ISO 8688-2:1989 フライス盤での工具寿命テスト—パート2:エンドミル加工 | ページ 5

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

7 工具の劣化と工具寿命の基準

7.1 はじめに

実際のワークショップの状況では、通常、ツールが目的のサイズまたは表面品質のワークピースを製造しなくなった時点で、ツールの寿命が決まります。工具がそれ以上切削できなくなる瞬間までの期間も、有効工具寿命と見なすことができます。ただし、工具が寿命に達したと考えられる原因は、切削条件などにより、その都度異なります。

試験結果の信頼性と比較可能性を高めるには、工具寿命基準の指定された値に到達するまでの工具の総切削時間として工具寿命を定義することが不可欠です。

信頼性が高く、さまざまなソースから生成されたテスト値と比較可能なテスト値を生成するために、7.3 に従ってツールの劣化現象を特定および分類し、それらを制限値とともに推奨する必要があります。これは、7.4 に従って有効な工具寿命を決定するために使用する必要があります。

刃先のどこで劣化が発生するかによって、異なる値を受け入れることができます。

ISO 8688 のこの部分では、工具の寿命を決定するために摩耗という形での工具の劣化を使用することを推奨しています。工具劣化の他のモードが有効な工具寿命の終わりを決定する可能性があるため、7.2 に示す定義では、亀裂、欠け、および変形が考慮されています。

それぞれの劣化は、切削条件によって様々に進行・発生します。複数の形態の劣化が測定可能になった場合は、それぞれを記録する必要があり、いずれかの劣化現象の限界に達したとき、工具の寿命が尽きたことになります。

工具の寿命を決定するために使用される工具の劣化の数値は、必要な試験材料の量と試験のコストを左右します。

制限値が高すぎると、結果を確立するためのコストがこれらの結果の価値を超える可能性があります。限界値が低すぎる場合、確立された結果は、試験条件下での劣化の進行の初期段階で決定される可能性があるため、信頼できない可能性があります。

この箇条には、多くの種類の工具劣化現象が挙げられています。それらのいくつかは、ISO 8688 のこの部分で推奨されているテスト条件下で、たまにしか発生しない場合があります。

7.2 定義

ISO 8688 のこの部分では、次の定義が適用されます。

7.2.1

工具の劣化

切削プロセスによって生じる工具の切削部分のすべての変化。

ツールの劣化には、ツールの摩耗とチッピングという 2 つの主要なクラスがあります。

7.2.1.1

工具の摩耗

切削中の工具材料の漸進的な損失に起因する、工具の切削部分の形状の元の形状からの変化。

7.2.1.2

脆性破壊(チッピング)

工具の切削部分に亀裂が発生し、その後、切削中に亀裂が発生して工具材料の小さな破片が失われること。

7.2.2

工具劣化対策

工具の劣化の度合いを数値で表した量。

例:

  • 逃げ面摩耗ランドの幅 VB 1 (7.3.1.1 を参照)

7.2.3

工具寿命基準

特定の工具劣化対策の所定の値または特定の現象の発生。

例:

  • 逃げ面摩耗ランドの幅 VB 1 = 0.3 mm (7.4.1 を参照)

7.2.4

工具寿命Tc

指定された工具寿命基準に到達するために必要な切削部品の総切削時間 (7.5 を参照)

7.3 工具の劣化現象

エンド ミル カッターとスロット ドリルの摩耗を図 8 に示します。

図 8 —エンド ミル カッターとスロット ドリルの摩耗

7.3.1

逃げ面摩耗 (VB)

切削中の工具側面からの工具材料の損失。その結果、側面の摩耗ランドが進行します。

7.3.1.1

均一な逃げ面摩耗 (VB 1)

通常は一定の幅であり、アクティブな切れ刃の全長に隣接する工具側面の部分に広がる摩耗ランド。アクティブ切れ刃の全長に隣接する AA フランク。

7.3.1.2

不均一な逃げ面摩耗 (VB 2)

不規則な幅を持ち、摩耗ランドと元の逃げ面の交差によって生成されるプロファイルが測定位置ごとに異なる摩耗ランド。

7.3.1.3

局所的な逃げ面摩耗 (VB 3)

フランクの特定の部分で発生する誇張された局所的な逃げ面摩耗。 (図 8 の位置 1, 2, または 3 を参照)

7.3.2

フェイスウェア(KT)

切削中に工具面から工具材料が徐々に失われる。

7.3.2.1

クレーター摩耗 (KT 1)

主切刃とほぼ平行に方向付けられ、主切刃からある程度離れた最大深さのクレーターの漸進的な発達。

7.3.2.2

階段状フェイスウェア(KT2)

工具面に垂直に測定された摩耗痕の最大深さが、摩耗痕と工具主側面との交点で発生する面摩耗の形態。

7.3.3

チッピング (CH)

エッジの一部が壊れるエッジの劣化。

7.3.3.1

均一チッピング (CH 1)

刃先に沿ってほぼ同じサイズの工具破片が失われ、逃げ面摩耗ランドの幅の均一性に大きな影響を与えます。

7.3.3.2

不均一チッピング (CH 2)

チッピングは主に、アクティブな切れ刃に沿った少数の位置での亀裂に関連して発生しますが、切れ刃ごとに一貫性はありません。

7.3.3.3

ローカライズされたチッピング (CH 3)

アクティブな切れ刃に沿った特定の位置で一貫して発生するチッピング。

7.3.4

フレーキング (FL)

工具表面からフレーク状の工具破片が失われる。この現象は、コーティングされたツールを使用する場合に最も頻繁に観察されますが、他のツール材料でも観察される場合があります。

7.3.5

クラック (CR)

工具材料の損失を直ちに引き起こさない切削工具材料の破壊。

7.3.5.1

コームクラック (CR 1)

工具面と工具フランクの両方に発生し、主切れ刃に対してほぼ垂直に方向付けられたクラック。

7.3.5.2

平行亀裂 (CR 2)

工具面または工具側面に発生し、主切れ刃とほぼ平行に向いているクラック。

7.3.5.3

不規則な亀裂 (CR 3)

ツールの面とツールの側面にときどき現れるクラックで、方向が不規則です。

7.3.6

壊滅的な障害 (CF)

急激な劣化から切削部の完全故障。

7.4 工具寿命の判定基準となる工具劣化現象

工具寿命を決定し、さまざまなテスト パラメータの影響を比較できるようにするには、切削部品の定義されたタイプの劣化を 1 つの基準として選択する必要があります。

工具寿命基準は、測定可能な任意のタイプの工具劣化の所定の数値であり得る。複数の形態の劣化が測定可能になった場合は、それぞれを記録する必要があり、いずれかの劣化現象の限界に達した場合、工具の寿命が尽きたことになります。

特定の一連の試験において有効な工具寿命の終了に最も寄与すると考えられる障害のタイプは、指定された工具寿命基準の 1 つを選択するためのガイドとして使用されるものとします。使用された基準のタイプと値が報告されるものとします。

