مسعود جمشیدی نسب
2nd May 2015, 10:53 PM
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 ابزارهایبرشی:
عمر ابزارهای برشی به عوامل گوناگونی بستگی دارد. یكی از این عوامل، جنس خود ابزار است. انواع ابزارهای برشی عبارتند از:
1- فولادهایتندبْر 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 تندبر(HighSpeed 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 نصبی(كه 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
لزوم حركت به سمت سرامیك‌های پیشرفته
در صنایع شیمیایی، مقاومت خوب این مواد در برابر اسیدها و سایر مواد خورنده بسیار مورد توجه میباشد. در صنایع هوا- فضا مقاومت این مواد در برابر حرارت اهمیت دارد و در صنایع الكترونیك و ارتباطات به‌علت خواص نوری و الكتریكی خوبی كه دارند، از اجزای مهم محسوب می‌شوند. امروزه سرامیكها در قسمت‌های مختلف صنایع اتومبیل‌سازی نیز روزبه‌روز كاربرد بیشتری می‌یابند؛ چه در سیستم ترمزها و چه در موتورها و سایر اجزاء.
روند كلی تكامل بشر در زمینه كاربرد مواد، این‌گونه بوده است كه انسان‌ها همواره سعی كرده‌اند مواد اطراف خود و خواص آنها را به‌خوبی شناسایی كنند و سپس بر اساس نیازهای خود، مناسب‌ترین آنها را انتخاب كنند. این روند جستجو و انتخاب از دیرباز وجود داشته و هم‌اكنون هم جزء یكی از اركان اساسی مهندسی مواد میباشد.
با گذشت زمان و به خصوص با وقوع جنگ‌های جهانی در قرن بیستم، نیازهای بشر از آنچه كه مواد موجود می‌توانستند در اختیار او قرار دهند فراتر رفت. بنابراین نیازهای جدید صرفاً با استفاده از مواد موجود، قابل رفع نبود. در نتیجه این احساس در بشر به‌وجود آمد كه لازم است خود را از قید مواد موجود رها سازد و با ایجاد تغییر در ساختار آنها، عملكردهایی فراتر از خواص موجود را از آنها بخواهد. از این رو دانشمندان و مهندسین مواد بر آن شدند كه با دانش رشد یابندة خود در حوزة مواد، آنها را تغییر داده و خصوصیات مورد نیاز خود را در آنها ایجاد نمایند و یا اینكه از ابتدا ماده‌ای را خلق كنند كه قبل از آن وجود نداشته است. با این رویكرد جدید، عصر مواد پیشرفته آغاز شد.
بازار بزرگ سرامیك‌های پیشرفته در جهان عامل دیگری است كه ما را به سمت سرامیك‌های پیشرفته سوق می-دهد. از بازار 200 میلیارد دلاری سرامیكها در جهان حدود یك سوم آن یعنی 63 میلیارد دلار آن مربوط به سرامیك‌های پیشرفته است.
تقریباً می‌توانیم بگوییم كه ما در سرامیك‌های سنتی تمام توان خود را به‌كار گرفته‌ایم. در صورتی‌كه در بازار سرامیك‌های پیشرفته اصلاً حضوری نداشته ایم. این در حالی است كه برای این بازار رشد 6 تا 7 درصدی نیز متصور است. ما می‌توانیم در این صنعت نیز مانند سرامیك‌های سنتی به سطح خوبی برسیم. تصور اینكه سرمایه-گذاری در بخش سنتی اجباراً ما را به سمت سرامیك‌های پیشرفته سوق میدهد تصور كاملاً غلطی است؛ چون این دو ماهیتاً با هم فرق دارند و از نظر سطح فناوری، دانش فنی و موارد كاربرد، اختلاف زیادی با هم دارند. پس این برداشت كه ما با توجه به سرامیك‌های سنتی به مرور زمان به سرامیك‌های پیشرفته دست می‌یابیم درست نیست.
فارغ از تمام مباحث فوق، نگرش ما به مسائل جهانی و پدیدة جهانی شدن نیز راهبرد ما را در دستیابی به فناوری‌های مختلف تحت‌تاثیر قرار میدهد. طبیعتاً استراتژی ما در رویكرد به فناوری سرامیك نیز متاثر از این نگرش خواهد بود. اگر ما در پدیدة جهانی شدن بخواهیم تابع و پیرو دیگر قدرت‌ها باشیم، صنعت سرامیك ما در حد سرامیك‌های سنتی و دارای ارزش افزودة پایین باقی خواهد ماند. چون آنها این طور می‌خواهند. ولی اگر در این حوزه مانند حوزه‌های دیگری مثل نانوفناوری پیشرفت كنیم، دستیابی به فناوری سرامیك‌های پیشرفته، امری حیاتی خواهد بود.
در صنایع شیمیایی، مقاومت خوب این مواد در برابر اسیدها و سایر مواد خورنده بسیار مورد توجه میباشد. در صنایع هوا-فضا مقاومت این مواد در برابر حرارت اهمیت دارد و در صنایع الكترونیك و ارتباطات به‌علت خواص نوری و الكتریكی خوبی كه دارند، از اجزای مهم محسوب می‌شوند. امروزه سرامیكها در قسمت‌های مختلف صنایع اتومبیل‌سازی نیز روزبه‌روز كاربرد بیشتری می‌یابند؛ چه در سیستم ترمزها و چه در موتورها و سایر اجزاء.
در 60 سال اخیر در مورد 25 گروه مختلف از سرامیك‌های پیشرفته، تحقیقات وسیعی صورت گرفته و بسیاری از آنها به تولید رسیده‌اند. در سال‌های اخیر، شكوفایی و گسترش صنایع الكترونیك و همچنین كاربرد وسیع سرامیك‌های پیشرفته در صنایع مربوط به فناوری پزشكی و اتومبیل‌سازی، موجب رشد چشمگیر بازار سرامیك‌های پیشرفته شده است.
- به‌عنوان مثال دریچه مصنوعی قلب كه نوعی سرامیك پیشرفته است، وزنی حدود 1 تا 2 گرم دارد كه قیمت آن حدود 4 هزار دلار میباشد و ارزش افزوده عجیبی دارد كه تولید آن محدود به آمریكا و ژاپن است.
- استفاده از سرامیكها در جایگزینی استخوان‌ها به‌علت سبكی وزن در مقایسه با پلاتین، سازگاری بیشتر با بافت-های بدن، عدم نیاز به جراحی مجدد و غیره سبب شده است كه در حوزه پزشكی به استفاده از سرامیك‌های پیشرفته توجه شود.
- در زمینه‌های نظامی نیز سرامیك‌های پیشرفته كاربرد فراوان دارند. ساده‌ترین كاربردهای آن ساخت زره ضد گلوله و در تانك‌ها و زیر بالگردها به‌عنوان محافظ در مقابل گلوله میباشد.
- در ابزار برش، امروزه به‌دلیل استحكام بسیار بالا، سایش فوق‌العاده كم و عمر بسیار زیاد، از این مواد سرامیكی در صنعت، استفاده فراوانی میشود. همچنین مواد سرامیكی جایگزینی برای قلم‌تراش‌های فولاد آلیاژی می‌باشند و عمده تولید آنها در اروپا است.
سرامیك‌های پیشرفته آنچنان تنوع و كاربرد فراوانی دارند كه توجه به هر شاخه از آنها می‌تواند درآمدزایی بالایی را به همراه داشته باشد. به‌عنوان مثال الكتروسرامیك‌ها یكی از شاخه‌های مهم و پركاربرد هستند كه در صورت توجه، مزایای زیادی را به‌همراه دارند كه در ذیل به برخی از آنها اشاره میشود:
1- اشتغال
اشتغالی كه در اثر توسعه این صنعت در كشور ایجاد میشود، قابل مقایسه با سرامیك‌های سنتی نیست. زیرا علاوه‌بر گروه‌های متخصصی كه در واحدهای صنعتی مشغول به تولید این محصولات خواهند بود، گروه‌های دیگری كه شامل تیم‌های مهندسی هستند محصول این كارخانجات را برای كاربردهای خاص طراحی و تولید می‌كنند. بنابراین زنجیرة بزرگی از نیروهای تحصیل‌كرده در اثر توسعة این صنعت جذب بازار كار خواهند گردید. اساساً تولید این نوع محصولات به‌عنوان محصولات مبتنی بر دانش تلقی می گردد.
2- توسعه صنایع الكترونیك
با توجه به اهداف برنامه‌های توسعه كه یكی از آنها توسعه صنایع الكترونیك در كشور است، باید زیرساخت‌های لازم را برای آن ایجاد كرد. تولید الكتروسرامیك‌ها در كشور یكی از زیرساخت‌های لازم برای توسعه این صنعت است. چون معضلی كه تولیدكنندگان در صنعت الكترونیك دارند، قیمت نامناسب و ورود اجناس به‌صورت قاچاق در كشور است. با تولید اقتصادی این قطعات در كنار دیگر قطعات الكترونیكی در داخل كشور، آنها می‌توانند تولیدات خود را با قیمت مناسبی به جامعه ارائه دهند و نگران قاچاق نبوده و به بازارهای بین‌المللی راه پیدا كنند و توان رقابت داشته باشند.
3- ارزش افزوده بالا
قیمت محصولات الكتروسرامیكی از حدود 5 دلار شروع میشود و تا 500-400 دلار در هر كیلو می‌رسد كه سهم بالایی از ارزش افزوده آن به دانش فنی و طراحی برمی‌گردد و صرفاً مواد اولیه نقش عمده‌ای را به‌تنهایی در قیمت این محصولات بازی نمی‌نماید. نگرانی از اینكه مواد اولیه با خلوص بالا برای تولید این محصولات را در كشور نداریم، نباید باعث شود تا كشور ما وارد این صنعت نشود. چنانچه كشورهایی نظیر كره، تایوان، هنگ‌كنگ و سنگاپور نیز با همین مسئله روبرو بودند ولی با یك برنامه‌ریزی درست و در سایه همكاری‌های بین‌المللی گام‌های بسیار درخشانی را در تولید و عرضه این محصولات در دنیا برداشته‌اند.
