زمان مطالعه: 10 دقیقه
1. مته آهن چیست و چه کاربردی دارد؟
مته آهن ابزار برشی است که برای ایجاد سوراخ‌هایی با سطح مقطع دایره‌ای بر روی مواد مختلف استفاده می‌شود. مته ها در اندازه ها و شکل های مختلفی وجود دارند و می‌توانند انواع مختلفی از سوراخ ها را در مواد مختلف ایجاد کنند. به منظور ایجاد سوراخ، مته به یک دریل الکتریکی دستی یا ستونی متصل می‌شود که به آن قدرت لازم برای چرخش و برش را می‌دهد. قسمت انتهایی مته که استوانه‌ای شکل و صاف است درون سه نظام یا کولت فشنگی قرار می‌گیرد. قسمت برش مته آهن نیز به شکل مارپیچ است که به براده‌ها اجازه خروج از سوراخ را می‌دهد و همچنین برای نفوذ سیال برش درون سوراخ کاربرد دارد.
.
مته‌های آهن در طول‌های استاندارد و بلند عرضه می‌شوند. نمودار سایز مته و قلاویز، اندازه مته‌های متریک و امپریالیستی را در کنار اندازه‌های پیچ و قلاویز مورد نیاز را فهرست میکند. مته‌های تخصصی خاصی نیز وجود دارند که می توانند سوراخ‌هایی با سطح مقطع غیر دایره‌ای ایجاد کنند.
.
2. هندسه مته آهن
قسمت مارپیچ مته، سرعت حذف براده‌ها را کنترل میکند. یک مته با مارپیچ تند در برنامه‌های کاربردی با نرخ تغذیه بالا و سرعت اسپیندل پایین استفاده می‌شود، جایی که برداشتن حجم زیادی از براده‌ها مورد نیاز است. مته با زاویه مارپیچ کم در برنامه‌های برشی با سرعت‌های برش بالا استفاده می‌شود، و در جایی که مواد تمایل به مسدود کردن سوراخ دارند، مانند آلومینیوم یا مس استفاده می‌شود.
.
طول شیار مته عمق سوراخ قابل اجرا و همچنین سفتی مته و دقت سوراخ حاصل را تعیین میکند. در حالی که مته‌های بلندتر می‌توانند سوراخ‌های عمیق‌تری ایجاد کنند، اما راحت‌تر خم می‌شوند، به این معنی که سوراخ‌هایی که ایجاد می‌کنند ممکن است سطح نامناسبی داشته باشند یا از محور مورد نظر منحرف شوند.
.
1.2. زاویه نوک مته آهن
متداول‌ترین مته مارپیچ (که در فروشگاه‌های ابزار فروشی فروخته می‌شود) دارای زاویه راس 118 درجه است که برای استفاده در چوب، آهن، پلاستیک و بسیاری از مواد دیگر مناسب است، اگرچه عملکرد آن به اندازه زاویه بهینه برای هر کدام نیست. اگر زاویه نوک مته به درستی انتخاب نشود باعث لغزش آن بر روی قطعه خواهد شد.
.
زاویه نوک تیزتر، مانند 90 درجه، برای پلاستیک‌های بسیار نرم مناسب است و در مواد سخت به سرعت باعث سایش نوک مته می‌شود. چنین مته‌ای عموماً نیازی به ایجاد سوراخ اولیه با مته راهنما ندارد. زاویه نوک باز، مانند 150 درجه، برای سوراخکاری فولادها و سایر مواد سخت مناسب است. این سبک از مته نیاز به ایجاد یک سوراخ راهنما دارد و تا زمانی که از نرخ تغذیه مناسب استفاده شود، دچار سایش زود هنگام آن نمی‌شود.
.
زاویه نوک، یا زاویه تشکیل شده در راس مته، توسط ماده‌ای که مته روی آن کار میکند، تعیین می‌شود. زاویه نوک بر لغزش نوک مته روی قطعه کار، شکل سوراخ و میزان سایش لبه برش تأثیر می‌گذارد.
.
2.2. ساقه
بیشتر مته‌های آهن ساقه مستقیم دارند. برای ماشینکاری‌های سنگین در صنعت، گاهی اوقات از مته‌هایی با ساقه‌های مخروطی مورس استفاده می‌شود.
.
هندسه و تیزی لبه‌های برش برای عملکرد یک مته بسیار مهم است. مته‌های با قطر کوچک وقتی کند می‌شوند اغلب دور انداخته می‌شوند، چون تیز کردن صحیح آنها دشوار و جایگزینی آنها ارزان است. برای مته‌های بزرگتر، دستگاه‌های سنگ‌زنی مخصوص در دسترس هستند. مته تیزکن ابزار ویژه برای تیز کردن یا تغییر شکل سطوح برش بر روی مته‌های مارپیچ به منظور بهینه‌سازی عملکرد برش مته است. نسبت قطر به طول مته معمولاً بین 1:1 تا 1:10 است. نسبت‌های بالاتر نیز امکان‌پذیر است، اما هرچه این نسبت بالاتر باشد، چالش فنی هنگام تولید بیشتر است.
