Durée de vie de l'outil: signification, mesure et espérance
Après avoir lu cet article, vous en apprendrez davantage sur les points suivants: - 1. Signification de la durée de vie de l'outil 2. Méthodes de mesure de la durée de vie de l'outil 3. Espérance 4. Parcelles 5. Critères 6. Facteurs affectant.
Signification de la durée de vie de l'outil:
Chaque appareil ou outil a sa vie fonctionnelle. À l'expiration de laquelle il peut fonctionner, mais pas efficacement. C'est donc également vrai avec un outil de coupe. Lors de l'utilisation, l'outil perd son matériau, c'est-à-dire qu'il s'use. À mesure que l'usure augmente, l'outil perd de son efficacité. Donc, sa vie doit être définie et à l'expiration de sa vie, il devrait être repoussé pour une nouvelle utilisation.
La durée de vie de l'outil peut être définie de différentes manières:
(i) Le temps écoulé entre deux broyages successifs.
(ii) La période pendant laquelle un outil coupe de manière satisfaisante.
(iii) Le temps total accumulé avant la défaillance de l'outil.
La durée de vie de l'outil est exprimée en minutes.
La relation entre la vitesse de coupe et la durée de vie de l'outil est donnée par l'équation de la durée de vie de Taylor:
VT n = C
Méthodes de mesure de la durée de vie des outils:
Les méthodes les plus couramment utilisées pour mesurer la durée de vie des outils sont les suivantes:
(i) Temps d'usinage:
Temps écoulé d'utilisation de la machine-outil.
(ii) Temps de coupe réel:
Le temps pendant lequel l'outil coupe réellement.
(iii) Une taille fixe de terrain d'usure sur la surface du flanc:
Sur les outils en carbure de tungstène et en céramique, où l'usure du cratère est pratiquement absente. La durée de vie de l'outil correspond à 0, 038 ou 0, 076 mm d'usure sur la surface du flanc pour la finition.
(iv) Volume de métal enlevé.
(v) Nombre de pièces usinées.
La durée de vie de l'outil entre le reconditionnement et le remplacement peut être définie de différentes manières, telles que:
(a) Temps de coupe réel jusqu'à l'échec.
(b) Volume de métal enlevé jusqu'à la rupture.
(c) Nombre de pièces produites jusqu'à la défaillance.
(d) Vitesse de coupe pendant un temps donné jusqu'à l'échec.
e) Longueur du travail usiné jusqu'à la rupture.
Espérance de vie de l'outil (équation de la vie de l'outil de Taylor):
En 1907, FW Taylor développa une relation entre la durée de vie de l'outil et la vitesse de coupe, la température, en maintenant l'avance constante. L'équation de Taylor pour l'espérance de vie de l'outil fournit une bonne approximation.
V C T n = C
Une forme plus générale de l'équation tenant compte de la profondeur de coupe et du taux d'alimentation est
V c T n D x F y = C
Où, K C = vitesse de coupe (m / min)
T = durée de vie de l'outil (min)
D = Profondeur de coupe (mm)
F = vitesse d'avance (mm / tour)
x, y = exposants, déterminés expérimentalement pour chaque condition de découpage.
n = exposant, cela dépend des matériaux utilisés.
Valeur de n = 0, 1 à 0, 2; pour outils HSS
0, 2 à 0, 4; pour outils carbure
0, 4 à 0, 6; pour les outils en céramique
C = Constante d'usinage, trouvée par expérimentation ou par un livre de données publié. Cela dépend des propriétés du matériau de l'outil, de la pièce et du taux d'avance.
Observations de l'équation de vie de l'outil:
je. La durée de vie de l'outil diminue avec l'augmentation de la vitesse de coupe.
ii. La durée de vie de l'outil dépend également dans une large mesure de la profondeur de coupe (D) et de la vitesse d'avance (F).
iii. La diminution de la durée de vie de l'outil avec l'augmentation de la vitesse est deux fois plus importante (exponentiellement) que la diminution de la durée de vie avec l'augmentation de l'avance.
iv. La plus grande variation de la durée de vie des outils réside dans la vitesse de coupe et la température de l'outil, qui est étroitement liée à la vitesse de coupe.