4- مصرف انرژی
مصرف انرژی برای تولید این قطعات در مقایسه با سرامیك‌های سنتی بسیار كمتر است. زیرا ابعاد قطعات كوچك‌تر است. این در حالی است كه وقتی آمار مصرف انرژی در كشورهای مختلف بررسی میشود، صنعت سرامیك، به‌ویژه در بخش سنتی (كاشی، شیشه، دیرگداز، سیمان و غیره)، سهم قابل توجهی از مصرف انرژی را به خود اختصاص میدهد.
از جمله مهمترین مسائلی که در زمینه ماشینکاری با آن روبرو هستیم، مسأله عمر ابزار و عوامل تأثیر گذار بر روی آن است. لذا در این مقاله سعی بر این است که بتوانیم تعریف درست و مشخصی از عمر ابزار و عوامل تأثیر گذار بر روی آن داشته باشیم و علاوه بر آن در مورد مهمترین عواملی که تأثیر بسزایی در عمر ابزار دارند، بحث می شود.
عمر ابزار به عوامل گوناگونی وابسته است .
1. درجه حرارت(محیط و ابزار)
2. هندسه ابزار برنده
3. مایع خنک کننده
4. جنس قطعه کار از لحاظ ترکیب شیمیایی
5. جنس خود ابزار
6. پارامترهای ماشینکاری (سرعت برشی، عمق براده برداری، سرعت پیشروی و...)
7. ارتعاش دستگاه
8. معیار شکست ابزار
که از این میان معیار شکست ابزار مهمترین عامل تأثیر گذار بر عمر ابزار به شمار می آید.
معیار شکست ابزار Tool Life Criterion یک مقدار از قبل تعیین شده(بر اساس کیفیت و دقت برده برداری و ...) برای فرسایش و خوردگی ابزار یا رخ دادن یک پدیده(مانند ترک و شکست) را گویند.
عمرابزار نیز از روی همین معیار شکست تعریف می شود: زمان مورد نیاز برای رسیدن به معیار شکست.
انواع معیارهای شکست
1.معیار شکست مستقیم: که با خود ابزار برنده سر و کار دارد.
2. معیار شکست غیر مستقیم: که با عوامل فرسوده شدن ابزار سر و کار دارد.
انواع معیار شکست مستقیم
الف-Chiping : جدا شدن براده از ابزار برنده را گویند.
ب- Fine Cracks: ترک خوردن ابزار برنده را گویند.
ج- Crater Wear , Wear Land : که دو نوع فرسایش مستقیم و بسیار حائز اهمیت در ابزار به شمار می آیند.
انواع معیار شکست غیر مستقیم
الف- نیروهای براده برداری: با قرار دادن حد مشخصی برای این نیروها (بر اساس کیفیت سطح و دقت کاری لازم) و اندازه گیری این نیروها بر روی ابزار برشی، می توان معیار شکست و عمر ابزار را تعیین کرد.
این مسأله بخصوص در دستگاه های اتوماتیک (CNC) کاربرد فراوانی دارد زیار با اندازه گیری این نیروها و زمان رسیدن به حد مشخصی (که قبلاً توضیح داده شد) می توان معیار شکست و عمر ابزار را به راحتی تخمین زد.
ب- کیفیت سطح
ج- دقت ابعادی قطعه کار: که این موضوع نیز در دستگاه های CNC اهمیت فراوانی دارد.
از عوامل گفته شده در بالا، مهمترین آنها که تأثیر بسزایی در عمر ابزار دارد و به طور مستقیم با خود ابزار سر و کار دارد، دو نوع فرسایش اساسی در ابزار به نام Crater Wear Land است که در ادامه این مقاله سعی بر شناسایی و راه حلهای جلوگیری از این دو فرسایش شده است.
Wear Land:
این نوع فرسایش ابتدا در سطح های آزاد ابزار برشی به وجود می آید که با گذشت زمان، ناحیه وسیعی از نوک ابزار را در بر می گیرد و با افزایش خوردگی و فرسایش ابزار و اصطکاک بین قطعه کار و نوک ابزار و به دنبال آن سوختگی نوک ابزار، نوک ابزار ترک برداشته و می شکند.
Wear land خود به دو نوع تقسیم می شود:
1. wear land یکنواخت
2. wear land غیر یکنواخت
هر یک از این دو نوع wear land در شکل(1) نشان داده شده اند.
یک wear land که در عمق به صورت یکنواخت و بدون شیارهای عمیق است نشان می دهد که براده هایی که باعث به وجود آمدن آن شده اند نازک هستند.
wear land یکنواخت حالت خوب و ایده آلی برای ابزار برشی محسوب می شود و معمولاً ابزارهایی که مواد با سختی کم را ماشینکاری می کنند این نوع فرسایش در آنها بوجود می آید.
بیشتر اوقات یک wear land یکنواخت زمانی نمایان میشود که ابزار، دارای برشی پیوسته با عمق براده برداری کم می باشد.
wear land غیر یکنواخت نشانه ای از براده برداری غیر پیوسته می باشد و معمولاً در ابزارهایی که مواد با سختی بالا را براده برداری می کنند به وجود می آید. این نوع فرسایش حاصل براده برداری با عمق زیاد و سرعت برشی زیاد می باشد. حال به این بحث می پردازیم که عمق مجاز برای یک wear land که معیار شکست و در نتیجه عمر ابزار را تعیین می کند تا چه مقداری می تواند باشد و این عمق چگونه اندازه گیری می شود.
مباحث ارائه شده در این مقاله حاصل مطالعات و تحقیقات Mr. Leo J.St. Clair در یکی از کارگاه های ماشینکاری واقع در ایالات متحده آمریکا می باشد.
مطالعات انجام شده در زمینه سرعت سوختن نسوک ابزار نشان می دهد مواد مختلف که ماشینکاری می شوند دارای نتیجه یکسانی نیستند و سرعت سوختن نوک ابزار با یک سرعت یکنواختی انجام می شود که به صورت تصاعدی می باشد. مقدار سوختن نوک ابزار بوسیله عمق weae land در کنار و آخر سطح آزاد ابزار اندازه گیری می شود.
قطعات ماشینکاری شده در این تحقیق، قطعات چدنی می باشد. ابزار برشی H.S.S (و دیگر ابزارهای برشی نظیر carbide) با عمق پیشروی in 02/0 ، میانگین عمق برشی in و سرعت fmp 150 است.
تعداد قطعات ماشینکاری شده بر حسب هر in 01/0 عمق فرسایش در جدول(1) و شکل(2) نشان داده شده است. ابزار به طور کامل بعد از ماشینکاری 330 قطعه به طور کامل بعد شکسته می شود که معادل عمق wear land در این زمان حدوداً in 06/0 است.
جدول(1) نشان می دهد که افزایش سرعت فرسایش بعد از این که عمق wear land از in 03/0تجاوز کرد، اتفاق می افتد که سرعت فرسایش از این زمان به بعد تا 7 برابر سریع تر از سرعت فرسایش با عمق in 01/0 است.
ابزار حدوداً 75% عمر خود را قبل از مرحله ای که عمق فرسایش به in 03/0 برسد، انجام می دهد و مابقی عمر خود را یعنی 25% باقیمانده را بعد از مرحله ای که عمق فرسایش به in 03/0 می رسد، انجام می دهد. این عمل مرزی را به وجود می آورد. که به طور قطع، غیر اقتصادی است یعنی مرزی به وجود می آید که سرعت رسیدن به شکست عامل در این مرز بسیار زیاد است.
تحقیقات نشان می دهد که یک ابزار carbide زمانی که به 60/0 طول عمر خود(طول عمرابزار نقطه است که مقدار wear land به in 06/0 برسد که در این هنگام شکست کامل ابزار رخ می دهد) می رسد و یک ابزار H.S.S یا ابزار آلیاژی زمانی که به 70% طول عمر خود می رسد باید تعویض و سنگ زنی شود و همان طور که گفته شد این موقعیت در جدول (1) و شکل (2) به صورت شماتیک نشان داده شده است(که این نتایج حاصل استفاده از میکروسکوپ های نوری می باشد.) در شکل (A-2) ملاحظه می شود که نقطه طول عمر اقتصادی برای ابزار H.S.S حدوداً 75% طول عمر ممکن ابزار است و بعد از ماشینکاری 250 قطعه از کل تعداد قطعات که 330 قطعه است ابزار باید سنگ زنی شود و 80 قطعه آخر تحت شرایطی ماشین کاری
می شوند که ابزار سنگ خورده باشد.
.
همچنین برای یک ابزار carbide نقطه تعویض ابزار وسنگ زنی آن، حدود 60% عمر کل ابزار است که در این زمان 190 تا 200 قطعه ماشینکاری می شود. دلیل این که چرا یک ابزار carbide باید زودتر از یک ابزار H.S.S و یا ابزار آلیاژی سنگ زنی شود آن است که ابزار carbide دارای شکنندگی زیادتری می باشد که این خاصیت شکنندگی بیشتر سبب می شود هنگامی که wear land عمیق تر می شود نوک ابزار به راحتی شکسته شود.
زمانی که wear land عمیق تر می شود فشار زیادی از طرف قطعه کار بر روی سطح wear land وارد می شود و وقتی ابزار carbide باشد این فشار به طور پیوسته شوکی را به وجود می آورد که باعث می شود ابزار لب پر شود. لب پر شدن بدین معناست که نوک ابزار شکسته می شود و همان طور که گفته شد این دلیل عمق زیاد wear land و فشار پیوسته ناشی از قطعه کار بر روی سطح wear land می باشد مطالب گفته شده در شکل(B-2) نشان داده شده است.لب پریدگی به ندرت در ابزارهای H.S.S و آلیاژی رخ می دهد و این به دلیل سختی و چقرمگی خوب آنها می باشد.
اگر شکستگی زیاد باشد ابزار خوب و کاملاً غیر قابل استفاده می شود از این رو به دلیل آسیب زیاد ناشی از فشار wear land ، نقطه برگشتی ابزار carbide برای سنگ زنی باید 60% طول عمرش باشد که این برخلاف مقدار 70% برای ابزارهای برشی دیگر(H.S.S) می باشد.
