نویسنده: پانکاج کی مهروترا
مترجم: حبیب الله علیخانی
برخی از هزینه های مربوط به مواد وجود دارد که به صورت مستقیم مربوط به عملیات های برش می باشد اما معمولاً در بخش کارگری و یا هزینه های ثابت، در نظر گرفته می شوند. هزینه های مربوط به مواد خنک کننده، مواد روان ساز، ابزارهای سخت، ابزارهای ماشین کاری و ... می تواند در این گروه، در نظر گرفته شود.
مواد خنک کننده ی روان سازی نیز به دلایل متعددی در برش فلزات استفاده می شوند، مثلا حفظ دمای مناسب در قطعه و مینیمم کردن اعوجاج قطعه، کنترل غبارات تولیدی در ماشین کاری چدن، خنک سازی سری و ابزار برش و جلوگیری از افزایش قابل توجه دما. مواد خنک کننده موجب می شوند تا دمای عملیاتی مربوط به ابزارهای کاربیدی کاهش یابد و بنابراین، این مواد موجب مینیمم شدن سایش ابزار می شوند. برای مواد سرامیکی و سرمت ها، مواد خنک کننده موجب بروز شوک حرارتی در این ابزارها می شود که در نهایت موجب کاهش عمر مفید قطعه و یا شکسته شدن ابزار می شود. برای ابزارهای برشی ابر سخت، مواد خنک کننده موجب مینیمم شدن حرارت ایجادی در بخش اتصال می شوند و بدین صورت، بخش سخت از ابزار جدا خواهد شد. احتمالاً فاکتور مهم منفرد در گسترش استفاده از ابزارهای برشی، کاهش زمان مورد نیاز برای تولید یک جزء خاص می باشد. استفاده از ابزارهای برش پیشرفته اجازه می دهد تا سرعت برش نسبت به ابزارهای کاربیدی معمولی، 20 تا 400 % افزایش یابد. هزینه ی خرید، استفاده، تعمیر مجدد و مواد خنک کننده، در زیرگروه این هزینه ها، محسوب می شود. باید مراقب باشیم که با دقت از مواد خنک کننده و روان ساز استفاده کنیم. علت این مسئله، اثرات نامطلوب این مواد بر روی محیط زیست و پرنسل می باشد. از آنجایی که استفاده از مواد سمی هر روز و بر طبق قوانین موجود، سخت می شود و به دلیل هزینه های آنها، استفاده از مواد خنک کننده در حقیقت یک مشکل بزرگ محسوب می شود. به عنوان یک نتیجه، بسیاری از تولیدکننده ها به دنبال فرایندهای برشی هستند که برای ابزارهای سرامیکی و سرمت، مناسب باشد و بنابراین، هزینه های آنها، کاهش یابد. این رویه برای ابزارهای سرامیکی و سرمت ها مناسب است اما مشکلاتی برای سری های ابر سخت اتصال یافته به ابزار ایجاد می کند. در حقیقت ورود ابزارهای الماسه و CBN اجازه ی برش مواد ابزاری ابر سخت، بدون استفاده از مواد خنک کننده را مقدور می سازد.

قابلیت اطمینان

قابلیت اطمینان مواد مورد استفاده در ابزارهای برشی پیشرفته عموماً کمتر از ابزارهای متداول تولیدی بر پایه ی کاربید تنگستن و فولاد تند بر، در نظر گرفته می شود. مقاومت به شکست نسبتاً پایین مربوط به مواد پیشرفته ی مورد استفاده در ابزارهای برش، می تواند منجر به سایش شدید در یک یا چند لبه ی برشی شود. علت این مسئله می تواند استفاده ی نادرست باشد. این مشکل که گاهی اوقات منجر به شکست های غیر قابل پیش بینی می شود، از مقبولیت گسترده ی مواد پیشرفته، جلوگیری می کند. شکست در طی ماشین کاری، نه تنها منجر به از بین رفتن گوشه ی برشی و یا کل سری می شود، بلکه همچنین منجر به خراب شدن سطح نمونه نیز می گردد. علاوه بر این، این مسئله موجب می شود که اپراتور باید به خوبی کار کنترل را انجام دهد. این عدم قطعیت در فرایند ماشین کاری، مشکلاتی در زمینه ی تخمین هزینه ها، به وجود می آورد. استفاده از مواد خنک کننده باید در این موارد به حداقل برسد و یا از این مواد استفاده نشود. توسعه ی ابزارهای برشی با تافنس بالاتر و ایجاد طراحی های با هندسه ی مناسب (مانند طراحی بهینه ی لبه ها)، همچنین موجب بهبود قابلیت اطمینان می شود و در این حالت، مقبولیت ابزارهای برشی پیشرفته، افزایش می یابد.