Tracés de durée de vie des outils (courbes):
Les courbes de durée de vie de l'outil sont tracées entre la durée de vie de l'outil et divers paramètres de processus (tels que la vitesse de coupe, l'avance, la profondeur de coupe, le matériau de l'outil, la géométrie de l'outil, la dureté de la pièce et les fluides de coupe, etc.). Pour tracer ces courbes, nous avons utilisé des données expérimentales obtenues en effectuant des tests de coupe sur différents matériaux dans différentes conditions et avec différents paramètres de processus.
Les courbes de durée de vie des outils sont généralement tracées sur du papier graphique log-log. Ces courbes permettent de déterminer la valeur de l'exposant 'n'. L'exposant 'n' peut en effet devenir négatif à basse vitesse de coupe. La figure 9.22 (a) montre le tracé de la durée de vie de l'outil entre la durée de vie de l'outil et la vitesse de coupe pour divers matériaux de pièces ayant une dureté différente. Cela montre que lorsque la vitesse de coupe augmente, la durée de vie de l'outil diminue rapidement. Si vitesse de coupe par rapport à la durée de vie de l'outil, les courbes sont tracées sur un papier graphique log-log. Des lignes droites sont obtenues comme indiqué sur la figure 9.22. (b).
Les impuretés et les constituants durs du matériau de la pièce (tels que la rouille, les scories, le tartre, etc.) provoquent également une action abrasive qui réduit la durée de vie de l'outil.
Critères de durée de vie de l'outil (Critères d'évaluation de la défaillance d'un outil):
En raison de l'usure de l'outil, la force de coupe augmente et l'état de surface se détériore. Par conséquent, quand devrions-nous dire qu'un outil a échoué et qu'il devrait être repoussé. En d'autres termes, certains critères sont nécessaires pour juger de la défaillance de l'outil.
Un outil échoue lorsqu'il ne remplit plus correctement sa fonction. Cela peut avoir un sens différent selon les circonstances. Dans une opération d'ébauche, dans laquelle l'état de surface et la précision dimensionnelle importent peu, une défaillance de l'outil peut entraîner une augmentation excessive des efforts de coupe et des besoins en puissance.
Dans une opération de finition où la finition de surface et la précision dimensionnelle sont primordiales, une défaillance de l'outil signifie que les conditions spécifiées de finition de surface et de précision dimensionnelle ne peuvent plus être atteintes. Toutes ces défaillances sont essentiellement liées à l’usure de la face de dépouille de l’outil.
Voici quelques critères pour juger de la durée de vie ou de l’échec de l’outil:
(i) Échec complet.
(ii) défaillance du flanc ou du cratère.
(iii) échec de finition.
(iv) Défaut de taille.
(v) défaillance de la force de coupe.
(i) Échec complet:
Selon ce critère, la coupe avec l'outil est poursuivie jusqu'à ce qu'elle soit capable de couper. Donc, lorsque l'outil ne parvient pas à couper, alors seulement il devrait être repoussé. Ce critère n’est pas utilisé dans la pratique en raison de ses inconvénients évidents.
(ii) défaillance du flanc ou du cratère:
Selon ce critère, lorsque l'usure du flanc atteint une certaine hauteur, la coupe avec l'outil est interrompue et le meulage est effectué. Dites, par exemple, que la hauteur d'usure du flanc h est égale à 0, 3 mm que l'outil est défaillant. Le tableau 9.11 donne certaines valeurs courantes recommandées pour l'usure des terrains. (un B).
En raison de l'usure du flanc, la profondeur de coupe réelle diminue de AC à BC, comme illustré à la Fig. 9.23. La pièce à usiner devient effilée si la coupe continue. C'est le critère le plus habituel suivi dans la pratique. L'usure des flancs est mesurée à l'aide d'un microscope.
