1. اینسرت چیست، همه آنچه که باید بدانیم؟

اینسرت ‌های تراشکاری [به انگلیسی: Indexable Inserts] ابزار‌های برش قابل تعویض هستند، به این معنی که آن‌ها به بدنه ابزار نگهدارنده خود لحیم یا جوش داده نمی‌شوند. آن‌ها را می‌توان روی ابزار نگهدارنده (هلدر تراشکاری) چرخاند بدون اینکه هندسه کلی ابزار (قطر مؤثر، طول ابزار و غیره) بر هم بخورد. این کار باعث صرفه‌جویی در زمان تولید قطعات می‌شود و اجازه می‌دهد تا لبه‌های برش تازه به طور دوره‌ای بدون نیاز به سنگ‌زنی ابزار، تنظیم و یا وارد کردن مقادیر جدید در نرم‌افزار دستگاه CNC استفاده شوند.

اینسرت‌ها مزیت قابل توجهی در مقایسه با سایر ابزارهای برش دارند: به عنوان مثال اگر یک لبه برشی از اینسرت بشکند، به سادگی می‌توان از لبه برش دیگر آن استفاده کرد. این کار تضمین می‌کند که عملیات تولید فقط برای مدت کوتاهی قطع می‌شود و نیازی به راه‌اندازی مجدد زمان‌بر نیست. اینکه کدام اینسرت برش برای کار استفاده شود به نوع عملیات تولید و ماده‌ای که باید ماشین‌کاری شود و میزان سختی آن بستگی دارد. طیف گسترده‌ای از اینسرت‌ها با اشکال و جنس مختلف وجود دارند که انتخاب صحیح آن‌ها را کمی دشوار می‌کند.

2. اینسرت ‌های قابل تعویض مطابق با استانداردهای بین المللی

به منظور جلوگیری از خطا، اینسرت‌ها در سطح بین المللی مطابق با استاندارد ISO مشخص می‌شوند. استاندارد ISO اندازه، شکل، نحوه نصب، خواص مواد و پوشش اینسرت‌ها را مشخص می‌کند. اپراتور دستگاه تراش از این استاندارد برای انتخاب اینسرت مناسب مورد نیاز برای عملیات مربوطه استفاده می‌کند.

کد ISO می‌تواند حداکثر دوازده کاراکتر داشته باشد. کاراکترهای اول تا هفتم اطلاعات اجباری را نشان می‌دهند. اعداد هشتم و نهم اطلاعات اختیاری را نشان می‌دهند که در صورت لزوم استفاده می‌شوند. اعداد دهم تا دوازدهم جزئیات اختیاری سازنده هستند و به طور جداگانه با استفاده از خط فاصله به کد ISO اضافه می‌شوند.

هفت کاراکتر اجباری شکل اینسرت، زاویه و سایر ویژگی‌های اصلی اینسرت را نشان می‌دهند. کاراکترها دارای حروف و اعداد شناسایی جداگانه هستند که مشخصا یک اینسرت را مشخص می‌کنند. جزئیات خاص سازنده پس از خط فاصله نشان داده می شود و بسته به شرکت، عرض پخ، زاویه پخ، مواد برش یا شکل براده شکن را مشخص می کند. افسانه مربوطه از کاتالوگ های ساخت گرفته شده است.

3. مشخصات فنی اینسرت تراشکاری

در اینجا  قصد داریم شما را با مشخصات فنی و کلیدی یک اینسرت (الماس) و نحوه تشخیص آن‌ها از روی مدلشان آشنا کنیم.

هر یک از حروف و اعداد در عنوان کد یک اینسرت، بیانگر یکی از مشخصات مهم آن است:

1.3.  شکل هندسی اینسرت

اولین حرف نشان دهنده شکل هندسی الماس است. اینسرت‌ها در شکل‌های مختلفی همچون مربعی، متوازی الاضلاع، مثلثی، لوزی، مستطیلی و… تولید می‌شوند. شکل هندسی اینسرت تاثیر بسیار زیادی در استحکام و کاربرد آن دارد. شکل هندسی اینسرت تعیین کننده میزان استحکام آن است. برای مثال برای براده برداری‌هایی سنگین از الماس‌های مربعی شکل مانند CNMG یا SNMG استفاده می‌شود. همچنین، شکل هندسی مختلف این امکان را فراهم می‌کند تا اینسرت بتواند به قسمت‌های مختلف یک قطعه دسترسی پیدا کند. به عنوان مثال، در برخی قسمت‌ها که فضای کافی جهت استفاده از الماس‌های مربعی شکل مانند CNMG وجود نداشته باشد، از الماس‌های لوزی شکل مانند VNMG استفاده می‌شود.