7.4.1 推奨工具寿命基準

特定のタイプの工具摩耗の所定の数値として定義できる工具寿命基準が推奨されます。

逃げ面摩耗ランド (VB) の特定の幅は、最も一般的に使用される基準です。

次の工具寿命エンド ポイントを推奨します。

  • 均一な摩耗: すべての歯で平均 0.3 m
  • 局部摩耗: 個々の歯で最大 0.5 m

ノート

  • 1多くの場合、最大の局部的摩耗は、切削中に加工面に隣接する側面の位置で発生します。
  • 2表 1 に指定された範囲内での一次逃げ角 ∝ 01の変動は、逃げ面の摩耗ランドの幅に大きく影響する可能性があるため、最小限に抑える必要があります。

7.4.2 その他の工具寿命基準

推奨される基準がどれも当てはまらない場合は、次の基準のいずれかを使用して意味のあるデータを取得できる可能性があります。

  • 一定のフェース摩耗深さ (KT) が基準として使用されることがあります。
  • チッピング (CH) は、使用できる基準です。
  • チッピングが発生した場合、工具寿命の終点として 0.5 mm に等しい VB 3 値 (図 8 を参照) を使用して、局所的な摩耗として処理する必要があります。
  • 非常に重い形状のチッピング (CH) とフレーキング (FL) は、例外的に基準として使用できる形状です。

致命的な故障 (CF) は不注意で発生する可能性があるため、工具寿命の終点の主要な基準として使用しないでください。

小径 (通常 12 mm 未満) のカッターは、目詰まりやさまざまな種類の摩耗の増加により、摩耗測定を記録する前に破損することがあります。この種の劣化は、工具寿命の基準として推奨されません。

7.5 工具劣化の評価

試験計画 (9.2 を参照) によって決定された間隔で、適切な機器 (8.2 および 9.3.5 を参照) を使用した工具の摩耗および脆性劣化の測定値をデータシートに記録し、図にプロットする必要があります (10.4 および附属書 B を参照)

切削工具の表面に構成刃先 (BUE)、構成層 (BUL)、またはその他の被削材の破片の形跡がある場合は、そのような観察結果を報告する必要があります。そのような預金によって妨げられる。ツール表面から堆積物を機械的に除去する方法は推奨されませんが、ツールを損傷するリスクを最小限に抑えながら、「親指の爪」、プラスチックまたは木材片などの柔らかい素材を使用して BUE または BUL を除去することは許可される場合があります。 .化学エッチングは、切削工具の材質が被削材と大きく異なる場合にのみ使用できます。堆積物の除去を行う場合は、使用した方法を詳細に報告する必要があります。

7.5.1 逃げ面摩耗(VB)の測定

逃げ面摩耗の測定は、摩耗ランドの表面に平行に、元の刃先に垂直な方向で実行されます。たとえば、元の切れ刃から元の逃げ面と交差する摩耗ランドの限界までの距離です。逃げ面の大部分の逃げ面摩耗ランドは均一なサイズであるかもしれませんが、工具プロファイルとエッジチッピングに応じて、逃げ面の他の部分での値にばらつきがあります (7.3 を参照)したがって、逃げ面摩耗測定の値は、測定が行われる刃先に沿った領域または位置 (図 8 を参照) に関連するものとします (7.2 および 7.3 を参照)

7.5.2 フェース摩耗(KT)の測定

面摩耗 KT 1 は、工具の元の面から元の面に垂直な方向に測定したクレーターの深さによって評価されます。クレーターの深さはその長さに沿って変化するため、元の刃先に対する深さ測定の位置を、工具面上の基準点に対する測定対象のセクションの位置とともに記録する必要があります ( 7.2 および 7.3.2.1)

面摩耗 KT 2 は、元の面に垂直な方向の、摩耗した刃先と元の切れ刃の間の距離として測定されます (7.2 および 7.3.2.2 を参照)

7.5.3 チッピングの評価 (CH)

チッピングは、逃げ面と、元の切れ刃に平行または垂直な面の両方で測定する必要があります。チッピングが発生する刃先に沿った位置を示す必要があります。

7.5.4 クラックの評価 (CR)

ひび割れは、8 倍の倍率を数え、2 つの連続するひび割れの間を測定することによって評価されます。を報告する必要があります。

8装備

8.1 工作機械

試験を実施するフライス盤は、十分な動力と物理的能力を備え、安定した設計で、試験中に異常な振動やたわみが観察されないような状態でなければならない。びびりの発生する切削条件は使用しないでください。ただし、びびりが発生した場合は、他の切削パラメータを変更せずに、切削速度を少し変更するだけで、びびりを大幅に減らすか、なくすことができます。

スピンドル軸の向き、垂直または水平を記録する必要があります。

フライス盤の精度は、ISO 1701 に準拠する必要があります。

負荷がかかった状態での送り速度は一定でなければなりません。

テストに必要な移動量は、軸のモーション リミットの 0.75 倍を超えてはなりません。

8.2 その他の機器

表 5 は、ISO 8688 のこの部分で指定されたテストを実行するために必要で推奨される機器を示しています。

表5−エンドミル加工試験における測定に必要な機器

最低限の装備推奨装備
3ワーク
寸法目盛り付きルールスライディングキャリパー
靭性硬度計硬度計
4 カッター
寸法スライディングキャリパーミクロン、0=25
粗さ粗さ基準表面試験機
欠陥拡大鏡、最小倍率が 8 倍ツールメーカーの顕微鏡
なくなるダイヤルインジケーター目盛り0.001mmのダイヤルインジケーター
靭性硬度計
5 切削液
集中屈折計
フロー目盛付き容器とストップウォッチ目盛付き容器とストップウォッチ
(pH値)1)pHメーター
(温度)温度計
6つの切削条件
送り速度ストップウォッチストップウォッチ
主軸速度スピードメータースピードメーター
切り込み深さと幅スライディングキャリパースライディングキャリパー
7 工具の劣化
逃げ面摩耗、面摩耗、チッピングとフレーキングツールメーカーの顕微鏡、直径 0.2 mm の接点を持つダイヤル インジケーター工具メーカーの顕微鏡、プロファイル レコーダー、および顕微鏡下に工具を取り付けるための特別な装置
10 結果の評価プログラマブル電卓
1) 希釈したばかりの切削油剤を使用してください。

9つの手順

9.1 目的

テストの主な目的は、被削材、工具材料、工具形状、または切削油の比較 (またはランキング) です。その他の目的には、切削条件の推奨事項を作成するのに役立つデータの確立、工具にかかる力、機械加工された表面の特性、切りくずの形状などの機械加工特性の研究が含まれる場合があります. ただし、これらの目的のために、ISO 8688 のこの部分に記載されている特定の推奨事項を含めることができます。テストの特定の要件または目的に合わせて変更する必要があります。そのような変更は報告されなければならない。

