L'usure des outils est un problème critique dans le fonctionnement des tours à 3 axes, ce qui a un impact significatif sur l'efficacité d'usinage, la qualité des produits et les coûts de production. En tant que fournisseur de tour à 3 axes, nous comprenons les défis que l'usure des outils pose à nos clients. Dans cet article de blog, nous nous plongerons dans les causes de l'usure des outils dans les tours à 3 axes et explorerons des stratégies efficaces pour la réduire.
Causes de l'usure des outils dans les tours à 3 axes
1. Usure mécanique
L'usure mécanique est l'une des principales causes de dégradation des outils dans les tours à 3 axes. Pendant le processus d'usinage, l'outil de coupe entre en contact direct avec la pièce, en le soumettant à des niveaux élevés de frottement et d'abrasion. Au fur et à mesure que l'outil se déplace à travers la surface de la pièce, il subit une action de frottement constante, qui épuise progressivement le tranchant. Ce type d'usure est particulièrement important lors de l'usinage des matériaux durs ou lorsque les paramètres de coupe, tels que la vitesse d'alimentation et la vitesse de coupe, sont réglés trop élevés.
Par exemple, lorsque vous utilisez un tour à 3 axes pour machine à la machine en acier inoxydable, la dureté élevée du matériau peut provoquer une abrasion rapide de l'outil de coupe. Le tranchant tranchant commence à terne, entraînant une diminution des performances de coupe et une augmentation de la rugosité de surface de la partie usinée. De plus, la présence d'inclusions dures ou d'impuretés dans le matériau de la pièce peut exacerber davantage l'usure mécanique, car elles agissent comme des particules abrasives qui accélèrent le processus d'usure.
2. Usure thermique
L'usure thermique est un autre facteur important contribuant à l'usure des outils dans les tours à 3 axes. Le processus de coupe génère une quantité substantielle de chaleur due au frottement entre l'outil et la pièce. Si cette chaleur n'est pas dissipée efficacement, elle peut entraîner l'augmentation de la température de l'outil de coupe. Des températures élevées peuvent entraîner plusieurs effets néfastes sur l'outil, notamment le ramollissement du matériau de l'outil, l'expansion thermique et la formation de fissures.
Lorsque le matériau de l'outil s'adoucit, sa dureté et sa résistance à l'usure diminuent, ce qui le rend plus sensible à l'usure mécanique. La dilatation thermique peut également provoquer des changements dimensionnels dans l'outil, conduisant à des inexactitudes dans le processus d'usinage. De plus, les cycles de chauffage et de refroidissement répétés pendant l'usinage peuvent induire une contrainte thermique dans l'outil, ce qui peut entraîner la formation de fissures. Ces fissures peuvent se propager au fil du temps, ce qui a finalement provoqué la rupture de l'outil.
Par exemple, lors de l'usinage des matériaux avec une conductivité thermique élevée, comme l'aluminium, une grande quantité de chaleur est transférée à l'outil de coupe. Si les méthodes de refroidissement appropriées ne sont pas utilisées, la température de l'outil peut rapidement atteindre des niveaux qui provoquent une usure thermique. Cela peut entraîner une défaillance prématurée de l'outil et une diminution de la productivité globale du tour à 3 axes.
3. Vêtements chimiques
L'usure chimique se produit lorsque l'outil de coupe réagit chimiquement avec le matériau de la pièce ou l'environnement environnant. Ce type d'usure est souvent influencé par des facteurs tels que la composition du matériau de la pièce, le liquide de coupe utilisé et l'environnement d'usinage. Les réactions chimiques peuvent conduire à la dissolution du matériau de l'outil, à la formation de composés chimiques sur la surface de l'outil et à la dégradation des propriétés mécaniques de l'outil.
Dans certains cas, le matériau de la pièce peut contenir des éléments qui réagissent avec le matériau de l'outil, ce qui le fait corroder ou se dissoudre. Par exemple, lors de l'usinage des matériaux contenant du soufre ou du chlore, ces éléments peuvent réagir avec le matériau de l'outil, formant des composés corrosifs qui accélèrent l'usure des outils. De plus, le liquide de coupe peut également jouer un rôle dans l'usure chimique. Si le liquide de coupe n'est pas compatible avec le matériau de l'outil ou le matériau de la pièce, il peut provoquer des réactions chimiques qui conduisent à la dégradation des outils.
