2024/11/22 008｜探討銑刀的斷刀原因與如何預防

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探討銑刀的斷刀原因與如何預防

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一、銑刀斷裂的常見原因

立銑刀是精密工業中的常見消耗品，常常會因使用時間、方式和老化等原因而斷裂，也可能由於銑刀的剛性低而容易發生破損，但常見的主要原因是刀具本身的跳動或者刀柄引起的跳動所造成的斷裂原因，當然，也有其他耗損的可能性，因此，本文章將討論立銑刀斷裂的常見原因，包括以下幾點：

▶ 刀具材料與加工材質不匹配：
如果製作銑刀的材質強度不夠或採用不適合加工的材料，銑刀容易在加工過程中，受到過度磨損或破損。
▶ 進給速度過快或切削深度過大：
進給速度或切削深度設定過高，會使得銑刀承受過大的切削力，導致刀具疲勞或瞬間斷裂。
▶ 刀具裝夾不穩定：
如果銑刀沒有正確或牢固地安裝，可能會在加工時產生不穩定的振動，進而導致刀具崩刃或斷裂。
▶ 冷卻液不足或使用不當：
適當的冷卻液有助於降低切削溫度，減少刀具磨損，如果冷卻不充分或冷卻液選擇不當，會使銑刀過熱，導致材料脆化和斷裂。
▶ 切削屑排除不順暢：
如果切削屑沒有有效排除，可能會卡在加工區域，導致刀具阻力增大，進而加速磨損或引發斷裂。
▶ 機床剛性不足：
機床的剛性如果不夠，會容易導致加工過程中的振動過大，而這份振動將會這也會增加銑刀斷裂的風險。
▶ 過度磨損：
長時間的使用會使刀具磨損，當刀具磨損超過一定程度時，會降低其強度，容易發生斷裂，因此要長期減差與察覺，諸如預防立銑刀斷裂的措施包括選擇合適的刀具材質、優化加工參數、確保良好的刀具裝夾及冷卻等。

因此，為了防止破損，需要徹底控制跳動精度，但使用熱壓配合刀柄等保持精度高的刀柄是有效的。
 

二、銑刀斷裂的改善方式

立銑刀的斷裂可能會導致加工停滯、工件損壞以及生產成本的增加，為了減少立銑刀的斷裂，可以採取以下措施：

 1、選擇合適的刀具材料 
▶ 硬質合金（Carbide）：適合高速加工，硬度高，耐磨性強但脆性較大，因此在加工硬質材料或高精度要求下應特別注意切削參數，如採用高鋼性的立銑刀。
▶ 高速鋼（High-Speed Steel, HSS）：韌性較好適合中低速加工，能承受較大衝擊力但耐磨性較低，適合加工較軟的材料。

2、合理選擇切削參數
最簡單的措施是減少切割量，使其不易斷裂，這是有道理的，因為立銑刀上的負載會更小，即便使用擺線加工，實際切削深度也會較小，因此建議使用這種方法，或是以下方法－
▶ 降低切削速度（Cutting Speed）：過高的切削速度會增加刀具的熱負荷和磨損，容易導致刀具斷裂，根據加工材料和刀具的特性選擇合適的切削速度。
▶ 控制進給率（Feed Rate）：進給率過高會增加切削力，導致刀具承受過大的負荷，增加斷裂風險，應根據加工條件和刀具直徑適當調整進給率。
▶ 適當切削深度（Depth of Cut）：切削深度過大會增大刀具的切削力，增加斷裂風險，建議逐步增加切削深度，以避免一次性切除過多材料。

3、正確使用冷卻液
必要確保冷卻液正確塗抹到切割刃上，如此才能降低切削磨損－
▶ 冷卻與潤滑：充分使用冷卻液可降低切削過程中的溫度減少刀具熱應力，也能潤滑刀具和工件表面，減少磨損和切削力。
▶ 適當的冷卻方式：根據加工材料和條件選擇合適的冷卻方式，如油霧、切削液淋浴、或高壓冷卻，確保刀具持續冷卻。

4、選擇合適的刀具幾何形狀
▶ 刀具的前角和後角：合適的前角和後角設計可以減少切削阻力，降低切削力，使切削過程更穩定，從而減少斷裂風險。
▶ 適當的螺旋角（Helix Angle）：螺旋角過大或過小都可能增加刀具的負荷，應根據加工材料和要求選擇合適的螺旋角。

