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行家須知數控刀具使用壽命是怎麼估算的

在制定專案工作中,常常要對刀具使用壽命做一個估算,

將此作為預算、規劃的參考依據。通常應該對相同行業,相同產品類似加工形式刀具消耗情況調查和瞭解,依此作為基礎,進行成熟度、準確性評估後,做出本企業相應刀具壽命的預定值。但因種種原因,很多時候希望用更直接的形式,得到刀具壽命資料。

在機械加工專業理論學科內,通常用泰勒(F.W.Taylor)公式來表示刀具耐用度(T)與線速度(V)之間的關係。

VTm=C1

稱為T-V關係式,不同的工件材料、不同的刀具材料、不同的切削條件有不同的係數和指數。

可以再雙雙曲線坐標系內劃出不同的刀具耐用度關係圖表,叫做T-V圖。同樣,還有T與f(進給量),ap(切深)的關係式、圖表。

泰勒公式被用在課堂上合實驗室內,很少有在工廠使用。工廠習慣用估算的方法來得到刀具耐用度,或者叫刀具使用壽命。

一般有以下幾種估算方法:

1、按切削時間計:

金屬切削刀具行業內,以刀具壽命15分鐘來推薦切削線速度。在實際使用時,一般取刀具品牌製造廠推薦值的75%,此時刀具壽命約為60分鐘。

一個刀刃可加工工件數量可按下式估算:

N=(19100XVXf)/(DXh)

式中:

N - 刀具壽命,可加工工件數,單位:個 V – 刀具選用切削線速度,單位:米/分鐘 f – 加工時的進給量,單位:毫米/轉 D – 被加工件工件直徑,

單位:毫米 h - 加工長度,毫米

例:車削一個直徑50毫米的工件,長度100毫米,刀具製造廠推薦線速度200米/分鐘,預定刀具切削時間壽命T=60分鐘,實際使用線速度150米/分鐘,進給量0.1毫米/轉,估算刀具壽命:

N=(19100X150X0.1)/(50X100)=57.3

即,按上述條件計算,每刃可加工57個工件。

2、以切削距離計:

切削距離是指,假設一個刀刃,在一個非常大的工件上連續不斷地按一定的速度切削,這把刀從開始到失效所走過的路程全長,稱為切削距離壽命。用L來表示。

一個刀刃可加工工件數量可按下式估算:

N=(318300XLXf)/(DXh)

式中:

N - 刀具壽命,可加工工件數,單位:個 L - 切削距離預計壽命,單位:千米 f – 加工時的進給量,單位:毫米/轉 D – 被加工工件直徑,單位:毫米 h - 加工長度,毫米

例:車削一個直徑50毫米的工件,

長度100毫米,進給量0.1毫米/轉,刀具製造廠介紹的切削距離壽命10千米,估算刀具壽命:

N=(318300X10X0.1)/(50X100)=63.66

即,按上述條件計算,每刃可加工63個工件。

3、以經驗值計:

有經驗的從業人員,對一些常用材料、常用刀具在加工某一類特定材料工件的使用壽命,有豐富的經驗積累,能直接地估算刀具的使用壽命。

如直徑在Ф25~Ф30之間的塗層硬質合金鑽頭,加工普通碳鋼時鑽孔長度約20~30米累計長。加工鑄鐵時一般在80~100米累計總長。

上面所說的三種估算方法,僅是通常情況下,大致的估計算。無論是按切削時間來算,還是按切削距離來算,都是比較保守的。因為很少有刀具製造廠家提供這些資料。即使提供,也僅僅是提供者在實驗室裡特定環境條件下的特例,不一定具有普遍指導意義。

而以經驗值估算,有相當大的局限性,不一定具有普遍的共性,也只能在基本同的條件下,粗略的估計。但就某個品牌某種刀具在某類材料的加工方面,這種估算方法比較貼近實際。在相同、或接近條件下,可以作為參考。

實際估計時,還必須考慮如下條件:

