Ocena ilościowa kontroli i ocena zużycia oraz żywotności narzędzi
Zapotrzebowanie na większą wytrzymałość, dokładność i redukcję masy spowodowało wzrost zapotrzebowania na trudne do cięcia elementy (materiały), takie jak stopy węglików spiekanych, twarde materiały kruche i stale hartowane.
Trudne do cięcia materiały stanowią duże obciążenie dla narzędzi skrawających, dlatego należy zachować szczególną ostrożność ze względu na zużycie lub wyszczerbienie ostrzy.
Mikroskop 4K firmy KEYENCE znacząco poprawia skuteczność pomiarową narzędzi skrawających i ułatwia zarządzanie nimi oraz ich ocenę.
- Nowe materiały i ewolucja narzędzi skrawających
- Znaczenie kontroli zużycia narzędzi
- Zarządzanie zużyciem oraz żywotnością narzędzi
- Najnowsze przykłady wykorzystania mikroskopów do usprawnienia pomiarów i kontroli zużycia narzędzi
- W pełni ukierunkowana obserwacja i pomiar narzędzi i produktów
- Obserwacje i pomiary niezakłócone przez błyszczące powierzchnie
- Obserwacje i pomiary 2D/3D zużycia i wykruszania za pomocą jednego urządzenia
- Obserwacja i pomiary narzędzia diamentowego (narzędzia PCD)
- Zarządzanie żywotnością narzędzi poprzez długotrwałą obserwację
- Najnowsze rozwiązania do pomiaru i kontroli narzędzi skrawających
Nowe materiały i ewolucja narzędzi skrawających
Wraz z badaniami i rozwojem technologii mających na celu zmniejszenie masy, poprawę bezpieczeństwa i osiągów oraz praktycznym zastosowaniem tych technologii, gwałtownie rośnie potrzeba skrawania trudnych materiałów, takich jak stopy tytanu i CFRP* z wysoką dokładnością, szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym. Oprócz cięcia trudno skrawalnych materiałów coraz częściej pojawiają się procesy, które bardzo obciążają narzędzia, a mimo to wymagają wysokiej niezawodności. Jednym z przykładów takich procesów jest skrawanie z dużą prędkością w celu poprawy wydajności produkcji oraz bezobsługowe skrawanie ciągłe prowadzone w długich okresach. W branży półprzewodników wraz z koniecznością mikroobróbki pojawiły się również technologie precyzyjnego skrawania na poziomie kilku mikrometrów.
Aby sprostać tym wymaganiom, opracowano narzędzia z wymiennymi ostrzami do frezów i wierteł. Na ostrzach takich narzędzi można montować końcówki ze stopów węglików*, PCD* lub CBN* do obróbki materiałów trudno skrawalnych. Tego typu narzędzia są stosowane w wielu branżach, ponieważ wystarczy wymienić końcówkę, gdy ostrze się zużyje, co skraca czas i zmniejsza koszty konserwacji.
CFRP: kompozyt zbrojony włóknem węglowym. Jest to materiał kompozytowy zawierający włókna węglowe i żywicę. Materiał ten charakteryzuje się mniejszą gęstością, mniejszą masą i większą wytrzymałością niż żelazo i aluminium. W przeciwieństwie do metali, CFRP charakteryzuje się wysoką elastycznością i wytrzymałością w kierunku ułożenia włókien, co umożliwia projektowanie wytrzymałości w oparciu o współczynnik objętości włókien.
Stop węglików spiekanych (stop WC-Co): ogólnie nazywany twardym metalem. Jest to materiał kompozytowy, w którym węgliki metali z grupy IVa, Va i VIa w układzie okresowym są spiekane z metalami na bazie żelaza, takimi jak Fe, Co i Ni. Charakteryzuje się doskonałymi właściwościami mechanicznymi, takimi jak twardość nisko- i wysokotemperaturowa (HRA od 80 do 94), wytrzymałość (wytrzymałość na zerwanie poprzeczne: ok. 2 GPa lub więcej) i moduł Younga (ok. 3-krotnie wyższy niż żelaza).
