacos em forma de C, eles podem facilmente danificar a aresta de corte e até causar vôo e ferimentos em pessoas. Geralmente, o raio do arco na parte inferior da ranhura do cavaco é aumentado, de modo que os cavacos formam tiras de cabelo e colidem e quebram na superfície de usinagem e caem com seu próprio peso.
4. Migalhas compridas e compactas
O processo de formação de cavacos longos e compactos é relativamente estável e a limpeza também é conveniente. É um bom formato de cavaco em um torno normal.
5. Migalhas em formato de pagode
Na usinagem CNC, máquinas-ferramentas ou usinagem automática em linha, deseja-se obter este tipo de cavaco porque ele não se enredará na ferramenta e na peça. E a limpeza também é conveniente.
6. Detritos de avalanche
Ao tornear materiais frágeis, como ferro fundido, latão quebradiço e bronze fundido, detritos em forma de agulha ou fragmentados são facilmente formados, o que pode causar respingos e ferir pessoas, além de danificar a máquina-ferramenta. Se forem adotadas medidas de laminação de cavacos, os cavacos podem ser conectados em rolos curtos.
Em suma, as condições específicas de processamento de corte são diferentes e o formato desejado dos cavacos também é diferente. No entanto, independentemente do formato dos cavacos, eles devem ser quebrados de forma confiável.
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O princípio da quebra de cavacos
No processo de corte de metal, a facilidade de quebra dos cavacos está diretamente relacionada à deformação dos cavacos. Portanto, o estudo do princípio da quebra de cavacos deve começar com o estudo das leis da deformação dos cavacos.
Os cavacos formados durante o processo de corte, devido à significativa deformação plástica, terão um aumento na dureza, enquanto a plasticidade e a tenacidade diminuirão significativamente. Este fenômeno é chamado de endurecimento por trabalho a frio. Após o endurecimento por trabalho a frio, os cavacos tornam-se duros e quebradiços, e são facilmente quebrados quando submetidos a cargas alternadas de flexão ou impacto. Quanto maior for a deformação plástica sofrida pelos cavacos, mais significativo será o fenômeno de fragilidade e mais fácil será sua quebra. Ao cortar materiais com alta resistência, alta plasticidade e alta tenacidade que são difíceis de quebrar cavacos, esforços devem ser feitos para aumentar a deformação dos cavacos para reduzir sua plasticidade e tenacidade, a fim de atingir o objetivo de quebra de cavacos.
A deformação dos cavacos pode ser composta de duas partes:
A primeira parte é a deformação básica formada durante o processo de corte. A deformação do cavaco medida durante o corte livre com uma ferramenta de torneamento de face plana é relativamente próxima do valor de deformação básico. Os principais fatores que afetam a deformação básica incluem ângulo de saída da ferramenta, chanfro negativo e velocidade de corte. Quanto menor o ângulo frontal, mais largo o chanfro negativo e quanto menor a velocidade de corte, maior a deformação do cavaco, o que é mais propício à quebra do cavaco. Portanto, reduzir o ângulo frontal, ampliar o chanfro negativo e reduzir a velocidade de corte podem ser medidas para promover a quebra de cavacos.
A segunda parte é a deformação que os cavacos sofrem durante o processo de fluxo e enrolamento, que chamamos de deformação adicional. Porque na maioria dos casos, apenas a deformação básica durante o processo de corte não pode quebrar os cavacos, e uma deformação adicional deve ser adicionada para atingir o objetivo de endurecimento e quebra. A maneira mais simples de forçar os cavacos a sofrerem deformação adicional é retificar (ou pressionar) um determinado formato de ranhura de cavacos na superfície de corte frontal, forçando os cavacos a fluir para dentro da ranhura de cavacos e então enrolar e deformar. Depois de sofrerem deformação adicional de recurvamento, os cavacos endurecem ainda mais e tornam-se quebradiços. Quando colidem com a peça de trabalho ou com a superfície de corte posterior, quebram-se facilmente.
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A influência da ranhura de quebra de cavacos na quebra de cavacos (laminação)
A ranhura de quebra de cavacos não apenas desempenha um papel adicional de deformação nos cavacos, mas também tem um impacto importante na forma e na quebra dos cavacos. No processamento de corte, as pessoas usam os diferentes formatos e tamanhos das ranhuras dos cavacos, bem como o ângulo de inclinação entre a ranhura dos cavacos e a aresta de corte principal, para controlar o enrolamento e a quebra dos cavacos. Para melhor compreender e dominar essas regras, analisaremos detalhadamente o formato e o tamanho da ranhura do cavaco, bem como a influência do ângulo de inclinação entre a ranhura do cavaco e a aresta de corte principal no formato do cavaco e na fratura do cavaco.
1. A forma da ranhura do cavaco
Existem três tipos de formatos para ranhuras de quebra de cavacos: arco reto, arco reto e arco completo.