9.2 スケジューリング

テスト プログラムの計画では、テストの目的を達成するために、次のどのタイプのテストを使用する必要があるかを考慮する必要があります。

  • タイプ A: テスト変数の特定の組み合わせに対する 1 つのテスト ポイント。このタイプの試験は、例えば、被削材の 2 つ以上のバッチ、ツールのグループなどの違いを決定することを目的としています (10.3.1 を参照)
  • タイプ B: 他の切削変数の特定の組み合わせに対する変数としての切削速度を持つ 1 つのvT曲線 (10.3.2 を参照)
  • タイプ C: 切削速度と送りの関数としての工具寿命 (10.3.3 を参照)
  • タイプ D: 切削速度、送り、軸方向および半径方向の切削深さの関数としての工具寿命 (10.3.3 を参照)
  • タイプ E: 切削力、加工面、切りくず形成などの加工特性。

上記の検査を計画するときは、検査結果のばらつきの可能性と、これまでの経験または統計的考察から決定される可能性のある最小検査数の必要性を考慮する必要があります (箇条 10 を参照)

試験プログラム全体を完了するために必要な材料の量を評価するときは、注意が必要です (表 6 および 7 を参照)予測される工具劣化の進行を考慮して、切削速度範囲、送り値、および工具劣化量の連続評価間の望ましい時間間隔の選択に関するガイダンスは、予備試験から得ることができます。

表 6 —スロットフライス加工の推奨試験条件下で推奨基準を使用して、1 回の試験実行ごとに除去される材料のおおよその質量

切削条件Iii
軸方向切込みaaんん12.525
ラジアル切込みarんん2525
フィードfzmm/歯0.080.125
除去された材料のおおよその質量 (推奨工具寿命基準を達成するため)速度、30m/分kg/試運転715
速度、35 m/分36

表 7 —エンドミル加工の推奨試験条件下で推奨基準を使用して、1 回の試験を実行するたびに除去される材料のおおよその質量

切削条件Iii
軸方向切込みaaんん252512.512.5
ラジアル切込みarんん2.52.52020
フィードfzmm/歯0.080.1250.080.125
除去された材料のおおよその質量 (推奨工具寿命基準を達成するため)速度、30m/分kg/試運転341115
速度、35 m/分2246

9.3 材料、工具および機器の準備

試験プログラムの一部を構成する単一の実験を開始する前に、次の準備手順を実行する必要があります。

9.3.1 ワークピース

すべてのタイプの表面スケールを機械で除去する必要があります。棒材またはビレットから適切なサイズの個々の試験片を切り取り、元の棒材またはビレット、および試験片が最初に占める棒材またはビレット内の位置と方向を識別するために明確に刻印する必要があります。

各試験片について目視検査と硬度試験を実施し、切断試験を開始する前に詳細を記録する必要があります(3.1 を参照)。試験片が以前に使用された場合、試験条件下で生成された機械加工された表面は「スケール」と見なされ、新しい実験を開始する前に、新しいツールを使用してクリーンアップ カットによって除去する必要がある場合があります。

9.3.2 工具形状と刃先

工具の形状を検査し、記録する必要があります (4.2, 4.3, および 7.4.1 を参照)刃先に印を付け、検査し、最小倍率 8 倍で推奨刃先条件と比較し、焼け、欠け、ひび割れなどの切断欠陥がないかどうかを確認する必要があります。切れ刃にはバリやフェザーエッジがあってはならない。可能であれば、欠陥を修正する必要があります。それ以外の場合は、ツールを使用しないでください。

9.3.3 ツールとツールホルダー

チャックに損傷がないかチェックする必要があります。機械のスピンドルとチャックは、チャックを取り付ける直前に洗浄する必要があります。ツールをチャックに取り付けた後、ツールの軸方向および半径方向の振れを、0.001 mm の目盛付きで平らなアンビルを備えたインジケーターを使用して測定し、各エッジについて値を記録する必要があります。振れの推奨制限値は4.5に記載されています。

9.3.4 工作機械

工作機械に記載されているスピンドル速度と送り速度は公称値である可能性があるため、実際のスピンドル速度と送り速度は、テスト条件を代表する負荷条件下で測定および記録する必要があります。試験を開始する前に、使用可能な最大スピンドル速度の 0.7 倍の速度または試験で使用する速度で、少なくとも 30 分間スピンドルを稼働させて、工作機械をウォームアップする必要があります。この間に 5 分間隔で送り動作を開始し、試験に使用する領域で試験に必要な以上の軸の動きを発生させ、軸を早送りで戻します。

可能な限り最高のワークピースの安定性を確保するために、クランプ装置をチェックする必要があります。

9.3.5 工具劣化評価装置

工具の劣化現象を測定するための適切な機器の入手可能性と品質を確保する必要があります(8.2 を参照)。この情報は、適切なデータシートに記録する必要があります (付録 B を参照)

9.3.6 人員

試験プログラムに関与する機械のオペレータおよびその他の人員は、試験の目的および試験手順について適切に指導されるべきである。

9.4 テスト手法

テストに関する完全な情報は、適切なテスト データ シートに記録する必要があります (付録 B を参照)

実際のテストを開始する前に、切削条件が切削工具、工具ホルダー、工作機械、クランプ装置などに適合するように選択されていること、および推定工具寿命が得られる。

ツールまたはスピンドルのオーバーハングは最小限に抑える必要があります。

連続するパスは常に同じ送り方向で行い、工具をパスの開始点に戻して、戻り動作中に刃先とワークピースが接触しないようにする必要があります。

工具の軸方向に同じスロットを連続して切断することは許可されるべきではなく、スロット試験 (図 1 を参照) では、スロットがワークピースから突き出してはなりません。

スロット間の壁の厚さは、切削深さの 4 分の 1 に等しく、3 mm 以上でなければなりません。

パスの長さは、ワークピースの長さと等しいと見なされます。または、これが関係ない場合は、ツールがワークピースと完全に噛み合った状態での送り距離に対応する切削長さと見なされます。

新しい試験運転を開始する前に、新しい工具を使用して加工物を「きれいにする」必要があります(9.3.1 を参照)。

9.5 工具劣化の測定と記録

テスト計画によって決定された時間間隔で、すべてのエッジを検査する必要があります。工具の劣化の測定を実施し、観測結果を劣化の詳細とともにデータシートに記録する必要があります (付録 B を参照)

これらの測定は、機械に取り付けられたツールで行う必要があります (7.1 および 7.2 を参照)測定は、最も劣化したエッジで行う必要があります。測定後にカッターをスピンドルに再挿入し、同じ位置に再調整できる場合は、工作機械のスピンドルから取り外した後にカッターを測定してもよい場合があります。