PCD: diament polikrystaliczny. Jest to sztuczny minerał produkowany przez spiekanie mikrokryształów diamentu z proszkami metalowymi i ceramicznymi w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem. Podczas gdy naturalne diamenty są monokrystaliczne, diamenty zawarte w PCD są polikrystaliczne i mają doskonałą przewodność cieplną i twardość.
CBN: borazon. Jest to związek, który składa się z boru i azotu i nie występuje w przyrodzie. Jest to najtwardszy materiał obok diamentu. Jeśli chodzi o temperaturę odporności na ciepło, to PCD zaczyna się utleniać przy ok. 700°C, natomiast CBN przy ok. 1300°C, co oznacza, że CBN jest bardziej odpowiedni do obróbki w wysokich temperaturach.
Znaczenie kontroli zużycia narzędzi
Zużyte lub wyszczerbione ostrza narzędzi nie tylko wpływają na dokładność i szybkość obróbki, ale również powodują odkształcenia i pęknięcia obrabianych przedmiotów z powodu podwyższonej temperatury ostrza. Zużyte lub wyszczerbione ostrza narzędzi powodują także awarie maszyn skrawających. Dlatego też obserwacja stanu ostrzy wiąże się bezpośrednio z wydajnością procesu skrawania.
Przykładowo, jednorazowe końcówki — ostrza narzędzi PCD i CBN, które doskonale sprawdzają się w obróbce trudno skrawalnych materiałów — mają powierzchnię natarcia do usuwania wiórów oraz powierzchnię boczną, która zapobiega stykaniu się końcówki z powierzchnią skrawania, a dokładność kątów tych powierzchni ma bezpośredni wpływ na dokładność obróbki. Dalsze stosowanie końcówki wykazującej zużycie kraterowe lub boczne powoduje zmniejszenie dokładności cięcia, co prowadzi do usterek produktów.
Dlatego też regularna kontrola i optymalne zarządzanie zużyciem narzędzi pozwalają na zmniejszenie strat materiałowych i konserwację prognostyczną narzędzi skrawających. Takie zmniejszenie strat w znacznym stopniu przyczynia się do obniżenia kosztów dzięki lepszej wydajności oraz do zwiększenia produktywności dzięki stabilnej pracy narzędzi skrawających.
Zarządzanie zużyciem oraz żywotnością narzędzi
Żywotność narzędzi zmienia się w zależności od warunków skrawania, takich jak materiał obrabianych przedmiotów, metoda obróbki, prędkość obróbki i prędkość obrotowa. Na przykład, ustawienie wyższej prędkości obrotowej w celu zwiększenia posuwu wiertła zwiększa nie tylko prędkość obróbki, ale również obciążenie ostrza, co prowadzi do większego zużycia. I odwrotnie, ustawienie niższej prędkości obrotowej w celu zmniejszenia posuwu końcówki narzędzia zwiększa żywotność ostrza, ale spowalnia prędkość obróbki.
Skrawanie musi odbywać się w optymalnych warunkach, które równoważą prędkość obróbki i żywotność ostrza. Obserwacja i pomiar stanu zużycia narzędzi za pomocą mikroskopów w celu określenia optymalnych warunków skrawania może być jednym z efektywnych sposobów zwiększenia trwałości narzędzi oraz poprawy wydajności i efektywności produkcji.
Najnowsze przykłady wykorzystania mikroskopów do usprawnienia pomiarów i kontroli zużycia narzędzi
Dokładność można kontrolować bardziej precyzyjnie, mierząc kształty 2D i 3D narzędzi i określając zużycie ilościowe poprzez pomiar promienia.
