Quantificazione del controllo e valutazione dell'usura e della vita utile degli utensili
La richiesta di maggiore resistenza, precisione e riduzione del peso ha comportato una maggiore necessità di pezzi (materiali) difficili da tagliare, come leghe di metallo duro, materiali fragili e duri e acciai da bonifica.
Tuttavia, questi materiali sottopongono l'utensile da taglio a sollecitazioni estreme, che ne accelerano l'usura e lo sgretolamento.
Il microscopio 4K di KEYENCE migliora notevolmente l'efficienza di misurazione degli utensili da taglio e facilita la gestione e la valutazione degli utensili.
- Nuovi materiali ed evoluzione degli utensili da taglio
- Importanza del controllo dell'usura degli utensili
- Gestione dell'usura e della vita utile degli utensili
- Esempi di utilizzo di microscopi per semplificare la misurazione e l'ispezione dell'usura degli utensili
- Osservazione e misurazione completamente a fuoco di strumenti e prodotti
- Osservazione e misurazione non influenzate dalle superfici lucide
- Osservazione 2D/3D e misure di usura ed erosione con un unico strumento
- Osservazione e misura di un utensile diamantato (utensile PCD)
- Gestione della vita dell'utensile attraverso l'osservazione a lungo termine
- Soluzioni più recenti per la misurazione e il controllo degli utensili da taglio
Nuovi materiali ed evoluzione degli utensili da taglio
Insieme alla ricerca di tecnologie per ridurre il peso e migliorare la sicurezza e le prestazioni, in molti settori manifatturieri, in particolare quello automobilistico e aerospaziale, è cresciuta rapidamente la necessità di tagliare e lavorare materiali difficili da tagliare come leghe di titanio e CFRP*. Oltre al taglio di materiali difficili da tagliare, sono aumentati i processi che mettono a dura prova gli utensili e richiedono comunque un'elevata affidabilità. Questi processi includono lavorazioni ad alta velocità, per migliorare la produttività, ed il taglio continuo senza operatore eseguito per lunghi periodi di tempo. Nell'industria dei semiconduttori sono emerse anche tecnologie di taglio ultra precise, dell'ordine dei micron, insieme alla necessità di microlavorazioni.
Per soddisfare questi requisiti, sono stati sviluppati utensili monouso con lame sostituibili per punte, trapani e frese a candela. Su questi utensili, sulle lame possono essere montate punte in leghe di metallo duro*, PCD* o CBN* per lavorare materiali difficili da tagliare. Questi tipi di strumenti sono utilizzati in un'ampia varietà di industrie perché, in caso di usura della lama, è sufficiente sostituire la punta, riducendo i tempi e i costi di manutenzione.
CFRP: un abbreviazione per la plastica rinforzata con fibra di carbonio o polimero rinforzato con fibra di carbonio. È un materiale composito che combina fibre di carbonio e resina. Questo materiale è meno denso, più leggero e più resistente del ferro e dell'alluminio. A differenza dei metalli, il CFRP ha un'elevata elasticità e un'eccellente resistenza nella direzione delle fibre.
Lega di Carburo di Tungsteno (lega WC-Co): Generalmente chiamato metallo duro. È un materiale composito, in cui i carburi, metalli dei gruppi IVa, Va e VIa nella tavola periodica, sono sinterizzati con metalli ferrosi, come Fe, Co e Ni. Questo materiale ha eccellenti proprietà meccaniche: durezza a basse e alte temperature (HRA da 80 a 94), resistenza (resistenza alla frattura trasversale: circa 2 GPa min.) e modulo di Young (circa 3 volte quello del ferro).
PCD: Abbreviazione di diamante policristallino. È un diamante sintetico, prodotto dalla sinterizzazione di microcristalli diamantati con polveri metalliche e ceramiche ad alta temperatura e alta pressione. Mentre i diamanti naturali sono cristalli singoli, i diamanti contenuti in PCD sono policristallini e hanno un'eccellente conduttività termica e durezza.
CBN: Abbreviazione di nitruro di boro cubico. È un composito, costituito da boro e azoto e non esiste in natura. È il secondo materiale più duro dopo il diamante. In termini di resistenza al calore, il PCD inizia ad ossidarsi a circa 700°C mentre il CBN si ossida a circa 1300°C, rendendolo molto più adatto alla lavorazione ad alte temperature.
Importanza del controllo dell'usura degli utensili
Otre alla diminuzione della precisione e della velocità di lavorazione, una lama usurata o sbriciolata può causare deformazioni e rotture del pezzo, a causa dell'aumento del calore generato. Una lama usurata o sbriciolata causa anche malfunzionamenti della macchina di lavorazione. Di conseguenza, l'osservazione delle lame per valutarne le condizioni aiuta a preservare le prestazioni del processo di taglio.
