مواد رایج برای ابزارهای برش در قطعات ماشینکاری چیست؟

اگر تا به حال صدای زمزمه یک ماشین تراشکاری یا فرز CNC را در یک کارگاه تماشا کرده باشید، ممکن است فکر کرده باشید: "چگونه آن ابزار تیز در تمام روز از سنگ زنی فلزات فرسوده نمی شود؟" به‌عنوان فردی که بیش از یک دهه است قطعات ماشین‌کاری سفارشی را تامین می‌کند - از باس‌های آلومینیومی کوچک برای وسایل الکترونیکی خودرو گرفته تا توپی‌های چرخ تریلر سنگین - آموخته‌ام که مواد ابزار برش هم برای کیفیت قطعه و هم برای سرعت تولید، ساخت یا شکستن است. من بیشتر از آنچه بتوانم بشمارم با مواد ابزار کار کرده‌ام، و امروز رایج‌ترین آنها را به‌علاوه نحوه کارکرد هر کدام با قطعاتی که هر هفته می‌سازیم، می‌آورم.

ابتدا، اجازه دهید با OG ابزارهای برش شروع کنیم: فولاد با سرعت بالا (HSS). اگر تا به حال یک پایه صندلی چوبی DIY را چرخانده اید یا یک ورق آلومینیومی نازک را سوراخ کرده اید، از HSS استفاده کرده اید. سخت است، نسبتا ارزان است و به راحتی تیز می شود، که آن را برای کارهای کم هزینه و دسته کوچک عالی می کند. قطعه "سرعت بالا" از توانایی آن برای سخت ماندن در دماهای بالاتر ناشی می شود، بنابراین می توانید آن را سریعتر از فولاد کربنی ساده بدون ذوب شدن در قطعه کار خود اجرا کنید. اما نکته اینجاست: اگر نوک آن خیلی داغ شود HSS نرم می شود، بنابراین برای برش مواد فوق سخت مانند فولاد سخت شده یا تیتانیوم عالی نیست. برای فروشگاه خود، ما از HSS بیشتر برای قطعات نمونه اولیه سفارشی استفاده می‌کنیم - مانند زمانی که مشتری برای آزمایش در یک پمپ صنعتی جدید به یک آستین مسی خود روان‌شونده گرافیت (پیوند: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/graphite-self-lubricating-copper-sleeve.html) نیاز دارد. ما آن مشاغل را با سرعت کامل تولید اجرا نمی کنیم، بنابراین HSS به خوبی حفظ می شود. همچنین برای ضربه زدن به نخ‌های برنجی نرم یا آلومینیومی مناسب است، زیرا نوک‌های شیر کوچک مانند آسیاب‌های تمام‌پایه ضربه نمی‌خورند.

مرحله بعدی یک پله بالاتر از HSS است: کاربید سیمانی یا به اختصار فقط کاربید. این کار ماشین‌کاری مدرن است، و این همان چیزی است که ما برای 70 درصد از دوره‌های تولید خود استفاده می‌کنیم، از جمله پایه‌های ماشینکاری آلیاژ آلومینیوم (پیوند: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/aluminium-alloy-machined-boss.html) که ما برای پایه‌های موتور ماشین جمع‌وجور می‌سازیم. کاربید یک کامپوزیت ساخته شده از ذرات ریز کاربید تنگستن است که با کبالت به هم پیوند خورده اند، بنابراین بسیار سخت تر از HSS-مثلاً 2 تا 3 برابر سخت تر- است و این سختی را در دمای بالا (تا 1500 درجه سانتیگراد، که بسیار گرمتر از اجاق آشپزخانه است) حفظ می کند. این بدان معناست که ما می‌توانیم دستگاه‌های CNC خود را با شیب کامل کار کنیم و به جای چند ساعت، بلوک‌های آلومینیومی ضخیم را در چند دقیقه برش دهیم، بدون اینکه ابزار پس از 10 قطعه فرسوده شود. تنها نقطه ضعف؟ این بسیار شکننده‌تر از HSS است، بنابراین نمی‌توانید از آن برای کارهایی مانند ضربه زدن به مواد نازک یا برش‌های ظریف و مستعد ضربه استفاده کنید. ما همچنین از درج کاربید پوشش داده شده برای مواد سخت تر استفاده می کنیم، مانند زمانی که در حال ماشینکاری توپی چرخ تریلر فولادی هستیم. پوشش (معمولاً نیترید تیتانیوم یا کربن الماس‌مانند) اصطکاک را کاهش می‌دهد، بنابراین ابزار بیشتر دوام می‌آورد و روکش صاف‌تری می‌دهد، که برای قطعاتی که نیاز به محکم شدن دارند، مانند توپی‌های چرخ تریلر، بسیار بزرگ است.

