راهنمایی ها در زمینه ی ماشین کاری PCBN

نویسنده: : ارنست رادرمن، هارلورد بوونکرک
مترجم: حبیب الله علیخانی
در ادامه، مسائل مربوط به ابزارهای PCBN بیان شده است:
• تشخیص دهید که کاربرد شما در گستره ی مواد و عملیات هایی باشد که با ابزارهای PCBN قابلیت انجام آنها، وجود دارد.
• گرید مناسبی از ابزار PCBN را انتخاب کنید.
• با ابزارهای PCBN تجاری موجود، آشنا شوید.
• شرایط کاری، سرعت، نرخ تغذیه، عمق برش، خنک سازی و آماده سازی لبه های ابزار را در موارد مورد نظر، لحاظ کنید.
• یک آگاهی مناسب در مورد فاکتورهایی پیدا کنید که بر روی هزینه های کل ماشین کاری اثرگذار می باشند. این مسئله در تعیین اثربخشی ابزارهای PCBN ضروری می باشد. به موارد تاریخی بیان شده در بالا مراجعه کنید تا آگاهی بهتری در مورد استفاده های مربوط به ابزارهای PCBN بدست آورید. ابزارهای PCBN یک تعداد قابل توجه از مشکلات مربوط به ماشین کاری را در تولید دنده های فولاد سخت کاری شده، شافت ها و سایر اجزا، را حل کرده اند. از جمله مهم ترین آنها، جایگزینی فرایندهای سایش سنتی با تراشکاری سخت بر روی این مواد، می باشد. انتخاب کاربرد- یک راهنمایی در مورد صنعت و یا ماده
کاربردهای اصلی و کنونی مربوط به ابزارهای PCBN در جدول 1 آورده شده است. این جدول نشاندهنده ی ویژگی های اساسی مربوط به مواد قطعه ی کاری، صنایع اصلی استفاده کننده از این مواد و برخی از مثال ها در مورد محصولات نهایی می باشد. این مسئله باید تذکر داده شود که این لیست تنها حاوی فولاد های کربنی سخت کاری شده، فولادهای آلیاژی سخت کاری شده، چدن، مواد با سطح سخت و آلیاژهای دما بالا، می باشد. ابزارهای PCBN برای ماشین کاری آلومینیوم و سایر فلزات غیر آهنی، کامپوزیت های زمینه ی فلزی، بی متال های چدن/ آلومینیوم، کامپوزیت های رزین، شیشه، گرافیت، چوب و ... مناسب نیستند. مشاهدات زیر، تأیید کننده ی موارد اشاره شده در بالاست:
• ابزارهای PCBN یک تعداد قابل توجه از مشکلات مربوط به ماشین کاری را در تولید دنده های فولاد سخت کاری شده، شافت ها و سایر اجزا، را حل کرده اند. از جمله مهم ترین آنها، جایگزینی فرایندهای سایش سنتی با تراشکاری سخت بر روی این مواد، می باشد. اجزا ممکن است به صورت سطحی ماشین کاری شوند و یا ابتدا گرم شوند و سپس تراشکاری و یا فرزکاری شوند. با این کار، ابعاد و سطح نهایی این محصولات، تعیین می شود.
• ابزارهای PCBN جایگزین ابزارهای متداول در فرزکاری، تراشکاری و سوراخ کاری یک گستره ی وسیع از اجزای چدنی مورد استفاده در صنعت اتومبیل سازی، شده اند. سرعت های ماشین کاری قابل توجه با سطوح بالایی از دقت ابعادی و سطح نهایی مناسب تر، از جمله مزیت های استفاده از این مواد می باشد.
• فلزات با سطح سخت که به صورت گسترده در بخش هایی استفاده می شوند که نیازمند مقاومت به سایش خوبی باشد، باید به صورت مناسبی ساییده شود تا به ابعاد مناسب برسد. ابزارهای PCBN برای تراشکاری و فرزکاری این سطوح استفاده می شود تا بدین صورت ابعاد مناسبی در این قطعات، ایجاد شود.
• ابزارهای PCBN به صورت مؤثری برای تولید بسیاری از بخش های موتور هواپیما و اجزای توربین استفاده می شوند.