(1) A ranhura de quebra de cavacos em arco reto e circular é formada pela conexão de uma linha reta e um arco circular. A parte reta forma a face frontal da ferramenta, e o tamanho do raio Rn do arco inferior da ranhura tem certo impacto na curvatura e deformação dos cavacos. Se Rn for pequeno, o raio de curvatura do cavaco é pequeno, enquanto a deformação do cavaco é grande; Se Rn for grande, o raio de curvatura do cavaco será grande, enquanto a deformação do cavaco será pequena. Em uma profundidade de corte moderada (profundidade de corte ap=2-6mm), Rn=(0.4-0.7) B geralmente é selecionado, onde B é a largura do ranhura de cavacos.
(2) A ranhura de cavacos linear é formada pela interseção de duas linhas retas, com um ângulo inferior de 180 graus - σ ( σ Refere-se ao ângulo de cunha da plataforma de quebra de cavacos, ângulo inferior da ranhura (180 graus - σ) Substituindo a função de arco Rn. Se o ângulo inferior da ranhura for pequeno, o raio de curvatura dos cavacos é pequeno e a deformação dos cavacos é grande; Se o ângulo inferior da ranhura for grande, o raio de curvatura dos cavacos é grande, e a deformação dos cavacos é pequena. Em uma profundidade de corte moderada, o ângulo da cunha da mesa de quebra de cavacos é geralmente selecionado de 60 graus a 70 graus.

Os dois tipos de ranhuras para corte de cavacos acima são adequados para processar aço carbono e aço estrutural de liga, e o canto frontal é geralmente . Dentro do intervalo de 5-15 grau.
(3) Os principais parâmetros de uma ranhura de quebra de cavacos de arco completo são a largura da ranhura B, o raio do arco inferior da ranhura Rn e o ângulo frontal . A relação entre eles é:

注:见图5C

Ao cortar materiais altamente plásticos, como cobre e aço inoxidável, geralmente é usada uma ranhura de quebra de cavacos de arco completo. Porque ao processar materiais de alto plástico, o ângulo de inclinação da ferramenta é selecionado relativamente grande (a borda de corte da ferramenta de ranhura para quebra de cavacos de arco completo com um ângulo frontal do mesmo tamanho (0=25 graus ~ 30 graus) é relativamente resistente, e a ranhura também é rasa, tornando mais prático o fluxo de cavacos.
2. A largura da ranhura do cavaco
A largura B da ranhura do cavaco está relacionada ao avanço f e à profundidade de corte ap. Quando a taxa de avanço f aumenta, a espessura de corte aumenta e a largura da ranhura do cavaco deve ser ampliada correspondentemente; A profundidade de corte é grande e a ranhura também deve ser alargada de forma adequada.

O efeito da mudança na largura da ranhura do cavaco B no enrolamento e deformação do cavaco, que permanece fixo e inalterado. A Figura 9a mostra que a largura da ranhura é basicamente adaptada à taxa de alimentação, e os cavacos são dobrados e deformados antes de colidirem e quebrarem em forma de C; A Figura 9b mostra que a ranhura não é larga o suficiente, o raio de ondulação do cavaco é pequeno, a deformação é grande e, após a colisão, ela se quebra em um formato de C curto ou forma pequenos pedaços fragmentados; A Figura 9c mostra que a ranhura é muito estreita e os cavacos são espremidos em pequenos rolos e bloqueados na ranhura, dificultando o escoamento, resultando em bloqueio de cavacos e até mesmo danificando a aresta de corte; As Figuras 9d e e mostram que a ranhura é muito larga, o raio de curvatura do cavaco é muito grande, a deformação não é suficiente e não é fácil de quebrar. Às vezes, ele nem mesmo flui pela parte inferior da ranhura e forma livremente lascas em formato de tira.
Se a largura da ranhura do cavaco for inicialmente selecionada usando a taxa de avanço, grosso modo, para cortar aço de carbono médio, a relação entre a largura B e a taxa de avanço f é de cerca de B=10f; Ao cortar ligas de aço, para aumentar a deformação dos cavacos, pode-se usar B=7f.
A largura B da ranhura para cavacos também deve ser adequada à profundidade de corte ap. Geralmente, a largura do slot B também pode ser selecionada aproximadamente com base em ap, e quando ap é grande, B também deve ser maior; Se ap for pequeno, então B deverá ser reduzido adequadamente. Porque quando a profundidade de corte é muito profunda e a ranhura é muito estreita, os cavacos são largos e não são fáceis de enrolar na ranhura, de modo que os cavacos geralmente não fluem para o fundo da ranhura e formam cavacos em forma de tira por conta própria; Quando a profundidade de corte é pequena, mas a ranhura é muito larga, os cavacos são estreitos, o fluxo é relativamente livre, a deformação não é suficiente e não é fácil de quebrar.
3. O ângulo de inclinação entre a ranhura do cavaco e a aresta de corte principal
Existem três métodos de inclinação comumente usados ​​para o canal de cavacos e a aresta de corte principal: inclinação externa, inclinação paralela e inclinação interna.

