تاثیر حرارت درماشینکاری:
به سادگی می توان گفت که حرارت دوست ابزار است، اما حرارت بیش از حد دشمن ابزار است. از طریق ترکیبی از انرژی (که از طریق اسپیندل/سرعت برشی تولید می شود) و هندسه ابزار، منطقه برشی به دمایی می رسد که ماده قطعه کار به نقطه تسلیم رسیده و جدایش، یا براده،
می تواند به خوبی شکل گیرد. حرارت بیشتر در ناحیه برش، باعث می شود که براده راحت تر جدا شود؛ ولی حرارت خیلی زیاد، نه تنها می خواهد که براده را از قطعه کار جدا کند، بلکه از ابزار نیز براده برداری خواهد شد.
نوسان از داغی به سردی، دشمن ابزار است. ابزارها دارای سختی بسیار بالایی هستند – و سیکل حرارتی می تواند ترکهای حرارتی میکروسکوپی بر روی لبه ابزار ایجاد نماید، که به شکست سریع ابزار منجر خواهد شد.
هزینه های مالی و تاثیرات زیست محیطی استفاده از روانکار:
در سال 1990 در آلمان حدود 60000 تن ماده خنک کننده ((Cooling Lubricant غیر محلول در آب
و حدود 30000تن خنک کننده محلول در آب مورد استفاده قرار گرفته ، و با فرض اینکه خنک کننده های محلول در آب با غلظت 4 تا 5 درصد تهیه شده باشند ، سالانه در این کشور حدود 650000 تن مواد خنک کننده آلاینده در محیط زیست رها می شوند. امروزه فرآیند برش متحول شده است به نحوی که قوانین و اخطار های قانونی جهت حفظ محیط زیست نقش مهمی را در تدوین فرآیند ها ایفا می کند . افزایش کیفیت برش از طریق کاربرد مواد خنک کننده با توجه به هزینه های حفاظت از محیط زیست تنظیم گشته و به خطر افتادن سلامت کارگران( حساسیتها و صدمات پوستی) به خاطر روغن ها و امولسیون ها نبایستی فراموش گردد.
هنگام تشخیص فرایندهایی که در آنها ابزار بدون استفاده از خنک کار بهتر کار خواهد کرد، به دو معیار اصلی توجه داشته باشید:
زمان تماس کوتاه در برش
سیکل حرارتی لبه برنده مثل ابزارهای فرزکاری قابل تعویض یا برش منقطع در تراشکاری .
برخی از کاربردهایی که تشخیص آنها آسان است عبارتند از: فرایند پیچ تراشی تک لبه در فولادهای آلیاژی، کاربردهای تراشکاری پرداختی در صورتی که ابزار تنها برای چند ثانیه در عمل برش شرکت کند، و فرایندهای فرزکاری قابل تعویضی که در آنها براده ها براحتی بدون کمک گیری از پاشش خنک کار، منطقه برش را ترک می کنند.
در مواد چسبنده مثل فولاد ضد زنگ آستنیتی و آلومینیوم در حالیکه ممکن است ابزار در حالت خشک بهتر کار کند اغلب، براده ها به سطح پرداخت شده چسبیده یا به آن جوش می خورند. در این موارد، خنک کار تنها راه جلوگیری از وقوع این شرایط است.
ابزار های برشی برای تراشکاری و فرزکاری خشک:
امروزه ابزارهای برشی پیشرفته مانند ابزارهای کارباید روکش دار، سرمتها، سرامیک ها، CBN امکان برش خشک را فراهم می کنند . کارایی سطح بالای کارباید های جدید و کامل امکان تراشکاری و فرزکاری خشک را حتی روی مواد فولادی فراهم می سازند . از طریق زیر لایه و روکش های جدید و اصلاح شده ، مقاومت در برابر سایش و دما در ابزار های کارباید روکش دار تا حد قابل ملاحظه ای افزایش می یابد . در تراشکاری ، کارباید های با روکش سرامیکی (اکسید آلومینیوم) به عنوان سپر حرارتی عمل می نمایند و مقاومت خاصی در برابر دماهای بالا دارند.
توضیحات:
سرامیکها (ceramics )ابزارهای مدرن با سختی بسیار بالا که ماده اصلی آنها AL2O3 می باشد و برای ماشینکاری قطعات سخت کاری شده در سرعت های برشی بالا استفاده می شوند. عیب این ابزارها شکنندگی آنها است . که می توان برای رفع این نقیصه سیلسیوم کارباید به ماده اضافه شود.
CBN ابزارهایی با سختی نزدیک به الماس که به علت گرم سختی بالا ٰ مقاومت در برابر اکسید اسیون و شکنندگی خوب مناسب جهت مواد سخت آهنی هستند .