۱۶ شکل استاندارد اینسرت قابل تعویض وجود دارد و هر شکل با یک حرف لاتین بزرگ به صورت زیر مشخص می‌شود:

متوازی الاضلاع 85 درجه (A)؛

متوازی الاضلاع 82 درجه (B)؛

لوزی 80 درجه (C)؛

لوزی 55 درجه (D)؛

لوزی‌ 75 درجه (E)؛

شش ضلعی 120 درجه (H)؛

متوازی الاضلاع 55 درجه (K)؛

مستطیل 90 درجه (L)؛

الماس 86 درجه (لوزی) (M)؛

هشت ضلعی 135 درجه (O)؛

پنج ضلعی 108 درجه (P)؛

گرد (R)؛

مربع 90 درجه (S)؛

مثلث 60 درجه (T)؛

الماس 35 درجه (لوزی) (V)؛

سه گوش نامنظم 80 درجه (W).

2.3. زاویه آزاد اینسرت

دومین حرف بیانگر زاویه آزاد اینسرت است. 9 مقدار برای زاویه آزاد اینسرت‌ها در استاندارد ANSI B212.12-1991 شرح داده شده است. هر زاویه با حرف بزرگ به صورت زیر نشان داده می‌شود:

(A) 3-درجه؛

(B) 5-درجه؛

(C) 7-درجه؛

(D) 15-درجه؛

(E) 20-درجه؛

(F) 25-درجه؛

(G) 30-درجه؛

(N) صفر-درجه؛

(P) 11-درجه.

3.3. تلورانس اینسرت

تلورانس مشخصه‌ی مهمی است که بیانگر میزان درصد خطا در ابعاد اینسرت‌ها است. حرف سوم نشان دهنده تلورانس است. 14 کلاس تلورانس وجود دارد که شاخص‌پذیری درج‌ها را کنترل می‌کنند. هر کلاس با یک حرف بزرگ مشخص می شود که در زیر آورده شده‌اند:

4.3. براده شکن و سیستم کلمپ

چهارمین حرف نشان دهنده داشتن یا نداشتن براده شکن و نوع سیستم کلمپ را نشان می‌دهد.

حال می‌خواهیم به سراغ مشخصه‌های عددی ذکر شده در مدل اینسرت‌ها بپردازیم.

5.3. طول لبه برش اینسرت

دو رقم اول نشان هنده طول لبه برش الماس است.

6.3. ضخامت اینسرت

دو رقم بعدی نشانگر ضخامت الماس است.

7.3. شعاع نوک اینسرت

دو رقم سوم مشخص کننده شعاع نوک الماس است.

8.3. شکل براده شکن

آخرین حروف نشان هنده شکل براده شکن هستند که در قسمت زیر مدل‌های مختلف آنها و کد مربوطه را مشاهده می‌کنید.

9.3. گرید

از ویژگی‌های بسیار مهم یک الماس جنس و آلیاژ به کار رفته در آن است. گرید الماس تعیین می‌کند یک الماس برای تراش چه فلزی مناسب است. اینسرت‌ها معمولا از جنس تنگستن کارباید با میزان سختی متفاوت و سرمت‌ها که ترکیبی از سرامیک‌ها با فلزاتی مانند آهن، کروم، تیتانیوم و نیکل هستند ساخته می‌شوند. اینسرت‌های سرامیکی معمولا برای تراش فلزات سخت مانند استیل ضد زنگ استفاده می‌شوند که قیمت آنها به مراتب از اینسرت های کاربایدی معمولی بالا‌تر است.

هر شرکت از کد مخصوص خود برای بیان نوع گرید الماس استفاده می‌کنند. برای مثال YBC351 مخصوص اینسرت‌های فولاد تراش شرکت ZCC-CT است.

4. برندهای مطرح تولید کننده اینسرت

با نگاهی به بازار الماس‌ها در ایران، برند‌های متنوعی را خواهید دید که هر کدام دارای کیفیت و قیمت مختلفی هستند. از جمله برترین برند‌ها از نظر کیفیت می‌توان به شرکت‌های کرلوی کره جنوبی، سیکو و سندویک سوئد، والتر و کنامتال آلمان و … اشاره کرد که محصولاتی با کیفیت بسیار بالا را تولید می‌کنند. در این بین مدل‌های چینی این برند‌ها نیز وجود دارند که کیفیت و قیمت پایین‌تری نسبت به نمونه‌های اصلی دارند. شایان ذکر است که برند‌های چینی مانند ZCC-CT وجود دارند که از کیفیت و قیمت مناسبی در بازار ایران برخوردار هستند.