(1)對於失效極限的確定,也就是說,刀具使用到什麼情況下不能用了。除了崩刃、破裂等極端狀況。主要是指磨損,特別是精加工時,一般認為精加工刀片後刀面磨損0.2毫米以內時正常的。鈦浩機械是以回轉頂尖、絲杠、機床主軸、軸加工、高精刀柄、刀杆、彈性夾頭、非標件加工、機床接杆為公司的主打產品!但是如果是定徑刀具,後刀面磨損會造成工件直徑變化,一旦出現徑向尺寸變化達到危險情況就要換刀了。又如,對表面粗糙度有特殊要求,刀具略有磨損,表面粗糙度略有下降即不能滿足要求時,也必須換刀。估算時就必須按一定比例酌情降低估算值。如果徑向尺寸有調整或可補償的時候、表面粗糙度要求比較低的加工,則可按比例提高估算值。

(2)切削速度對刀具的磨損有相當大的影響,一般的來說,線速度越快,刀具壽命越短,但是線速度太低的話,一方面影響加工效率,同時也不一定對刀具壽命有利,所以切削速度的選擇,必須參考刀具製造廠提供的切削參數,再結合現場情況確定一個最合理的速度。

(3)被加工工件的材料,對刀具壽命也有相當大的影響。看似相同的材料,內部所含材料成分比例略有不同,可能切削性能就有很大的區別。即使完全相同的材料,如部件結構不同、成型方法不同、熱處理設備或工藝不同、前道工序加工刀具不同,都會造成刀具壽命有顯著差別。鈦浩機械是以回轉頂尖、絲杠、機床主軸、軸加工、高精刀柄、刀杆、彈性夾頭、非標件加工、機床接杆為公司的主打產品!如不銹鋼件加工,如前道工序粗加工的刀具不鋒利,在工件表面因冷作硬化效應,形成一層硬化層,致使後道工序的精加工刀具急劇磨損,對精加工刀具壽命造成嚴重的影響。

(4)合理、準確使用切削液,能明顯提高刀具壽命。首先切削液必須準確、乾淨、充分、有效。不同的刀具材料、不同的工件、不同的加工形式,應該根據目的要求,如粗加工時的冷卻、精加工時的潤滑,加注不同的切削液。

(5)地基、機床、夾具、工件、刀具等所有一切,構成一個系統,整個系統的剛性對刀具壽命的影響,也非常大。因為微小的震動使刀具和工件產生非正常微距位移,而使刀具無謂的增加了無效摩擦,最後導致刀具磨損,刀具壽命迅速下降。提高系統剛性是提高刀具壽命的重要措施和手段,但是要有效提高系統剛性,必須不斷地進行細緻而又複雜的調查、分析、研究工作。很多人認為要改變某個局部的結構要花費很大的經濟成本,其實不然,一次性的人力物力投入,換來的可能是幾年,甚至十幾年長期的耗材成本的降低。

上面所說的,是車削、鏜削情況,鑽、擴、鉸等的加工也可參考。銑削加工與其有較大的不同:

1、銑削是斷續切削,刀具刃部材料要耐衝擊,韌性比較好,硬度相對較低,耐磨性相對較差。

2、銑削是間息性加工,刃部實際切削時間只有全部加工時間的30%~50%,有利於刃部散熱,可有效延長刀具壽命。

3、在加工過程中,不同的加工形式,如端面銑、圓周銑,銑面、銑槽;不同的部位如主切削刃、副切削刃;不同的加工要求,如粗銑、精銑等,失效形式有很大的不同。刀具壽命情況也就不同了。

4、銑刀是多刃刀具,計算時不能簡單套用上述公式。一般只能根據實際情況,分析借用,做近似估算。

如直徑在Ф25~Ф30之間的塗層硬質合金鑽頭,加工普通碳鋼時鑽孔長度約20~30米累計長。加工鑄鐵時一般在80~100米累計總長。

上面所說的三種估算方法,僅是通常情況下,大致的估計算。無論是按切削時間來算,還是按切削距離來算,都是比較保守的。因為很少有刀具製造廠家提供這些資料。即使提供,也僅僅是提供者在實驗室裡特定環境條件下的特例,不一定具有普遍指導意義。