روش دیگری برای اندازه گیری عمق مجاز wear land وجود دارد که بر اساس تعریف زیر از عمیق مجاز به دست می آید: ثابت نگه داشتن یک نقطه تعویض ابزار در تولید انبوه.
این تعریف بدین معناست که با در نظر گرفتن دقت کاری و قطعه کار و کیفیت سطح مورد نیاز در تولید انبوه، آخرین قطعه ای که دارای دقت و کیفیت لازم است را به عنوان نقطه تعویض ابزار و عمق wear land در این زمان را عمق مجاز در نظر می گیریم.
عمق مجاز wear land که از فرسایش مخرب ابزار جلوگیری می کند، به اندازه ابزار نیز بستگی دارد. یک ابزار توانایی پراکنده سازی گرمایی بهتری نیست به یک ابزار کوک دارد. از این رو در ابزارهای بزرگ به دلیل پراکنده سازی گرمایی زیاد و زمان زیاد برای بالا رفتن دمای نوک ابزار، فرسایش به کندی انجام می شود.
عمق مجاز wear land نسبت به اندازه ابزار در زیر آمده است:
up to ½ (in) squar 1/32(in)
3/4 (in) and 1 (in) squar 3/64 (in)
(in) and (in) squar 1/16 (in)
2(in) squar or more 1/8 (in)
عمق مجاز wear land در نزدیکی نقطه پرداختکاری ابزار بیشتر از نقاط دیگر است.این قسمت وخیم ترین قسمت لبه برشی است زیرا بیشتر گرما در این قسمت متمرکز است. از این رو زمانی که wear land مشاهده می شود بهتر است اندازه آن در نزدیکی نقطه پرداختکاری ابزار اندازه گیری شود.
Crater
زمانی که براده با سطح بالایی ابزار تماس می گیرد باعث به بوجود آمدن
فرورفتگی هایی در سطح بالایی ابزار، نزدیک به لبه برشی می شود. نیروهای فرسایشی سخت که در برابر جریان براده مقاومت می کنند عامل به وجود آمدن این نوع فرورفتگی ها هستند. این نوع فرسایش را اصطلاحاً crater می گویند.
رشد crater در ابتدای امر به کندی انجام می گیرد اما با رسیدن به مقدار معینی، سرعت رشد افزایش می یابد. این به دلیل افزایش زیاد نیروهای فرسایشی در سطح بالا می باشد.
سطح زیر وسخت بالایی ابزار مقاومت در برابر جریان براده را افزایش می دهد و در نتیجه عمل فرسایش سریع تر انجام می شود.
با ادامه این عمل (فرسایش در سطح بالا)، Crater به سمت لبه برشی پیشرفت می کند که باعث می شود شرایط لبه بسیار ضعیف شود و این معمولاً شکست سخت لبه برش را به دنبال دارد. رشد یک Crater و تأثیر آن در شکل (A-3) نشان داده شده است.
شکل(B-3) چندین تغییر مهم را که در منطقه نزدیک لبه برش، هنگامی که Crater رخ می دهد، نشان می دهد.
اولین تغییری که ایجاد می شود این است که زاویه شیب برش(زاویه براده) از زاویه شیب مؤثر کمتر می شود(زاویه شیب مؤثر، زاویه بین نقطه تلاقی جایی که شعاع Crater با سطح تماس می گیرد و سطح افقی را گویند) با افزایش عمق Crater این زاویه مقداری بین 30 تا 50 درجه تغییر می کند.
اندازه زیاد زاویه شیب مؤثر، لبه ابزار را به مقدار زیادی ضعیف می کند و غالباً باعث شکست لبه برش می شود.
دومین تغییری که انجام می شود آن است که شعاع براده کاهش می یابد و باعث می شود شعاع و اندازه Crater افزایش یابد.
در ابتدای انجام عمل برش غالباً خواهیم دید که براده در شعاع یا قوس بزرگ بوجود می آید اما هنگامی که ابزار فرسوده می شود شعاع براده کوچکتر می شود و براده ها غالباً تکه تکه هستند. این نشان میدهد که Crater بزرگتر و عمیق تر شده است. بدین وسیله براده ها به صورت دایره های سخت از قطعه جدا می شوند.
شکست ابزار غالباً در این هنگام به وسیله اندازه براده پیش بینی می شود. وقتی که ابزار در نتیجه Crater در حال شکست است، طول براده کوچک می باشد (غالباً یبن in تا in ) و باید در این هنگام از شکست کامل ابزار از طریق سنگ زنی و پرداختکاری دقیق مجدد، جلوگیری کنیم.
سومین تغییری که دیده می شود آن است که اندازه لبه built-up تغییر می کند. وقتی Crater به سمت لبه برشی پیش می رود، این لبه (built -up) کوچکتر می شود.
اندازه لبه built-up به گسترش شیب مؤثر بستگی دارد. یعنی این که وقتی Crater بزرگتر می شود شیب مؤثر افزایش می یابد که در نتیجه این عمل اندازه لبه built - up کاهش می یابد.
ابزاری که بتواند در برابر رشد Crater مقاومت زیادی داشته باشد، از طول عمر بیشتری نسبت به ابزاری که مقاومت کمتری در براب Crater دارد، برخوردار می باشد.
هر چیزی که شروع و رشد یک Crater مقاومت زیادی داشته باشد، از طول عمر بیشتری نسبت به ابزاری که مقاومت کمتری در برابر Crater دارد، برخوردار می باشد.
هر چیزی که شروع و رشد یک Crater را به تأخیر بیاندازد، در افزایش طول عمر ابزار مؤثر است.
چگونه شروع یک Crater را به تأخیر بیندازیم؟
توسعه منطقه Crater بستگی زیادی به دو فاکتور دارد:
1. واحد فشار وارد بر لبه
2. مقاومت در برابر جریان براده
با مینیمم کردن این دو عامل می توانیم شروع یک Crater را و در نتیجه رشد آن را به تأخیر بیندازیم.
واحد فشار وارد برلبه به مقدار براده برداری و زاویه برش بستگی دارد. وقتی براده برداری از قطعه کم و به صورت آهسته انجام شود، Crater نسبت به هنگامی که براده برداری زیاد است، نزدیک تر به لبه برش شروع به شکل گیری می کند. از این رو با افزایش بار، Crater در فاصله زیادی از لبه برش شروع به شکل گیری و رشد می کند و این، زمان زیادی را می خواهد تا این که رشد Crater برای لبه برشی مخرب باشد.(واحد فشار وارد بر لبه با نزدیک شدن Crater به لبه برش افزایش می یابد.)
مقدار زاویه برش تأثیر قطعی در واحد فشار وارد بر لبه برش و از این رو در شکل گیری Crater دارد. بزرگ شدن زاویه برش باعث کم شدن واحد فشار لبه میشود(شاید دلیلش همان شکل گیری Crater درمناطق دور از لبه برش باشد.)
بنابراین برای به تأخیر انداختن شروع یک Crater زاویه برشی را تا حد امکان باید افزایش داد.
مقاومت در برابر جریان براده شاید مهمترین عامل درتوسعه Crater باشد. هر چیزی که بتواند این مقاومت را کاهش دهد در شکل گیری Crater تأخیر ایجاد می کند و در نتیجه عمر ابزار را افزایش می دهد. حال چگونه مقاومت در برابر جریان براده را کاهش دهیم.
سه راه حل مهم در کاهش مقاومت در برابر جریان براده وجود دارد:
1. پرداختکاری دقیق و جلا دادن سطح بالای بازار
2. سنگ زنی در جهت جریان براده
3. انتخاب یک روان ساز مناسب که فرسایش بین جریان براده و سطح بالا را کاهش دهد.
از این سه راه حل، راه حل های اول و دوم معمولاً شکل گیری Crater را بیشتر به تأخیر می اندازند و باعث افزایش بیشتر طول عمر ابزار نسبت به راه حل سوم می شوند. حال به تجزیه و تحلیل این دو راه حل می پردازیم.
درجه پرداختکاری در سطح بالا در تشکیل Crater و طول عمر ابزار دخالت دارد.
اگر سطح بالایی ابزار توسط یک چرخ زبر و خشن سنگ زنی شود یک سری از شیارهای نسبتاً عمیق در سطح بالایی ابزار شکل می گیرد که به creating hills valleys معروفند(شکل 4)
زمانی که نوک های hills باریک و نسبتاً کوچک هستند، سطح تماس براده با سطح بالایی ابزار بسیار جزیی است و در نتیجه مقاومت سطحی کمی در برابر جریان براده خواهیم داشت که این منجر به تأخیر در شکل گیری و رشد Crater می شود.
اما زمانی که نوک های hills در اثر جریان براده ساییده و خورده می شوند، سطح تماس براده با سطح بالایی ابزار افزایش می یابد که این منجر به رشد سریع Crater در سطح بالا می شود.
پرداختکاری دقیق می تواند شروع Crater را به تأخیر بیاندازد. شیارها در یک پرداختکاری دقیق خیلی کوچک و در عین حال بسیار زیاد هستند و براده برخلاف تعداد زیادی از نوک hills جریان می یابد. در این حال سطح تماس براده با سطح بالایی ابزار بسیار کم است و همین باعث به تأخیر افتادن شکل گیری و رشد Crater می شود.
جهت سنگ زنی در سطح بالا، تأثیر بسزایی در مقاومت در برابر جریان براده دارد.
برا این که یک مقاومت مینیمم را در برابر جریان براده داشته باشیم. باید خط های سنگ زنی در سطح بالایی ابزار جهش یکسان با جهت جریان براده داشته باشد.
اگر خط های سنگ زنی زاویه ای متضاد نسبت به جهت جریان براده داشته باشند باعث افزایش مقاومت در برابر جریان براده شده و در نتیجه شکل گیری و رشد Crater به همراه خواهند داشت.
در آزمایشاتی که به عمل آمد نشان داده شد در ابزارهایی که جهت سنگ زنی آنها با جهت جریان براده یکسان است، عمر آنها 30% بیشتر از عمر ابزارهایی است که جهت سنگ زنی آنها برخلاف جهت جریان براده است.