Cermet ابزار پیشرفته ای که دارای محاسن ابزار سرامیک است ولی مشکل شکنندگی ندارد . فلز نگهدارنده آن نیکل و ماده اصلی آن TiN/Tic
PCD ابزاری از جنس ذرات الماس در اندازه 25 میکرون با سختی بسیار زیاد مناسب برای ماشینکاری آلومینیم با درصد بالای سیلسیم - مواد غیر فلزی ساینده و پلاستیک در سرعت های برشی بالا.
فرایند هایی که معمولا خشک انجام میشوند:
پیچ تراشی
ابزارهای تک لبه ای پیچ تراشی که پروفیل 60 درجه استاندارد ایجاد می نمایند، اغلب در صورتی که بدون خنک کار استفاده شده باشند، بطور مشخصی طول عمر بیشتری از خود نشان داده اند
شیار تراشی
فرایندهای شیار تراشی باریک – مثل شیارهای خار حلقوی – خیلی اوقات بدون استفاده از خنک کار بهتر بوده اند.
ابزارهای فرزکاری قابل تعویض
به خاطر سیکل حرارتی مکرر ناشی از برش و عدم برش، تقریباً تمام ابزارهای فرزکاری قابل تعویض، ترجیح داده می شود تا در صورت امکان بدون خنک کار کار کنند.
فرایندهای تراشکاری پرداختی با زمان تماس کوتاه
در مواردی که «زمان در حال تماس» ابزار کوتاه باشد وماده بطور خاص «چسبنده» نباشد، در صورتی که ابزارها بدون خنک کار تراشکاری کنند، عموماً دارای طول عمر بیشتری بوده و پرداخت سطح بهتری ایجاد می کنند.
ابزارهای سوراخکاری
تقریباً همیشه به خنک کار نیاز دارند. تا براده ها را از داخل سوراخ به بیرون هدایت کنند .سوراخکاری خشک با ابزارهای تنگستن کارباید اغلب روی چدن خاکستری موفقیت آمیز بوده است . ولی سوراخکاری خشک روی فولاد نیازمند مطالعات بیشتری روی ابزار است زیرا این ابزار به شدت گرم می شود بنحوی که اصطکاک بین ماده و ابزار را تغییر می دهد.که البته می توان از سیستم MQL ( ماشین کاری با حد اقل روانکار ) استفاده نمود . که این مورد در مورد قلاویز کاری و حدیده کاری نیز صدق می کند
مثال کاربردی:
1- در تراشکاری خشن یک قطعه به نام Fork-shaped sliding piece
به خاطر استفاده از ابزاری با روکش اکسید آلومینیوم دیگر نیازی به امولسیون نیست. در آزمایشهای مشترک مصرف کننده و شرکت ابزار ساز سرعت پیشروی از 0.34 به 0.5 میلیمتر بر دور افزایش یافت. بدین طریق زمان واقعی برش و زمان تاثیر مستقیم حرارت 28 درصد کاهش یافت.
2- در یک مثال دیگر در تراشکاری یک چرخ ترن از جنس فولاد C60 با استفاده از ابزاری با گرید CW2 هیچ نیازی به روانکاری نیست . در این مثال ابزاری با یک زیر لایه جدید پیشرفته کارباید و یک روکش چند لایه سرامیکی در شرایط برشی یکسان ماشینکاری خشک را بدون کاهش عمر ابزار امکان پذیر ساخته است.
خطرات ناشی از استفاده از خنک ساز زیادی به قرار زیر است :
اکسیداسیون
آسیب وارد شدن به بدن انسان
پوسیدگی و آسیب به بدنه ماشین
افزایش هزینه ها
خطر آتش سوزی در بعضی سیالات خنک ساز
حال میدانیم که در چه مواقعی میتوان ماشینکاری بصورت خشک صورت گیرد ولی همیشه نمیتوان سیال را حذف کرد و باید متحمل هزینه های شویم که بخش قابل توجهی از هزینه های تولید را شامل میشوند
هزینه تولید یک میلنگ در یک کارخانه خودروسازی در کشور آلمان:
هزینه های روانکار( پرسنل 14٪ - سرویس 11٪ - تمیز کاری 4٪ - الکتریسته 3٪ - دفع پسماند 59٪
هزینه های ساخت ( خنک کاری 17٪ - هزینه های عمومی 27٪ - ابزار 8٪ - ماشین ابزار 39٪ -پرسنل 9٪
همانطور که مشاهده کردید 17% از هزینه های تولید در این محصول خاص شامل هزینه های روانکار میشود که علاوه بر این آلودگیها و اثرات زیست محیطی نیز مهم میباشد
شامل 79 اسلاید POWERPOINT
