up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله ماشينکاري PDF
QR code - ماشينکاري

ماشينکاري

ماشينکاري سريع (High Speed Machining)

ماشين کاري سريع چيست؟ هنوز سؤالات و اشکالات و تعريفهاي متناقض زيادي پيرامون اين موضوع وجود دارد. در ادامه، اين سؤالات پاسخ دهي شده و به طريقي که به حذف فضاي نامفهوم ايجاد شده پيرامون ماشين کاري سريع کمک کند، مورد بحث قرار گرفته اند. پس زمينه تاريخي
عبارت ماشين کاري سريع (HSM)، عموماً به فرزکاري انگشتي با سرعت دوراني بالا و پيشروي سريع بر مي گردد؛ به عنوان نمونه، پاکت تراشي در بدنه آلومينيومي هواپيماهابا نرخ براده برداري بالا. در طي 60 سال گذشته، ماشين کاري سريع در مورد گستره وسيعي از توليد قطعات فلزي و غير فلزي با وضعيت سطحي خاص در ماشين کاري مواد با سختي 50 HRC و بالاتر اعمال گرديده است.
براي بيشتر قطعات فولادي که تا حدود 32-42 HRC سخت شده اند، گزينه هاي ماشين کاري عبارتند از:
ماشين کاري خشن و- نيمه پرداختي در شرايطي که هنوز سخت نشده اند (آنيل)
عمليات حرارتي براي دست- يابي به سختي نهايي (در حدود 63 HRC)
ماشين کاري الکترودها و اسپارک قطعات خاص- قالبها (خصوصاً گوشه ها با شعاعهاي کوچک و حفره هاي عميق با دسترسي محدود براي ابزارهاي برشي)
پرداخت و فوق پرداخت سطوح استوانه اي، تخت و حفره ها توسط- کاربيد سمانته مناسب، Cermet (نوعي آلياژ سراميک و فلز)، کاربيد سراميک مخلوط شده يا نيتريد بورون مکعبي چند کريستالي (PCBN). در مورد خيلي از قطعات و اجزاء، فرآيند توليد شامل آميزه اي از اين گزينه ها بوده و در مورد قالبها بايد پرداخت کاري دستي -که زمان بر است- را نيز اضافه نمود. در نتيجه، هزينه هاي توليد بالا رفته و زمان تدارک (Lead time) بيش از اندازه طولاني خواهد شد.
يکي از اهداف و مقاصد صنايع قالب سازي اين بوده و هست که نياز به پوليش زدن دستي را کاهش داده و يا حذف نمايند و متعاقباً کيفيت را بهبود بخشيده و هزينه هاي توليد و زمان تدارک را کاهش دهند. فاکتورهاي اقتصادي و فني اصلي براي پيشرفت ماشين کاري سريع
بقا – هميشه افزايش رقابت در بازارهاي فروش کالا با تهيه استانداردهاي جديد همراه است. نياز به بهره وري در زمان و هزينه روز به روز بيشتر و بيشتر مي شود. اين موضوع سبب مي شود تا پروسه ها و فناوريهاي توليدي نويني شکل بگيرد. ماشين کاري سريع، اميد بخش و ارائه دهنده راه حلهاي جديد است... . مواد - پيشرفت مواد جديدي که ماشين کاري آنها مشکل است، بر نياز به يافتن راه حلهاي جديد ماشين کاري تأکيد مي نمايد. صنايع فضايي، آلياژهاي فولادي ضد زنگ و مقاوم به حرارت مخصوص به خود را داراست. صنايع اتومبيل سازي، کامپوزيتهاي دو فلزي، آهن فريتي و حجم رو به رشد آلومينيوم را داراست. صنعت قالبسازي اساساً با مشکل ماشين کاري فولادهاي ابزاري سخت شده از مرحله خشن کاري تا پرداخت کاري روبه روست. کيفيت - نياز به قطعات و اجزاء محصولاتي با کيفيت بالاتر، نتيجه رقابتهاي رو به افزايش است. چنانچه ماشين کاري سريع درست به کار گرفته شود، راه حلهاي زيادي در اين زمينه ارائه مي دهد. يک نمونه جايگزين کردن پرداخت کاري دستي با ماشين کاري سريع است که خصوصاً در قالبها و يا قطعات با هندسه سه بعدي پيچيده از اهميت بالايي برخوردار است. فرايندها – نياز به زمان بازده کوتاهتر از طريق کاهش تعداد باز و بست کردنها و روشهاي ساده تر، در خيلي از موارد مي تواند توسط ماشين کاري سريع برآورده شود. يک هدف نوعي در صنعت قالب سازي اين است که ابزارهاي سخت شده کوچک در يک set-up ماشين کاري شوند. فرايندهاي پر هزينه و زمان بر EDM را نيز مي توان توسط ماشين کاري سريع کاهش داده و يا حذف نمود. طراحي و پيشرفت - امروزه يکي از ابزارهاي اصلي براي رقابت، فروش محصولات تازه و نوظهور مي باشد. در حال حاضر عمر متوسط قطعات خودروها در حدود 4 سال، قطعات کامپيوترها و خدمات جانبي آن 1.5 سال، و عمر گوشيهاي تلفن، 3 ماه و ... است. يکي از شرايط لازم براي چنين