راهنمایی ها در مورد انتخاب گریدهای مؤثرتر از PCBN

دانه های ساینده ی CBN که در واقع در تولید ابزارهای PCBN استفاده می شوند، دارای سختی قابل توجه و خواص استحکام بالایی در مقایسه با مواد مورد استفاده در تولید سایر انواع ابزارهای برش کاری، هستند. بنابراین، این نتیجه گیری می شود که بخش های PCBN به خودی خود دارای سختی داغ و مقاومت به سایش خوبی نسبت به ابزارهای متداول هستند.
مقامت فوق العاده و ذاتی PCBN نسبت به سایر ساینده ها، به طور دقیق با مقاومت به سایش شیمیایی، منطبق نیست. تراشکاری نهایی فولادهای سخت کاری شده، در عمق های نمونه وار برشی زیر 0.025 و نرخ تغذیه ی کمتر از 0.010 اینچ می تواند دماهای قابل توجهی در سری ایجاد کند. این دماها ممکن است به اندازه ای بالا باشند که موجب سایش حفره ای سطح PCBN می شود. این واکنش موجب آسیب قابل توجه بر روی سطح ابزار CBN می شود.
راه حل این مشکل، در واقع مخلوط سازی CBN با یک جزء سرامیکی مانند تیتانیم نیترید می باشد. ابزار تولید شده با این فرایند در واقع ابزارهای کامپوزیتی PCBN نامیده می شوند. این ممکن است که ابزاری بسازیم که پایداری گرمایی و شیمیایی بالایی دارد و بدین صورت مقاومت قابل توجهی در برابر سایش حفره ای، ایجاد می شود. این مسئله می تواند اجرا شود در حالی که هنوز سختی و استحکام باقیمانده ی مناسبی برای تراشکاری یک سری از فولادهای سخت کاری شده، ایجاد می شود. یک راهنمایی اساسی در مورد کاربرد این دو شکل از ابزارهای PCBN در جدول 2 آورده شده است.

توصیف ابزارهای PCBN

یک شکل متداول از ابزارهای PCBN که مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از سری های کاربیدی. این سری ها بوسیله ی ایجاد یک بسته ی دقیق بر روی گوشه و یا گوشه ها ایجاد می شوند. این گوشه ها سپس به دقت سایش می یابند تا شعاع و شیار مربوط به بخش، به ابعاد مورد نظر، برسد. اندازه و هندسه ی مربوط به سری های کاربیدی، می تواند برای سری های PCBN نیز استفاده شود.
یکی دیگر از اشکال متداول سری های PCBN ، سری های سطح کامل می باشند. در این شکل، کل سطح شیار بالایی مربوط به سری، از جنس PCBN می باشد. بنابراین، یک سری SNG-322 این مدلی، دارای 4 لبه ی برشی است که تنها یک لبه برای بخش بالایی است. این مسئله نیز ممکن است که پیکربندی های مختلفی از جنس ابزار PCBN را در پیکربندی میله ای تولید کرد. این پیکربندی ها در شکل 1 نشان داده شده است. به منظور ماکزیمم کردن اثربخشی قیمتی مربوط به ابزارهای PCBN، این ممکن است که سری های PCBN دوباره به ابعاد مورد نظر برسد. این ممکن است که ابعاد این سری ها را کاهش داد. ابزارهای PCBN می توانند جزئیات هزینه ای و لجستیکی خوبی مهیا کنند.

انتخاب پارامترهای مربوط به ماشین کاری با ابزارهای PCBN

در اصل، انتخاب پارامترهای ماشین کاری در اصل به شرایط سطح ویژه، خواص پایه و ویژگی های مربوط به قطعه ی کاری، وابسته می باشد. دومین مسئله، وابستگی طبیعت عملیات های ماشین کاری، به خود این فرایند می باشد. تراشکاری نهایی، تراشکاری مورد استفاده برای زبری گیری و سنگ زنی، نیازمند توجهات خاص در زمینه ی انتخاب نوع ابزار PCBN، آماده سازی و عملیات آن می باشد. ابزارهای PCBN به دلیل صلبیت و حذف ارتعاشات قابل توجه، در اجزای چرخنده، کاربرد دارند.
پرسنل و اپراتورهای مربوطه باید آگاه باشند که لبه های برشی مربوط به ابزارهای PCBN ترد هستند مشابه با لبه های کاربیدها، سرامیک ها و ابزارهای سرمتی. ابزارهای با لبه ی PCBN باید همواره با دقت و ملاحظه ی خاص جابجا شوند.

بیشتر بخوانید: موارد مورد استفاده در ابزارهای برش و مته ها (1)

استفاده ی اقتصادی و مؤثر از ابزارهای PCBN به عملیات های انجام شده و سرعت و نزخ تغذیه، وابسته می باشد. کار با ابزارهای PCBN در سرعت های پایین تر، موجب سایش سریع و غیر اقتصادی در ابزار می شود. اثربخشی مربوط به ابزارهای PCBN به میزان سختی و ویژگی های مربوط به سختی دما بالای آنها وابسته می باشد. این سختی دما بالا، نحوه ی تشکیل براده ها را تسهیل می کند.

