برای اینكه بتوان فلزات مختلف را به طور ساده تراشید، لازم است كه از ابزارهای برشی مناسبی استفاده كرد تا بتوانیم در عملیات ماشینكاری، درست عمل كنیم؛ یعنی با انتخاب درست جنس قطعة كار و جنس ابزارهای براده‌برداری، عمر ابزار خود را افزایش بدهیم و نیزكیفیت كار خود را بالا ببریم. در این مقاله سعی شده است در دیدی كلی، انواع ابزارهای برشی را معرفی كرده و معایب و محاسن آنها را در مقایسه با هم بیان كنیم.
انواع ابزارهای برشی:
عمر ابزارهای برشی به عوامل گوناگونی بستگی دارد. یكی از این عوامل، جنس خود ابزار است. انواع ابزارهای برشی عبارتند از:
1- فولادهای تندبْر HSS
2- آلیاژهای ریختنی كبالت؛
3- كاربایدها؛
4- سرامیكها وسرمتها؛
5- CBN
6- الماس‌ها.
در هنگام انتخاب ابزار برش مناسب برای یك سری عملیات، می‌بایست به وسیلة مقایسه مشخصات فلز، آن ابزار برش را انتخاب كرد. این مشخصات شامل توجه به نكات زیر است:
• سختی
• مقاومت
• كارایی در درجه حررات بالا
• محكمی
• مقاومت در مقابل اثرات شیمیایی
• مقاومت در مقابل سائیدگی
• قابلیت انتقال حرارت
• ضریب اصطكاك
آخرین عامل،یعنی هزینة تولید باید طوری در نظر گرفته شود كه قطعه دارای خواص فیزیكی لازم باشدو كمترین هزینه تولید هر قطعه را شامل گردد.
1- فولادهای تندبُر
فولادهای تندبرHighSpeed Steel
اصولاً برای برش«رنده‌های تراش» به كار می‌روند و علاوه بر كربن، ممكن است شامل عناصر دیگری ازقبیل تنگستن، مولیبدن، كروم، وانادیوم و كبالت باشند.
كربن برای حفظسختی در درجه حرارت بالا، وانادیم موجب افزایش استحكام و مقاومت به سایش و كرومنیز به عنوان عامل بهبود چقرمگی Toughness و مقاومت در مقابل سایش عمل می‌كند.
این نوع فولادهابر اساس مواد آلیاژی اصلیشان به چهار گروه تقسیم‌بندی شده‌اند:
1-مولیبدن 2- مولیبدن كبالت
3- تنگستن 4- تنگستن كبالت
اما چرا این نامرا بر این ابزار نهاده‌اند؟
High SpeedSteel ® HSS
برای پاسخ دادنبه این سؤال، بهتر است با یكی دیگر از ابزارهای برشی و براده‌برداری با نام«فولادهای كربنی و آلیاژی» آشنا شویم.
كاربرد این نوع فولادها، كه زمانی حدود یك قرن پیش عمده‌ترین جنس ابزارهای براده‌برداری بودند،به دلیل افت شدید سختی در درجه حرارتهای نسبتاً بالا تقریباً 260°C و سایش زیاد، فقط به ابزارهای دستی برای براده‌برداری‌هایبا سرعت پایین از قبیل قلاویز و حدیده و سوهان محدود شده است.
و اما فولادهای تندبْر، برتری این نوع فولادها تندبْر به فولادهای كربنی، در قابلیت حفظ سختی دردرجه حرارت بالاتر 538°C الی 590°C است. از این جهت، مقایسه با فولادهای كربنی بهازای طول عمر مساوی می‌توان آن را با حدود 2 برابر سرعت برشی به كاربرد. به همین دلیل این فولادها به نام فولاد تندبر نامگذاری شده‌اند.
ابزار از جنسفولادهای تندبر مزایای زیر را نسبت به نمونه‌های دیگر دارد:
الف ارزانتراست؛
ب شكنندگیكمتری دارد. به همین دلیل در قطع و وصل ابزار برش بر روی قطعة كار با روامتر؟؟؟است؛
ج فرم‌پذیر است و به راحتی شكل می‌گیرد.