پيشرفت در تغيير سريع طرحها و محصولات و کاهش زمان عرضه آنها استفاده از تکنيکهاي ماشين کاري سريع است. محصولات پيچيده - استفاده از سطوح چند کاره (multi-functional surfaces) بر روي قطعات در حال افزايش هستند، همچون طرحهاي جديد پره هاي توربين که قابليت ها و تواناييهاي جديد و بهينه اي بدست مي دهد. طرحهاي قبلي اجازه مي دانند که پره ها را توسط دست يا با روبات پوليش زني نمود، اما پره هاي جديدي که بسيار پيچيده تر شده اند، مي بايستي از طريق ماشين کاري و ترجيحاً ماشين کاري سريع، پرداخت شوند. در اين مورد نمونه هاي خيلي بيشتري از قطعات با ديواره نازک که مي بايستي ماشين کاري شوند، موجود است. (تجهيزات پزشکي، الکترونيک، محصولات دفاعي و اجزاء کامپيوترها) اولين تعريف از ماشين کاري سريع:
در تئوري Salomon، ماشين کاري با سرعت برشي بالا... فرض مي شود که در سرعتهاي برشي خاص (5 تا 10 مرتبه بزرگتر نسبت به ماشين کاري معمولي)، دماي براده برداري در لبه برشي شروع به کاهش مي نمايد... .
در نتيجه ... به نظر مي رسد که شانسي براي بهبود توليد در ماشين کاري با ابزارهاي معمولي در سرعتهاي برشي بالا بدست دهد... .
تحقيقات نوين، متأسفانه نتوانسته است اين تئوري را به طور امل تأييد نمايد. کاهش نسبي دما در لبه برنده براي مواد مختلف، در سرعتهاي برشي خاص رخ مي دهد. اين کاهش دما براي فولاد و چدن کوچک بوده و براي آلومينيوم و ديگر فلزات غير فرو بزرگتر مي باشد.
به عنوان يک تعريف منطقي از ماشين کاري سريع مي توان گفت: ماشين کاري در سرعتهاي به طور مشخص بالاتر نسبت به سرعتهاي معمول مورد استفاده در کارگاهها. اين سرعت به عوامل زير بستگي دارد:
1. ماده اي که مي بايستي ماشين کاري شود – به عنوان مثال: آلياژهاي آلومينيوم، سوپر آلياژهاي نيکل، فولادها، آلياژهاي تيتانيوم، چدن يا کامپوزيتها
2. نوع فرايند ماشين کاري – براي مثال: تراشکاري، فرزکاري يا سوراخکاري
3. ماشين ابزار مورد استفاده – براي مثال: قابليت هاي تواني، سرعت، پيشروي ماشين؛ ديگر مشخصات ماشين ابزار همچون پايداري استاتيکي و ديناميکي
4. ابزار برشي مورد استفاده – به عنوان نمونه: فولاد تند بر، ابزار کاربيدي، سراميکي يا الماسه
5. ملزومات قطعه کار – شکل، سايز، هندسه، سفتي، دقت و پرداخت
6. ملاحظات ديگر – دسترسي به براده، ايمني و اقتصاد تعريفهاي عملي از ماشين کاري سريع:
• ماشين کاري با سرعت بالا در حقيقت تنها سرعت برشي بالا نيست. اين موضوع را مي بايستي به عنوان فرايندي که در آن عمليات با روشهاي بسيار خاص و با تجهيزات توليدي بسيار دقيق انجام مي گيرد، در نظر گرفت.
• ماشين کاري با سرعت بالا، لزوماً ماشين کاري با اسپيدلهاي با سرعت بالا نمي باشد. خيلي از کاربردهاي ماشين کاري سريع با اسپيندلهايي با سرعتهاي متوسط و با ابزارهاي بزرگ انجام مي گيرد.
• ماشين کاري سريع در پرداخت کاري فولادهاي سخت شده در سرعتها و پيشرويهاي بالا، اغلب 4-6 برابر سريعتر نسبت به ماشين کاري معمولي انجام مي پذيرد. مزاياي استفاده از ماشين کاري سريع:
• حداقل فرسايش ابزار حتي در سرعتهاي بالا
• فرايندي با قابليت توليد بالا براي قطعات کوچک
• کاهش تعداد مراحل فرايند
در اين نوع ماشين کاري دماي قطعه کار و ابزار پايين نگه داشته مي شود که باعث مي شود در خيلي از موارد عمر ابزار طولاني تر شود. از طرف ديگر در ماشين کاري سريع، عمق ماشين کاري کم بوده و زمان درگيري براي لبه برنده بسيار کوتاه است. (در تصوير زير به وضوح تفاوت ميان ماشين کاري معمولي و ماشين کاري سريع از لحاط حرارت ايجاد شده و منطقه حرارت ديده ابزار در هر دو روش آشکار است.) بنابراين مي توان گفت که سرعت پيشروي به اندازه کافي بالا هست که حرارت نتواند گسترش پيدا کند. نيروي برشي کوچک باعث تغيير شکلهاي جزئي در ابزار مي شود. از آن جايي که نوعاً در اين نوع ماشين کاري، عمق برش کم است، نيروهاي برشي شعاعي بر روي ابزار و اسپيندل کوچک است. لذا ياتاقانهاي اسپيندل، ريلهاي راهنما و ballscrewها حفظ مي شوند.