.
.
3. جنس مته آهن – مته آهن از چه موادی ساخته می‌شود؟!
فولادهای تندبر حاوی درصد معینی از کربن، تنگستن، کبالت، کروم، مولیبدن و عناصر دیگر هستند. درست مانند تمام فولادها، فولادهای تندبر حاوی درصد زیادی آهن به عنوان فلز پایه هستند. کربن و کروم موجود در این فولادها چقرمگی و استحکام را به آنها اضافه میکند. همچنین، کروم باغث مقاومت در برابر خوردگی می‌شود.
یک مته آهن فولادی باید سخت و بادوام باشد اما همچنین باید سطحی از انعطاف‌پذیری را برای جلوگیری از شکستگی ارائه دهد. به همین دلیل، اغلب فلز مولیبدن به آن اضافه می‌شود. سوراخکاری منظم هنگام تولید منجر به اصطکاک و تولید گرمای شدید می‌شود، بنابراین مته و قطعه کار می‌تواند در طول فرآیند تولید به دمای بسیار بالایی برسد. تنگستن بالاترین نقطه ذوب را در بین فلزات دارد. در حالی که افزودن تنگستن میزان سختی ابزار را افزایش می‌دهد، مقاومت حرارتی آن را نیز تا حد زیادی بهبود می‌بخشد. همچنین، برای افزایش مقاومت فولادهای تندبر در برابر گرما به آنها کبالت نیز اضافه می‌شود.
بر خلاف سایر مته‌ها با کارایی بالا، مانند مته‌های تیتانیومی، مته‌های فولادی تندبر را می‌توان چندین بار قبل از نیاز به تعویض تیز کرد. مته‌های تیتانیومی دارای پوشش تیتانیوم هستند که معمولا روی مته‌های با کیفیت اعمال می‌شود. تیز کردن آنها این پوشش را از بین می‌برد و در نهایت کارایی مته کاهش می‌یابد.
بسته به کاربرد مورد نیاز، از مته با مواد مختلف استفاده می‌شود. بسیاری از مواد سخت، مانند کاربایدها، بسیار شکننده‌تر از فولاد HSS هستند و بیشتر در معرض شکستن قرار دارند. به‌ویژه اگر مته در زاویه ثابتی نسبت به قطعه کار قرار نگیرد.
.
.
1.3. فولادها
قطعات نرم فولادی کم کربن ارزان قیمت هستند، اما تیزی لبه را به خوبی حفظ نمی‌کنند و نیاز به تیز کردن مکرر دارند. آنها فقط برای سوراخکاری چوب استفاده می‌شوند. حتی کار با چوب‌های سخت به جای چوب‌های نرم می‌تواند به طور قابل توجهی طول عمر آنها را کاهش دهد.
مته‌های ساخته شده از فولاد پرکربن به دلیل خواصی که در اثر سخت شدن مواد ساخته می‌شوند، دوام بیشتری نسبت به قطعات فولادی کم کربن دارند. اگر آنها بیش از حد گرم شوند (مثلاً با حرارت حاصل از اصطکاک ماشینکاری)، حالت خود را از دست می‌دهند. این قطعات را می‌توان بر روی چوب یا فلز استفاده کرد.
.
1.1.3. فولاد HSS
فولاد تندبر (HSS) شکلی از فولاد ابزار است. مته‌های HSS نسبت به فولاد پرکربن سخت و در برابر حرارت بسیار مقاوم‌تر هستند. آنها را می‌توان برای سوراخ کردن فلز، چوب سخت و بسیاری از مواد دیگر با سرعت برش بیشتری استفاده کرد. آلیاژهای فولادی کبالت دار نوعی از فولادهای HSS با درصد کبالت بیشتری هستند. آنها سختی خود را در دماهای بسیار بالا نگه می‌دارند و برای سوراخ کردن فولاد ضد زنگ و سایر مواد سخت استفاده می‌شوند. عیب اصلی فولادهای کبالت دار این است که شکننده‌تر از HSS استاندارد هستند.
.
مته آهن فولادی تندبر (HSS) نوعی مته سخت و بادوام است که به طور سنتی برای سوراخکاری با حجم بالا استفاده می‌شود. سوراخکاری با حجم بالا شامل سوراخکاری سریع و مکرر با چند وقفه بین کار (در صورت امکان) است. بسیاری از تولیدکنندگان منحصراً مته‌هایی را تولید می‌کنند که از جنس فولاد تندبر (HSS) هستند زیرا این مته‌ها همه کاره هستند. مته آهن HSS حاوی عناصر کلیدی مانند کربن است و اغلب برای کار بر روی انواع فلزات از جمله آلومینیوم و سایر درجات نرم‌تر فولاد استفاده می‌شود.