راهنمایی های مربوط به سرعت و تغذیه

جدول 3 راهنمایی های در زمینه ی ماشین کاری مواد کاری مختلف با ابزارهای PCBN را در بر دارد. این راهنمایی ها انعکاس دهنده ی گستره ی واقعی مربوط به تجربیات عملیاتی و تجاری می باشد. برای آنهایی که با ابزارهای PCBN ناآشنا هستند، عملیات ها باید در نزدیکی حدود پایین سرعت و تغذیه انجام شود. این مسئله در واقع به نوع قطعه ی کاری و عملیات ماشین کاری، وابسته می باشد. همواره ملاحظه های اولیه ای برای تولید قطعاتی انجام می شود که دارای تلورانس و خواص سطحی خاص می باشند. وقتی این شرایط تعیین شود، فرایند بهینه سازی می شود تا بدین صورت سرعت و نرخ تغذیه، افزایش یابد. توجه کنید که ترکیبی از شرایط قطعه ی کاری و طبیعت فرایند موجب می شود تا ابزارهای PCBN یا کامپوزیت های PCBN مورد استفاده قرار گیرند. این وضعیت ها نیازمند راهنمایی های زیر می باشد:
• تراشکاری فولاد سخت کاری شده: مکانیزم سایش ابزار در مورد تراشکاری فولاد های سخت کاری شده ، به صورت شیمیایی موجب بروز سایش حفره ای می شود. بنابراین، پیشنهاد می شود تا ابزارهای کامپوزیتی ازجنس PCBN با مقاومت بالا به حفره دار شدن، ابتدا برای ارزیابی شرایط، مورد استفاده قرار گیرند.
در مورد تراشکاری شیارهای موجود در هزار خارها و سایر برش های غیر پیوسته، سایش ممکن است بوسیله ی شکست و یا خرد شدن، تسریع شود. در یک چنین موردی، ابزارهای PCBN با تافنس بالا باید مورد استفاده قرار گیرد.
• تراشکاری چدن های خاکستری (با سختی کمتر از 270 HB): ماشین کاری مربوط به این نوع از آهن ها، موجب تولید براده های غیر پیوسته و کوتاه می شود. این عاقلانه است که این عملیات ها را با ابزارهای PCBN با سری صاف شروع کنیم زیرا سایش در این بخش ها، متداول ترین حالت از سایش می باشند. تغییر در ویژگی های ماشین کاری مربوط به آهن های نرم به طور متداول بوسیله ی تغییر در ترکیب شیمیایی ابزار PCBN، اتفاق می افتد. این مسئله در حقیقت ممکن است منجر به تغییر در مکانیزم سایش مربوط به ابزار PCBN شود. اگر سایش سریع مشاهد شود که به صورت شیمیایی تشدید می شود، اپراتور ممکن است نیازمند استفاده از ابزار PCBN کامپوزیتی باشد.
• فرزکاری چدن خاکستری (با سختی بیشتر از 270 HB): ابزارهای PCBN مستقیم باید همواره برای انجام این فرزکاری مورد استفاده قرار گیرند. به هر حال، سایش شیمیایی و یا ترک خوردن گرمایی، ممکن است موجب تخریب ابزار مورد استفاده، گردد.
• تراشکاری چدن های سخت (با سختی بیشتر از 400 HB): ماشین کاری آهن های سخت منجر به تولید براده های مجزا می شود. این مواد باید با ابزارهای PCBN مستقیم و به صورت سایش مالشی خالص، ماشین کاری شوند. به دلیل تغییرات ایجادی در ترکیب این آهن ها، این ممکن است که سایش شیمیایی به طور قابل توجهی بر روی عمر مفید قطعه، اثرگذار باشد. در یک چنین وضعیتی، این پیشنهاد می شود که ابزارهای کامپوزیتی PCBN استفاده شود.

راهنمایی ها در مورد عمق برش PCBN

وقتی تراشکاری و یا فرزکاری با سری های PCBN انجام می شود، توجه خاصی باید به مسئله ی لبه ی برش موجود کرد. در فرایند تولید این سری ها، یک قطعه ی کوچک از PCBN بر روی گوشه ی سری های کاربیدی، متصل می شود. بنابراین، طول موجود از لبه ی PCBN برابر طول لبه ی کاربیدی اولیه، نیست. این طول بواسطه ی اندازه ی بخش PCBN مورد استفاده در این فرایند، محدود می شود. هدف این محدودیت، اطمینان یافتن از این موضوع است که حرارت ایجاد شده در فرایند تولید براده، نتواند به حد نرم شدن خط اتصال میان این دو بخش، برسد. توجه کنید که این ملاحظه در واقع راهی نیست که موجب محدود شدن عمق قابلیت برش ابزارهای PCBN شود. فروشنده ی این محصول می تواند سری هایی تولید کند که هر عمق برش دلخواهی را ایجاد می کنند. راهنمایی های خاص و همچنین محدودیت ها در زمینه ی این مسئله در شکل 2 نشان داده شده است.

راهنمایی ها در زمینه ی زاویه ی شیار PCBN

ابزارهای PCBN همواره در حالت شیار پشت و حالت منفی، استفاده می شوند. تمام کاربردهای کلیدی مربوط به ابزارهای PCBN در ماشین کاری مواد مهندسی با استحکام بالایی می باشد که در صنایع، کاربرد دارند. این حیاتی است که تنش های فشاری در لبه ی برش و در طی کار، حفظ شود. راهنمایی ها در مورد زاویه ی شیار عموماً در شکل 3 قابل مشاهده می باشد. راهنمایی ها در مورد فرزکاری نیز در شکل 4 نشان داده شده است. استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
CERAMIC CUTTING TOOLS/ Materials, Development, and Performance/ E. Dow Whitney