Ad esempio, le punte usa e getta, come le lame per utensili PCD e CBN, che eccellono nel taglio di materiali difficili, hanno una faccia di taglio, per stendere i trucioli e una faccia di tiraggio, che impedisce alla punta di entrare in contatto con la superficie di taglio, e la precisione degli angoli di queste facce influenza direttamente l'accuratezza della lavorazione. Se si continua a utilizzare una punta con usura del cratere o della parete laterale, la precisione di taglio potrebbe diminuire, con conseguente produzione di prodotti difettosi.
Il controllo regolare e la gestione ottimale dell'usura degli utensili riducono così le perdite di materiale e la manutenzione preventiva degli utensili da taglio. Il funzionamento stabile degli utensili da taglio garantisce un aumento della resa e della produttività, assicurando a sua volta una diminuzione dei costi.
Gestione dell'usura e della vita utile degli utensili
La durata dell'utensile varia a seconda delle condizioni di taglio, ad esempio il materiale della parte, il processo di lavorazione, la velocità di lavorazione e la velocità di rotazione. Ad esempio, l'impostazione di una velocità di rotazione più elevata per aumentare la velocità di avvicinamento della punta dell'utensile ha l'effetto di aumentare non solo la velocità di lavorazione ma anche il carico esercitato sulla lama, con conseguente maggiore usura. Al contrario, l'impostazione di una velocità di rotazione inferiore per ridurre la velocità di avvicinamento della punta dell'utensile ha l'effetto di prolungare la vita della lama ma di rallentare la lavorazione.
Il taglio deve essere effettuato in condizioni ottimali, in un perfetto equilibrio tra velocità di lavorazione e durata della lama. Osservare e misurare lo stato di usura degli utensili al microscopio aiuta a definire le condizioni di taglio ottimali, aumentando la durata dell'utensile e migliorando le prestazioni e la produttività.
Esempi di utilizzo di microscopi per semplificare la misurazione e l'ispezione dell'usura degli utensili
L'usura degli utensili è più comunemente quantificata attraverso misurazioni 2D, 3D e radiali.
Osservazione e misurazione completamente a fuoco di strumenti e prodotti
Le lame degli utensili hanno una forma 3D con più rientranze. Su tali forme, l'osservazione e la misurazione vengono eseguite dalla sezione più vicina alla sezione più lontana per rilevare eventuali usura e difetti della lama e verificare le condizioni della superficie di taglio. Durante questo controllo, se viene messa a fuoco solo una parte del target, è necessario regolare nuovamente la messa a fuoco per ciascuna posizione di osservazione, il che richiede molto tempo.
Il microscopio digitale 4K Serie VHX è dotato di una funzione di composizione della profondità in tempo reale che compone immediatamente più posizioni di messa a fuoco per consentire di visualizzare completamente a fuoco anche un target con superfici irregolari. Inoltre, il meccanismo eucentrico consente l'osservazione da tutte le direzioni, senza spostare l'asse centrale, consentendo così di visualizzare la stessa sezione dalla stessa posizione anche per campioni diversi. Questo riduce il tempo necessario per la misurazione e consente anche un facile confronto dei campioni.
Sinistra: immagine normale, Destra: real-time depth composition
Osservazione e misurazione non influenzate dalle superfici lucide
Gli utensili sono realizzati in metalli lucidi e le superfici delle loro punte di taglio sono particolarmente lucide. Queste superfici generano un intenso riflesso della luce, formando riflessi che ostacolano l'osservazione e la misurazione.
Per contrastare questa riflesso, il microscopio digitale 4K Serie VHX incorpora una funzione di eliminazione della riflessione della luce, una funzione di rimozione dell'abbagliamento, una funzione di rimozione del riflesso dell'anello e una funzione HDR che consente l'imaging con miglioramento delle visione della morfologia superficiale.
La funzione di rimozione dell'alone rimuove qualsiasi riflesso simile ad un anello dalla superficie del campione. L'acquisizione di più immagini illuminando il campione da direzioni diverse evita la sovraesposizione.
Inoltre, la funzione HDR (High Dynamic Range) acquisisce più immagini con velocità dell'otturatore variabili per ottenere un'immagine con un'elevata gradazione cromatica. Ciò consente l'osservazione a livelli di accuratezza e contrasto precedentemente irraggiungibili.
