CBN چیست؟

CBN [به انگلیسی: Cubic Boron Nitride] یا نیترید بور مکعبی یک ماده مصنوعی سنتز شده‌است که از نظر سختی فقط الماس از آن سخت‌تر است. سنتز CBN شامل تبدیل ساختاری نیترید بور از شکل شش ضلعی به شکل مکعبی، مشابه الماس، در دمای بالا-فشار بالا (HP-HT) در حضور یک کاتالیزور-حلال مناسب (معمولاً فلزات قلیایی خاکی و ترکیبات آن‌ها) است. اگرچه CBN به سختی الماس نیست اما به آلیاژهای آهنی واکنش کمتری دارد. در نتیجه، بسیاری از مواد سخت و سخت ماشین‌کاری مانند فولادهای آلیاژی سخت (HRC 60) سوپرآلیاژهای پایه نیکل و چدن‌های سخت سرد می‌توانند با سرعت‌های بالاتر و سرعت حذف بالاتر (3 تا 5 برابر آن‌ها) ماشین‌کاری شوند.

این ماده در کاربردهای خاص مقاومت سایشی برتری نسبت به کارباید تنگستن دارد. CBN دومین ماده سخت در جهان است و به طور گسترده برای برای تراشکاری و ماشینکاری فولادهای ابزار، چدن ها و سوپر آلیاژها و سنگ زنی فولادها استفاده می‌شود. به دلیل دما و فشار بالا مورد نیاز در فرآیند ساخت CBN، هزینه های تولید ابزار بسیار بالا است. CBN فقط در نوک و/یا در پروب ابزار استفاده می‌شود. بدنه ابزار از مواد دیگری مانند کاربید تنگستن ساخته می‌شود. با این حال، هزینه های CBN به دلیل صرفه جویی در مقیاس بسیار کمتر شده است. CBN به طور فزاینده ای جایگزین ساینده های معمولی برای سنگ زنی دقیق فولادهای سخت شده به دلیل نرخ سایش پایین و توانایی حفظ تلورانس اندازه نزدیک بر روی قطعات تولید شده است. .

سختی ویکرز مواد مختلف ابزارهای برش

ویژگی ماشینکاری مواد مختلف ابزارهای برش

مزایای ابزارهای برش CBN

مقاومت در برابر سایش عالی
عمر طولانی
سرعت برش بالا
حفظ تلورانس‌های نزدیک
پرداخت سطح بالا
گزینه عالی برای سنگ‌زنی مواد سخت مانن تنگستن کارباید

معایب ابزارهای برش CBN

قیمت بالا نسبت به سایر مواد
عمق برش کم (اندازه نوک ابزارهای CBN لحیم‌کاری شده محدود است)

اینسرت CBN یا PCBN چیست؟

PCBN با نام مستعار CBN مخفف عبارت “Polycrystalline Cubic Boron Nitride” است که دومین ماده سخت پس از الماس است. علاوه بر سختی بالا [1] (4500 HV [2])، سختی گرم و پایداری شیمیایی عالی نیز دارد. بنابراین، می‌تواند با موفقیت فولاد [3] تا سختی 70 HRC [4] و سایر مواد سخت را ماشینکاری کند.

ابزارهای پلی کریستالی (PCD) و نیترید بور مکعبی (CBN) بالاتر از ابزارهای کاربایدی روکشدار در لیست سخت‌ترین مواد اینسرت‌ها هستند. آرایش مولکولی آن‌ها کاملاً متفاوت است. آن‌ها از نوع مواد شیمیایی مصنوعی هستند که با گرمای شدید تف جوشی و فشار به اینسرت‌های کاربایدی اتصال پیدا می‌کنند.

اینسرت‌های CBN برای کار بر روی چه موادی مناسب هستند؟

ماشینکاری فولاد با سختی 50 تا 70 HRC. اینسرت‌های کارباید روکشدار نمی‌توانند مواد بالاتر از 45 HRC را ماشین‌کاری کنند.
ماشینکاری چدن [5] 3 برابر سریع‌تر از اینسرت‌های کارباید روکشدار با سرعت 1500 میلی‌متر در دقیقه (SFM [6]).
ماشینکاری تیتانیوم [7] و سوپرآلیاژها [8] 5 برابر سریع‌تر از اینسرت‌های کارباید روکشدار با سرعت 1100 میلی‌متر در دقیقه (SFM).

ماشینکاری مواد مختلف با اینسرت CBN

رایج‌ترین کاربرد اینسرت‌های CBN ماشینکاری قطعات فولادی سخت است. با وجود قیمت بالای آن‌ها، هنوز هم اقتصادی ترین راه برای این کاربردها هستند. اینسرت‌های CBN فقط برای عملیات تکمیلی استفاده می‌شوند که نیاز به پرداخت سطح [9] و دقت بالاتری دارند که با سایر اینسرت‌ها نمی‌تواند به دست آید. بهترین راه برای ماشینکاری چدن و سوپر آلیاژها (آلیاژهای بر پایه نیکل) استفاده از اینسرت‌های سرامیکی [10] است. اینسرت‌های سرامیکی هزینه کمتری دارند و می‌توانند در عمق بیشتری از برش کار کنند.