هزینه های کارگری

در بسیاری از عملیات های برش فلزی، هزینه های کارگری بخش اصلی هزینه های کل ماشین کاری است. عموماً هزینه های کارگری بر اساس میزان کارگر مورد استفاده، مخارج کلی و زمان مورد نیاز برای ماشین کاری یک قطعه، تعیین می شود.
هزینه های کارگری بر هر قطعه= نرخ کارگری ضربدر سیکل زمانی بر هر قطعه
زمان سیکل بر هر قطعه یا زمان کف به کف، شامل زمان صرف شده برای برش (CT) و زمان صرف شده برای کارهای دیگر (NCT) تعریف می شود:
زمان سیکل بر هر قطعه = CT بر هر قطعه + NCT بر هر قطعه
زمان برش در حقیقت مربوط به زمان واقعی است که در آن قطعه بریده می شود. زمان غیر برشی در حقیقت ممکن است شامل زمان مورد نیاز برای انتقال قطعه، عوض کردن ابزار، استراحت، و اندازه گیری ابعاد قطعه می باشد.

زمان برش

احتمالاً فاکتور مهم منفرد در گسترش استفاده از ابزارهای برشی، کاهش زمان مورد نیاز برای تولید یک جزء خاص می باشد. استفاده از ابزارهای برش پیشرفته اجازه می دهد تا سرعت برش نسبت به ابزارهای کاربیدی معمولی، 20 تا 400 % افزایش یابد. به هر حال، در برخی کاربردها، ابزارهای پیشرفته ممکن نیست در زبری گیری خشن و یا برش متناوب، استفاده شوند. این محدودیت ها، بیان کننده ی قیود قابل توجهی است که در استفاده از این ابزارها، مشاهده می شود و در حقیقت از کاربرد گسترده ی این ابزارها، جلوگیری به عمل می آورد.
همانگونه که در جدول 1 مشاهده می شود، نرخ حذف فلز با استفاده از ابزارهای سیلیکون نیتریدی و برای ماشین کاری چدن، به طور نمونه وار 3.5 برابر ابزارهای کاربیدی پوشش داده شده با آلومینا، می باشند. در ماشین کاری آلیاژهای نیکل، نرخ حذف فلز می تواند با استفاده از آلومینای تقویت شده با ویسکر سیلیکون کاربید و یا ابزارهای برش سیالونی، 300 % شود (جدول 2). به طور مشابه، همانگونه که در جدول 3 مشاهده می شود، حدود 20 % افزایش در حذف فلزی در ماشین کاری فولاد می تواند با استفاده از ابزارهای آلومینا- TiC افزایش یابد. جدول 4 نشاندهنده ی افزایش حدود 40 % در نرخ حذف فلز در ماشین کاری آلیاژهای آلومینیوم و با استفاده از ابزارهای حاوی سری PCD می باشد. همچنین جدول 5 نشاندهنده ی این است که ابزارهای آلومینا- TiC و ابزارهای CBN منجربه نرخ حذف فلزی می شوند که 4 تا 8 برابر نرخ مربوط به ابزارهای کاربیدی می باشد.
افزایش در نرخ حذف فلزی که در شکل 1 تا 5 بخش اول این مقاله نشان داده شده است و در حقیقت با استفاده از ابزارهای برش پیشرفته ایجاد شده اند، همچنین نیازمند استفاده از دستگاه های با توان بالاتر، می باشد.

از آنجایی که بیشتر مواد مورد استفاده در ابزارهای پیشرفته تافنسی به اندازه ی کاربیدها، ندارند، این ابزارهای ماشین کاری باید سفت تر باشند. بنابراین، ابزارهای ماشین کاری نیازمند بدست آوردن مزیت هایی مشابه مزیت های این ابزارها، می باشند. این مسئله ممکن است موجب افزایش هزینه های ثابت و هزینه های مربوط به کارگری مربوط به ماشین کاری می شود.
از آنجایی که روش های شکل دهی فلزی جدید موجب تولید قطعاتی با شکل مناسب می شود، نیاز به ماشین کاری، کمتر شده است. این روند موجب می شود تا استفاده از ابزارهای برشی پیشرفته نسبت به ابزارهای کاربید تنگستن- کبالت، پیشی بگیرد. ابزارهای برش سرامیکی و ابر سخت همچنین باید در فرایندهای سایش نیز جایگزین شوند. سایش با یک چرخ ساینده به صورت نرمال برای بدست آوردن سطح نهایی مناسب و در زمان کار بر روی قطعات سخت، استفاده می شود. در برخی کاربردها، عملیات سایش می تواند بوسیله ی عملیات های تراشکاری (با ابزارهای برشی بر پایه ی آلومینا و یا CBN) جایگزین شوند. این مسئله موجب کاهش قابل توجه در مصرف انرژی و همچنین کاهش زمان سیکل کاری می شود.