در كنار محاسن نام برده، این فولادها دارای معایبی نیز هستند. از آن جمله:
الف نسبت بهانواع دیگر در دماهای بالاتر حین ماشینكاری دوام كمتری دارند؛
ب مواد سخت رابه راحتی برش نمی‌دهند.
2- آلیاژهایریختنی كبالت ابزارهای استلایتی
این آلیاژها كهمركب از 2 الی 4 درصد كربن، 14 تا 20 درصد تنگستن، 25 الی 34 درصد كروم و مابقی كبالت هستند. به دلیلبرخورداری از سختی زیاد و حفظ آن در درجه حرارتهای بالا و مقاومت بالا نسبت بهسایش و خوردگی، ضریب اصطكاك پایین در تماس با فولاد، به عنوان یكی از مواد مناسببرای ساخت ابزارهای براده‌برداری مطرح بوده‌اند.
اگر چه سختی اینآلیاژها در دمای اتاق مشابه فولادهای تندبر است؛ ولی به دلیل حفظ بهتر سختی دردماهای بالاتر، قابل استفاده در سرعتهای برشی بالاتری تقریباً 25 سرعتبیشتر نسبت به فولادهای تندبر هستند. خواص مكانیكی و سختی این آلیاژها با عملیاتحرارتی قابل تغییر نیست.
3- كاربایدها
اصولاً«كارباید» اصطلاحی است كه به تركیب شیمیایی فلز و كربن اطلاق می‌شود. كاربایدهاخود به سه گروه تقسیم می‌شوند:
1- سمانته 2- ریزدانه 3- پوششی
كاربایدهایسمانته نیز خود به دو گروه عمده تقسیم می‌شوند:
1- گروه تنگستنكارباید خالص
1- گروه تنگستن كارباید آلیاژی كه حاوی كارباید تیتانیم یا كارباید تنتالیم می‌باشد
همچنین ابزارهایكاربایدی را در دیدی دیگر می‌توان به سه گروه دیگر تقسیم كرد:
1- الماسه‌هاییكپارچه و سخت كه از قطعات كربنی ساخته می‌شود.
2- الماسه‌های لحیمی كه از اتصال الماسه به یك میلة فولادی به صورت لحیمی ساخته می‌شود.
3- الماسه نصبیكه در بین صنعتگران به الماسه یا اینزرت مشهور است و متداول‌ترین ابزار مورداستفاده در CNC هاست كه درنگهدارنده‌های فولادی نصب می‌شوند.
مزایایكاربایدها را می‌توان در موارد زیر نام برد:
الف مقاومت بیشتر در برش مواد و آلیاژهای سخت؛
ب مقاومت دردماهای بالاتر؛
ج الماسه‌هاییكپارچه قادر به جذب ارتعاشات كار هستند و صدای ایجاد شده از برخورد ابزار با قطعه كار بسیار كم است؛
د الماسه‌هاینصبی به راحتی و بدون نیاز به نگهدارنده‌های فولادی جدید تعویض می‌شوند.
معایب كاربایدهارا نیز می‌توان در موارد زیر نام برد:
الف قیمت بالانسبت به فولادهای تندبر؛
ب شكنندگی بیشتر نسبت به فولادهای تندبر؛
ج شكل‌گیریآنها با ابزارهای الماسه‌ای مقدور می‌باشد.
در ضمن الماسه‌هاینصبی كه كاربرد فراوانی در CNC ها دارند، با موادخاصی مانند نیترید تیتانیوم پوشش داده می‌شوند تا عمر مفید آنها افزایش یابد. اینپوشش، عمر ابزار را برای عملیات متعارف و معمول تراشكاری و فرزكاری تا 20 برابر افزایش می‌دهد.
4- سرامیكها وسرمتها
ابزارهایسرامیكی بیشترین تكامل را در چند سال اخیر داشته‌اند و هر چند بسیار گران هستند؛اما از ابزارهای الماسه‌ای ارزانترند. سرامیكها بسیار سبك و شكننده‌اند.
سرامیكها درسرعتهای برش سه الی چهار برابر ابزارهای كاربایدی هستند. صافی سطح حاصل از ماشین‌كاریبا این ابزارها بسیار خوب است و استفاده از سیال خنك‌كننده Coolant در براده برداری این ابزارها ضروری نیست.