(1) Tipo oblíquo externo
A ranhura para cavacos inclinada para fora é larga na frente e estreita atrás, profunda na frente e rasa atrás.
A deformação do enrolamento de cavacos da ranhura externa inclinada para quebra de cavacos é grande, conforme mostrado na Figura 11. A velocidade de corte é mais alta perto da superfície externa A da peça de trabalho e a ranhura é estreita. O cavaco é primeiro obstruído e enrolado, com pequeno raio de curvatura e grande deformação; Na aresta de corte B, a velocidade de corte é baixa e o canal é largo. Os cavacos são finalmente enrolados com um raio de curvatura maior, o que gera uma força que vira os cavacos na superfície de corte posterior ou na superfície a ser usinada. Após a colisão, eles quebram e formam lascas em forma de C.
Esta forma de ranhura para cavacos. Em profundidade de corte moderada, a faixa de quebra de cavacos é ampla, o efeito de quebra de cavacos é estável e confiável e é amplamente utilizado na produção. Ângulo de inclinação τ O valor de é determinado principalmente pelo material da peça de trabalho. Geralmente, ao cortar aço de carbono médio, é considerado τ= Ao cortar aço-liga de 8 a 10 graus, para aumentar a deformação do cavaco, considere τ= 10 grau ~15 graus.
No entanto, durante grandes profundidades de corte, devido à pequena largura da ranhura dos cavacos próxima à superfície externa A da peça de trabalho (veja a Figura 11), os cavacos são propensos a bloquear e até mesmo danificar a aresta de corte. Portanto, geralmente é usado o corte paralelo.
(2) Paralelo
A deformação dos cavacos da ranhura paralela de quebra de cavacos não é tão grande quanto a da ranhura inclinada externa, e a maioria dos cavacos se quebra quando colidem com a superfície de usinagem da peça de trabalho.
Ao cortar cavacos de aço carbono, o efeito de quebra de cavacos da ranhura de quebra de cavacos paralela é basicamente semelhante ao da ranhura inclinada externa, mas a taxa de avanço deve ser ligeiramente aumentada para aumentar a deformação de ondulação adicional dos cavacos.

(3) Tipo oblíquo interno
A ranhura de quebra de cavacos inclinada internamente (veja a Figura 12) é a mais larga na superfície externa A da peça de trabalho e a mais estreita na ponta da ferramenta B. Portanto, os cavacos são frequentemente enrolados em pequenos rolos no ponto B e depois em rolos grandes no ponto B. ponto A. Quando o ângulo de inclinação da aresta de corte principal é definido em 3 graus ~ 5 graus, os cavacos tendem a formar curvas contínuas e apertadas. O ângulo de inclinação entre a ranhura de cavaco inclinada interna e a aresta de corte principal é geralmente considerado como τ= A faixa de corte da ranhura de quebra de cavacos inclinada interna com uma bobina de cavaco longa e apertada é bastante estreita de 8 graus a 10 graus , portanto sua aplicação na produção não é tão comum quanto a dos tipos externos inclinados e paralelos, utilizados principalmente para torneamento de precisão ou semiprecisão.
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Vários métodos de quebra de cavacos comumente usados
1. Utilize quebra-cavacos
Como mencionado anteriormente, a ranhura de quebra de cavacos não apenas desempenha um papel adicional na formação dos cavacos, mas também permite o controle do enrolamento e quebra dos cavacos. Contanto que a forma, o tamanho e o ângulo de inclinação entre a ranhura do cavaco e a aresta de corte principal sejam apropriados, a quebra de cavacos é confiável. Quer seja uma ferramenta do tipo soldagem ou uma ferramenta do tipo braçadeira de máquina, ela pode ser usada como uma ferramenta do tipo reafiação ou uma ferramenta do tipo não reafiação.