5. نکاتی برای انتخاب صحیح اینسرت

برای دستیابی به کنترل خوب براده و بهترین نتایج ماشین‌کاری، هندسه، زاویه آزاد، اندازه و شعاع نوک اینسرت باید با دقت انتخاب شود.

1.5. انتخاب بر اساس عملیات ماشین‌کاری

برای عملیات خشن‌کاری، ترکیبی از عمق برش زیاد و نرخ پیشروی بالا توصیه می‌شود. کاربردهای خشن تقاضای بالایی برای قابلیت اطمینان لبه برش دارند. عملیات پرداخت‌کاری به نیروی برشی کم نیاز دارد چرا که عمق برش و سرعت پیشروی پایین مورد نیاز است.

2.5. انتخاب بر اساس زاویه آزاد

زاویه آزاد بزرگ پایدار است، نیاز به افزایش خروجی دستگاه دارد، اما می‌تواند نرخ تغذیه بالاتر را نیز تحمل کند. بنابراین نیروهای برشی بالا را امکان‌پذیر می‌کند، اما تمایل به ارتعاش نیز افزایش می‌یابد. با یک زاویه آزاد کوچک، لبه برش کمتر پایدار است و. در نتیجه حساسیت حرارتی افزایش می‌یابد و اینسرت نیروی برش کمتری دارد.

3.5. انتخاب بر اساس عمق برش

اندازه اینسرت را بسته به نیاز ماشینکاری و فضای موجود برای ابزار انتخاب کنید. یک اینسرت بزرگتر ثبات بیشتری را ارائه می‌دهد. برای ماشینکاری دشوار، اندازه اینسرت قابل نمایش معمولاً بالای IC 25 میلی‌متر (1 اینچ) است. در حین تکمیل عملیات ماشینکاری، در اغلب موارد می‌توان اندازه را کاهش داد. برای انتخاب اینسرت به این صورت عمل کنید: ابتدا بزرگترین عمق برش را تعیین کنید و سپس با در نظر گرفتن زاویه تنظیم نگهدارنده ابزار، طول برش مورد نیاز را تنظیم نمایید. سپس می‌توانید طول لبه برش صحیح را برای اینسرت انتخاب کنید.

4.5. انتخاب بر اساس شعاع نوک

شعاع نوک بر کیفیت سطح، شکستگی براده و پایداری اینسرت تأثیر می‌گذارد و آن را بسته به عمق برش و سرعت پیشروی انتخاب می‌کنند. بنابراین شعاع نوک یک عامل بسیار مهم در هنگام عملیات تراشکاری است. شعاع نوک کوچک برای اعماق برش کم ایده‌آل است، ارتعاشات را کاهش می‌دهد و به خوبی براده‌برداری می‌کند. با این حال، لبه برش نسبت به شعاع نوک بزرگ، پایداری کمتری دارد. این امر امکان تغذیه بالا با عمق برش بیشتر و قابلیت اطمینان بالای لبه برش را فراهم می‌کند. با این حال، با شعاع نوک بزرگ، نیروهای شعاعی بیشتری اعمال می‌شود. این کار می‌تواند اثر برش را مختل کند و منجر به کیفیت پایین پرداخت سطح شود. بنابراین اگر تمایل به ایجاد ارتعاش در قطعه شما وجود دارد، باید شعاع نوک کوچکتری را انتخاب کنید. همیشه شعاع نوکی را انتخاب کنید که بزرگتر از عمق برش نباشد.

5.5. انتخاب بر اساس زاویه تنظیم صحیح

زاویه تنظیم، زاویه بین لبه برش و جهت تغذیه است که بر شکل‌گیری براده، جهت نیروهای برش و طول لبه برش درگیر تأثیر می‌گذارد. با زاویه تنظیم زیاد، نیروها به سمت سه نظام هدایت می‌شوند و در نتیجه تمایل کمتری برای ایجاد ارتعاش ایجاد می‌کنند. زاویه تنظیم کوچکتر تمایل به ایجاد ارتعاشات را افزایش می‌دهد زیرا نیروهای شعاعی بزرگ‌تری به قطعه اعمال می‌شوند. اما از طرف دیگر، لبه برش تحت فشار کمتری قرار می‌گیرد و براده نازک‌تری ایجاد می‌شود که امکان افزایش نرخ پیشروی را فراهم می‌کند و سایش هنگام برش کمتر است.