ممکن است شرایطی بوجود آید که هم جهت سازی خط های سنگ زنی با جهت جریان براده بسیار مشکل باشد مانند ابزارهای فرم تراشی. در اینجا هم ممکن است کارهایی بتوانیم انجام دهیم که جهت این گونه خطاها(خط های سنگ زنی) را آنقدر تغییر دهیم که در جهت درست قرار گیرد. این عمل به وسیله سنگ زنی قسمت های نزدیک به لبه برشی انجام می شود که این موضوع در شکل (5) نشان داده شده است.
برای کاستن زمان سنگ زنی، سنگ باید طوری قرار گیرد که زاویه آن با زاویه لبه برش 1 تا 3 درجه اختلاف داشته باشد. این عمل سطح باریکی را که حدوداً عرض آن in 1/0 می باشد به وجود می آورد. حرکت سنگ باید در جهت جریان براده باشد. این عمل تا زمانی که خط های سنگ زنی هم جهت با جریان براده شوند، باید ادامه پیدا کند.
در آخر پیشنهاد می شود که سنگ زنی همه شکل از ابزارها باید به صورت گفته شده انجام شود یعنی سعی کنیم خط های سنگ زنی در جهت جریان براده باشند که قیمت عرف ابزار و افزایش عمر ابزار را در این کار به دنبال خواهد داشت که بسیار باارزش و معتبر است. به علاوه پرداختکاری بهتر قطعه کار نیز نتیجه این کار است.
از جمله مهمترین مسائلی كه در زمینه ماشینكاری با آن روبرو هستیم، مسأله عمر ابزار و عوامل تأثیر گذار بر روی آن است. لذا در این مقاله سعی بر این است كه بتوانیم تعریف درست و مشخصی از عمر ابزار و عوامل تأثیر گذار بر روی آن داشته باشیم و علاوه بر آن در مورد مهمترین عواملی كه تأثیر بسزایی در عمر ابزار دارند، بحث می شود.
عمر ابزار به عوامل گوناگونی وابسته است .
1. درجه حرارت(محیط و ابزار)
2. هندسه ابزار برنده
3. مایع خنك كننده
4. جنس قطعه كار از لحاظ تركیب شیمیایی
5. جنس خود ابزار
6. پارامترهای ماشینكاری (سرعت برشی، عمق براده برداری، سرعت پیشروی و...)
7. ارتعاش دستگاه
8. معیار شكست ابزار
كه از این میان معیار شكست ابزار مهمترین عامل تأثیر گذار بر عمر ابزار به شمار می آید.
معیار شكست ابزار Tool Life Criterion یك مقدار از قبل تعیین شده(بر اساس كیفیت و دقت برده برداری و ...) برای فرسایش و خوردگی ابزار یا رخ دادن یك پدیده(مانند ترك و شكست) را گویند.
عمرابزار نیز از روی همین معیار شكست تعریف می شود: زمان مورد نیاز برای رسیدن به معیار شكست.
انواع معیارهای شكست
1.معیار شكست مستقیم: كه با خود ابزار برنده سر و كار دارد.
2. معیار شكست غیر مستقیم: كه با عوامل فرسوده شدن ابزار سر و كار دارد.
انواع معیار شكست مستقیم
الف-Chiping : جدا شدن براده از ابزار برنده را گویند.
ب- Fine Cracks: ترك خوردن ابزار برنده را گویند.
ج- Crater Wear , Wear Land : كه دو نوع فرسایش مستقیم و بسیار حائز اهمیت در ابزار به شمار می آیند.
انواع معیار شكست غیر مستقیم
الف- نیروهای براده برداری: با قرار دادن حد مشخصی برای این نیروها (بر اساس كیفیت سطح و دقت كاری لازم) و اندازه گیری این نیروها بر روی ابزار برشی، می توان معیار شكست و عمر ابزار را تعیین كرد.
این مسأله بخصوص در دستگاه های اتوماتیك (CNC) كاربرد فراوانی دارد زیار با اندازه گیری این نیروها و زمان رسیدن به حد مشخصی (كه قبلاً توضیح داده شد) می توان معیار شكست و عمر ابزار را به راحتی تخمین زد.
ب- كیفیت سطح
ج- دقت ابعادی قطعه كار: كه این موضوع نیز در دستگاه های CNC اهمیت فراوانی دارد.
از عوامل گفته شده در بالا، مهمترین آنها كه تأثیر بسزایی در عمر ابزار دارد و به طور مستقیم با خود ابزار سر و كار دارد، دو نوع فرسایش اساسی در ابزار به نام Crater Wear Land است كه در ادامه این مقاله سعی بر شناسایی و راه حلهای جلوگیری از این دو فرسایش شده است.
Wear Land:
این نوع فرسایش ابتدا در سطح های آزاد ابزار برشی به وجود می آید كه با گذشت زمان، ناحیه وسیعی از نوك ابزار را در بر می گیرد و با افزایش خوردگی و فرسایش ابزار و اصطكاك بین قطعه كار و نوك ابزار و به دنبال آن سوختگی نوك ابزار، نوك ابزار ترك برداشته و می شكند.
Wear land خود به دو نوع تقسیم می شود:
1. wear land یكنواخت
2. wear land غیر یكنواخت
هر یك از این دو نوع wear land در شكل(1) نشان داده شده اند.
یك wear land كه در عمق به صورت یكنواخت و بدون شیارهای عمیق است نشان می دهد كه براده هایی كه باعث به وجود آمدن آن شده اند نازك هستند.
wear land یكنواخت حالت خوب و ایده آلی برای ابزار برشی محسوب می شود و معمولاً ابزارهایی كه مواد با سختی كم را ماشینكاری می كنند این نوع فرسایش در آنها بوجود می آید.
بیشتر اوقات یك wear land یكنواخت زمانی نمایان میشود كه ابزار، دارای برشی پیوسته با عمق براده برداری كم می باشد.
wear land غیر یكنواخت نشانه ای از براده برداری غیر پیوسته می باشد و معمولاً در ابزارهایی كه مواد با سختی بالا را براده برداری می كنند به وجود می آید. این نوع فرسایش حاصل براده برداری با عمق زیاد و سرعت برشی زیاد می باشد. حال به این بحث می پردازیم كه عمق مجاز برای یك wear land كه معیار شكست و در نتیجه عمر ابزار را تعیین می كند تا چه مقداری می تواند باشد و این عمق چگونه اندازه گیری می شود.
مباحث ارائه شده در این مقاله حاصل مطالعات و تحقیقات Mr. Leo J.St. Clair در یكی از كارگاه های ماشینكاری واقع در ایالات متحده آمریكا می باشد.
مطالعات انجام شده در زمینه سرعت سوختن نسوك ابزار نشان می دهد مواد مختلف كه ماشینكاری می شوند دارای نتیجه یكسانی نیستند و سرعت سوختن نوك ابزار با یك سرعت یكنواختی انجام می شود كه به صورت تصاعدی می باشد. مقدار سوختن نوك ابزار بوسیله عمق weae land در كنار و آخر سطح آزاد ابزار اندازه گیری می شود.
قطعات ماشینكاری شده در این تحقیق، قطعات چدنی می باشد. ابزار برشی H.S.S (و دیگر ابزارهای برشی نظیر carbide) با عمق پیشروی in 02/0 ، میانگین عمق برشی in و سرعت fmp 150 است.
تعداد قطعات ماشینكاری شده بر حسب هر in 01/0 عمق فرسایش در جدول(1) و شكل(2) نشان داده شده است. ابزار به طور كامل بعد از ماشینكاری 330 قطعه به طور كامل بعد شكسته می شود كه معادل عمق wear land در این زمان حدوداً in 06/0 است.
جدول(1) نشان می دهد كه افزایش سرعت فرسایش بعد از این كه عمق wear land از in 03/0تجاوز كرد، اتفاق می افتد كه سرعت فرسایش از این زمان به بعد تا 7 برابر سریع تر از سرعت فرسایش با عمق in 01/0 است.
ابزار حدوداً 75% عمر خود را قبل از مرحله ای كه عمق فرسایش به in 03/0 برسد، انجام می دهد و مابقی عمر خود را یعنی 25% باقیمانده را بعد از مرحله ای كه عمق فرسایش به in 03/0 می رسد، انجام می دهد. این عمل مرزی را به وجود می آورد. كه به طور قطع، غیر اقتصادی است یعنی مرزی به وجود می آید كه سرعت رسیدن به شكست عامل در این مرز بسیار زیاد است.
تحقیقات نشان می دهد كه یك ابزار carbide زمانی كه به 60/0 طول عمر خود(طول عمرابزار نقطه است كه مقدار wear land به in 06/0 برسد كه در این هنگام شكست كامل ابزار رخ می دهد) می رسد و یك ابزار H.S.S یا ابزار آلیاژی زمانی كه به 70% طول عمر خود می رسد باید تعویض و سنگ زنی شود و همان طور كه گفته شد این موقعیت در جدول (1) و شكل (2) به صورت شماتیك نشان داده شده است(كه این نتایج حاصل استفاده از میكروسكوپ های نوری می باشد.) در شكل (A-2) ملاحظه می شود كه نقطه طول عمر اقتصادی برای ابزار H.S.S حدوداً 75% طول عمر ممكن ابزار است و بعد از ماشینكاری 250 قطعه از كل تعداد قطعات كه 330 قطعه است ابزار باید سنگ زنی شود و 80 قطعه آخر تحت شرایطی ماشین كاری
می شوند كه ابزار سنگ خورده باشد.
.
همچنین برای یك ابزار carbide نقطه تعویض ابزار وسنگ زنی آن، حدود 60% عمر كل ابزار است كه در این زمان 190 تا 200 قطعه ماشینكاری می شود. دلیل این كه چرا یك ابزار carbide باید زودتر از یك ابزار H.S.S و یا ابزار آلیاژی سنگ زنی شود آن است كه ابزار carbide دارای شكنندگی زیادتری می باشد كه این خاصیت شكنندگی بیشتر سبب می شود هنگامی كه wear land عمیق تر می شود نوك ابزار به راحتی شكسته شود.
