نویسنده: کول کی جان
کیت اچ اشمیت
مترجم: حبیب الله علیخانی
کاربرد موفق ابزارهای برشی حاوی ویسکر با انتخاب مناسب هندسه ی سری، شروع می شود. در واقع شکل و آماده سازی لبه های سری ها، مسئله ی بسیار مهمی است. بهترین شکل در حقیقت آن شکلی است که دارای دارای دماغه ی و شعاع مناسب باشد.
این مسئله موجب می شود تا سری هایی پهن تر و با طول بزرگتر، ترجیح داده شوند. در این بخش ها، استحکام مربوط به ابزار ماکزیمم می شود. سری ها مدور به همین دلیل، بیشتر استفاده می شوند. آماده سازی لبه های سری ها نیز یکی از مسائل مهم می باشد. لبه های تیز در واقع مستعد شروع ترک هستند. بنابراین، یک لبه ی سنگ زنی شده و یا در حالت T- لند، به طور متداول استفاده می شوند. لبه هایی با عرض افزایش یافته و زاویه ی مناسب، نیز می تواند در بسیاری از کاربردها، استفاده شوند (شکل 1).
حالت های شکست غالب برای ابزارهای آلومینا- SiC در حقیقت حالت شکاف برداشتن عمقی (DOCN)، سایش پهلوها، براده برداری لبه ها و شکست می باشد. در حقیقت در این ابزارها، DOCN متداولترین حالت در زمانی است که سری ها به طور مناسب اعمال شوند. پوسته ای شدن نیز در طول صفحه ای موازی شیار سری، ایجاد می شود. در حقیقت، این جهت، ضعیف ترین جهت موجود می باشد. عمق شکاف های برشی پدیده ای است که منجر ایجاد شکاف های بسیار بزرگ در جاهایی می شود که ابزار با سطح خارجی قطعه در ارتباط است. این تصور می شود که این مسئله بوسیله ی ربایش و دفع مواد ابزار بوسیله ی براده ها، ایجاد می شوند. این فرایند وقتی تشدید می شود که سطح در طی عملیات زبری گیری، دارای پستی و بلندی باشد. چاک خوردن به نقطه ای می رسد که دماغه ی سری تضعیف می شود و بدین صورت شکست در آن اتفاق می افتد. مثال هایی از سری های مورد استفاده با برخی از حالت های شکست در آنها در شکل 2 آورده شده است. چندین مرحله می تواند برای مینیمم شدن اثر DOCN در نظر گرفته شود. این مراحل پیش شیاردار کردن کل قطعه ی کاری می باشد و طی آن برش هایی بر روی سری ایجاد می شود تا از تمرکز اثر شکاففی بر روی نقاط خاص سری، جلوگیری شود.
با پیشرفت های انجام شده در زمینه ی مواد سرامیکی تقویت شده با ویسکر، بالاترین نقطه ی ذوب به همراه تافنس و استحکام بالا، در دماهای بالا منجر به ایجاد تکنولوژی های ابزار برشی شد که در گذشته، شناخته شده، نبود.
اصل مورد استفاده، در حقیقت استفاده از سرعت و تغذیه ی مناسبی است که بتواند دماهایی را در سری ابزار ایجاد کند که این دما می تواند نیروهای مربوط حالت برشی را بکاهد.
متداول ترین استفاده از این تکنولوژی در ماشین کاری آلیاژهای بر پایه ی نیکل با استفاده از ابزارهای برش کاربید تنگستن استاندارد می باشد.
این نشان داده شده است که بیشتر حرارت ایجاد شده در زمان تشکیل براده، در ناحیه ی برشی نردیک به سری ابزار ایجاد می شود (شکل 3). مقداری از حرارت از اصطکاک براده ها با سری ایجاد می شود و مقدار اندکی از حرارت نیز از تماس پهلوها با سطح قطعه، ایجاد می شود.
کل بخش های حرارت ایجاد شده در داخل فلز و نحوه ی خروج آن بسیار تعیین کننده، می باشد. شکست های مربوط به حرارت تولید شده در ابزارهای برش و حرارت اضافی در قطعه که در حقیقت گاهی منجر به انحراف و تغییر ابعادی در قطعه می شود، منجر به تمرکز قابل توجهی بر روی سیستم های خنک کننده، شده است.
این واضح است که یک سوال اساسی این است که آیا فلزات گرم به سهولت می توانند جایگزین فلزات سرد شوند. مفهوم ستاپی که شامل فرایند ماشین کاری و سیستم خنک کننده می باشد، نیاز به در نظر گرفتن مسائل بسیار مهمی می باشد.
این مسئله باید یادآوری شود که نرخ تغذیه و سرعت بر روی دما، مؤثر می باشد. این مسئله گاهی اوقات به اشتباه فهمیده می شود که تنها سرعت و حرارت در ارتباط می باشند. افزایش نرخ تغذیه موجب افزایش ضخامت براده ها می شود. این براده ها می توانند حرارت بیشتری را پراکنده کنند و بنابراین، موجب کاهش دمای مربوط به ناحیه ی برشی می شوند. عکس این قضیه نیز صحیح است.
این بدین معناست که یک گستره از میزان تغذیه و سرعت در یک سختی معین وجود دارد که منجر به دمای مناسب می شود. اگر سرعت از یک مقدار پیشنهادی کاهش یابد، سپس یک میزان کاهش مشابه در نرخ تغذیه موجب می شود تا یک بازگشت به گستره ی دمایی ایجاد گردد (شکل 4). آنالیز گسترده ای اطلاعات نشان داده است که با تنظیم میزان تغذیه و سرعت، می توان دمایی در گستره ی 1200 درجه ی سانتیگراد در سری ایجاد کرد. استفاده از سری های سرامیکی تقویت شده با ویسکر موجب می شود تا نرخ زدایش فلز در آلیاژهای بر پایه ی نیکل، 10 برابر شود (نسبت به ابزارهای کاربیدی). برای مثال، اینکونل 718 که سختی در حدود 40 راکول سی دارد، سرعت نموداری برابر با 1000 SFM دارد و نرخ تغذیه در آن برابر 0.008 اینچ بر هر تغییر است. اگر به دلیل برخی مسائل، ما بتوانیم تنها در سرعت 500 SFM کار کنیم و سپس نرخ تغذیه را به 0.004 اینچ بر هر تغییر کاهش دهیم، گستره ی دمایی تصحیح می شود.
استفاده از مواد خنک کننده موجب می شود تا حرارت در تراشه ها کنترل شود و قطعه بدون تحت تأثیر قرار گرفتن از حرارت در ناحیه ی برشی، ماشین کاری شود. استفاده از مواد خنک کننده فراوان نیز می تواند چاره ساز و مناسب باشد.
انتخاب یک هندسه ی مناسب از سری با گوشه ها و شرایط مناسب نیز یکی از مسائل مورد توجه و مناسب می باشد. استفاده از قوی ترین شکل با شعاع مجاز بزرگ و زاویه های هدف مناسب، نتایج قابل پیش بینی تری ایجاد می کند (شکل 5). سری های مدور نقش مهمی در سری هایی ایفا می کنند که در آنها از ویسکرهای تقویت کننده، استفاده می شود. این مسئله نه تنها به خاطر این است که سری های مدور شکل قوی تری دارند، بلکه همچنین به خاطر این دلیل است که سری های مدور نسبت به تمام اشکال دیگر، مزیت دارند. یک سری مدور را می توان به زوایای مختلف اعمال کرد و تنها عمق نفوذ مختلف می باشد.
وقتی عمق افزایش می یابد، زاویه ی هدایت کاهش می یابد و به طور عکس. این ویژگی یکی از ویژگی های مهم در انتخاب ابزارها برای ماشین کاری مواد سخت شده، می باشد. همه ی انواع آلیاژهای بر پایه ی نیکل که به طور متداول در صنعت موتورهای جت استفاده می شوند، با این روش ماشین کاری می شود. در مورد مواد سخت کاری شده، لایه ی سطحی سخت منجر به تشکیل شکاف در ابزار برش می شود. سرعت تشکیل شکاف به زاویه ی هدایت ابزار و همچنین خواص فیزیکی ابزار، وابسته می باشد. وقتی زاویه ی هدایت افزایش می یابد، نیروی اعمال شده به لبه ی ابزار، کاهش می یابد، در حالی که بار کل در یک گستره ی ناحیه ی وسیع تر از لبه ی ابزار برش، اعمال می شود. یک سری مدور می تواند بهترین عمر مفید را داشته باشد (شکل 6 و 7). علاوه بر این، ایجاد شکاف زائد است زیرا یک سری مدور تنها نیازمند این است که اندازه ای نرمال داشته باشد، برخلاف یک ابزار با لبه ی مستقیم که تنها می تواند به یک گوشه ی جدید چرخش کند. بنابراین، سری های مدور اقتصادی تر هستند.  
 
