对更高强度、精度和减轻重量的需求导致对难切削工件的需求增加,如硬质合金、硬脆材料和淬火钢。

难以切割的材料给刀具带来了很大的负荷,因此必须特别注意刀具刀片的磨损或破损。

KEYENCE的4K数字显微镜,可以实现传统上难以进行的观察和测量,极大地提高了切削工具的测量效率,并方便了工具的管理和评估。

刀具磨损和使用寿命的量化控制和评估

新材料与切削工具的进化

由于对减轻重量和提高性能的零件的需求不断增加,对钛合金和CFRP等难切削材料的需求迅速增加,特别是在汽车和航空航天行业。除了切割困难的材料外,对模具施加更高负荷的工艺也在增加。此类过程的例子包括提高制造效率的高速切割和长时间进行的无人连续切割。在半导体产业中,随着微加工的必要性,也出现了几微米级的精密切割技术。

为了满足这些要求,已经为工具钻头、钻头和立铣刀开发了具有可更换刀片的一次性工具。对于一次性工具,由硬质合金*、PCD*或CBN*制成的刀尖可以安装在刀片上,以便加工难以切割的材料。这些类型的工具被广泛应用于各种领域,因为只有当刀片磨损时才需要更换尖端,从而减少了维护时间和成本。

CFRP:碳纤维增强聚合物的缩写。它是碳纤维和树脂的复合材料。这种材料的特点是密度低,重量轻,强度比铁和铝高。与金属不同,CFRP在纤维方向上具有很高的弹性和强度。

硬质合金(WC-Co合金):一般称为硬质金属。它是一种由元素周期表中的IVa、Va、VIa族金属碳化物与Fe、Co、Ni等铁基金属烧结而成的复合材料。它具有优异的力学性能,如低、高温硬度(HRA为80 ~ 94)、强度(横向断裂强度约为2gpa或更高)和杨氏模量(约为铁的3倍)。

PCD:聚晶金刚石的缩写。它是一种人造矿物,由金刚石微晶体与金属和陶瓷粉末在高温高压下烧结而成。天然钻石是单晶的,而PCD中含有的钻石是多晶的,具有优异的导热性和硬度。

立方氮化硼的缩写。它是一种由硼和氮组成的化合物,在自然界中不存在。它是仅次于钻石的最坚硬的材料。在耐热温度方面,PCD在700℃左右开始氧化,而CBN在1300℃左右开始氧化,这意味着CBN更适合在高温下加工。

刀具磨损检查的重要性

磨损或破损的刀片不仅影响加工的精度和速度,而且由于叶片温度的升高,还会引起工件的变形和断裂。刀具刀片磨损或破损也会导致加工机器故障。因此,观察叶片以了解其状态直接关系到切割过程的性能。

例如,一次性刀头- PCD和CBN刀具的刀片,擅长于加工难以切削的材料-有一个用于排出碎屑的耙面和一个用于防止刀头与切削面接触的侧面,这些表面角度的精度直接影响加工精度。如果你继续使用有凹坑磨损或侧面磨损的尖端,切割精度会下降,导致不良产品。欧宝官网开户

刀具磨损的定期检查和管理可以建立刀具预防性维护的时间表,降低成本,提高良率。

刀具磨损和使用寿命的管理

刀具的使用寿命因切削条件的不同而不同,如工件的材料、加工方法、加工速度、转速等。例如,设置更高的转速来增加刀头的进给量,不仅会增加加工速度,还会增加叶片上的负载,导致更大的磨损。相反,设置较低的转速以减少刀头的进给量,可以增加刀片的使用寿命,但会减慢加工速度。

切割必须在平衡加工速度和刀片使用寿命的最佳条件下进行。利用显微镜观察和量化刀具磨损是提高刀具寿命和生产效率的有效手段。

使用显微镜简化刀具磨损测量和检查的最新例子

模具磨损最常用的量化方法是二维、三维和径向测量。

对工具和产品进行完全集中的观察和测量欧宝官网开户

刀具刀片有很深的三维形状,需要对整个表面进行磨损检查。传统的显微镜只能聚焦目标的一部分,必须不断调整焦点才能观察整个表面。

VHX系列4K数码显微镜配备了深度合成功能,使整个目标成为焦点。优心设计可以从任何角度倾斜观测,而无需调整样品。倾斜角度可以锁定,以便在同一角度检查多个不同的样品,便于比较。