صبر کنید، در مورد تریلرها صحبت می کنیم، بیایید در مورد سرمت ها و ابزار سرامیکی صحبت کنیم، که جانوران مطلق برای برش فولاد سخت شده و سایر فلزات فوق العاده سخت هستند. سرمت ها ترکیبی از سرامیک و فلز هستند، بنابراین سخت تر از کاربید هستند و مقاومت حرارتی بهتری دارند، اما هنوز کمی انعطاف پذیرتر از سرامیک خالص هستند. ما از سرمت ها برای برش های نیمه تمام و تکمیل در قطعاتی مانند دوک توپی چرخ تریلر (پیوند: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/trailer-wheel-hubs-spindle.html) استفاده می کنیم، که برای چرخش بدون اصطکاک به سطح آینه ای صاف نیاز دارد. ابزارهای سرامیکی خالص حتی سخت‌تر هستند - از اکسید آلومینیوم یا نیترید سیلیکون ساخته شده‌اند - و می‌توانند فولاد سخت‌شده‌ای را که قبلاً تحت عملیات حرارتی تا 50+ HRC قرار گرفته‌اند، برش دهند که در عرض چند دقیقه یک ابزار کاربید را کدر می‌کند. گرفتن؟ هم سرم ها و هم سرامیک ها بسیار شکننده تر از کاربید هستند، بنابراین می توانید از آنها فقط برای برش های سبک و ثابت استفاده کنید. اگر ابزار را به قطعه کار برخورد کنید یا آن را با زاویه اشتباه اجرا کنید، مانند یک لیوان قهوه روی بتن فرو می‌ریزد. ما اینها را برای کارهایی با دقت بالا ذخیره می‌کنیم، جایی که پایان مهم‌تر از سرعت است، مانند قطعات دستگاه‌های پزشکی یا قطعات هوافضا، نه هاب‌های تریلرهای سنگین که در جاده‌ها شکست می‌خورند.

سپس چیزهای فانتزی برای مواد فوق سخت وجود دارد: نیترید بور مکعبی (CBN) و الماس پلی کریستالی (PCD). CBN دومین ماده سخت روی زمین (پس از الماس) است و از ذرات نیترید بور فشرده ساخته شده است. ما فقط ابزارهای CBN را برای سخت‌ترین کارها بیرون می‌کشیم، مانند ماشینکاری فولاد ابزار سخت شده برای محفظه توپی مهر زنی چرخ تریلر سنگین (پیوند: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/trailer-wheel-hubs-stamping-hub.html) که 0+10 پوند خواهد داشت. CBN می تواند فولاد را با سرعت کامل بدون نرم شدن برش دهد، بنابراین کارآمدتر از سنگ زنی آن قطعات است. PCD اساساً الماسی است - الماس پلی کریستالی که به یک بستر کاربید متصل شده است. این برای برش فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم، مس و حتی گرافیت عالی است، زیرا الماس به آن مواد نمی‌چسبد (از طرف دیگر، آهن الماس را حل می‌کند، بنابراین هرگز از PCD روی فولاد استفاده نمی‌کنید). ما از ابزارهای PCD هنگام ماشینکاری قطعات آلومینیومی که وارد وسایل نقلیه الکتریکی می‌شوند استفاده می‌کنیم، زیرا آنها برای درست کارکردن به تلرانس‌های بسیار محکمی مانند 0.001 اینچ نیاز دارند. جنبه منفی؟ هر دو CBN و PCD بسیار گران هستند، بنابراین ما فقط زمانی از آنها استفاده می کنیم که کار دیگری انجام نشود، و مطمئن می شویم که هر برش را برای جلوگیری از هدر رفتن آنها بهینه می کنیم.