5. 定期檢查與維護
可以採取防止切屑堵塞的措施，用調整刀片的數目來解決切屑進入縫隙的問題或是加工的時候用吹氣方式來解決，尤其是越深的部分切屑越容易卡住，當然，也還有其他檢查與維護－

▶ 刀具磨損檢查：定期檢查刀具的磨損情況，當出現磨損或鈍化時應及時更換或修磨，磨損刀具更容易在加工過程中斷裂。
▶ 設備狀態檢查：確保機床的剛性和穩定性，檢查夾具的穩固性，避免在加工中因機床振動或工件移動而受力不均導致斷裂。
▶ 清理加工環境：去除加工時候所硬化的零件以及剩餘的刀片，如果遇到破碎的銑刀卡住之情況，請勢必要徹底清除碎片，讓環境回到更順暢的模式。
▶ 過程中保持彈性：可採用一邊觀察方式來加工，好比切削噪音變差，立銑刀的壽命不會很長，可以更換它或是改變加工方式和條件，邊加工邊檢查刀具在負載下的磨損狀況。

6. 正確的操作方式
▶ 避免突然的切削負荷變化：突然增加切削深度或改變進給方向，這樣會導致刀具突然承受過大的負荷，增加斷裂風險。
▶ 逐步進給：在進行深切或重切削時，可以分多次逐步進給，以減少每次切削時刀具承受的負荷。
▶ 減少毛邊的產生：毛刺無法完全消除但可以減少，可採用強螺旋角的立銑刀來增加鋒利度，也能提高圓周速度、降低進給量來減少切削深度以減少毛邊，此外，如果採用向上切削會產生毛邊，那麼可以試著用下切來降低毛邊的產生，諸如此類的變動與觀察，去變更加工細節的方式。

7. 使用適當的夾具與裝夾方式
▶ 穩固的刀具裝夾：確保刀具被牢固夾持，避免加工過程中因刀具位移或晃動導致的應力集中，減少斷裂風險。

8. 選擇高質量的刀具
▶ 優質刀具品牌：選擇有信譽的刀具品牌，這些刀具通常經過更嚴格的製造和檢測過程，質量更穩定，使用壽命更長。

通過採取上述措施，可以有效減少立銑刀在加工過程中的斷裂風險，提高加工效率和產品質量。

 

 

三、切削功率與相關數值

切削功率（Cutting Power）是指在切削過程中機床所需的功率，用來克服切削阻力並推動刀具切削材料，切削功率與機床的效率、切削參數、刀具材料和工件材料密切相關，是評估加工過程中能量消耗和設備負載的重要指標，在實際應用中，切削功率的計算需要考慮以下參數：

◼ 切削速度（Cutting Speed, vcv_cvc​）：工件表面與刀具之間的相對速度，通常以每分鐘米（m/min）表示。
◼ 進給率（Feed Rate, fff）：刀具每轉進給的距離，以毫米/轉（mm/rev）表示。
◼ 切削深度（Depth of Cut, apa_pap​）：刀具切入工件的深度，以毫米（mm）表示。
◼ 切削力（Cutting Force, FcF_cFc​）：切削過程中受到的阻力，一般依據材料的硬度、切削參數、幾何形狀等計算。

注意事項：

◼ 切削功率是理論計算的結果，實際操作中還需考慮機床的效率、切削環境、冷卻潤滑等因素。
◼ 計算切削功率時，確保切削參數選擇合理，以避免機床過載或刀具損壞。

總之，切削功率的計算有助於優化加工參數，提升加工效率，並確保機床運行的穩定性和安全性。
 

四、結論

當銑刀在加工過程中發生斷裂，不僅會降低生產效率，還可能增加生產成本，甚至損壞工件或機床，因此，了解並預防銑刀斷裂至關重要，通過合理選擇刀具材質、優化進給速度與切削深度、確保刀具裝夾穩定、充分使用冷卻液、以及有效清除切屑等方法，可以大大減少斷裂風險。

此外，定期檢查機床剛性和刀具的磨損情況，有助於在問題發生之前發現潛在風險，透過不斷改進加工工藝、定期維護機台和刀具，生產效率與產品質量將能顯著提升，並確保整個加工流程的順暢與安全。
 

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