工具の劣化測定値は、10 項に従って処理する必要があります。

10 結果の評価

10.1 一般的な考慮事項

多刃工具を使用したエンドミル加工による劣化試験結果の評価は、次のガイドラインを使用して実施する必要があります。

  • 試験の目的は、0 節または 9.1 節に従って確立するものとする。
  • テスト結果は、適切に計画されたテスト プログラムから得られる必要があります (9.2 を参照)
  • 試験技法の原則を適用する必要があります(9.4 を参照)。

10.2 テスト値/観察の扱い

特定のテスト実行で使用された同じツールの個々のエッジは、互いに独立していません。したがって、個々のエッジの測定またはその他のツール劣化の観察からのテスト値は、1 つのツールを使用した特定のテスト実行の結果として一緒に見なされます。

特定のタイプの劣化が予想され、測定または研究される試験(7.3 から 7.5 を参照)では、予期しない劣化現象の初期または突然の発生を注意深く観察し、記録する必要があります。この予期しない劣化がテスト結果に影響を与える可能性がある場合、テストの実行は合計結果の計算では無視されるものとします。

予期せぬ非常に深刻な機能障害は、通常、テストの実行を拒否する原因となります。理由を調査する。不合格が繰り返される場合は、試験条件の変更を考慮する必要があります。

10.3 テストランの回数

試験の目的または実施される試験の種類(9.1 および 9.2 を参照)に関係なく、達成できる、または望まれる結果の精度は、常に試験の実行回数の関数です。

試験結果の望ましい精度は、材料、工具、時間、および費用の消費によって与えられる制限とのバランスをとらなければならない(7.5 を参照)。

切りくず形成、表面特性などの機械加工特性の研究(試験タイプ E, 9.2 を参照)では、通常、各試験条件に対して制限されたサイズの 1 回の試験で十分です。

切削工具の材料、切削液などを比較する場合 (9.1 を参照)、経験豊富な担当者は、非常に少数のテスト実行からのテスト結果の違いの重要性を十分な精度で確立できる場合があります。

工具寿命を決定することを目的とする試験手順では、刃先の劣化現象を直接測定するか(7.4.1 および 7.5 を参照)、表面仕上げ、ワークピースの寸法、またはその他の加工結果の観察によって間接的に測定します。

このような場合、実用的な観点から、また経験と統計的考察に基づいて、許容できる精度を得るために、切削条件ごとに多数のテストを実行することをお勧めします。

10.3.1 試験タイプ A

試験タイプ A (9.2 を参照) では、最低 3 回の繰り返し試験が必要です。ただし、材料のバッチ間、ツールのグループ間などの違いが小さい場合、附属書 C に示されている統計手法を使用すると、結果が有意であるかどうかを判断するために、さらに多くのテストを実行する必要があることがわかります。

10.3.2 試験タイプ B

工具寿命 (節 7 を参照) を切削速度の関数としてプロットするには ( vTダイアグラム)、5 つの切削速度値に対応する少なくとも 5 つのデータ ポイントが必要です (図 9 を参照)

5 分以上の工具寿命を与える切削速度から始めて、可能であれば、試験中の最大工具寿命が 25 分以上になるような一定の比率を使用して、各データ ポイントの切削速度を下げる必要があります。

5 分未満の工具寿命は信頼できません。ただし、工具寿命が 25 分を超えると、材料と時間の面でコストがかかる場合があります。

使用される実際の切削速度は、工作機械で使用可能な速度と、安定した切削の要件によって異なり、報告する必要があります。

同じテストで 2 種類以上の劣化が発生する場合があります。どのタイプの劣化が支配的であるかが明確でない場合は、2 つ (またはそれ以上) の基準を使用することができます (図 10 の I と II)これは、次の 2 つの異なる方法で実行できます。

  • a)特定のシリーズのすべての試験に対する基準 I の工具寿命の決定と、それに続く基準 II, つまりシリーズのすべての試験の工具寿命の決定。変数 (切削速度など) の関数として両方の基準について工具寿命をプロットすると、2 つの異なる曲線が得られます (図 10 の例を参照)
  • b)複合基準が採用され、この場合、工具寿命は、基準 I または基準 II のいずれかに達したときに終了したと見なされます。工具寿命を変数 (切削速度など) の関数としてプロットすると、通常は「壊れた」曲線になります (図 10 の例を参照)

図 9 — vT曲線の例(対数スケール)

図 10 — 2 つの異なる基準を使用して得られた 2 つのvT曲線のセットと、基準を組み合わせて使用​​して得られた「壊れた」 vT曲線(対数スケール)

10.3.3 試験タイプ C および D

試験タイプ C (9.2 を参照) の場合、7 回の試験で得られたデータ ポイントの最小数は 7 です。試験タイプ D (9.2 を参照) の場合、データポイントの最小数は、9 回の試験実行で得られた 9 です。

10.4 ダイアグラム

テスト実行で取得され、同じカッターのすべてのエッジからの依存値のグループとして扱われる任意のタイプの工具劣化値 (7.3 を参照) は、有効な切削時間にわたってプロットできます (9.5 を参照)曲線上のデータ ポイントは、個々の測定値 (図 11 を参照)、算術平均値 (図 12 を参照)、または最大値と最小値 (図 13 を参照) のいずれかです。算術平均値および最大値と最小値は、付録 C に記載されているように統計的に計算されます。

工具寿命は、上記の曲線と、「工具寿命の基準」として決定された限界劣化値を表す水平線との交点または交点から得られます (7.4 を参照)繰り返しテストを実行する場合、工具寿命の値を統計的に処理して、算術平均値、標準偏差、最大値と最小値、および信頼区間を計算できます。

図 11, 12, および 13 は、工具寿命基準レベルと交差するさまざまな曲線を示しています。任意の切削パラメータに対して工具寿命をプロットする場合、または工具寿命の値を報告する場合、工具寿命が 1 回のテスト実行の値に基づいているかどうか、多数のテストの算術平均値に基づいているかどうかを明確にすることが不可欠です。実行または統計的に決定された最大値または最小値から。

上記のように得られた工具寿命の値は、任意の独立した要因、たとえば切削速度 (セクション 9.2 タイプ B, C, または D) に対してプロットして、 vTダイアグラム (図 9 を参照) を得ることができます。 VT ダイアグラムを対数スケールでプロットするのが一般的です。このようにして得られたvT曲線は、通常の状態では直線で表されます。この線は、線と実際の点の間の垂直距離の 2 乗の合計ができるだけ小さくなるように、データ点に適合させる必要があります。経験豊富な担当者は、十分な精度で「目で」テスト ポイントを通る線を作成できる可能性があります。この目的のための統計計算に関するガイダンスは ISO 3685 にあり、その他の参考文献は第 2 節に記載されています。

切削速度の増加など、切削特性が変化すると、劣化の性質が変化する可能性があることに注意してください。したがって、切削データの変化の関数として工具寿命を表す図は、1 つの指定された劣化現象と 1 つの工具寿命基準に基づいている必要があります。これが不可能な場合は、実際の状況を特別に記録するものとします。