برخي معايب استفاده از ماشين کاري سريع:
• نرخ سريغ افزايش و کاهش سرعت و توقف هاي مکرر اسپيندل باعث مي شود که راهنماها، ياتاقانهاي اسپيندل و ballscrewها سريعتر فرسوده شوند.
• نياز به دانش خاص فرايند، تجهيزات برنامه نويسي و رابطي براي انتقال سريع داده ها
• توقف اورژانسي عملاً لازم نيست. خطاهاي انساني، خطاهاي سخت افزاري يا نرم افزاري، پيامدهاي بزرگي به همراه خواهد داشت.
• نياز به طراحي خوب فرايند. ابزارها
در بيشتر کاربردها ابزارهاي کاربيدي مورد نياز است. خمواره بايد در اين نوع ماشين کاري از گريدي از ابزارهاي کاربيدي استفاده کرد که علاوه بر سختي (مقاومت در برابر سايش)، داراي چقرمگي (مقاومت در برابر شوک و ضربه) نيز باشد؛ چرا که ماشين کاري سريع اغلب با شوکهاي زيادي همراه است. ضربه، ارتعاشات و تغييرات دمايي، همگي در سرعتهاي بالاتر، شرايط بحراني تري دارند. در مورد ابزارهاي با چقرمگي بالاتر، احتمال لب پر شدن يا ترک خوردن به علت اين شوکها کمتر مي باشد. بهترين حالت از نظر سختي و چقرمگي، در ابزارهاب کاربيدي با دانه بندي ريز بدست مي آيد. بسياري از کاربيدهاي ريزدانه اي که امروزه موجود هستند، چقرمگي بهتر، و تغييرات سختي کمتري نسبت به گريدهاي درشت تر از خود نشان مي دهند. ماشين کاري سريع اغلب ماشين کاري در درجه حرارت بالا نيز هست. انتخاب ابزار نه تنها بر اساس مقاومت سايشي، بلکه مي بايستي بر اساس قابليت حفظ مقاومت سايشي در دماهاي بالا نيز انجام پذيرد.
معمولا در ماشين کاري سريع از ابزارهاي کاربيدي با پوشش TiAlN استفاده مي شود؛ چرا که اين پوشش با ايجاد يک سد حرارتي از ابزار محافظت مي کند. اين پوشش در حدود 35% نسبت به TiN به لحاظ حرارتي مقاومتر است. خاصيت ديگر TiAlN مقاومت سايشي است که سبب شده در ماشين کاري قطعات ريخته گري شده مؤثر باشد. از آنجايي که اين پوشش در ماشين کاري در دماي بالا مؤثر است، اغلب به منظور کاهش شوک از خنک کار استفاده نمي شود. به منظور جايگزيني خاصيت روانکاري خنک کار، لايه اي از پوشش روانکار بر روي TiAlN استفاده مي شود. در مقايسه با کاربيدها موادي که در جدول زير ليست شده اند، مقاومت سايشي بالاتري در سرعتهاي برشي بالاتر از خود نشان مي دهند، اما در برابر شوکها ضعيف تر مي باشند. در يک فرايند پايدار، استفاده از يکي از موارد زير مي تواند طول عمر بيشتري نسبت به ابزاراهاي کاربيدي بدست دهد. فلزات غير فرو فلزات فرو
PCD CBN
Cermet سراميک
موضوعات مرتبط
در مورد ماشين کاري آلياژهايي با قابليت ماشين کاري پايين از جمله آلياژهاي تيتانيوم و سوپر آلياژهاي نيکل، ترجيح داده مي شود که به جاي ماشين کاري سريع از ماشينکاري با توان عملياتي بالا (High-Througput Machining) استفاده نمود چرا که به مدرت اين فلزات بتوانند در سرعتهاي بالاتر از 300 smm ماشين کاري شوند. عبارتي که اغلب براي پوشش دادن به هر دو مبحث HSM و HTM به کاري مي رود، ماشين کاري با راندمان بالا (High Efficiency Machining) مي باشد. به عبارت ديگرHEM به معناي بار برداري با نرخي سريعتر نسبت به کاربردهاي معمولي مي باشد. در پايان توجه شما را به چند نمونه اي که با تکنولوژي ماشينکاري سريع ساخته شده اند، جلب مي نماييم. به زمان ها و تفاوت هاي آنها توجه کنيد!
زمان ماشين کاري:
ماشين کاري معولي: 131 دقيقه
ماشين کاري سريع: 78 دقيقه
زمان ماشين کاري:
ماشين کاري معولي: 97 دقيقه
ماشين کاري سريع: 42 دقيقه
چند شرکت معتبر جهاني در زمينه ماشين کاري سريع: • BIG Kaiser Precision Tooling
• CGTech
• Carpenter Technology Corp.
• Cincinnati Machine, A UNOVA Company
• Delcam Inc.
• Fadal Machining Centers
• Gibbs and Associates
• BIG Kaiser Precision Tooling
• CGTech
• Carpenter Technology Corp.
• Cincinnati Machine, A UNOVA Company
• Delcam Inc.
• Fadal Machining Centers
• Gibbs and Associates
• Giddings & Lewis Machine Tools
• Giddings & Lewis Machine Tools