انواع ابزارهایبرشی:
عمر ابزارهای برشی به عوامل گوناگونی بستگی دارد. یكی از این عوامل، جنس خود ابزار است. انواع ابزارهای برشی عبارتند از:
1- فولادهایتندبْر 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 تندبر(HighSpeed 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 نصبی(كه 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
لزوم حركت به سمت سرامیك‌های پیشرفته
در صنایع شیمیایی، مقاومت خوب این مواد در برابر اسیدها و سایر مواد خورنده بسیار مورد توجه میباشد. در صنایع هوا- فضا مقاومت این مواد در برابر حرارت اهمیت دارد و در صنایع الكترونیك و ارتباطات به‌علت خواص نوری و الكتریكی خوبی كه دارند، از اجزای مهم محسوب می‌شوند. امروزه سرامیكها در قسمت‌های مختلف صنایع اتومبیل‌سازی نیز روزبه‌روز كاربرد بیشتری می‌یابند؛ چه در سیستم ترمزها و چه در موتورها و سایر اجزاء.
روند كلی تكامل بشر در زمینه كاربرد مواد، این‌گونه بوده است كه انسان‌ها همواره سعی كرده‌اند مواد اطراف خود و خواص آنها را به‌خوبی شناسایی كنند و سپس بر اساس نیازهای خود، مناسب‌ترین آنها را انتخاب كنند. این روند جستجو و انتخاب از دیرباز وجود داشته و هم‌اكنون هم جزء یكی از اركان اساسی مهندسی مواد میباشد.
با گذشت زمان و به خصوص با وقوع جنگ‌های جهانی در قرن بیستم، نیازهای بشر از آنچه كه مواد موجود می‌توانستند در اختیار او قرار دهند فراتر رفت. بنابراین نیازهای جدید صرفاً با استفاده از مواد موجود، قابل رفع نبود. در نتیجه این احساس در بشر به‌وجود آمد كه لازم است خود را از قید مواد موجود رها سازد و با ایجاد تغییر در ساختار آنها، عملكردهایی فراتر از خواص موجود را از آنها بخواهد. از این رو دانشمندان و مهندسین مواد بر آن شدند كه با دانش رشد یابندة خود در حوزة مواد، آنها را تغییر داده و خصوصیات مورد نیاز خود را در آنها ایجاد نمایند و یا اینكه از ابتدا ماده‌ای را خلق كنند كه قبل از آن وجود نداشته است. با این رویكرد جدید، عصر مواد پیشرفته آغاز شد.
بازار بزرگ سرامیك‌های پیشرفته در جهان عامل دیگری است كه ما را به سمت سرامیك‌های پیشرفته سوق می-دهد. از بازار 200 میلیارد دلاری سرامیكها در جهان حدود یك سوم آن یعنی 63 میلیارد دلار آن مربوط به سرامیك‌های پیشرفته است.
تقریباً می‌توانیم بگوییم كه ما در سرامیك‌های سنتی تمام توان خود را به‌كار گرفته‌ایم. در صورتی‌كه در بازار سرامیك‌های پیشرفته اصلاً حضوری نداشته ایم. این در حالی است كه برای این بازار رشد 6 تا 7 درصدی نیز متصور است. ما می‌توانیم در این صنعت نیز مانند سرامیك‌های سنتی به سطح خوبی برسیم. تصور اینكه سرمایه-گذاری در بخش سنتی اجباراً ما را به سمت سرامیك‌های پیشرفته سوق میدهد تصور كاملاً غلطی است؛ چون این دو ماهیتاً با هم فرق دارند و از نظر سطح فناوری، دانش فنی و موارد كاربرد، اختلاف زیادی با هم دارند. پس این برداشت كه ما با توجه به سرامیك‌های سنتی به مرور زمان به سرامیك‌های پیشرفته دست می‌یابیم درست نیست.
فارغ از تمام مباحث فوق، نگرش ما به مسائل جهانی و پدیدة جهانی شدن نیز راهبرد ما را در دستیابی به فناوری‌های مختلف تحت‌تاثیر قرار میدهد. طبیعتاً استراتژی ما در رویكرد به فناوری سرامیك نیز متاثر از این نگرش خواهد بود. اگر ما در پدیدة جهانی شدن بخواهیم تابع و پیرو دیگر قدرت‌ها باشیم، صنعت سرامیك ما در حد سرامیك‌های سنتی و دارای ارزش افزودة پایین باقی خواهد ماند. چون آنها این طور می‌خواهند. ولی اگر در این حوزه مانند حوزه‌های دیگری مثل نانوفناوری پیشرفت كنیم، دستیابی به فناوری سرامیك‌های پیشرفته، امری حیاتی خواهد بود.
در صنایع شیمیایی، مقاومت خوب این مواد در برابر اسیدها و سایر مواد خورنده بسیار مورد توجه میباشد. در صنایع هوا-فضا مقاومت این مواد در برابر حرارت اهمیت دارد و در صنایع الكترونیك و ارتباطات به‌علت خواص نوری و الكتریكی خوبی كه دارند، از اجزای مهم محسوب می‌شوند. امروزه سرامیكها در قسمت‌های مختلف صنایع اتومبیل‌سازی نیز روزبه‌روز كاربرد بیشتری می‌یابند؛ چه در سیستم ترمزها و چه در موتورها و سایر اجزاء.
در 60 سال اخیر در مورد 25 گروه مختلف از سرامیك‌های پیشرفته، تحقیقات وسیعی صورت گرفته و بسیاری از آنها به تولید رسیده‌اند. در سال‌های اخیر، شكوفایی و گسترش صنایع الكترونیك و همچنین كاربرد وسیع سرامیك‌های پیشرفته در صنایع مربوط به فناوری پزشكی و اتومبیل‌سازی، موجب رشد چشمگیر بازار سرامیك‌های پیشرفته شده است.
- به‌عنوان مثال دریچه مصنوعی قلب كه نوعی سرامیك پیشرفته است، وزنی حدود 1 تا 2 گرم دارد كه قیمت آن حدود 4 هزار دلار میباشد و ارزش افزوده عجیبی دارد كه تولید آن محدود به آمریكا و ژاپن است.
- استفاده از سرامیكها در جایگزینی استخوان‌ها به‌علت سبكی وزن در مقایسه با پلاتین، سازگاری بیشتر با بافت-های بدن، عدم نیاز به جراحی مجدد و غیره سبب شده است كه در حوزه پزشكی به استفاده از سرامیك‌های پیشرفته توجه شود.
- در زمینه‌های نظامی نیز سرامیك‌های پیشرفته كاربرد فراوان دارند. ساده‌ترین كاربردهای آن ساخت زره ضد گلوله و در تانك‌ها و زیر بالگردها به‌عنوان محافظ در مقابل گلوله میباشد.
- در ابزار برش، امروزه به‌دلیل استحكام بسیار بالا، سایش فوق‌العاده كم و عمر بسیار زیاد، از این مواد سرامیكی در صنعت، استفاده فراوانی میشود. همچنین مواد سرامیكی جایگزینی برای قلم‌تراش‌های فولاد آلیاژی می‌باشند و عمده تولید آنها در اروپا است.
سرامیك‌های پیشرفته آنچنان تنوع و كاربرد فراوانی دارند كه توجه به هر شاخه از آنها می‌تواند درآمدزایی بالایی را به همراه داشته باشد. به‌عنوان مثال الكتروسرامیك‌ها یكی از شاخه‌های مهم و پركاربرد هستند كه در صورت توجه، مزایای زیادی را به‌همراه دارند كه در ذیل به برخی از آنها اشاره میشود:
1- اشتغال
اشتغالی كه در اثر توسعه این صنعت در كشور ایجاد میشود، قابل مقایسه با سرامیك‌های سنتی نیست. زیرا علاوه‌بر گروه‌های متخصصی كه در واحدهای صنعتی مشغول به تولید این محصولات خواهند بود، گروه‌های دیگری كه شامل تیم‌های مهندسی هستند محصول این كارخانجات را برای كاربردهای خاص طراحی و تولید می‌كنند. بنابراین زنجیرة بزرگی از نیروهای تحصیل‌كرده در اثر توسعة این صنعت جذب بازار كار خواهند گردید. اساساً تولید این نوع محصولات به‌عنوان محصولات مبتنی بر دانش تلقی می گردد.
2- توسعه صنایع الكترونیك
با توجه به اهداف برنامه‌های توسعه كه یكی از آنها توسعه صنایع الكترونیك در كشور است، باید زیرساخت‌های لازم را برای آن ایجاد كرد. تولید الكتروسرامیك‌ها در كشور یكی از زیرساخت‌های لازم برای توسعه این صنعت است. چون معضلی كه تولیدكنندگان در صنعت الكترونیك دارند، قیمت نامناسب و ورود اجناس به‌صورت قاچاق در كشور است. با تولید اقتصادی این قطعات در كنار دیگر قطعات الكترونیكی در داخل كشور، آنها می‌توانند تولیدات خود را با قیمت مناسبی به جامعه ارائه دهند و نگران قاچاق نبوده و به بازارهای بین‌المللی راه پیدا كنند و توان رقابت داشته باشند.
3- ارزش افزوده بالا
قیمت محصولات الكتروسرامیكی از حدود 5 دلار شروع میشود و تا 500-400 دلار در هر كیلو می‌رسد كه سهم بالایی از ارزش افزوده آن به دانش فنی و طراحی برمی‌گردد و صرفاً مواد اولیه نقش عمده‌ای را به‌تنهایی در قیمت این محصولات بازی نمی‌نماید. نگرانی از اینكه مواد اولیه با خلوص بالا برای تولید این محصولات را در كشور نداریم، نباید باعث شود تا كشور ما وارد این صنعت نشود. چنانچه كشورهایی نظیر كره، تایوان، هنگ‌كنگ و سنگاپور نیز با همین مسئله روبرو بودند ولی با یك برنامه‌ریزی درست و در سایه همكاری‌های بین‌المللی گام‌های بسیار درخشانی را در تولید و عرضه این محصولات در دنیا برداشته‌اند.