10.5 統計的解釈

切断操作からのテスト結果の評価における統計的手法の使用は、テスト値の数とテスト結果の品質に関して細心の注意を払う必要があります。これらの要求を満たすことができない場合は、統計的手法を使用しないでください。

算術平均値、標準偏差、最大値と最小値、および信頼区間の統計計算のガイドラインは、付録 C に記載されています。

2 つ以上の切断条件からの結果間の有意差の決定も、同じ付属書に例として記載されています。推奨される計算方法は、スチューデントのt分布に基づいています。

タイプ B, C, または D(9.2 を参照)の工具寿命図を決定するために使用できる統計計算のガイドラインは、ISO 3685 および第 2 節および参考文献に記載されているその他の参考文献に記載されています。

図 11 —切削時間に対してプロットされた多数のテスト実行の工具劣化値

図 12 —切削時間に対してプロットされた多数のテスト実行の工具劣化の算術平均値

図 13 —切削時間に対してプロットされた多くのテスト実行から 95% の信頼水準で観察された最大および最小の工具劣化値

参考文献

ISO 3, 優先番号 — 一連の優先番号。
ISO 643, 鋼 — フェライトまたはオーステナイトの粒子サイズの顕微鏡写真による測定。
ISO 3338-2, フライスカッター用平行シャンク — 2: フラット平行シャンクの寸法特性。
ISO 3534, 統計 - 語彙と記号。
ISO 6506, 金属材料 - 硬度試験 - ブリネル試験。
ISO 6507-1, 金属材料 — 硬さ試験 — ビッカース試験 — 1: HV 5 ~ HV 10
ISO 6508, 金属材料 - 硬度試験 - ロックウェル試験 (スケール A - B - C - D - E - F - G - H - K)
ISO 8688-1, フライス工具の工具寿命試験 — 1: 正面フライス加工。

7 Tool deterioration and tool-life criteria

7.1 Introduction

In practical workshop situations the time at which a tool ceases to produce workpieces of the desired size or surface quality usually determines the end of useful tool life. The period up to the instant when the tool is incapable of further cutting may also be considered as the useful tool life. However, the reasons for which tools may be considered to have reached the end of their useful tool life will be different in each case depending on the cutting conditions, etc.

To increase reliability and comparability of test results it is essential that tool life be defined as the total cutting time of the tool to reach a specified value of tool-life criterion.

In order to produce test values which are reliable and comparable with test values produced from a variety of sources, it is necessary to identify and classify tool deterioration phenomena in accordance with 7.3 and to recommend those, together with their limiting values, which should be used to determine the end of useful tool life in accordance with 7.4.

Depending on where the deterioration occurs at the cutting edges, different values can be accepted.

This part of ISO 8688 recommends that tool deterioration in the form of wear be used for determining tool life. Since other modes of tool deterioration may determine the end of useful tool life, the definitions given in 7.2 take into account cracks, chipping and deformation.

Each type of deterioration will progress or occur in a variety of ways depending on the cutting conditions. Where more than one form of deterioration becomes measurable, each should be recorded, and when any one of the deterioration phenomena limits has been attained, the end of tool life has then been reached.

The numerical value of tool deterioration used to determine tool life governs the quantity of testing material required and the costs of testing.

If the limiting value if too high, the cost of establishing results may exceed the worth of these results. If the limiting value is too low, the established result may be unreliable since it may be determined during the initial stages of deterioration development under the test conditions.

Many types of tool deterioration phenomena are listed in this clause. Some of them may occur only occasionally under the testing conditions recommended in this part of ISO 8688.

7.2 Definitions

For the purposes of this part of ISO 8688, the following definitions apply.

7.2.1

tool deterioration

All changes in a cutting part of a tool caused by the cutting process.

Two major classes of tool deterioration are distinguished, i.e. tool wear and chipping.

7.2.1.1

tool wear

Change in shape of the cutting part of a tool from its original shape, resulting from the progressive loss of tool material during cutting.

7.2.1.2

brittle fracture (chipping)

Occurrence of cracks in the cutting part of a tool followed by the loss of small fragments of tool material, resulting from crack initiation during cutting.

7.2.2

tool deterioration measure

Quantity used to express the magnitude of a certain aspect of tool deterioration by a numerical value.

EXAMPLE:

  • The width of a flank wear land VB 1 (see 7.3.1.1).

7.2.3

tool-life criterion

Predetermined value of a specified tool deterioration measure or the occurrence of a specified phenomenon.

EXAMPLE:

  • The width of a flank wear land VB 1 = 0,3 mm (see 7.4.1).

7.2.4

tool life Tc

Total cutting time of the cutting part required to reach a specified tool-life criterion (see 7.5).

7.3 Tool deterioration phenomena

Wear on end milling cutters and slot drills is illustrated in figure 8.

figure 8—Wear on end milling cutters and slot drills

7.3.1

flank wear (VB)

Loss of tool material from thetool flanks during cutting which results in the progressive development of a flank wear land.

7.3.1.1

uniform flank wear (VB 1)

Wear land which is normally of constant width and extends over those portions of the tool flanks adjoining the entire length of the active cutting edge. A-A flanks adjoining the entire length of the active cutting edge.

7.3.1.2

non-uniform flank wear (VB 2)

Wear land which has an irregular width and for which the profile generated by the intersection of the wear land and the original flank varies at each position of measurement.

7.3.1.3

localized flank wear (VB 3)

Exaggerated and localized form of flank wear which develops at a specific part of the flank . (see figure 8, positions 1, 2 or 3).

7.3.2

face wear (KT)

Gradual loss of tool material from the tool face during cutting.

7.3.2.1

crater wear (KT 1)

Progressive development of a crater oriented approximately parallel to the major cutting edge and with a maximum depth some distance away from the major cutting edge.

7.3.2.2

stair-formed face wear (KT 2)

Form of face wear in which the maximum depth of the wear scar, measured perpendicular to the tool face, occurs at the intersection of the wear scar with the tool major flank.

7.3.3

chipping (CH)

Edge deterioration where parts of the edge break away.

7.3.3.1

uniform chipping (CH 1)

Loss of tool fragments of approximately equal size along the cutting edges, which significantly influences the uniformity of the width of the flank wear land.

7.3.3.2

non-uniform chipping (CH 2)

Chipping which occurs mostly in connection with cracks at a small number of positions along the active cutting edges but with no consistency from one cutting edge to another.

7.3.3.3

localized chipping (CH 3)

Chipping which occurs consistently at certain positions along the active cutting edge.

7.3.4

flaking (FL)

Loss of tool fragments in the form of flakes from the tool surfaces. This phenomenon is most frequently observed when coated tools are used but may also be observed with other tool materials.

7.3.5

cracks (CR)

Fracture of the cutting tool material which does not immediately cause loss of tool material.