نمودار سختی-چقرمگی مواد مختلف

———————————————————————————————————————————————

پیوست

1 ↑ سختی

میزان مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک موضعی ناشی از نیرو یا سایش است. مواد با سختی بالا عموماً قوی‌تر و مقاوم‌تر در برابر سایش هستند، اما از سوی دیگر، شکننده‌تر و حساس‌تر به شکستگی هستند.

2 ↑ سختی ویکرز [HV]

واحد رایج برای فهرست کردن سختی گریدهای کارباید و سایر مواد برش سخت مانند سرامیک، CBN و PCD استفاده می‌شود. این آزمایش با اندازه‌گیری سطح فرورفتگی ایجاد شده توسط یک الماس به شکل هرم مربعی انجام می‌شود.

3 ↑ فولاد (ISO P)

آهن (Fe) به اضافه 1/0 تا 5/2 درصد وزنی کربن (C) است. علاوه بر کربن، فولاد ممکن است حاوی بسیاری از عناصر آلیاژی دیگر تا حدود 20 درصد باشد. آهن خالص بسیار نرم است. با بازی با ترکیب و مقدار عناصر مختلف آلیاژی، آهن طیف وسیعی از خواص مکانیکی منحصر به فرد را به دست می آورد..

4 ↑ سختی راکول [HRC/HRB/HRA]

یکی از رایج ترین واحدهایی است که برای فهرست کردن سختی مواد ماشینکاری استفاده می‌شود. آزمایش با اندازه‌گیری عمق نفوذ یک کره تحت یک بار بزرگ در مقایسه با نفوذ ایجاد شده توسط یک بار اولیه مرجع انجام می‌شود.

5 ↑ چدن (ISO K)

گروهی از مواد آهن-کربن-سیلیکون با 1.8-4 درصد کربن (C) و 1-3 درصد سیلیکون (Si) است. سیلیکون بخشی از کربن را از محلول بیرون می‌راند و پوسته‌های گرافیت را تشکیل می‌دهد. این ماده در دمای اتاق شکننده است، نقطه ذوب پایینی دارد و برای ریخته‌گری عالی است.

6 ↑ سرعت برش [Vc] (SFM)

در ماشینکاری به سرعت نسبی بین نوک لبه برش ابزار و قطعه کار اشاره دارد. این تعریف برای تمام عملیات ماشینکاری تراشکاری، فرزکاری و غیره یکسان است. بر خلاف نرخ تغذیه که برای کاربردهای مختلف تعریف متفاوتی دارد.

7 ↑ تیتانیوم

یک عنصر شیمیایی با نماد Ti است. آلیاژ تیتانیوم معمولاً از حدود 88 درصد Ti با عناصر دیگر، عمدتاً وانادیوم (V) و آلومینیوم (Al) ساخته می‌شود. چیزی که آن را به یک فلز منحصر به فرد و مفید تبدیل می‌کند این است که از یک طرف تقریباً به سبکی آلومینیوم است و از طرف دیگر از استحکام بالاتری نسبت به اکثر آلیاژهای فولادی برخوردار است. علاوه بر این، مقاومت در برابر خوردگی عالی دارد. این ترکیب باعث محبوبیت آن در قطعات هوافضا و ایمپلنت‌های پزشکی می‌شود.

8 ↑ سوپرآلیاژهای مقاوم در برابر حرارت (ISO S)

گروهی از مواد مهندسی شده هستند که دارای استحکام بسیار بالا و مقاومت در برابر خوردگی عالی هستند. این آلیاژها همچنین این خواص را در دماهای بسیار بالا و محیط‌های شیمیایی متخاصم حفظ می‌کنند. آن‌ها عمدتاً در موتورهای جت، توربین‌ها، تجهیزات نفت و گاز و ایمپلنت‌های پزشکی استفاده می‌شوند.

9 ↑ پرداخت سطح

(که گاهی اوقات زبری سطح نیز نامیده می‌شود) یک نمایش عددی از “صافی” یک سطح است. این عدد با اسکن سطح با یک سوزن “تپه‌ها” و “دره‌ها” را در امتداد یک مقطع خطی به دست می‌آید. فرآیند اندازه‌گیری نموداری را تولید می‌کند که با یک فرمول ریاضی تجزیه و تحلیل می‌شود تا مقدار پایان سطح را به دست آورد.

10 ↑ اینسرت‌های سرامیکی

ابزارهای قابل نمایه‌سازی (Indexable) هستند که از آلومینیوم اکسید Al2O3 یا Si3N4 ساخته شده‌اند. آن‌ها دارای سختی 2100-2500 HV (حدود 40٪ بالاتر از کاربید) هستند که آن‌ها را قادر می‌سازد فولاد سخت را تا 55 HRC ماشینکاری کنند. همچنین، می‌توانند چدن و آلیاژهای مبتنی بر نیکل را شش برابر سریع‌تر در مقایسه با اینسرت‌های کارباید روکش‌دار ماشین‌کاری کنند.