استثنای این قانون، ماشین کاری سطوح مقطع بسیار نازک در جاهایی است که نیروی اعمالی ممکن است موجب انحراف در نمونه شود. در این مورد، یک شکل مکعبی و یا لوزی شکل، ممکن است مناسب تر باشد.
آلیاژهای پایه نیکل نمی تواند در عملیات های پایانی و با استفاده از لبه های صاف شده، ماشین کاری شود. استفاده از لبه های سنگ زنی شده اجازه می دهد تا فاز نیکل داکتیل به عقب حرکت کند و فشار موجب جوش خوردن در بخش های مویی شکل باریک شود. این مسئله آغشتن (smearing) نامیده می شود (شکل 8). برای عملیات های پایانی، یک سری T- لند و یا شیار دار، پیشنهاد می شود. یک لبه ی T1 که تقریباً 0.002 اینچ عرض دارد، می تواند موجب تقویت لبه شود و بدون ایجاد فرایند آغشته شدن، پرداخت نهایی انجام می شود. سری های T2 و T2A که دارای عرض 0.006 اینچ هستند، ممکن است برای فرزکاری استفاده شود (شکل 9).
 
روش های مورد استفاده برای ایجاد سطح شیب دار و یا پیش شیاردار کردن، یکی از روش های اولیه برای استفاده از مواد تقویت شده با ویسکر، می باشد. پیش شیار کردن اطمینان حاصل می کند که خستگی قطعه را کاهش یافته است. شیب دار کردن، روش مهمی در افزایش عمر مفید می باشد. این کار با حذف تشکیل شکاف انجام می شود. در مورد روش شیب دار کردن، برش های موازی بوسیله ی اولین برش یک سطح شیب دار و سپس ماشین کاری این سطح شیب دار، انجام می شود. این روش شامل موج های سینوسی است که بخش های سهمی گون در گوشه ها و بخش های دندانه داری، دارد (شکل 10).
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.

منبع مقاله :
CERAMIC CUTTING TOOLS/ Materials, Development, and Performance/ E. Dow Whitney