7.3.5.1

comb cracks (CR 1)

Cracks which appear on both the tool face and the tool flank and are oriented approximately perpendicular to the major cutting edge.

7.3.5.2

parallel cracks (CR 2)

Cracks which appear on the tool face or the tool flank and which are oriented approximately parallel to the major cutting edge.

7.3.5.3

irregular cracks (CR 3)

Cracks which sometimes appear on the tool face and on the tool flank and which are irregularly oriented.

7.3.6

catastrophic failure (CF)

Rapid deterioration to complete failure of the cutting part.

7.4 Tool deterioration phenomena used as tool-life criteria

In order to be able to determine tool life and to compare the influence of different test parameters it is necessary to select one defined type of deterioration of the cutting part as a criterion.

The tool-life criterion can be a predetermined numerical value of any type of tool deterioration which can be measured. Where more than one form of deterioration becomes measurable, each should be recorded and when any one of the deterioration phenomena limits has been attained, the end of tool life has been reached.

The type of deterioration that is believed to contribute most to the end of useful tool life in a specific series of tests shall be used as a guide to the selection of one of the tool-life criteria specified. The type and value of the criterion used shall be reported.

7.4.1 Recommended tool-life criteria

Tool-life criteria which can be defined as a predetermined numerical value of specific types of tool wear are recommended.

A certain width of the flank wear land (VB) is the most commonly used criterion.

The following tool life end points are recommended:

  • Uniform wear: 0,3 mm averaged over all teeth.
  • Localized wear: 0,5 mm max. on any individual tooth.

NOTES

  • 1 Often the maximum localized wear occurs at a Position on theflanks adjacent to the work sut-face during cutting.
  • 2 Variations in the primary clearance angle∝01, within the limitsspecified in table 1, may affect the width of the flank wear landsignificantly and should therefore be minimized.

7.4.2 Other tool-life criteria

In cases where none of the recommended criteria applies, it may be possible to obtain meaningful data by using one of the following criteria.

  • A certain depth of the face wear (KT) is sometimes used as a criterion.
  • Chipping (CH) is a criterion which may be used.
  • When chipping occurs it is to be treated as localized wear using a VB 3 value equal to 0,5 mm (see figure 8) as a tool-life end point.
  • Chipping (CH) in a very heavy form and flaking (FL) are forms which exceptionally could be used as criteria.

Catastrophic failure (CF) can occur inadvertently and should not be used as a primary criterion for the tool-life end point.

Cutters with small diameters (usually less than 12 mm) sometimes break owing to clogging or increasing wear of various types before wear measurements can be recorded. This type of deterioration is not recommended as a tool-life criterion.

7.5 Assessment of tool deterioration

Measurement of tool wear and brittle deterioration using appropriate equipment (see 8.2 and 9.3.5) at intervals determined by the test plan (see 9.2) should be recorded on the data sheets and plotted on diagrams (see 10.4 and annex B).

When there is evidence of built-up-edge (BUE), built-up-layer (BUL), or other debris of work material on the surface of the cutting tool, such observations should be reported since accurate measurement of the deterioration phenomena may be impeded by such deposits. Although mechanical techniques for the removal of deposits from tool surfaces are not recommended, it may be permitted to remove BUE or BUL using a soft material such as a"thumb nail", piece of plastic or wood, with a minimal risk of damaging the tool. Chemical etching may be used only when the cutting tool material is very different from the work material. If deposit removal is undertaken, the method used shall be reported in detail.

7.5.1 Measurement of flank wear (VB)

Flank wear measurement is carried out parallel to the surface of the wear land and in a direction perpendicular to the original cutting edge, e.g. the distance from the original cutting edge to that limit of the wear land which intersects the original flank. Although the flank wear land on a significant portion of the flank may be of uniform size, there will be variations in its value at other portions of the flanks depending on the tool profile and edge chipping (see 7.3). Values of flank wear measurements shall therefore be related to the area or position (see figure 8) along the cutting edges at which the measurement is made (see 7.2 and 7.3).

7.5.2 Measurement of face wear (KT)

Face wear KT 1 is evaluated by the crater depth which is measured from the original face of the tool in a direction perpendicular to the original face. Since the depth of the crater will vary along its length, the position of the depth measurement in relation to the original cutting edge should be recorded together with the position of the section considered for measurement in relation to some reference point on the tool faces (see 7.2 and 7.3.2.1).

Face wear KT 2 is measured as the distance between the worn edge and the original cutting edge in a direction perpendicular to the original face (see 7.2 and 7.3.2.2).

7.5.3 Assessment of chipping (CH)

Chipping should be measured both on the flank and on the face parallel and perpendicular to the original cutting edge. The position along the cutting edge where chipping occurs should be indicated.

7.5.4 Assessment of cracks (CR)

Cracking is evaluated by counting the magnification of 8X) and by measuring between two consecutive cracks. The should be reported.

8 Equipment

8.1 Machine tool

The milling machine on which the tests are to be conducted shall have sufficient power and physical capacity, be of stable design and be in such condition that abnormal vibrations or deflections are not observed during the test. Cutting conditions which cause chatter should not be used. However, if chatter does occur it may be reduced significantly or eliminated by a small change in cutting speed without varying other cutting parameters.

The spindle axis orientation, vertical or horizontal, shall be recorded.

The accuracy of the milling machine shall be in accordance with ISO 1701.

The feed speed under load shall be constant.

The traverse required for a test should not exceed 0,75 times the limit of motion of the axis.

8.2 Other equipment

Table 5 lists equipment which is necesary and recommended for carrying out the tests specified in this part of ISO 8688.

Table 5—Equipment necessary for measurements in the end milling tests

ClauseMinimum equipmentRecommended equipment
3 Workpiece
DimensionsGraduated ruleSliding calliper
HardnessHardness testerHardness tester
4 Cutter
DimensionsSliding calliperMicrometer, 0=25
RoughnessRoughness standardSurface tester
DefectsMagnifier, having a minimum magnification of 8XToolmakers' microscope
RunoutDial indicatorDial indicator, graduated to 0,001 mm
HardnessHardness tester
5 Cutting fluid
ConcentrationRefractometer
FlowGraduated vessel and stop-watchGraduated vessel and stop-watch
(pH value)1)pH meter
(Temperature)Thermometer
6 Cutting conditions
Feed speedStop-watchStop-watch
Spindle speedTachometerTachometer
Depth and width of cutSliding calliperSliding calliper
7 Tool deterioration
Flank wear, face wear, chipping and flakingToolmakers' microscope, dial indicator with a contact point 0,2 mm in diameterToolmakers' microscope, profile recorder and special device for mounting the tools under the microscope
10 Evaluation of resultsProgrammable calculator
1) Use freshly diluted cutting fluid.