عمر ابزار

عمر ابزار در واقع بوسیله ی زمان و یا تعداد قطعه ای تعریف می شود که یک لبه ی برشی می تواند پیش از خراب شدن، مورد عملیات قرار دهد. یک عمر مفید طولانی تر، منجر به کاهش زمان تعویض قطعه می شود و بنابراین، موجب کاهش در هزینه های کارگری می شود. همچنین یک ابزار با عمر طولانی تر، به معنای هزینه ی سری پایین تر در هر قطعه ی تولیدی، می باشد.
در خطوط انتقال و یا سلول های تولید مانند چیزی که در برخی از عملیات های خودروسازی، مشاهده می شود، عمر مفید قطعه باید با زمان مربوط به شماره گذاری و یا تعویض قطعه، متناسب باشد. عمر مفید کوتاه تر قطعه، اگر چه بسیار قابل توجه است، ممکن است منجر به کاهش در هزینه های کلی مربوط به تولید، نشود.
به عبارت دیگر، در عملیات های تولید که در واقع یک اپراتور همواره مواظب فرایند است و هزینه ی شکست ابزار بالاست (مانند عملیات های مربوط به هوافضا)، یک سری ممکن است بعد از هر عبور و یا تنها به اندازه ی کسری از عبور، مورد بررسی و اندازه گیری قرار گیرد. در این عملیات ها، یک روش محافظتی ممکن است برای ماشین کاری مورد استفاده قرار گیرد و منجر به عدم استفاده از ابزار در برخی زمان ها، شود. در واقع این مسئله، همچنین موجب صرفه جویی کلی در هزینه های تولید، می شود.

زمان های غیر برشی

وقتی مواد مورد استفاده در تولید ابزار برشی، اجازه ی نرخ حذف بالاتر فلزی را بدهد، زمان های غیر برشی مربوط به ابزار ماشین کاری، یک بخش مهم مربوط به زمان کف به کف، می شود. اگر چه این مسئله به صورت مستقیم بر روی یک ابزار مشخص اثرگذار نمی باشد، استراتژی های مختلفی می تواند برای کاهش زمان کاری و هزینه های مربوط به زمان غیر برشی ابزار ماشین کاری، استفاده شود. برخی از این استراتژی ها در ادامه مورد بررسی قرار گرفته است.
یک وسیله که در واقع ابزار تعویض سریع (QCT) نامیده می شود، موجب کاهش زمان مورد نیاز برای تغییر ابزار می شود. اتوماتیک کردن موجب کاهش زمان مورد نیاز برای قراردهی قطعه در جای مورد نظر و اندازه گیری های کنترلی می شود. این مسئله همچنین موجب کاهش هزینه های کارگری و افزایش میزان تولید عملیات می شود. نرخ حذف فلزی بالا با ابزارهای سرامیکی همچنین موجب افزایش در میزان براده های تولیدی، می شود. عملیات های حذف براده ی اتوماتیک معمولاً برای مینیمم کردن هزینه های کارگری مربوطه، استفاده می شوند.
نرخ های کارگری و یا بالاسری در حقیقت اشاره به روشی دارد که بوسیله ی آن، هزینه های ثابت یک کارخانه و یا هزینه های مربوط به پرسنل بخش تولید، ارزیابی می شود. اموال، کارخانه، ماشین آلات، تأسیسات، کارمندان و ... به صورت مستقیم در تولید قطعه اثرگذار نمی باشند اما برای فرایند تولید، ضروری می باشند. همانگونه که قبلا گفته شد، برخی از هزینه های غیر مستقیم مواد که مربوط به تولید واقعی قطعه است، ممکن است در نرخ کارگری، در نظر گرفته شوند. ابزارهای ماشین کاری پیشرفته و جدید، اتوماسیون فرایند و کارمندان با تجربه، برای استفاده از ابزارهای برشی پیشرفته، ضروری می باشند. این مسئله در واقع موجب افزایش نرخ کارگری می شود. برای مواد ابزاری پیشرفته، یک کاهش در سیکل زمانی نسبت به قطعه، با استفاده از این مواد ابزاریی جدید، ایجاد می شود. در واقع رویه ی اخیر در کاهش نرخ های کارگری یک تلاش مشارکتی برای استفاده کننده و فروشنده ی ابزار است. تخصص مربوط به کارمندان و تولیدکننده های ابزار نیز موجب بهینه سازی انتخاب ابزار و فرایندهای تولید، می شود.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
CERAMIC CUTTING TOOLS/ Materials, Development, and Performance/ E. Dow Whitney