W pełni ukierunkowana obserwacja i pomiar narzędzi i produktów
Ostrza narzędzi mają głębokie, trójwymiarowe kształty. Dzięki tym kształtom można sprawdzić zużycie i wady ostrza oraz stan powierzchni obróbki drogą obserwacji i pomiarów od najbliższych do najdalszych odcinków. Podczas tej kontroli, jeśli tylko część celu będzie ostro widoczna, należy ponownie ustawić ostrość dla każdej pozycji obserwacji, co jest czasochłonne.
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX jest wyposażony w funkcję kompozycji głębi w czasie rzeczywistym, która natychmiast komponuje wiele pozycji ogniskowania, aby umożliwić oglądanie nawet celów o nierównych powierzchniach w pełnej ostrości. Ponadto, wbudowany mechanizm eucentryczny umożliwia obserwację ze wszystkich kierunków, bez konieczności przesuwania osi centralnej, co pozwala na oglądanie tego samego przekroju z tej samej pozycji nawet w przypadku różnych próbek. Pozwala to nie tylko na skrócenie czasu pomiaru, ale również na łatwe porównanie próbek.
Po lewej: widok zwykły, po prawej: kompozycja głębi w czasie rzeczywistym
Obserwacje i pomiary niezakłócone przez błyszczące powierzchnie
Narzędzia wykonane są z polerowanych metali, a powierzchnie ich końcówek tnących są jeszcze bardziej błyszczące. Takie powierzchnie powodują silne odbicie światła, które generuje odblaski utrudniające obserwację i pomiary.
Jako zabezpieczenie przed odbiciami światła, mikroskop cyfrowy 4K serii VHX został wyposażony w funkcję usuwania blasku, funkcję usuwania odbicia pierścieniowego oraz funkcję HDR, która umożliwia obrazowanie z uwydatnieniem tekstur powierzchni.
Funkcja usuwania odbicia pierścieniowego usuwa odbicia w kształcie pierścieni na powierzchni docelowej. Wykonanie kilku zdjęć przy różnych kierunkach źródła światła zapobiega prześwietleniu obrazu.
Ponadto, funkcja HDR (High Dynamic Range) rejestruje wiele zdjęć przy różnych czasach otwarcia migawki, aby uzyskać obraz o wysokiej gradacji kolorów. Umożliwia to prowadzenie obserwacji na nieosiągalnych wcześniej poziomach dokładności i kontrastu.
Wyraźne obrazowanie z redukcją światła odbitego dzięki tym funkcjom znacznie ułatwia obserwację i pomiary powierzchni metalowych.
umożliwiają obrazowanie bez blasku
z zachowaniem lepszych tekstur powierzchni metalowych
Obserwacje i pomiary 2D/3D zużycia i wykruszania za pomocą jednego urządzenia
Frezy i końcówki wierteł mają głębokie kształty, a ich wyszczerbienia muszą być mierzone nie tylko w 2D, ale również w 3D. Ponadto, zużycie i wyszczerbienie jednorazowych końcówek musi być mierzone przy użyciu obrazów 3D.
Oprócz pomiarów 2D, mikroskop cyfrowy 4K serii VHX obsługuje również pomiary 3D. Pomiar w 3D umożliwia obserwację za pomocą dokładnych obrazów 3D, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie bardziej wiarygodnych wyników pomiarów. Seria VHX jest również wyposażona w technologię automatycznej regulacji, która umożliwia tworzenie kompozycji głębi nawet w przypadku fotografowania pod kątem. Przesunięcie krawędzi i drgania, które mogą wystąpić podczas rejestrowania obrazu, są automatycznie korygowane i tworzony jest kompleksowy, w pełni wyostrzony obraz. Ponadto, kompozycja może zawierać obrazy zarejestrowane pod kątem.
i profilu 3D końcówki wiertła
Obserwacja i pomiary narzędzia diamentowego (narzędzia PCD)
Narzędzia diamentowe (narzędzia PCD) nadają się do obróbki i wykańczania powierzchni stopów węglików spiekanych na lustrzany połysk oraz do obróbki tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem (FRP) i tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem węglowym (CFRP). W porównaniu z tradycyjnymi narzędziami ze stopów węglików spiekanych charakteryzują się one wysoką odpornością na ścieranie i długą żywotnością. Z drugiej strony, jeśli temperatura tarczy osiągnie około 700°C, atomy węgla diamentu zostaną zaabsorbowane (utlenione) przez żelazo, powodując poważne zużycie PCD.