En outre, il est important de noter que l'usure des flancs n'est pas uniforme le long du tranchant actif. Il est donc nécessaire de spécifier les emplacements et le degré d'usure, lors de la détermination du critère de durée de vie de l'outil, avant le réaffûtage.
(iii) Échec de finition:
Selon ce critère, lorsque la rugosité de surface atteint une valeur élevée spécifiée, la coupe avec l'outil est arrêtée et le meulage est effectué. Supposons que, dans certaines conditions de coupe, la rugosité de la surface atteigne 0, 7 micron. Au fur et à mesure du découpage, l'usure des flancs se développe et le tranchant devient rugueux et irrégulier, de sorte que la rugosité de la surface augmente progressivement, comme le montre la figure 9.24. Disons que 1, 3 microns, par exemple, sont conservés comme critère.
La rugosité de la surface est mesurée en continu sur toute sa longueur. Lorsque la rugosité atteint la valeur spécifiée, la coupe est interrompue. Par exemple, cette valeur spécifiée maximale de rugosité de surface peut se produire sur la 10 ème pièce, de sorte que les pièces 11 et suivantes ne seront pas usinées avec le même outil, sans affûtage.
Ce critère devient particulièrement important lorsque des objets bien ajustés sont usinés. En raison de surfaces rugueuses et inégales, il est possible que le montage ne soit pas correct.
(iv) Défaut de taille:
Selon ce critère, un outil sera considéré comme ayant échoué s'il y a un écart de la taille d'un composant fini produit par rapport à sa valeur spécifiée.
(v) défaillance de la force de coupe:
Selon ce critère, un outil sera considéré comme défaillant si la force de coupe augmente d’une certaine quantité spécifiée. Ceci est dû à l'usure du flanc. L'usure des flancs augmente la zone de contact entre la pièce et l'outil, entraînant une augmentation de la force de coupe. Fig. 9.25. montre qu'une augmentation de la force de coupe avec le développement à l'usure des flancs.
Facteurs influant sur la durée de vie de l'outil:
Les facteurs suivants jouent un rôle important dans la vie de l’outil:
(i) vitesse de coupe.
(ii) Taux d'alimentation et profondeur de coupe.
(iii) dureté de la pièce.
(iv) Microstructure de la pièce.
(v) Matériel d'outil.
(vi) Géométrie de l'outil.
(vii) Type de fluide de coupe et méthode d'application.
viii) Nature de la coupe.
(ix) Taille des grains de la pièce.
(x) Rigidité du système machine-outil à pièce.
i) vitesse de coupe:
FW Taylor a mené de nombreuses expériences dans le domaine de la coupe du métal. En 1907, il donna la relation suivante entre la durée de vie de l'outil et la vitesse de coupe, connue sous le nom de Taylor's Tool Life Equation.
V C T n = C
où, V = vitesse de coupe (m / min)
T = Durée de vie de l'outil (min) C = Constante ou constante d'usinage
n = indice de durée de vie de l'outil. Cela dépend de la combinaison de l'outil et du matériau de travail et des conditions de coupe.
Si T = 1 min
alors C = V c
Ainsi, la constante C peut être interprétée physiquement comme la vitesse de coupe pour laquelle la durée de vie de l'outil est égale à une minute. L'équation de durée de vie de l'outil peut être représentée sur du papier journal; il devient une ligne droite, comme le montre la figure 9.26.
Il est clair que la vitesse de coupe a l'effet le plus élevé sur la durée de vie de l'outil, suivie de l'avance et de la profondeur de coupe, respectivement. À mesure que la vitesse de coupe augmente, la température de coupe augmente et la durée de vie de l'outil diminue.
ii) Taux d'alimentation et profondeur de coupe:
Selon l'équation de la durée de vie de Taylor, la durée de vie de l'outil diminue lorsque la vitesse d'avance augmente. En outre, le même cas pour la profondeur de coupe.