شرکت Valeniteبار ديگر سيستم تراشکاري ValTURNTM خود را با اضافه کردن 3 هندسه جديد به خط اينسرتهاي تراشکاري خود گسترش داده است. هندسه هاي جديد با گريدها ...

رزينهاي فنوليک از واکنش تراکمي فنلها و فرم آلدهيد تهيه ميشوند. مکانيزم واکنش بين فنل و فرم آلدهيد هنوز بطور کامل شناخته شده نيست. با اين وجود اين مشخص ...

اغلب در حين بررسي نتايج آزمايش آناليز فولادها به وجود عناصري برمي خوريم که اطلاع از چگونگي تاثير عناصر فوق ساختار فولادها از جمله الزامات دانش فني مهن ...

● اطلاعات کلي چدن (cast iron) ، آلياژي از آهن- کربن و سيليسيم است که همواره محتوي عناصري در حد جزئي (کمتر از ۰.۱ درصد) و غالبا عناصر آلياژي (بيشتر از ...

● اطلاعات کلي چدن (cast iron) ، آلياژي از آهن- کربن و سيليسيم است که همواره محتوي عناصري در حد جزئي (کمتر از ۰.۱ درصد) و غالبا عناصر آلياژي (بيشتر از ...

دانلود نسخه PDF - ماشينکاري