4- مصرف انرژی
مصرف انرژی برای تولید این قطعات در مقایسه با سرامیك‌های سنتی بسیار كمتر است. زیرا ابعاد قطعات كوچك‌تر است. این در حالی است كه وقتی آمار مصرف انرژی در كشورهای مختلف بررسی میشود، صنعت سرامیك، به‌ویژه در بخش سنتی (كاشی، شیشه، دیرگداز، سیمان و غیره)، سهم قابل توجهی از مصرف انرژی را به خود اختصاص میدهد.
از جمله مهمترین مسائلی که در زمینه ماشینکاری با آن روبرو هستیم، مسأله عمر ابزار و عوامل تأثیر گذار بر روی آن است. لذا در این مقاله سعی بر این است که بتوانیم تعریف درست و مشخصی از عمر ابزار و عوامل تأثیر گذار بر روی آن داشته باشیم و علاوه بر آن در مورد مهمترین عواملی که تأثیر بسزایی در عمر ابزار دارند، بحث می شود.
عمر ابزار به عوامل گوناگونی وابسته است .
1. درجه حرارت(محیط و ابزار)
2. هندسه ابزار برنده
3. مایع خنک کننده
4. جنس قطعه کار از لحاظ ترکیب شیمیایی
5. جنس خود ابزار
6. پارامترهای ماشینکاری (سرعت برشی، عمق براده برداری، سرعت پیشروی و...)
7. ارتعاش دستگاه
8. معیار شکست ابزار
که از این میان معیار شکست ابزار مهمترین عامل تأثیر گذار بر عمر ابزار به شمار می آید.
معیار شکست ابزار Tool Life Criterion یک مقدار از قبل تعیین شده(بر اساس کیفیت و دقت برده برداری و ...) برای فرسایش و خوردگی ابزار یا رخ دادن یک پدیده(مانند ترک و شکست) را گویند.
عمرابزار نیز از روی همین معیار شکست تعریف می شود: زمان مورد نیاز برای رسیدن به معیار شکست.
انواع معیارهای شکست
1.معیار شکست مستقیم: که با خود ابزار برنده سر و کار دارد.
2. معیار شکست غیر مستقیم: که با عوامل فرسوده شدن ابزار سر و کار دارد.
انواع معیار شکست مستقیم
الف-Chiping : جدا شدن براده از ابزار برنده را گویند.
ب- Fine Cracks: ترک خوردن ابزار برنده را گویند.
ج- Crater Wear , Wear Land : که دو نوع فرسایش مستقیم و بسیار حائز اهمیت در ابزار به شمار می آیند.
انواع معیار شکست غیر مستقیم
الف- نیروهای براده برداری: با قرار دادن حد مشخصی برای این نیروها (بر اساس کیفیت سطح و دقت کاری لازم) و اندازه گیری این نیروها بر روی ابزار برشی، می توان معیار شکست و عمر ابزار را تعیین کرد.
این مسأله بخصوص در دستگاه های اتوماتیک (CNC) کاربرد فراوانی دارد زیار با اندازه گیری این نیروها و زمان رسیدن به حد مشخصی (که قبلاً توضیح داده شد) می توان معیار شکست و عمر ابزار را به راحتی تخمین زد.
ب- کیفیت سطح
ج- دقت ابعادی قطعه کار: که این موضوع نیز در دستگاه های CNC اهمیت فراوانی دارد.
از عوامل گفته شده در بالا، مهمترین آنها که تأثیر بسزایی در عمر ابزار دارد و به طور مستقیم با خود ابزار سر و کار دارد، دو نوع فرسایش اساسی در ابزار به نام Crater Wear Land است که در ادامه این مقاله سعی بر شناسایی و راه حلهای جلوگیری از این دو فرسایش شده است.
Wear Land:
این نوع فرسایش ابتدا در سطح های آزاد ابزار برشی به وجود می آید که با گذشت زمان، ناحیه وسیعی از نوک ابزار را در بر می گیرد و با افزایش خوردگی و فرسایش ابزار و اصطکاک بین قطعه کار و نوک ابزار و به دنبال آن سوختگی نوک ابزار، نوک ابزار ترک برداشته و می شکند.
Wear land خود به دو نوع تقسیم می شود:
1. wear land یکنواخت
2. wear land غیر یکنواخت
هر یک از این دو نوع wear land در شکل(1) نشان داده شده اند.
یک wear land که در عمق به صورت یکنواخت و بدون شیارهای عمیق است نشان می دهد که براده هایی که باعث به وجود آمدن آن شده اند نازک هستند.
wear land یکنواخت حالت خوب و ایده آلی برای ابزار برشی محسوب می شود و معمولاً ابزارهایی که مواد با سختی کم را ماشینکاری می کنند این نوع فرسایش در آنها بوجود می آید.
بیشتر اوقات یک wear land یکنواخت زمانی نمایان میشود که ابزار، دارای برشی پیوسته با عمق براده برداری کم می باشد.
wear land غیر یکنواخت نشانه ای از براده برداری غیر پیوسته می باشد و معمولاً در ابزارهایی که مواد با سختی بالا را براده برداری می کنند به وجود می آید. این نوع فرسایش حاصل براده برداری با عمق زیاد و سرعت برشی زیاد می باشد. حال به این بحث می پردازیم که عمق مجاز برای یک wear land که معیار شکست و در نتیجه عمر ابزار را تعیین می کند تا چه مقداری می تواند باشد و این عمق چگونه اندازه گیری می شود.
مباحث ارائه شده در این مقاله حاصل مطالعات و تحقیقات Mr. Leo J.St. Clair در یکی از کارگاه های ماشینکاری واقع در ایالات متحده آمریکا می باشد.
مطالعات انجام شده در زمینه سرعت سوختن نسوک ابزار نشان می دهد مواد مختلف که ماشینکاری می شوند دارای نتیجه یکسانی نیستند و سرعت سوختن نوک ابزار با یک سرعت یکنواختی انجام می شود که به صورت تصاعدی می باشد. مقدار سوختن نوک ابزار بوسیله عمق weae land در کنار و آخر سطح آزاد ابزار اندازه گیری می شود.
قطعات ماشینکاری شده در این تحقیق، قطعات چدنی می باشد. ابزار برشی H.S.S (و دیگر ابزارهای برشی نظیر carbide) با عمق پیشروی in 02/0 ، میانگین عمق برشی in و سرعت fmp 150 است.
تعداد قطعات ماشینکاری شده بر حسب هر in 01/0 عمق فرسایش در جدول(1) و شکل(2) نشان داده شده است. ابزار به طور کامل بعد از ماشینکاری 330 قطعه به طور کامل بعد شکسته می شود که معادل عمق wear land در این زمان حدوداً in 06/0 است.
جدول(1) نشان می دهد که افزایش سرعت فرسایش بعد از این که عمق wear land از in 03/0تجاوز کرد، اتفاق می افتد که سرعت فرسایش از این زمان به بعد تا 7 برابر سریع تر از سرعت فرسایش با عمق in 01/0 است.
ابزار حدوداً 75% عمر خود را قبل از مرحله ای که عمق فرسایش به in 03/0 برسد، انجام می دهد و مابقی عمر خود را یعنی 25% باقیمانده را بعد از مرحله ای که عمق فرسایش به in 03/0 می رسد، انجام می دهد. این عمل مرزی را به وجود می آورد. که به طور قطع، غیر اقتصادی است یعنی مرزی به وجود می آید که سرعت رسیدن به شکست عامل در این مرز بسیار زیاد است.
تحقیقات نشان می دهد که یک ابزار carbide زمانی که به 60/0 طول عمر خود(طول عمرابزار نقطه است که مقدار wear land به in 06/0 برسد که در این هنگام شکست کامل ابزار رخ می دهد) می رسد و یک ابزار H.S.S یا ابزار آلیاژی زمانی که به 70% طول عمر خود می رسد باید تعویض و سنگ زنی شود و همان طور که گفته شد این موقعیت در جدول (1) و شکل (2) به صورت شماتیک نشان داده شده است(که این نتایج حاصل استفاده از میکروسکوپ های نوری می باشد.) در شکل (A-2) ملاحظه می شود که نقطه طول عمر اقتصادی برای ابزار H.S.S حدوداً 75% طول عمر ممکن ابزار است و بعد از ماشینکاری 250 قطعه از کل تعداد قطعات که 330 قطعه است ابزار باید سنگ زنی شود و 80 قطعه آخر تحت شرایطی ماشین کاری
می شوند که ابزار سنگ خورده باشد.
.
همچنین برای یک ابزار carbide نقطه تعویض ابزار وسنگ زنی آن، حدود 60% عمر کل ابزار است که در این زمان 190 تا 200 قطعه ماشینکاری می شود. دلیل این که چرا یک ابزار carbide باید زودتر از یک ابزار H.S.S و یا ابزار آلیاژی سنگ زنی شود آن است که ابزار carbide دارای شکنندگی زیادتری می باشد که این خاصیت شکنندگی بیشتر سبب می شود هنگامی که wear land عمیق تر می شود نوک ابزار به راحتی شکسته شود.
زمانی که wear land عمیق تر می شود فشار زیادی از طرف قطعه کار بر روی سطح wear land وارد می شود و وقتی ابزار carbide باشد این فشار به طور پیوسته شوکی را به وجود می آورد که باعث می شود ابزار لب پر شود. لب پر شدن بدین معناست که نوک ابزار شکسته می شود و همان طور که گفته شد این دلیل عمق زیاد wear land و فشار پیوسته ناشی از قطعه کار بر روی سطح wear land می باشد مطالب گفته شده در شکل(B-2) نشان داده شده است.لب پریدگی به ندرت در ابزارهای H.S.S و آلیاژی رخ می دهد و این به دلیل سختی و چقرمگی خوب آنها می باشد.
اگر شکستگی زیاد باشد ابزار خوب و کاملاً غیر قابل استفاده می شود از این رو به دلیل آسیب زیاد ناشی از فشار wear land ، نقطه برگشتی ابزار carbide برای سنگ زنی باید 60% طول عمرش باشد که این برخلاف مقدار 70% برای ابزارهای برشی دیگر(H.S.S) می باشد.