La relation suivante justifie la déclaration ci-dessus:
(iii) dureté de la pièce à usiner:
À mesure que la dureté augmente, la vitesse admissible diminue pour une durée de vie donnée de l'outil. Par exemple, la durée de vie de l'outil est de 50 minutes pour la coupe de matériaux moins durs. Désormais, si un matériau plus dur doit être coupé, alors pour maintenir la durée de vie de l'outil à 50 minutes, la vitesse de coupe doit être réduite proportionnellement.
La déclaration ci-dessus est justifiée par l'équation suivante donnée par Yanitsky:
où,
H b = dureté Brinel nombre de matériau de travail
Ψ = réduction en pourcentage
V = Vitesse de coupe admissible pour une durée de vie donnée
(iv) Microstructure de la pièce à usiner:
Comme la structure devient de plus en plus perlite, la durée de vie de l'outil diminue à chaque augmentation de la vitesse de coupe, comme illustré à la Fig. 9.27.
(v) Matériau de l'outil:
Les principales exigences des matériaux d’outil de coupe sont: la dureté à chaud, la résistance aux chocs et la résistance à l’usure. Pour une meilleure durée de vie de l'outil, le matériau doit avoir les propriétés ci-dessus. La Fig. 9.26 montre la variation de la durée de vie de l'outil par rapport aux vitesses de coupe pour différents matériaux. C'est très clair d'après la figure; quelle que soit la vitesse de coupe, la durée de vie de l'outil est maximale pour les outils en céramique et minimale pour les outils en acier rapide. Ainsi, en utilisant un outil en céramique, un volume maximum de matériau peut être retiré à n'importe quelle vitesse de coupe pour une durée de vie spécifique de l'outil.
Un outil idéal aura n = 1 (indice de durée de vie de Taylor). Cela signifie un outil idéal à toutes les vitesses de coupe et supprime un volume maximal de matériau de travail.
Certains matériaux d’outils avec leurs propriétés sont les suivants:
je. Charbons Carbone:
Très sensible à la température.
Ils perdent rapidement leur dureté à basse température.
Convient uniquement pour la coupe à faible vitesse et pour l'usinage de métaux non ferreux tendres.
ii. HSS:
Ils ne sont affectés qu'au-dessus de 600 ° C et commencent à perdre leur dureté.
HSS a de bonnes performances en dessous de 600 ° C.
Au-dessus de 600 ° C, tendance à former du BUE
iii. Carbure Cémenté:
Bonne performance jusqu'à 1200 ° C.
Peut être utilisé à des vitesses de coupe beaucoup plus élevées que HSS
iv. Oxydes frittés ou céramiques:
Peut être utilisé à des vitesses de coupe de 2 et 3 fois supérieures à celles des carbures.
(vi) Géométrie de l'outil:
La géométrie de l'outil affecte grandement la durée de vie de l'outil. Nous discuterons de l’effet de tous les paramètres de l’outil sur la durée de vie de l’outil dans les pages suivantes:
(a) Angle de coupe arrière.
(b) Principal tranchant.
(c) Angle de dégagement.
(d) Rayon de nez.
(a) Angle de coupe arrière:
Plus l'angle de coupe est grand, plus l'angle de coupe est grand, plus l'angle de cisaillement est grand, ce qui réduit la force et la puissance de coupe et, par conséquent, moins de chaleur générée lors de la coupe, une température de coupe réduite, une durée de vie plus longue.
D'autre part, l'augmentation de l'angle de coupe donne un tranchant mécaniquement faible, l'outil de coupe positif subit une contrainte de cisaillement et la pointe risque d'être cisaillée.
La coupe négative augmente la force et la puissance de coupe, donc plus de chaleur et de température générées réduisent la durée de vie de l'outil.