4. Formation de bord construite
La formation de bords construites (BUE) est un phénomène commun dans les processus d'usinage, y compris ceux effectués sur des tours à 3 axes. Un bord construit est formé lorsque de petites particules du matériau de la pièce adhèrent au bord de la coupe de l'outil. Cela se produit en raison de la haute pression et de la température à l'interface de la puce à outils, ce qui fait que le matériau de la pièce se ramollit et s'en tient à l'outil.
La présence d'un bord accumulé peut avoir plusieurs effets négatifs sur le processus d'usinage. Premièrement, il peut modifier la géométrie du tranchant, modifiant les forces de coupe et le mécanisme de formation des puces. Cela peut entraîner une diminution des performances de coupe et une augmentation de la rugosité de surface de la partie usinée. Deuxièmement, le bord de construction peut se casser pendant l'usinage, laissant des fragments qui peuvent rayer la surface de la pièce ou causer des dommages à l'outil.
Stratégies pour réduire l'usure des outils dans les tours à 3 axes
1. Sélection des bons outils de coupe
Le choix des outils de coupe appropriés est crucial pour minimiser l'usure des outils dans les tours à 3 axes. Différents matériaux d'outils de coupe ont des propriétés variables, telles que la dureté, la ténacité et la résistance à l'usure. Lors de la sélection d'un outil de coupe, il est essentiel de considérer le matériau de la pièce, les exigences d'usinage et les conditions de coupe.
Par exemple, les outils de coupe en carbure sont largement utilisés dans les tours à 3 axes en raison de leur forte résistance à la dureté et à l'usure. Ils conviennent à l'usinage d'une variété de matériaux, notamment des aciers, des fers à fondre et des métaux non ferreux. Cependant, pour l'usinage des matériaux extrêmement durs, tels que la céramique ou les composites, les outils de coupe de bore cubique (CBN) ou de diamant peuvent être plus appropriés. Ces outils offrent une dureté supérieure et une résistance à l'usure, mais elles sont également plus chères.
En plus du matériau de l'outil, la géométrie de l'outil de coupe joue également un rôle important dans la réduction de l'usure des outils. Des outils avec des angles de râteau, des angles de dédouanement appropriés et des rayons de pointe peuvent aider à améliorer les performances de coupe et à réduire les forces agissant sur l'outil. Par exemple, un angle de râteau positif peut réduire les forces de coupe et la chaleur générée pendant l'usinage, tandis qu'un angle de dégagement approprié peut empêcher l'outil de se frotter contre la pièce.
2. Optimisation des paramètres de coupe
L'optimisation des paramètres de coupe est un autre moyen efficace de réduire l'usure des outils dans les tours à 3 axes. Les paramètres de coupe comprennent la vitesse de coupe, le taux d'alimentation et la profondeur de coupe. En sélectionnant les valeurs appropriées pour ces paramètres, il est possible d'obtenir un équilibre entre l'efficacité de l'usinage et la durée de vie de l'outil.
En général, l'augmentation de la vitesse de coupe peut améliorer la productivité d'usinage, mais elle augmente également la chaleur générée pendant la coupe, ce qui peut entraîner une usure thermique. Par conséquent, il est important de trouver la vitesse de coupe optimale qui maximise la productivité tout en minimisant l'usure des outils. De même, le taux d'alimentation et la profondeur de coupe affectent également les forces de coupe et la génération de chaleur. Un taux d'alimentation ou une profondeur de réduction plus élevé peut augmenter le taux d'élimination des matériaux, mais il met également plus de contrainte sur l'outil, augmentant le risque d'usure mécanique.
Pour déterminer les paramètres de coupe optimaux, il est conseillé d'effectuer des tests de coupe en utilisant différentes combinaisons de paramètres. En surveillant l'usure de l'outil et les performances d'usinage, il est possible d'identifier les paramètres qui fournissent le meilleur équilibre entre la productivité et la durée de vie de l'outil. De plus, certains tours modernes à 3 axes sont équipés de systèmes de contrôle avancés qui peuvent ajuster automatiquement les paramètres de coupe en fonction du matériau de la pièce et des conditions d'usinage, améliorant encore l'efficacité et la précision du processus d'usinage.