9 Procedure

9.1 Purpose

The main purpose of the test may be the comparison (or ranking) or work materials, tool materials, tool geometries or cutting fluids. Other purposes may include the establishment of data useful for making cutting condition recommendations, the study of machining characteristics such as forces exerted on the tool, machined surface characteristics or chip form. However, for these purposes certain recommendations given in this part of ISO 8688 may have to be modified to suit the specific requirements or aims of the test. Such modifications shall be reported.

9.2 Planning

Planning of the test programme should take into consideration which of the following types of tests should be used to achieve the purpose of the test.

  • Type A: One single test point for a particular combination of test variables.This type of test is intended for the determination of, for example, differences between two or more batches of work materials, groups of tools, etc. (see 10.3.1).
  • Type B: One vT curve, with the cutting speed as a variable for a particular combination of other cutting variables (see 10.3.2).
  • Type C: Tool life as a function of cutting speed and feed (see 10.3.3).
  • Type D: Tool life as a function of cutting speed, feed, and axial and radial depths of cut (see 10.3.3).
  • Type E: Machining characteristics such as cutting forces, machined surface and chip formation.

When planning the tests outlined above, the likely scatter in test results and the need for a minimum number of tests, which may be determined from previous experience or from statistical considerations (see clause 10), should be considered.

Care should be exercised when assessing the material quantity requirements for completing the entire test programme (see tables 6 and 7). Guidance in the selection of the cutting speed range, the feed values and the desirable time intervals between successive assessments of the amount of tool deterioration, taking into account the expected progression of tool deterioration, may be obtained from preliminary tests.

Table 6—Approximate mass of material removed for each single test run using the recommended criteria under the recommended test conditions for slot milling

Cutting conditionIii
Axial depth of cut aamm12,525
Radial depth of cut armm2525
Feed fzmm/tooth0,080,125
Approximate mass of material removed (to achieve recommended tool-life criterion)speed, 30 m/minkg/test run715
speed, 35 m/min36

Table 7—Approximate mass of material removed for each single test run using the recommended criteria under the recommended test conditions for end milling

Cutting conditionIiiIIIIV
Axal depth of cut aamm252512,512,5
Radial depth of cut armm2,52,52020
Feed fzmm/tooth0,080,1250,080,125
Approximate mass of material removed (to achieve recommended tool-life criterion)speed, 30 m/minkg/test run341115
speed, 35 m/min2246

9.3 Preparation of material, tools and equipment

Prior to the commencement of any single experiment constituting part of a test programme the following preparatory steps should be taken.

9.3.1 Workpiece

All types of surface scale should be machined away. Individual specimens of appropriate size should be cut from the bars or billets and clearly stamped to identify the parent bar or billet, and the position and orientation within that bar or billet originally occupied by the specimen.

Visual inspection and hardness tests should be carried out on each test piece and details recorded before commencing the cutting test (see 3.1). Where a specimen has been used previously, the machined surface generated under the test conditions may have to be considered as"scale" and removed by clean-up cuts with a fresh tool before a new experiment is started.

9.3.2 Tool geometry and cutting edges

Tool geometry should be inspected and recorded (see 4.2, 4.3 and 7.4.1 ). The cutting edges should be marked, inspected and compared with recommended cutting edge conditions at a minimum magnification of 8X and checked for cutting defects such as burn marks, chipping and cracking. The cutting edges shall have neither burrs nor feather edges. The defects shall be corrected, if possible; otherwise the tool shall not be used.

9.3.3 Tools and tool holders

The chuck should be checked for damage. The machine spindle and chuck should be cleaned immediately prior to mounting the chuck. The axial and radial runout of the tool should be measured, after it has been mounted in the chuck, using an indicator, graduated to 0,001 mm and having a flat anvil, and the values recorded for each edge. Recommended limiting values of runout are given in 4.5.

9.3.4 Machine tool

Since spindle speeds and feed speeds quoted on machine tools may be nominal values, the actual spindle speeds and feed speeds should be measured and recorded under load conditions which are representative of the test conditions. Before any testing is commenced, the machine tool should be warmed up by running the spindle for a minimum period of 30 min at a speed of 0,7 times the maximum available spindle speed or at the speed to be used in the test. At 5 min intervals during this period the feed motion should be engaged to cause an axis movement at least equal to that required for the test, in the region to be used for testing, and the axis then returned at rapid traverse.

Clamping devices should be checked to ensure the best possible workpiece stability.

9.3.5 Equipment for assessment of tool deterioration

The availability and quality of suitable equipment for measuring tool deterioration phenomena should be ensured (see 8.2). This information should be recorded on suitable data sheets (see annex B).

9.3.6 Personnel

Machine operators and other persons involved in the test programme should be adequately instructed as to the purposes of the tests and the test procedure.

9.4 Test techniques

Complete information concerning the tests should be recorded on suitable test data sheets (see annex B).

Before starting the actual tests, a check should be made to ensure that the cutting conditions have been chosen to be compatible with the cutting tools, the tool holder, the machine tool, the clamping device, etc., and that the estimated tool life will be obtained.

Tool or spindle overhang should be kept to a minimum.

Successive passes should always be made in the same feed direction and the tool should be returned to the starting point for a pass, ensuring that there is no possible contact between the cutting edges and the workpiece during the return motion.

Successive cuts in the same slot, in the axial direction of the tool, should not be allowed and for slotting tests (see figure 1 ) the slot should not be allowed to break out from the workpiece.

The walls between slots shall have a thickness equal to a quarter of the depth of cut and shall be not less than 3 mm.

The length of the pass is considered to be equal to the length of the workpiece or, if this is not relevant, the cut length corresponding to the feeding distance with the tool in full engagement with the workpiece.

Prior to commencing a new test run, the workpiece shall be"cleaned up" using a fresh tool (see 9.3.1).

9.5 Measurements and recording of tool deterioration

At time intervals determined by the test plan all edges should be examined. Measurements of tool deterioration should be carried out and the observations recorded on the data sheets together with details of any deterioration (see annex B).

These measurements should be made with the tool mounted in the machine (see 7.1 and 7.2). The measurements should be made on the most deteriorated edge. It may be acceptable to measure the cutter after removal from the machine tool spindle, provided that the cutter can be reinserted in the spindle and realigned in the same position after measurement.

The tool deterioration measurement values should be treated in accordance with clause 10.

10 Evaluation of results

10.1 General considerations

The evaluation of deterioration test results from end milling with multitoothed tools should be undertaken using the following guidelines.

  • The aim of the test shall be established in accordance with clause 0 or 9.1.
  • The test results should be obtained from a properly planned test programme (see 9.2).
  • The principles for test techniques should be applied (see 9.4).

10.2 Treatment of test values/observations

The individual edges of the same tool used in a given test run are not independent of each other. Consequently, the test values from measurements or other observations of tool deterioration on individual edges shall be regarded together as the result of a specified test run with one tool.