مزایای سرامیكهاعبارتند از:
الف ارزانتر ازالماسه‌های كربنی هستند؛
ب مواد بسیارسخت را در زمان كوتاهی می‌برند و مقاومت گرمایی بالایی دارند.
همچنین معایبسرامیكها عبارتند از:
الف بسیارشكننده تر از كاربایدها و فولادها هستند؛
ب فقط برای برشهای سرعت بالا مفید هستند و در صورتی كه در دورهای پایین كار كنند، می‌شكنند؛
ج بسیاری ازدستگاه‌ها، سرعت چرخشی مناسبی برای استفاده از ابزارهای سرامیكی ندارند.
سرمتها كه تركیبخاصی از سرامیكها و فلزات هستند، برای كاهش تردی و شكنندگی سرامیكها و بهبود آنهاابداع شده‌اند.
فلزاتی نظیرآهن، كروم، تیتانیوم و نیكل از ممزوج شدن با سرامیكها ابزارهای «سرامیك - فلز» یاهمان «سرمٍت» را به وجود می‌آورند.
از بارزترین خصوصیات سرمتها و سرامیكها حفظ سختی در درجه حرارتهای خیلی بالا و مقاومت بالا درمقابل سایش؛ ولی مقاومت كم در مقابل خمش و شوكهای مكانیكی و بارهای ضربه‌ای وارتعاش است و لذا با وجود این محدودیتها باید از ماشین‌ابزارهای صلب و كاملاًمستحكم كه بدون لرزش می‌باشند، استفاده كرد.
5- نیترید بورمكعبی CubicBorn Nitride
:CBN با نام تجاری بورازون سخت‌ترین مادةشناخته شده پس از الماس است. از مهمترین امتیازات آن، مقاومت حرارتی بیشتر ازالماس و خنثی بودن آن از نظر شیمیایی است.استفاده از CBN به عنوان ابزار براده برداری برای خشن‌كاریو پرداخت فولادهای كربنی و آلیاژی، ابزار سخت‌كاری‌شده و چدن‌های سخت و چائیده وبه ویژه سوپرآلیاژها با پایه نیكل و كبالت و قطعات ساخته شده به روش متالوژی پودر، پلاستیك‌ها و گرافیت توصیه می‌شود.
اگر چه این نوع ابزارها را می‌توان بدون استفاده از سیال خنك‌كننده نیز به كار برد؛ ولی استفادهاز سیال‌های خنك‌كننده حل‌شونده در آب نتایج مثبت به همراه دارد.
6- الماس Diamond
الماس، سخت‌ترینماده شناخته شده در جهان و سختی متوسط آن 5 برابر كاربایدهای سمانتراست. سختی بسیار بالا، مقاومت به سایش عالی، قابلیت هدایت حرارتی خوب، استحكامفشاری بسیار بالا و انبساط حرارتی ناچیز، باعث شباهت ابعادی بی‌نظیر آن در براده‌برداریو تضمین‌كنندة حصول اندازه های یكنواخت و دقیق در قطعه كار و صافی سطح بالا می‌باشد.
همچنین به دلیل خنثی بودن الماس از نظر شیمیایی و پایین بودن ضریب اصطكاك آن در تماس با اكثر مواددر هنگام براده‌برداری پدیدة جوش‌خوردن براده‌های قطعه كار به لبة ابزار به وقوعنپیوسته و همین مسأله باعث حصول صافی سطح خوب در ماشینكاری فلزات غیر آهنی و حتیغیر فلزات می‌شود.
ابزارهای الماس،به هنگام براده‌برداری از فولادهای نرم و كم‌كربن، به سرعت سائیده می‌شوند؛ درصورتی كه سرعت سایش آنها در ماشینكاری فولادهای آلیاژی پركربن كمتر است و گاهیاوقات در ماشینكاری چدن با درصد كربن بالا طول عمر زیادی از خود نشان می‌دهند.ولی با این وجود به طور كلی ماشینكاری آلیاژهای آهنی و چدن توسط ابزارهای الماس توصیه نمی‌شوند