3. Implémentation de refroidissement et de lubrification appropriés
Un refroidissement et une lubrification appropriés sont essentiels pour réduire l'usure des outils dans les tours à 3 axes. Le refroidissement aide à dissiper la chaleur générée pendant la coupe, empêchant l'outil de surchauffer et de réduire le risque d'usure thermique. La lubrification, en revanche, réduit la friction entre l'outil et la pièce, minimisant l'usure mécanique et améliorant la finition de surface de la pièce usinée.
Il existe plusieurs types de méthodes de refroidissement et de lubrification disponibles pour les tours à 3 axes, y compris le refroidissement des inondations, le refroidissement de la brume et la lubrification de quantité minimale (MQL). Le refroidissement par inondation implique l'alimentation continue d'un grand volume de liquide de coupe dans la zone de coupe. Cette méthode est efficace pour dissiper la chaleur et fournir une lubrification, mais elle génère également une quantité importante de déchets et nécessite un grand réservoir de stockage pour le liquide de coupe.
Le refroidissement de la brume, également connu sous le nom de refroidissement par l'huile d'air, utilise un mélange d'air comprimé et une petite quantité de liquide de coupe pour refroidir et lubrifier la zone de coupe. Cette méthode est plus respectueuse de l'environnement que le refroidissement des inondations et peut fournir des effets de refroidissement et de lubrification similaires. MQL, en revanche, utilise une quantité extrêmement petite de liquide de coupe, généralement sous la forme d'une brume fine, pour lubrifier la zone de coupe. Cette méthode est très efficace et peut réduire considérablement la consommation de coupe du liquide, tout en fournissant une lubrification et un refroidissement adéquats.
4. Maintenir le tour à 3 axes
L'entretien régulier du tour à 3 axes est essentiel pour garantir ses performances optimales et la réduction de l'usure des outils. Un tour bien entretenu aura une meilleure précision, stabilité et rigidité, ce qui peut aider à minimiser les forces agissant sur l'outil de coupe et à réduire le risque d'usure des outils.
Certaines des tâches de maintenance clés d'un tour à 3 axes comprennent le nettoyage, la lubrification et l'étalonnage. Le nettoyage du tour aide régulièrement à éliminer les puces, la saleté et les débris qui peuvent s'accumuler sur les composants de la machine et affecter ses performances. La lubrification des parties mobiles du tour, telles que les voies de guidage, les vis à billes et les roulements de broche, aide à réduire le frottement et l'usure. L'étalonnage du tour garantit que ses axes sont alignés avec précision et que l'outil de coupe est positionné correctement, améliorant la précision d'usinage et réduisant la contrainte sur l'outil.
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Conclusion
L'usure des outils est un problème complexe qui peut avoir un impact significatif sur les performances et la productivité des tours à 3 axes. En comprenant les causes de l'usure des outils et en mettant en œuvre des stratégies efficaces pour la réduire, telles que la sélection des bons outils de coupe, l'optimisation des paramètres de coupe, la mise en œuvre de refroidissement et de lubrification appropriés, et le maintien du tour, il est possible de prolonger la durée de vie de l'outil, d'améliorer la qualité d'usinage et de réduire les coûts de production. En tant que fournisseur de tour à 3 axes, nous nous engageons à fournir à nos clients des produits et des solutions de haute qualité qui les aident à surmonter les défis de l'usure des outils. Si vous souhaitez en savoir plus sur nos tours à 3 axes ou si vous avez des questions concernant la réduction de l'usure des outils, n'hésitez pas à nous contacter pour une discussion sur les achats.
Références
- Kalpakjian, S., et Schmid, Sr (2009). Ingénierie et technologie de fabrication. Pearson Prentice Hall.
- Trent, Em et Wright, PK (2000). Coupe de métaux. Butterworth-Heinemann.
- Shaw, MC (2005). Principes de coupe métallique. Oxford University Press.