Pomiar profilu można wykonać za pomocą funkcji kompozycji 3D mikroskopu cyfrowego 4K serii VHX. Funkcja ta umożliwia poznanie kształtu powierzchni narzędzia PCD oraz pomiar nie tylko wyszczerbienia, ale również zużycia w mikrometrach.
Zarządzanie żywotnością narzędzi poprzez długotrwałą obserwację
Zarządzanie żywotnością narzędzi jest niezbędne dla stabilnej produkcji. W niektórych przypadkach konieczne jest również sprawdzenie warunków skrawania. Końcówki narzędzi skrawających muszą być kontrolowane z dokładnością do jednostek mikrometrów, ważne jest również rozróżnienie pomiędzy zużyciem a przylegającymi wiórami lub cząstkami obcymi.
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX umożliwia powiększenia w zakresie od 0,1× do 6000×. Seria VHX umożliwia obserwowanie niewielkich pęknięć i wad. Oprócz tak dużych powiększeń, seria VHX umożliwia obrazowanie w wysokiej rozdzielczości 4K. Ta funkcja obrazowania umożliwia rozróżnienie, które do tej pory było niemożliwe, np. rozróżnienie pomiędzy zużyciem a przylegającymi ciałami obcymi.
Poprzez długotrwałą obserwację stanu końcówek narzędzi, na podstawie zebranych danych obserwacyjnych, można określić postęp zużycia i charakterystykę problemów, takich jak pęknięcia. W ten sposób można przedłużyć żywotność narzędzia, uzyskując optymalne warunki skrawania na podstawie wzorca problemu i zapobiec produkcji wadliwych wyrobów.
- Po lewej: małe powiększenie
- Po prawej: duże powiększenie
Najnowsze rozwiązania do pomiaru i kontroli narzędzi skrawających
Seria VHX jest potężnym narzędziem, które rozwiązuje problemy w pomiarach i kontroli oraz poprawia wydajność pracy. Dzieje się tak dzięki przejrzystości, którą można osiągnąć tylko na obrazach o wysokiej rozdzielczości 4K, pozyskiwaniu danych liczbowych o wysokiej dokładności drogą precyzyjnych pomiarów oraz zapisywaniu i wykorzystywaniu danych.
Seria VHX jest wyposażona w funkcje, które zdecydowanie ułatwiają obserwację narzędzi, w tym funkcję kompozycji głębi w czasie rzeczywistym pozwalającą uzyskać pełną ostrość dowolnego obszaru (na zbliżeniu lub z odległości) nawet w przypadku głębokich celów; mechanizm eucentryczny, który utrzymuje cel wyśrodkowany w polu widzenia, nawet jeśli stolik jest nachylony lub obrócony; oraz funkcję redukcji blasku od światła odbitego utrudniających obserwację. Ponadto udostępniono wiele innych funkcji, aby spełnić wymagania zakładów pracy w zakresie szybkości i dokładności. Należą do nich tryb efektu cienia optycznego i funkcje multioświetlenia, które pomagają wyraźnie oddać drobne szczegóły nierównych powierzchni, a także automatyczne odtwarzanie różnych ustawień poprzez wybór zapisanych danych.
Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat serii VHX, kliknij przycisk poniżej i pobierz katalog. W przypadku zapytań, kliknij poniżej przycisk umożliwiający kontakt z firmą KEYENCE.