6.5. انتخاب بر اساس جنس و نوع روکش

جنس اینسرت باید سخت و مقاوم در برابر تغییر شکل باشد، شکننده نباشد، نسبت به قطعه‌کار واکنش نشان ندهد و به طور کلی از نظر شیمیایی پایدار باشد، یعنی در برابر تنش حرارتی ناگهانی و اکسیداسیون مقاوم باشد. اینسرت‌های تراشکاری را از کارباید، سرامیک، نیترید بور و الماس می‌سازند. هندسه و جنس اینسرت یکدیگر را تکمیل می‌کنند بطوریکه میزان چقرمگی یک اینسرت می‌تواند عدم پایداری هندسه اینسرت را جبران کند. برای بهبود خواص، اینسرت‌ها را اغلب با مواد سختی مانند کاربید تیتانیوم یا نیترید تیتانیوم می‌پوشانند. این پوشش مقاومت  آن‌ها را در برابر سایش و  حرارت افزایش می‌دهد. کاربردهای معمول الماس‌های کارباید بدون پوشش شامل ماشینکاری سوپرآلیاژهای مقاوم در برابر حرارت یا آلیاژهای تیتانیوم و تراشکاری مواد سخت شده با سرعت کمتر است.

برای مطالعه بیشتر در مورد جنس ابزارهای برش اینجا کلیک کنید.

اینسرت‌های پوشش داده شده با رسوب بخار شیمیایی (CVD) اولین انتخاب برای طیف گسترده‌ای از کاربردها هستند که در آن‌ها مقاومت به سایش عامل تعیین‌کننده است. پوشش CVD از طریق واکنش‌های شیمیایی در دمای 700-1050 درجه سانتیگراد اعمال می‌شود. این اینسرت‌ها در عملیات تراشکاری عمومی و سوراخکاری در فولاد، جایی که پوشش‌های CVD در برابر سایش لبه برش مقاومت می‌کنند، یافت می‌شوند.

اینسرت‌های پوشش داده شده به وسیله رسوب بخار فیزیکی (PVD)، به دلیل لبه‌های برش سخت و در عین حال تیز برای مواد چسبنده توصیه می‌شوند. دامنه کاربرد آن‌ها متنوع است که شامل تمام فرزها و مته‌های کارباید و اکثر الماس‌ها برای شیار زنی، برش و فرزکاری می‌شود. اینسرت‌های PVD نیز در مقیاس بزرگ و برای عملیات تکمیلی و به عنوان گریدهای برش مرکزی هنگام سوراخکاری استفاده می‌شوند.

7.5. انتخاب اینسرت بر اساس شکل لبه برش و براده شکن

6. شکل‌های هندسی مختلف اینسرت ها و ویژگی برش آن‌ها

• چقدر در برش جهت‌های مختلف قطعات متنوع است؛
• چقدر توان اسپیندل برای برش لازم دارد؛
• ارتعاشات در حین برش که ناشی از جهت نیروهای برش است؛
• استحکام اینسرت و توانایی آن در برش‌های سنگین.

• لرزش در حین برش: برای شکل V کمترین و برای R بالاترین است.
• قابلیت چرخاندن کانتورهای پیچیده: R کمترین تطبیق پذیری و V بیشترین مقدار را دارد.
• نیاز به توان اسپیندل: برای یک مجموعه معین از پارامترهای برش، V به کمترین و R به بالاترین توان اسپیندل نیاز دارد.
• استحکام اینسرت: V کمترین و R بیشترین استحکام را دارد.
• قابلیت برش‌های سنگین: V کمترین توانایی را در برش های سنگین دارد، در حالی که R بیشترین توانایی را دارد.

.

7. شعاع نوک اینسرت و تأثیر آن بر روی نیروی برش شعاعی

هنگام چرخش، مؤلفه محوری نیروی برش قطعه را به دستگاه نگهدارنده فشار می‌دهد که به عنوان یک مانع جامد عمل می‌کند. جزء شعاعی فشاری به قطعه وارد نمی‌کند که مانعی نیست. نیروی برش شعاعی با افزایش شعاع نوک ابزار افزایش می‌یابد. همانطور که در تصویر مشخص است، با نزدیک شدن زاویه ابزار به 90 درجه و شعاع نوک صفر (که در عمل امکان پذیر نیست، ممکن است شعاع نوک 0.1 میلی‌متر، 0.05 میلی‌متر یا کمتر باشد، اما هرگز صفر نمی‌شود) نیروی شعاعی برابر صفر و تمام نیرو بصورت محوری خواهد بود.

.

8. شعاع نوک، نرخ پیشروی و پرداخت سطح