روش دیگری برای اندازه گیری عمق مجاز wear land وجود دارد که بر اساس تعریف زیر از عمیق مجاز به دست می آید: ثابت نگه داشتن یک نقطه تعویض ابزار در تولید انبوه.
این تعریف بدین معناست که با در نظر گرفتن دقت کاری و قطعه کار و کیفیت سطح مورد نیاز در تولید انبوه، آخرین قطعه ای که دارای دقت و کیفیت لازم است را به عنوان نقطه تعویض ابزار و عمق wear land در این زمان را عمق مجاز در نظر می گیریم.
عمق مجاز wear land که از فرسایش مخرب ابزار جلوگیری می کند، به اندازه ابزار نیز بستگی دارد. یک ابزار توانایی پراکنده سازی گرمایی بهتری نیست به یک ابزار کوک دارد. از این رو در ابزارهای بزرگ به دلیل پراکنده سازی گرمایی زیاد و زمان زیاد برای بالا رفتن دمای نوک ابزار، فرسایش به کندی انجام می شود.
عمق مجاز wear land نسبت به اندازه ابزار در زیر آمده است:
up to ½ (in) squar 1/32(in)
3/4 (in) and 1 (in) squar 3/64 (in)
(in) and (in) squar 1/16 (in)
2(in) squar or more 1/8 (in)
عمق مجاز wear land در نزدیکی نقطه پرداختکاری ابزار بیشتر از نقاط دیگر است.این قسمت وخیم ترین قسمت لبه برشی است زیرا بیشتر گرما در این قسمت متمرکز است. از این رو زمانی که wear land مشاهده می شود بهتر است اندازه آن در نزدیکی نقطه پرداختکاری ابزار اندازه گیری شود.
Crater
زمانی که براده با سطح بالایی ابزار تماس می گیرد باعث به بوجود آمدن
فرورفتگی هایی در سطح بالایی ابزار، نزدیک به لبه برشی می شود. نیروهای فرسایشی سخت که در برابر جریان براده مقاومت می کنند عامل به وجود آمدن این نوع فرورفتگی ها هستند. این نوع فرسایش را اصطلاحاً crater می گویند.
رشد crater در ابتدای امر به کندی انجام می گیرد اما با رسیدن به مقدار معینی، سرعت رشد افزایش می یابد. این به دلیل افزایش زیاد نیروهای فرسایشی در سطح بالا می باشد.
سطح زیر وسخت بالایی ابزار مقاومت در برابر جریان براده را افزایش می دهد و در نتیجه عمل فرسایش سریع تر انجام می شود.
با ادامه این عمل (فرسایش در سطح بالا)، Crater به سمت لبه برشی پیشرفت می کند که باعث می شود شرایط لبه بسیار ضعیف شود و این معمولاً شکست سخت لبه برش را به دنبال دارد. رشد یک Crater و تأثیر آن در شکل (A-3) نشان داده شده است.
شکل(B-3) چندین تغییر مهم را که در منطقه نزدیک لبه برش، هنگامی که Crater رخ می دهد، نشان می دهد.
اولین تغییری که ایجاد می شود این است که زاویه شیب برش(زاویه براده) از زاویه شیب مؤثر کمتر می شود(زاویه شیب مؤثر، زاویه بین نقطه تلاقی جایی که شعاع Crater با سطح تماس می گیرد و سطح افقی را گویند) با افزایش عمق Crater این زاویه مقداری بین 30 تا 50 درجه تغییر می کند.
اندازه زیاد زاویه شیب مؤثر، لبه ابزار را به مقدار زیادی ضعیف می کند و غالباً باعث شکست لبه برش می شود.
دومین تغییری که انجام می شود آن است که شعاع براده کاهش می یابد و باعث می شود شعاع و اندازه Crater افزایش یابد.
در ابتدای انجام عمل برش غالباً خواهیم دید که براده در شعاع یا قوس بزرگ بوجود می آید اما هنگامی که ابزار فرسوده می شود شعاع براده کوچکتر می شود و براده ها غالباً تکه تکه هستند. این نشان میدهد که Crater بزرگتر و عمیق تر شده است. بدین وسیله براده ها به صورت دایره های سخت از قطعه جدا می شوند.
شکست ابزار غالباً در این هنگام به وسیله اندازه براده پیش بینی می شود. وقتی که ابزار در نتیجه Crater در حال شکست است، طول براده کوچک می باشد (غالباً یبن in تا in ) و باید در این هنگام از شکست کامل ابزار از طریق سنگ زنی و پرداختکاری دقیق مجدد، جلوگیری کنیم.
سومین تغییری که دیده می شود آن است که اندازه لبه built-up تغییر می کند. وقتی Crater به سمت لبه برشی پیش می رود، این لبه (built -up) کوچکتر می شود.
اندازه لبه built-up به گسترش شیب مؤثر بستگی دارد. یعنی این که وقتی Crater بزرگتر می شود شیب مؤثر افزایش می یابد که در نتیجه این عمل اندازه لبه built - up کاهش می یابد.
ابزاری که بتواند در برابر رشد Crater مقاومت زیادی داشته باشد، از طول عمر بیشتری نسبت به ابزاری که مقاومت کمتری در براب Crater دارد، برخوردار می باشد.
هر چیزی که شروع و رشد یک Crater مقاومت زیادی داشته باشد، از طول عمر بیشتری نسبت به ابزاری که مقاومت کمتری در برابر Crater دارد، برخوردار می باشد.
هر چیزی که شروع و رشد یک Crater را به تأخیر بیاندازد، در افزایش طول عمر ابزار مؤثر است.
چگونه شروع یک Crater را به تأخیر بیندازیم؟
توسعه منطقه Crater بستگی زیادی به دو فاکتور دارد:
1. واحد فشار وارد بر لبه
2. مقاومت در برابر جریان براده
با مینیمم کردن این دو عامل می توانیم شروع یک Crater را و در نتیجه رشد آن را به تأخیر بیندازیم.
واحد فشار وارد برلبه به مقدار براده برداری و زاویه برش بستگی دارد. وقتی براده برداری از قطعه کم و به صورت آهسته انجام شود، Crater نسبت به هنگامی که براده برداری زیاد است، نزدیک تر به لبه برش شروع به شکل گیری می کند. از این رو با افزایش بار، Crater در فاصله زیادی از لبه برش شروع به شکل گیری و رشد می کند و این، زمان زیادی را می خواهد تا این که رشد Crater برای لبه برشی مخرب باشد.(واحد فشار وارد بر لبه با نزدیک شدن Crater به لبه برش افزایش می یابد.)
مقدار زاویه برش تأثیر قطعی در واحد فشار وارد بر لبه برش و از این رو در شکل گیری Crater دارد. بزرگ شدن زاویه برش باعث کم شدن واحد فشار لبه میشود(شاید دلیلش همان شکل گیری Crater درمناطق دور از لبه برش باشد.)
بنابراین برای به تأخیر انداختن شروع یک Crater زاویه برشی را تا حد امکان باید افزایش داد.
مقاومت در برابر جریان براده شاید مهمترین عامل درتوسعه Crater باشد. هر چیزی که بتواند این مقاومت را کاهش دهد در شکل گیری Crater تأخیر ایجاد می کند و در نتیجه عمر ابزار را افزایش می دهد. حال چگونه مقاومت در برابر جریان براده را کاهش دهیم.
سه راه حل مهم در کاهش مقاومت در برابر جریان براده وجود دارد:
1. پرداختکاری دقیق و جلا دادن سطح بالای بازار
2. سنگ زنی در جهت جریان براده
3. انتخاب یک روان ساز مناسب که فرسایش بین جریان براده و سطح بالا را کاهش دهد.
از این سه راه حل، راه حل های اول و دوم معمولاً شکل گیری Crater را بیشتر به تأخیر می اندازند و باعث افزایش بیشتر طول عمر ابزار نسبت به راه حل سوم می شوند. حال به تجزیه و تحلیل این دو راه حل می پردازیم.
درجه پرداختکاری در سطح بالا در تشکیل Crater و طول عمر ابزار دخالت دارد.
اگر سطح بالایی ابزار توسط یک چرخ زبر و خشن سنگ زنی شود یک سری از شیارهای نسبتاً عمیق در سطح بالایی ابزار شکل می گیرد که به creating hills valleys معروفند(شکل 4)
زمانی که نوک های hills باریک و نسبتاً کوچک هستند، سطح تماس براده با سطح بالایی ابزار بسیار جزیی است و در نتیجه مقاومت سطحی کمی در برابر جریان براده خواهیم داشت که این منجر به تأخیر در شکل گیری و رشد Crater می شود.
اما زمانی که نوک های hills در اثر جریان براده ساییده و خورده می شوند، سطح تماس براده با سطح بالایی ابزار افزایش می یابد که این منجر به رشد سریع Crater در سطح بالا می شود.
پرداختکاری دقیق می تواند شروع Crater را به تأخیر بیاندازد. شیارها در یک پرداختکاری دقیق خیلی کوچک و در عین حال بسیار زیاد هستند و براده برخلاف تعداد زیادی از نوک hills جریان می یابد. در این حال سطح تماس براده با سطح بالایی ابزار بسیار کم است و همین باعث به تأخیر افتادن شکل گیری و رشد Crater می شود.
جهت سنگ زنی در سطح بالا، تأثیر بسزایی در مقاومت در برابر جریان براده دارد.
برا این که یک مقاومت مینیمم را در برابر جریان براده داشته باشیم. باید خط های سنگ زنی در سطح بالایی ابزار جهش یکسان با جهت جریان براده داشته باشد.
اگر خط های سنگ زنی زاویه ای متضاد نسبت به جهت جریان براده داشته باشند باعث افزایش مقاومت در برابر جریان براده شده و در نتیجه شکل گیری و رشد Crater به همراه خواهند داشت.
در آزمایشاتی که به عمل آمد نشان داده شد در ابزارهایی که جهت سنگ زنی آنها با جهت جریان براده یکسان است، عمر آنها 30% بیشتر از عمر ابزارهایی است که جهت سنگ زنی آنها برخلاف جهت جریان براده است.