Par conséquent, il y a une valeur optimale du râteau arrière qui dépend du matériau de l'outil et du matériau de travail. Il varie de -5 ° à + 15 °. Une valeur optimale de l'angle de coupe est d'environ 14 °, ce qui donne une durée de vie maximale de l'outil.
La figure 9.28 montre le processus de coupe utilisant des outils de coupe positifs et négatifs. L'outil de coupe positif subit une contrainte de cisaillement et la pointe risque d'être cisaillée. Considérant que l'outil avec le râteau négatif subit un stress compressif. Les outils en carbure et en céramique sont généralement soumis à un râteau négatif car ils ont un faible cisaillement et sont bons en compression.
(b) Principal tranchant:
La figure 9.29 illustre deux agencements différents des principaux angles d'arête de coupe. Fig. 9.29 (a), le contact part progressivement d'un point éloigné de la pointe. Par conséquent, l'outil subit la force de coupe progressivement et sur une plus grande surface. Par conséquent, l'outil est plus sûr et la durée de vie de l'outil est supérieure à celle de la Fig. 9.29 (b) dans laquelle l'angle du tranchant principal est de 90 °.
c) angle de dégagement:
Une augmentation de l'angle de dépouille réduit considérablement l'usure des flancs et augmente la durée de vie de l'outil. Mais l’arête de coupe s’affaiblit à mesure que l’angle de dépouille augmente. Par conséquent, une valeur optimale est requise. Le meilleur compromis est de 5 ° (avec les outils en carbure) à 8 ° (avec les outils HSS) pour les matériaux de travail courants.
d) Rayon du nez:
Le rayon du nez améliore la durée de vie de l'outil et la finition de la surface.
Une relation entre la vitesse de coupe, la durée de vie de l'outil et le rayon du nez est donnée ci-dessous:
VT 0, 09 = 300R 0, 25
Où, R = Rayon de nez (pour acier HSS coupant l’acier SAE-2346)
T = durée de vie de l'outil (min)
V = vitesse de coupe (m / min)
je. Il existe une valeur optimale du rayon du nez pour laquelle la durée de vie de l'outil est maximale.
ii. Si le rayon dépasse la valeur optimale, la durée de vie de l'outil diminue.
iii. Un plus grand rayon signifie une plus grande surface de contact entre l'outil et la pièce. En raison de la génération d'une plus grande chaleur de friction, il en résulte une force de coupe accrue. En raison du fait que la pièce peut commencer à vibrer et donc, si la rigidité n’est pas très élevée, les outils cassants (carbures et céramique) risquent de céder du fait de l’écaillement du tranchant.
(vii) Type de fluide de coupe et méthode d'application:
L'application d'un fluide de coupe approprié augmente évidemment la durée de vie de l'outil ou, en d'autres termes, pour une même durée de vie, la vitesse de coupe admissible augmente. La figure 9.30 montre l'effet du fluide de coupe sur la durée de vie de l'outil pour différents matériaux. La durée de vie de l'outil augmente même de 150% à certaines vitesses. Tous les types de fluides de coupe n'ont pas le même effet, certains plus, d'autres moins.
viii) Nature de la coupe:
Si la coupe est intermittente, l'outil supporte une charge d'impact, ce qui entraîne un risque d'échec rapide. En coupe continue et régulière, la durée de vie de l'outil est plus longue.
(ix) Taille de grain de la pièce:
La durée de vie de l'outil augmente si la taille du grain augmente. Comme si la taille des grains augmente, le nombre moyen de grains par surface carrée diminue et donc la dureté diminue, ce qui augmente la durée de vie de l'outil.
x) Rigidité du système pièce-machine-outil:
Plus la rigidité du système est élevée, plus la durée de vie de l'outil est élevée. Plus la rigidité du système est basse, plus le risque de défaillance de l'outil, par les vibrations de l'outil ou de la pièce, est élevé. La rigidité est l'exigence primordiale en cas de coupe intermittente, en particulier lorsque des outils fragiles sont utilisés.