به طور کلی، تنها راه برای سوراخ کردن یک ماده سخت، استفاده از مته‌ای است که از ماده‌ای سخت‌تر ساخته شده‌است. به عنوان مثال، یک مته فولادی تندبر برای سوراخکاری آلومینیوم ایده آل است، اما نه گرانیت یا گوارتز، زیرا آنها بسیار سخت‌تر از فلزات فولادی تندبر هستند. با وجود ساختار جامد، مته‌های فولادی تندبر هنگام سوراخکاری موادی مانند گرانیت، به سرعت فرسوده می‌شوند.
تولیدکنندگان می‌توانند نسخه‌های ویژه‌ای از مته مارپیچ با هندسه و ماده خاص را تولید کنند تا متناسب با ماشین‌آلات خاص و مواد خاصی که باید برش داده شوند، باشد. مته‌های مارپیچ با جنس‌های زیادی در دسترس هستند. با این حال، حتی برای کاربری صنعتی، بیشتر سوراخ‌ها با مته‌های استاندارد فولادی HSS ایجاد می‌شوند.
.
2.1.3. فولاد HSS کبالت دار
مته آهن کبالت دار مته‌ای است که برای کاربردهای سوراخکاری خاص ساخته شده‌است. این مته از فولاد با محتوای کبالت بالا در مقایسه با سایر فولادها تشکیل شده‌است که معمولاً مقدار آن بین 5 تا 8 درصد است. با این که افزودن کبالت مته را نسبت به مته‌های فولادی HSS معمولی شکننده‌تر میکند، اما آن را بسیار بادوام‌تر میکند و همچنین کیفیت سایشی آن را بهبود می‌بخشد و به آن کمک میکند تا مواد سخت را مکرراً برش دهد. سختی مته کبالت دار در مقایسه با سایر انواع مته‌های HSS بالاتر اما از مته‌های تیتانیومی پایین‌تر است. مته کبالت دار معمولا در مراکز تولیدی برای ایجاد سوراخ بر روی مواد سخت مانند فولاد ضد زنگ کاربرد فراوان دارد. این مته‌ها برای کار بر روی مواد نرم‌تر مانند چوب یا پلاستیک ایده‌آل نیستند، زیرا این قطعات معمولاً سوراخ را مسدود می‌کنند و فشار زاویه‌ای به مته وارد می‌کنند.
.
.
یکی از مزایای اصلی مته کبالت دار نسبت به بسیاری از مته‌ها این است که سختی خود را فقط از طریق پوشش سطحی آلیاژهای سخت بدست نمی‌آورد. از آنجایی که سختی مته کبالت در کل آن یکنواخت است، می‌توان آن را در صورت نیاز به کرات تیز کرد. مته‌های تیتانیومی در برش مواد سخت بهتر از مته کبالت دار هستند، اما سطح تیتانیومی این مته‌ها را نمی‌توان بدون از بین بردن لبه برش تیز کرد. در مقایسه با مته های HSS، یک مته کبالت دار به طور متوسط به ازای هر 2000 سوراخی که یک مته HSS می‌تواند قبل از نیاز به تیز کردن، می‌تواند حدود 2200 سوراخ ایجاد کند.
.
2.3. کارباید تنگستن
کارباید تنگستن و سایر کاربایدها بسیار سخت هستند و تقریباً تمام مواد را می‌توانند سوراخ کنند، و لبه برش تیز خود را طولانی‌تر از سایر مواد حفظ کنند. تنگستن شکننده‌تر و گران‌تر از فولاد است. امروزه استفاده از مته‌های کارباید جامد در کارگاه‌ها رایج شده‌است. در برخی از صنایع، به ویژه در تولید برد مدارهای الکتریکی، که سوراخ‌های زیادی با قطر کمتر از 1 میلی‌متر ایجاد می‌شوند، از مته‌های کارباید استفاده می‌شود.
.
الماس پلی کریستالی (PCD) یکی از سخت‌ترین جنس ابزار برش است که در برابر سایش بسیار مقاوم است. این ماده دارای لایه‌ای از ذرات ریز الماس است که معمولاً حدود 0.5 میلی‌متر (0.020 اینچ) ضخامت دارند و به صورت یک توده متخلخل به کارباید تنگستن افزوده می‌شوند. مته PCD با لحیم‌کاری ذرات کوچک به نوک ابزار برای تشکیل لبه‌های برش یا با تف جوشی PCD در کارباید تنگستن ساخته می‌شوند. مته‌های PCD معمولاً در صنایع خودروسازی، هوافضا و سایر صنایع برای سوراخ کردن آلیاژهای آلومینیوم، پلاستیک‌های تقویت‌شده با فیبر کربن و سایر مواد سایینده و در کاربردهایی که زمان توقف دستگاه برای جایگزینی یا تیز کردن قطعات فرسوده بسیار پرهزینه است، استفاده می‌شوند. PCD به دلیل سایش بیش از حد ناشی از واکنش بین کربن موجود در PCD و آهن در فلز روی فلزات آهنی استفاده نمی‌شود.