ممکن است شرایطی بوجود آید که هم جهت سازی خط های سنگ زنی با جهت جریان براده بسیار مشکل باشد مانند ابزارهای فرم تراشی. در اینجا هم ممکن است کارهایی بتوانیم انجام دهیم که جهت این گونه خطاها(خط های سنگ زنی) را آنقدر تغییر دهیم که در جهت درست قرار گیرد. این عمل به وسیله سنگ زنی قسمت های نزدیک به لبه برشی انجام می شود که این موضوع در شکل (5) نشان داده شده است.
برای کاستن زمان سنگ زنی، سنگ باید طوری قرار گیرد که زاویه آن با زاویه لبه برش 1 تا 3 درجه اختلاف داشته باشد. این عمل سطح باریکی را که حدوداً عرض آن in 1/0 می باشد به وجود می آورد. حرکت سنگ باید در جهت جریان براده باشد. این عمل تا زمانی که خط های سنگ زنی هم جهت با جریان براده شوند، باید ادامه پیدا کند.
در آخر پیشنهاد می شود که سنگ زنی همه شکل از ابزارها باید به صورت گفته شده انجام شود یعنی سعی کنیم خط های سنگ زنی در جهت جریان براده باشند که قیمت عرف ابزار و افزایش عمر ابزار را در این کار به دنبال خواهد داشت که بسیار باارزش و معتبر است. به علاوه پرداختکاری بهتر قطعه کار نیز نتیجه این کار است.
از جمله مهمترین مسائلی كه در زمینه ماشینكاری با آن روبرو هستیم، مسأله عمر ابزار و عوامل تأثیر گذار بر روی آن است. لذا در این مقاله سعی بر این است كه بتوانیم تعریف درست و مشخصی از عمر ابزار و عوامل تأثیر گذار بر روی آن داشته باشیم و علاوه بر آن در مورد مهمترین عواملی كه تأثیر بسزایی در عمر ابزار دارند، بحث می شود.
عمر ابزار به عوامل گوناگونی وابسته است .
1. درجه حرارت(محیط و ابزار)
2. هندسه ابزار برنده
3. مایع خنك كننده
4. جنس قطعه كار از لحاظ تركیب شیمیایی
5. جنس خود ابزار
6. پارامترهای ماشینكاری (سرعت برشی، عمق براده برداری، سرعت پیشروی و...)
7. ارتعاش دستگاه
8. معیار شكست ابزار
كه از این میان معیار شكست ابزار مهمترین عامل تأثیر گذار بر عمر ابزار به شمار می آید.
معیار شكست ابزار Tool Life Criterion یك مقدار از قبل تعیین شده(بر اساس كیفیت و دقت برده برداری و ...) برای فرسایش و خوردگی ابزار یا رخ دادن یك پدیده(مانند ترك و شكست) را گویند.
عمرابزار نیز از روی همین معیار شكست تعریف می شود: زمان مورد نیاز برای رسیدن به معیار شكست.
انواع معیارهای شكست
1.معیار شكست مستقیم: كه با خود ابزار برنده سر و كار دارد.
2. معیار شكست غیر مستقیم: كه با عوامل فرسوده شدن ابزار سر و كار دارد.
انواع معیار شكست مستقیم
الف-Chiping : جدا شدن براده از ابزار برنده را گویند.
ب- Fine Cracks: ترك خوردن ابزار برنده را گویند.
ج- Crater Wear , Wear Land : كه دو نوع فرسایش مستقیم و بسیار حائز اهمیت در ابزار به شمار می آیند.
انواع معیار شكست غیر مستقیم
الف- نیروهای براده برداری: با قرار دادن حد مشخصی برای این نیروها (بر اساس كیفیت سطح و دقت كاری لازم) و اندازه گیری این نیروها بر روی ابزار برشی، می توان معیار شكست و عمر ابزار را تعیین كرد.
این مسأله بخصوص در دستگاه های اتوماتیك (CNC) كاربرد فراوانی دارد زیار با اندازه گیری این نیروها و زمان رسیدن به حد مشخصی (كه قبلاً توضیح داده شد) می توان معیار شكست و عمر ابزار را به راحتی تخمین زد.
ب- كیفیت سطح
ج- دقت ابعادی قطعه كار: كه این موضوع نیز در دستگاه های CNC اهمیت فراوانی دارد.
از عوامل گفته شده در بالا، مهمترین آنها كه تأثیر بسزایی در عمر ابزار دارد و به طور مستقیم با خود ابزار سر و كار دارد، دو نوع فرسایش اساسی در ابزار به نام Crater Wear Land است كه در ادامه این مقاله سعی بر شناسایی و راه حلهای جلوگیری از این دو فرسایش شده است.
Wear Land:
این نوع فرسایش ابتدا در سطح های آزاد ابزار برشی به وجود می آید كه با گذشت زمان، ناحیه وسیعی از نوك ابزار را در بر می گیرد و با افزایش خوردگی و فرسایش ابزار و اصطكاك بین قطعه كار و نوك ابزار و به دنبال آن سوختگی نوك ابزار، نوك ابزار ترك برداشته و می شكند.
Wear land خود به دو نوع تقسیم می شود:
1. wear land یكنواخت
2. wear land غیر یكنواخت
هر یك از این دو نوع wear land در شكل(1) نشان داده شده اند.
یك wear land كه در عمق به صورت یكنواخت و بدون شیارهای عمیق است نشان می دهد كه براده هایی كه باعث به وجود آمدن آن شده اند نازك هستند.
wear land یكنواخت حالت خوب و ایده آلی برای ابزار برشی محسوب می شود و معمولاً ابزارهایی كه مواد با سختی كم را ماشینكاری می كنند این نوع فرسایش در آنها بوجود می آید.
بیشتر اوقات یك wear land یكنواخت زمانی نمایان میشود كه ابزار، دارای برشی پیوسته با عمق براده برداری كم می باشد.
wear land غیر یكنواخت نشانه ای از براده برداری غیر پیوسته می باشد و معمولاً در ابزارهایی كه مواد با سختی بالا را براده برداری می كنند به وجود می آید. این نوع فرسایش حاصل براده برداری با عمق زیاد و سرعت برشی زیاد می باشد. حال به این بحث می پردازیم كه عمق مجاز برای یك wear land كه معیار شكست و در نتیجه عمر ابزار را تعیین می كند تا چه مقداری می تواند باشد و این عمق چگونه اندازه گیری می شود.
مباحث ارائه شده در این مقاله حاصل مطالعات و تحقیقات Mr. Leo J.St. Clair در یكی از كارگاه های ماشینكاری واقع در ایالات متحده آمریكا می باشد.
مطالعات انجام شده در زمینه سرعت سوختن نسوك ابزار نشان می دهد مواد مختلف كه ماشینكاری می شوند دارای نتیجه یكسانی نیستند و سرعت سوختن نوك ابزار با یك سرعت یكنواختی انجام می شود كه به صورت تصاعدی می باشد. مقدار سوختن نوك ابزار بوسیله عمق weae land در كنار و آخر سطح آزاد ابزار اندازه گیری می شود.
قطعات ماشینكاری شده در این تحقیق، قطعات چدنی می باشد. ابزار برشی H.S.S (و دیگر ابزارهای برشی نظیر carbide) با عمق پیشروی in 02/0 ، میانگین عمق برشی in و سرعت fmp 150 است.
تعداد قطعات ماشینكاری شده بر حسب هر in 01/0 عمق فرسایش در جدول(1) و شكل(2) نشان داده شده است. ابزار به طور كامل بعد از ماشینكاری 330 قطعه به طور كامل بعد شكسته می شود كه معادل عمق wear land در این زمان حدوداً in 06/0 است.
جدول(1) نشان می دهد كه افزایش سرعت فرسایش بعد از این كه عمق wear land از in 03/0تجاوز كرد، اتفاق می افتد كه سرعت فرسایش از این زمان به بعد تا 7 برابر سریع تر از سرعت فرسایش با عمق in 01/0 است.
ابزار حدوداً 75% عمر خود را قبل از مرحله ای كه عمق فرسایش به in 03/0 برسد، انجام می دهد و مابقی عمر خود را یعنی 25% باقیمانده را بعد از مرحله ای كه عمق فرسایش به in 03/0 می رسد، انجام می دهد. این عمل مرزی را به وجود می آورد. كه به طور قطع، غیر اقتصادی است یعنی مرزی به وجود می آید كه سرعت رسیدن به شكست عامل در این مرز بسیار زیاد است.
تحقیقات نشان می دهد كه یك ابزار carbide زمانی كه به 60/0 طول عمر خود(طول عمرابزار نقطه است كه مقدار wear land به in 06/0 برسد كه در این هنگام شكست كامل ابزار رخ می دهد) می رسد و یك ابزار H.S.S یا ابزار آلیاژی زمانی كه به 70% طول عمر خود می رسد باید تعویض و سنگ زنی شود و همان طور كه گفته شد این موقعیت در جدول (1) و شكل (2) به صورت شماتیك نشان داده شده است(كه این نتایج حاصل استفاده از میكروسكوپ های نوری می باشد.) در شكل (A-2) ملاحظه می شود كه نقطه طول عمر اقتصادی برای ابزار H.S.S حدوداً 75% طول عمر ممكن ابزار است و بعد از ماشینكاری 250 قطعه از كل تعداد قطعات كه 330 قطعه است ابزار باید سنگ زنی شود و 80 قطعه آخر تحت شرایطی ماشین كاری
می شوند كه ابزار سنگ خورده باشد.
.
همچنین برای یك ابزار carbide نقطه تعویض ابزار وسنگ زنی آن، حدود 60% عمر كل ابزار است كه در این زمان 190 تا 200 قطعه ماشینكاری می شود. دلیل این كه چرا یك ابزار carbide باید زودتر از یك ابزار H.S.S و یا ابزار آلیاژی سنگ زنی شود آن است كه ابزار carbide دارای شكنندگی زیادتری می باشد كه این خاصیت شكنندگی بیشتر سبب می شود هنگامی كه wear land عمیق تر می شود نوك ابزار به راحتی شكسته شود.