In tests where a specific type of deterioration is expected and measured or studied (see 7.3 to 7.5) any early or sudden occurrence of an unexpected deterioration phenomenon shall be carefully observed and recorded. If this unexpected deterioration is likely to have an influence on the test results, the test run shall be disregarded in the calculations of the total result.

Unexpected and very serious deteriorations should normally cause a rejection of the test run. The reasons shall be investigated. In the case of repeated failure, a change of the test conditions shall be considered.

10.3 Number of test runs

Regardless of the purpose of the test or the type of test undertaken (see 9.1 and 9.2) the accuracy of the results which can be achieved or might be desired is always a function of the number of test runs.

The desired accuracy of the test results shall be balanced against the limitations given by the consumption of material, tools, time and money (see 7.5).

For the study of machining characteristics such as chip formation, surface characteristics, etc. (test type E, see 9.2), one test run of limited size for each test condition will normally be sufficient.

When comparing cutting tool materials, cutting fluids, etc. (see 9.1), experienced personnel may be able to establish with sufficient accuracy the significance of differences in the test results from a very small number of test runs.

For test procedures the purpose of which is to determine the tool life, edge deterioration phenomena are measured directly (see 7.4.1 and 7.5) or indirectly by observations of surface finish, dimensions of the workpiece or other machining results.

In these cases a number of test runs for each cutting condition is recommended to give an acceptable accuracy from a practical point of view and from the basis of experience and statistical considerations.

10.3.1 Test type A

For test type A (see 9.2) a minimum of three repeated test runs is needed. However, if the differences between batches of materials, groups of tools, etc. are small, the use of the statistical methods given in annex C will show that more test runs may be needed in order to determine whether the results are significant.

10.3.2 Test type B

To plot the tool life (see clause 7) as a function of the cutting speed ( vT diagram) it is necessary to have at least five data points corresponding to five cutting speed values (see figure 9).

Starting with a cutting speed giving a tool life of not less than 5 min, the cutting speed should be decreased for each data point, if possible using a constant ratio such that the maximum tool life during testing is not less than 25 min.

A tool life of less than 5 min will be unreliable. However, a tool life in excess of 25 min may be costly in terms of material and time.

The actual cutting speeds used depend on the speeds available on the machine tool and the requirement for stable cutting, and they should be reported.

Two or more types of deterioration may occur in the same test. If it is not clear which type of deterioration will dominate, it is possible to use two (or even more) criteria (I and II in figure 10). This can be carried out in two different ways as follows.

  • a) Determination of the tool life for criterion I for all tests in a specific series and subsequent determination of the tool life for criterion II, also for all tests in the series.When tool life is plotted for both criteria as a function of a variable (e.g. the cutting speed) then two different curves will be obtained (see the example given in figure 10).
  • b) Combined criteria are adopted and, in this case, the tool life will be considered to be ended when either criterion I or criterion II is reached. When tool life is plotted as a function of a variable (e.g. the cutting speed) this will usually result in a"broken" curve (see the example given in figure 10).

Figure 9—Example of a vT curve (logarithmic scales)

Figure 10—Set of two vT curves resulting from the use of two different criteria and a “broken” vT curveresulting from the use of combined criteria (logarithmic scales)

10.3.3 Test types C and D

For test type C (see 9.2) the minimum number of data points is seven, obtained in seven test runs. For test type D (see 9.2) the minimum number of data points is nine, obtained in nine test runs.

10.4 Diagrams

Tool deterioration values of any type (see 7.3) obtained in a test run and treated as a group of dependent values from all the edges on the same cutter can be plotted over the effective cutting time (see 9.5). The data points on the curve may be the individual measurement values (see figure 11), the arithmetic mean values (see figure 12) or the maximum and minimum values (see figure 13). The arithmetic mean values and the maximum and minimum values are calculated statistically as described in annex C.

The tool life is obtained from the point or the field of intersection of the curves mentioned above and the horizontal line representing the limiting deterioration value determined as the"tool-life criterion" (see 7.4.). For repeated test runs, the tool life values can be treated statistically to calculate the arithmetic mean value, the standard deviation, the maximum and minimum values and the confidence interval.

Figures 11, 12 and 13 show a variety of curves which intersect the tool-life criterion level. It is essential, when plotting tool life against any cutting parameter or when reporting tool-life values, that it is made clear whether tool life is based on the values from one single test run, from the arithmetic mean value of a number of test runs or from the statistically determined maximum or minimum value.

Tool-life values obtained as described above can be plotted against any independent factor, e.g. cutting Speed (sec 9.2 types B, C or D), in Order to give a vT diagram (sec figure 9). lt is common to plot VT diagrams with logarithmic scales. The vT curve thus obtained will, under normal conditions, be represented by a straight line. This line should be fitted to the data points in such a manner that the sum of the squares of the vertical distances between the line and the actual points is as small as possible. Experienced personnel may well be capable of constructing a line through the test points"by eye" with sufficient accuracy. Guidance on statistical calculations for this purpose are found in ISO 3685, and other references are given in clause 2.

It should be noted that the deterioration may change in character when cutting properties are changed, e.g. an increase in cutting speed. Consequently any diagram representing tool life as a function of changing cutting data shall be based on one specified deterioration phenomenon and one tool-life criterion. If this is not possible, the actual conditions shall be specially recorded.

10.5 Statistical interpretation

The use of statistical methods in the evaluation of test results from cutting operations needs great care with regard to the number of test values and the quality of the test results. If these demands cannot be met, statistical methods should not be used.

Guidelines for statistical calculations of arithmetical mean values, standard deviations, maximum and minimum values and confidence intervals are given in annex C.

The determination of significant differences between results from two or more cutting conditions is also described as an example in the same annex. The recommended calculation method is based on Student's t distribution.

Guidelines for the statistical calculations which can be used for determining tool-life diagrams of type B, C or D (see 9.2) are found in ISO 3685 and other references given in clause 2 and in the bibliography.

Figure 11—Tool deterioration values for a number of test runs plotted against cutting time

Figure 12—Arithmetical mean values of tool deterioration for a number of test runs plotted against cutting time

Figure 13—Maximum and minimum tool deterioration values observed for the 95 % confidence level from a number of test runs plotted against cutting time

Bibliography

ISO 3, Preferred numbers — Series of pref erred numbers.
ISO 643, Steels — Micrographic determination of the ferritic or austenitic grain size.
ISO 3338-2, Parallel shanks for milling cutters — 2: Dimensional characteristics of flatted parallel shanks.
ISO 3534, Statistics — Vocabulary and symbols.
ISO 6506, Metallic materials — Hardness test — Brinell test.
ISO 6507-1, Metallic materials — Hardness test — Vickers test — 1: HV 5 to HV 100.
ISO 6508, Metallic materials - Hardness test - Rockwell test (scales A - B - C - D - E - F - G - H - K).
ISO 8688-1, Tool-life testing of milling tools — 1: Face milling.