Para se adaptar a diferentes faixas de quantidades de corte. Existem vários formatos e tamanhos de ranhuras para cavacos na lâmina intercambiável de liga dura, que são fáceis de escolher e econômicas. Este método é o método preferido e mais amplamente utilizado na usinagem de corte.
A desvantagem é que a determinação de parâmetros geométricos razoáveis ​​da ferramenta de corte é limitada pelos requisitos de quebra de cavacos.
2. Usando um quebra-cavacos
Existem dois tipos de quebra-cavacos: fixos e ajustáveis. A Figura 13 mostra o quebra-cavacos ajustável na ferramenta de torneamento.
Instale uma placa de proteção contra cavacos 1 na superfície de corte frontal da ferramenta de torneamento. Quando os cavacos fluem pela parte frontal da ferramenta, eles dobram e quebram devido à resistência da placa de proteção de cavacos 1. Os parâmetros Ln e Podem ser projetados e ajustados conforme necessário para garantir uma quebra de cavacos estável e confiável sob determinadas condições de corte. Afrouxe o parafuso 3 e, sob a ação da mola 4, a placa de proteção de cavacos 1 e a placa de pressão 2 podem ser levantadas juntas, facilitando o ajuste da placa de proteção de cavacos e a rápida rotação e substituição da lâmina. Este tipo de quebra-cavacos é comumente usado em ferramentas de corte de máquinas-ferramentas de grande e médio porte.
3. Utilizando dispositivos quebra-cavacos
Existem muitos tipos de dispositivos quebra-cavacos, que geralmente podem ser divididos em mecânicos, hidráulicos e elétricos. Dispositivos quebra-cavacos têm custos elevados, mas são estáveis ​​e confiáveis, e geralmente são usados ​​apenas em linhas automáticas. A Figura 14 é um diagrama esquemático de um dispositivo quebra-cavacos com uma fresa usada em ferramentas de torneamento. Durante o torneamento, os cavacos fluem para fora através do canal guia de cavacos 2 e são cortados à força pelo cortador de disco em rotação contínua 3. Os cavacos cortados são então descarregados do canal de descarga de cavacos 6. O cortador é acionado pelo eixo de acionamento 4. A Figura 1 mostra a ferramenta de torneamento.
4. O método de usar pré-ranhura na superfície da peça de trabalho
De acordo com os diferentes diâmetros da peça, uma ou mais ranhuras são pré-cortadas ao longo da direção axial da peça na superfície usinada, com profundidade ligeiramente inferior à profundidade de corte, para que os cavacos cortados formem uma seção fraca e quebrem. Isso garante quebra confiável de cavacos sem afetar a rugosidade da superfície usinada da peça. Mesmo ao processar materiais com alta tenacidade, o efeito de quebra de cavacos ainda é muito bom. Por exemplo, no mandrilamento de precisão de materiais de peças com alta tenacidade (como 40Cr), quando é difícil quebrar cavacos usando outros métodos, ranhuras longitudinais podem ser puxadas na superfície usinada antes do mandrilamento. Este método pode demonstrar suas vantagens únicas.
5. Alteração dos parâmetros da geometria da ferramenta e ajuste dos parâmetros de corte
A partir do princípio de quebra de cavacos mencionado anteriormente, pode-se inferir que a redução do ângulo de saída da ferramenta; Aumente o ângulo de desvio principal; Desbaste de chanfros negativos na aresta de corte principal; Reduza a velocidade de corte; Aumentar a taxa de avanço e alterar o formato da aresta de corte principal pode promover a quebra de cavacos. No entanto, o uso desses métodos para quebrar cavacos muitas vezes traz algumas consequências adversas, como diminuição da produtividade, deterioração da qualidade da superfície da peça e aumento da força de corte. Este método raramente é usado em linhas automáticas e às vezes serve apenas como meio auxiliar de quebra de cavacos.
Além disso, o uso de fluido de corte pode reduzir a plasticidade e a tenacidade dos cavacos e também é benéfico para a quebra dos cavacos. Aumentar a pressão do fluido de corte pode promover melhor a quebra dos cavacos, e esse método às vezes é usado na usinagem de furos.