使用VHX系列4K数码显微镜进行自由角度观察
立铣刀表面观察
立铣刀表面观察
弹簧切割面观察
弹簧切割面观察
左:常规深度,右:实时深度合成
观察刀尖上的缺口
观察刀尖上的缺口

不受反射表面影响的观察和测量

工具由抛光金属制成,其切割尖端的表面具有很强的反光性。这样的表面会产生强烈的反射光,从而产生妨碍观察和测量的眩光。

VHX系列配备了眩光去除功能和HDR功能,可以在对比度小的高反射表面上获得高质量的图像。

环形反射去除功能去除目标表面上的环形反射,这在传统上是很难去除的。用不同的光源方向捕捉多个图像可以防止图像过度曝光。

此外,HDR(高动态范围)功能以不同的快门速度捕捉多个图像,以获得具有高颜色层次的图像。这使得观测能够达到以前无法达到的精度和对比度水平。

使用VHX系列4K数码显微镜观察钻头尖端
除眩光和环反射功能:实现无眩光成像
除眩光、除环反射功能:
无眩光成像
HDR功能:消除眩光,增强金属表面纹理成像
HDR功能:消除眩光
启用增强的金属表面纹理成像

观察和2D/3D磨损测量

立铣刀和钻尖有很深的形状,需要使用2D和3D测量来检查。

VHX系列支持2D和3D测量,只需点击几下。测量可以从任何角度进行,该系统甚至可以补偿振动,否则会产生模糊的图像。

使用VHX系列4K数字显微镜对刀具切屑和磨损进行观察以及2D和3D测量
观察磨片脱落
观察磨片脱落
观察有裂纹的轧机叶片
观察有裂纹的轧机叶片
一次性刀尖涂层磨损测量
一次性刀尖涂层磨损测量
钻头尖端的三维形状和轮廓测量示例
三维形状和的例子
钻头尖端的轮廓测量

金刚石工具的观察和测量

金刚石模具(PCD)最适合加工和精加工硬质合金,纤维增强塑料(FRPs)和碳纤维增强塑料(CFRPs)。与传统的硬质合金工具相比,它们还具有高耐磨性和长使用寿命。另一方面,如果叶片温度达到700°C左右,金刚石碳原子被铁吸收(氧化),对PCD造成严重磨损。

您可以使用VHX系列4K数字显微镜的3D组成功能进行轮廓测量。该功能使用户能够了解PCD工具的表面形状,不仅可以测量切屑,还可以测量微米级磨损。

使用VHX系列4K数码显微镜观察和测量金刚石工具
金刚石颗粒的轮廓测量
金刚石颗粒的轮廓测量
金刚石工具的表面形状观察
金刚石工具的表面形状观察

加工周期管理

对模具寿命的管理对于稳定的制造是必不可少的。在某些情况下,还需要审查切割条件。切削工具的尖端需要以微米为单位进行精确管理,区分磨损和粘附的碎屑或外来颗粒也很重要。

VHX系列4K数码显微镜提供从0x到6000x的放大倍数。使用VHX系列4K数码显微镜,可以观察到微小的裂纹和缺陷。此外,在高倍倍率下,用户可以区分真正的磨损与粘附在表面的外来颗粒。

通过对刀具状态的长期观察,用户可以了解刀具磨损的进展情况,从而得出最佳切削条件,从而延长刀具的使用寿命。

使用VHX系列4K数码显微镜观察裂纹
左:标准放大倍率右:高放大倍率
  1. 左:标准放大倍率
  2. 右:高倍放大

4K显微镜改变了刀具的测量和检查

VHX系列是解决常规测量和检查问题,提高工作效率的有力工具。

VHX系列配备多种功能,强烈支持观察和分析工装;包括一个自由角度的倾斜系统,从任何角度观察目标,眩光去除,以确保准确的检查,和深度组成,使整个目标可以进入焦点和检查。

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