而以經驗值估算,有相當大的局限性,不一定具有普遍的共性,也只能在基本同的條件下,粗略的估計。但就某個品牌某種刀具在某類材料的加工方面,這種估算方法比較貼近實際。在相同、或接近條件下,可以作為參考。

實際估計時,還必須考慮如下條件:

(1)對於失效極限的確定,也就是說,刀具使用到什麼情況下不能用了。除了崩刃、破裂等極端狀況。主要是指磨損,特別是精加工時,一般認為精加工刀片後刀面磨損0.2毫米以內時正常的。鈦浩機械是以回轉頂尖、絲杠、機床主軸、軸加工、高精刀柄、刀杆、彈性夾頭、非標件加工、機床接杆為公司的主打產品!但是如果是定徑刀具,後刀面磨損會造成工件直徑變化,一旦出現徑向尺寸變化達到危險情況就要換刀了。又如,對表面粗糙度有特殊要求,刀具略有磨損,表面粗糙度略有下降即不能滿足要求時,也必須換刀。估算時就必須按一定比例酌情降低估算值。如果徑向尺寸有調整或可補償的時候、表面粗糙度要求比較低的加工,則可按比例提高估算值。

(2)切削速度對刀具的磨損有相當大的影響,一般的來說,線速度越快,刀具壽命越短,但是線速度太低的話,一方面影響加工效率,同時也不一定對刀具壽命有利,所以切削速度的選擇,必須參考刀具製造廠提供的切削參數,再結合現場情況確定一個最合理的速度。

(3)被加工工件的材料,對刀具壽命也有相當大的影響。看似相同的材料,內部所含材料成分比例略有不同,可能切削性能就有很大的區別。即使完全相同的材料,如部件結構不同、成型方法不同、熱處理設備或工藝不同、前道工序加工刀具不同,都會造成刀具壽命有顯著差別。鈦浩機械是以回轉頂尖、絲杠、機床主軸、軸加工、高精刀柄、刀杆、彈性夾頭、非標件加工、機床接杆為公司的主打產品!如不銹鋼件加工,如前道工序粗加工的刀具不鋒利,在工件表面因冷作硬化效應,形成一層硬化層,致使後道工序的精加工刀具急劇磨損,對精加工刀具壽命造成嚴重的影響。

(4)合理、準確使用切削液,能明顯提高刀具壽命。首先切削液必須準確、乾淨、充分、有效。不同的刀具材料、不同的工件、不同的加工形式,應該根據目的要求,如粗加工時的冷卻、精加工時的潤滑,加注不同的切削液。

(5)地基、機床、夾具、工件、刀具等所有一切,構成一個系統,整個系統的剛性對刀具壽命的影響,也非常大。因為微小的震動使刀具和工件產生非正常微距位移,而使刀具無謂的增加了無效摩擦,最後導致刀具磨損,刀具壽命迅速下降。提高系統剛性是提高刀具壽命的重要措施和手段,但是要有效提高系統剛性,必須不斷地進行細緻而又複雜的調查、分析、研究工作。很多人認為要改變某個局部的結構要花費很大的經濟成本,其實不然,一次性的人力物力投入,換來的可能是幾年,甚至十幾年長期的耗材成本的降低。

上面所說的,是車削、鏜削情況,鑽、擴、鉸等的加工也可參考。銑削加工與其有較大的不同:

1、銑削是斷續切削,刀具刃部材料要耐衝擊,韌性比較好,硬度相對較低,耐磨性相對較差。

2、銑削是間息性加工,刃部實際切削時間只有全部加工時間的30%~50%,有利於刃部散熱,可有效延長刀具壽命。

3、在加工過程中,不同的加工形式,如端面銑、圓周銑,銑面、銑槽;不同的部位如主切削刃、副切削刃;不同的加工要求,如粗銑、精銑等,失效形式有很大的不同。刀具壽命情況也就不同了。

4、銑刀是多刃刀具,計算時不能簡單套用上述公式。一般只能根據實際情況,分析借用,做近似估算。