.
انواع مته آهن کبالت دار
مته کبالت دار اغلب حاوی عناصر دیگری مانند کربن و تیتانیوم برای سوراخکاری سطوح سخت و اکسید سیاه برای سوراخکاری سطوح نرم‌تر مانند آلومینیوم و پلاستیک‌های سخت است. سطح مته همچنین در فرآیند ساخت تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرد که به آن رنگ طلایی مایل به قهوه‌ای می‌دهد که تشخیص آن را از سایر مته‌ها آسان میکند. با اینکه مته‌های کبالت از بسیاری جهات نسبت به سایر مته‌ها برتری دارند، همچنان توصیه می‌شود که در صورت امکان محل سوراخکاری را با سیال برش مناسب خنک کنید تا در حین برشکاری طول عمر آن افزایش یابد. از آنجایی که چنین مته‌هایی برای تحمل دماهای بالا در حین برش مواد سخت طراحی شده‌اند، برای تحمل گرمای طولانی تا 1100 درجه فارنهایت (593 درجه سانتیگراد) مناسب هستند. توانایی تحمل چنین دماهای بالایی بدون شکستگی باعث می‌شود تا مته کبالت دار در کاربردهای ماشینکاری حدود 30 درصد سریعتر از سایر مته‌ها عمل کند.
.
نام‌های صنعتی انواع مته‌های با محتوای کبالت M40CO، M-35 یا M-42 است. مته M-35 حاوی 5 درصد کبالت و مته M-42 حاوی 8 درصد کبالت است. هر چه میزان کبالت بیشتر باشد، مته سخت‌تر و شکننده‌تر می‌شود. مته‌های کبالت دار همچنین قادر به تحمل دماهای بالا بدون تغییر شکل نسبت به مته‌های معمولی HSS هستند. در حالی که آهن معمولی در مقیاس سختی MOHS در سطح معادل 4 و فولاد ضد زنگ در سطح 5 درجه‌بندی می‌شود، فولاد کبالت در سطح بالاتر از همه فولادهایی است و درجه سختی 6.3 دارد. از جمله صنایع اصلی که استفاده از مته کبالت در آن رایج است، صنعت هوانوردی است، زیرا تیتانیوم و قطعات فولادی تقویت شده اغلب بخشی از سازه‌های هواپیما هستند. آنها همچنین برای ساخت قطعات سلاح‌های جنگی استفاده می‌شوند.
.
4. انواع روکش مته آهن
- 1. اکسید سیاه یک پوشش سیاه و سفید ارزان قیمت است. پوشش اکسید سیاه مقاومت در برابر حرارت، خوردگی و همچنین روانکاری را فراهم میکند. این پوشش باعث افزایش طول عمر مته آهن فولادی HSS می‌شود.
- 2. نیترید تیتانیوم (TiN) یک ماده فلزی بسیار سخت است که می‌توان از آن برای پوشش دادن یک متن فولادی HSS استفاده کرد و طول عمر برش را تا سه بار یا بیشتر افزایش داد. حتی پس از تیز کردن، لبه جلویی پوشش همچنان برش و طول عمر را بهبود می بخشد.
- 3. نیترید آلومینیوم تیتانیوم (TiAlN) یک پوشش مشابه است که می تواند عمر ابزار را پنج یا بیشتر افزایش دهد.
- 4. نیترید کربن تیتانیوم (TiCN) پوشش دیگری است که نسبت به TiN نیز برتری دارد.
- 5. پودر الماس به عنوان یک ساینده، اغلب برای برش کاشی، سنگ، سرامیک و سایر مواد بسیار سخت استفاده می‌شود. مقادیر زیادی گرما در اثر اصطکاک ایجاد می‌شود و قطعات پوشش داده شده با الماس اغلب باید با آب خنک شوند تا از آسیب به مته یا قطعه کار جلوگیری شود.
- 6. نیترید تیتانیوم/سیلیسیوم آلمینیوم-کروم (AlCrSi/Ti)N یک پوشش چند لایه متشکل از نانولایه متناوب است که با استفاده از تکنیک رسوب بخار شیمیایی تولید می‌شود و در سوراخکاری پلیمرهای تقویت شده با فیبر کربن CFRP و CFRP-Ti استفاده می‌شود. (AlCrSi/Ti)N یک پوشش سرامیکی بسیار سخت است که عملکرد بهتری نسبت به سایر پوشش‌ها دارد.
.