در حال حاضر، من نمی توانم در مورد ابزارهای برش بدون اشاره به یک تغییر دهنده بزرگ بازی این روزها صحبت کنم: ابزارهای روکش دار. صبر کنید، من قبلاً روی پوشش‌ها با کاربید صحبت کردم، اما اکنون انواع زیادی وجود دارد و تفاوت زیادی ایجاد می‌کنند. به عنوان مثال، هنگام ماشینکاری قطعات آلومینیومی از پوشش های الماسی بر روی ابزار کاربید استفاده می کنیم، زیرا آلومینیوم تمایل دارد به ابزارهای بدون پوشش «چسبیده» و در سرتاسر قطعه کار گرد و غبار باقی بماند، که باعث خراب شدن پایان می شود. روکش الماس مانند یک ماهیتابه نچسب عمل می کند، بنابراین قسمت تمیز و صاف بیرون می آید. ما همچنین از پوشش‌های کربنی‌ترید تیتانیوم برای قطعات فولادی ضد زنگ استفاده می‌کنیم که در برابر حرارت مقاومت می‌کنند و اصطکاک را کاهش می‌دهند، بنابراین می‌توانیم ماشین‌ها را سریع‌تر بدون سایش ابزار کار کنیم. برخی از پوشش‌های جدید حتی دارای خاصیت خود روان‌شوندگی هستند، که برای قطعاتی مانند آستین مسی خود روان‌شونده گرافیت که قبلاً به آن اشاره کردم، بسیار مهم است - آنها به یک سطح روانکاری ثابت نیاز دارند، و یک ابزار روکش‌شده به حفظ آن در طول ماشین‌کاری کمک می‌کند.

اشتباه رایجی که می‌بینم ماشین‌کاران جدید (و حتی برخی از خرده‌فروشی‌های کوچک) مرتکب می‌شوند، انتخاب مواد ابزار اشتباه برای کار است. مانند استفاده از یک ابزار ارزان قیمت HSS برای یک توپی تریلر فولادی ضخیم - یک قطعه کثیف دریافت خواهید کرد و ابزار بعد از 5 دقیقه می شکند. یا با استفاده از یک ابزار PCD فوق‌العاده گران‌قیمت روی یک نمونه اولیه آلومینیومی نرم، هزاران دلار را برای ابزاری هدر می‌دهید که بیش از حد است. برای ما، کلید تطبیق مواد ابزار با مواد قطعه، حجم تولید و پرداخت مورد نیاز است. به عنوان مثال، هنگامی که کیت توپی چرخ تریلر (لینک: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/trailer-wheel-hubs-kit.html) را با حجم بالا می‌سازیم، از درج‌های کاربید روکش دار استفاده می‌کنیم زیرا به اندازه کافی ارزان هستند که به طور منظم جایگزین شوند، اما به اندازه کافی سخت هستند که تا 100 قطعه را در هر درج نگه دارند. برای قطعات سفارشی با حجم کم و با دقت بالا، ممکن است ابزارهای سرمتی را بکار ببریم تا بدون پرداخت اضافی به آن پرداخت عالی بپردازیم.

در پایان، مواد ابزار برش فقط یک اصطلاح مهندسی انتزاعی نیستند - آنها مستقیماً بر قطعاتی که می‌سازیم، سرعت رساندن آنها به مشتریان و هزینه آنها تأثیر می‌گذارند. پس از 10 سال در این تجارت، آموخته ام که صرفه جویی در مواد ابزار تقریباً همیشه شما را به درد می آورد: کیفیت بد قطعه، تحویل دیرهنگام و مشتریان ناراضی. چه به یک باس ساده آلومینیومی برای ماشین، یک توپی تریلر سنگین برای کار خود، یا یک آستین گرافیتی سفارشی برای یک ماشین صنعتی نیاز داشته باشید، انتخاب ابزار برش مناسب نحوه ساخت قطعاتی است که به سختی مشتریانمان کار می کنند.

اگر به دنبال قطعات ماشینکاری سفارشی هستید، چه اجزایی که در اینجا ذکر کردم یا چیزهای کاملاً متفاوت، تیم من و من این تخصص را داریم که ابزار و مواد مناسب را انتخاب کنیم تا قطعات شما را به درستی، به موقع و در حد بودجه تهیه کنیم. برای بحث در مورد پروژه خود با ما تماس بگیرید - ما همیشه خوشحالیم که به شما کمک می کنیم.

مراجع
ASM International. (2016). مواد ابزار برش. ASM Handbook, Volume 16: Machining.
DeGarmo، EP، Black، JT، & Kohser، RA (2020). مواد و فرآیندها در تولید (ویرایش سیزدهم). وایلی.
کتابچه راهنمای ماشین آلات (ویرایش سی و یکم). (2020). مطبوعات صنعتی.