Grazie a queste funzioni, l'imaging nitido con luce riflessa ridotta rende l'osservazione e la misurazione di superfici metalliche estremamente semplici.
Abilita l'imaging senza abbagliamento
la texture della superficie metallica
Osservazione 2D/3D e misure di usura ed erosione con un unico strumento
Le frese e le punte di perforazione hanno più rientranze e l'nalisi del loro sgretolamento richiede misurazioni 2D e 3D. In generale, l'usura e lo sgretolamento delle punte usa e devono essere misurate utilizzando immagini 3D.
Oltre alla misurazione 2D, il microscopio digitale 4K Serie VHX è in grado di eseguire misurazioni 3D. Queste consentono l'osservazione con immagini 3D accurate, consentendo di ottenere risultati di misurazione più affidabili. La serie VHX è inoltre dotata della tecnologia Auto Adjust (regolazione automatica), che semplifica la composizione in profondità da qualsiasi angolazione. Lo spostamento dei bordi e la sfocatura dovuti alle vibrazioni durante l'acquisizione dell'immagine vengono corretti automaticamente e viene creata un'immagine completamente nitida. Inoltre, la composizione può includere immagini catturate da diverse angolazioni.
di una punta di trapano
Osservazione e misura di un utensile diamantato (utensile PCD)
Gli utensili diamantati (utensili PCD) sono adatti per la lavorazione e la finitura lucidata a specchio di leghe di metallo duro e per la lavorazione di plastiche rinforzate con fibre (FRP) e plastiche rinforzate con fibre di carbonio (CFRP). Presentano inoltre un'elevata resistenza all'usura e hanno una vita utile più lunga rispetto agli utensili in lega di metallo duro tradizionali. Se però la lama raggiunge una temperatura di circa 700° C, gli atomi di carbonio dei diamanti vengono assorbiti (ossidati) dal ferro, causando una forte usura del PCD.
È possibile eseguire una misurazione del profilo utilizzando la funzione di composizione 3D del microscopio digitale 4K Serie VHX. Questa funzione consente di analizzare la superficie dell'utensile in PCD e misurare non solo scheggiature ma anche l'usura degli utensili in unità dell'ordine di un micron.
Gestione della vita dell'utensile attraverso l'osservazione a lungo termine
Una corretta gestione della durata dell'utensile è essenziale per garantire una produzione stabileIn alcuni casi è anche necessario rivedere le condizioni di taglio. Le punte degli utensili da taglio devono essere gestite con precisione in unità di micrometri ed è anche importante distinguere tra difetti dovuti ad usura e trucioli aderiti o particelle estranee.
Il microscopio digitale 4K Serie VHX permette un ingrandimento da 0,1x a 6000x, per osservare le più piccole crepe e difetti. Oltre a questi ingrandimenti elevati, la serie VHX consente l'imaging 4K ad alta definizione. Questa funzione di imaging consente di ottenere differenziazioni convenzionalmente impensabili, come la distinzione tra usura e adesione di corpi estranei.
L'osservazione a lungo termine delle condizioni delle punte degli strumenti dai dati acquisiti aiuta a comprendere la progressione dell'usura e i meccanismi di formazione di difetti come le crepe. È possibile dedurre le condizioni di taglio ottimali per prolungare la vita degli utensili e prevenire la fabbricazione di prodotti difettosi.
- Sinistra: basso ingrandimento
- Deastra: alto ingrandimento
Soluzioni più recenti per la misurazione e il controllo degli utensili da taglio
La serie VHX è un ottimo strumento, che risolve molti problemi di misurazione e controllo migliorando al contempo la produttività. Lo fa grazie alla sua nitidezza che può essere raggiunta solo con immagini 4K ad alta risoluzione, all'acquisizione di dati numerici ad alta precisione attraverso misurazioni precise e al salvataggio e all'utilizzo dei dati.
La serie VHX è dotata di funzionalità che semplificano notevolmente la visualizzazione degli strumenti, tra cui una funzione di composizione della profondità dal vivo, in grado di catturare un'immagine nitida in qualsiasi punto, dal più vicino al più lontano, anche su bersagli con più rientranze, un meccanismo eucentrico, che mantiene il bersaglio al centro del campo visivo, anche in caso di inclinazione o rotazione del giradischi, e funzione di soppressione delle riflessioni che ne ostacolano l'osservazione. Inoltre, integra molte altre funzioni per soddisfare i requisiti di velocità e precisione in loco, come la modalità accento ombra e illuminazione multipla, che evidenziano i minimi dettagli di superfici irregolari e la riproduzione automatica dei parametri selezionando i dati registrati.
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