فرز انگشتی الماس چیست؟
فرز انگشتی الماس (کارباید تنگستن) [به انگلیسی: Solid Carbide Endmill] یک ابزار برش دوار است که عملکرد برش بی بدیل، عمر ابزار طولانی و امنیت فرآیند بالا را برای تولید قطعات نیازمند در بخش‌های صنعتی مانند هوافضا، پزشکی، ریخته‌گری و قالب‌سازی به ارمغان می‌آورد.
اهمیت روکش در فرز انگشتی الماس
تکنیک روکش مدرن برای فرزهای انگشتی الماس شامل استفاده از عناصر آلیاژی جدید می‌شود که روشی کارآمد برای افزایش طول عمر آن‌ها است. مقرون به صرفه‌ترین راه برای افزایش دوام عملکرد فرزهای انگشتی همین استفاده از پوشش لایه‌ای مناسب است.
افزودن پوشش یک مرحله حیاتی است که به فرز انگشتی الماس اجازه می‌دهد در برابر سایش مقاومت کند. همچنین، پوشش‌ها به ابزار برش کمک می‌کنند تا براده‌ها را سریع‌تر تخلیه کند و به عنوان روان‌کننده در سطح عمل می‌کنند. در ده سال گذشته، توسعه پوشش‌های مقاوم در برابر حرارت و سایش، دوام و بهره‌وری ابزارهای تراشکاری را افزایش داده‌است.
عملکرد ابزار برش تاثیر قابل توجهی بر راندمان، دقت و کیفیت سطح برش دارد. متاسفانه، بین دو معیار عملکرد اصلی ابزار کاربایدی، یعنی سختی و استحکام، ناسازگاری دائمی وجود دارد. مواد با سختی بالا استحکام ضعیفی دارند (شکننده‌تر هستند) و معمولاً برای افزایش استحکام به کاهش سختی نیاز است.
سختی سطح بالا، مقاومت در برابر سایش عالی، عملکرد شیمیایی ثابت، مقاومت در برابر حرارت و اکسیداسیون، ضریب اصطکاک کم و رسانایی حرارتی پایین از ویژگی‌های ابزار پوشش داده شده‌است. در مقایسه با ابزارهای بدون روکش، عمر برش ممکن است سه تا پنج برابر با ابزارهای روکش‌دار افزایش یابد. علاوه بر این، سرعت 20 تا 70 درصد و دقت ماشینکاری حدود 50 درصد افزایش و همچنین هزینه مصرف ابزار نیز 20 تا 50 درصد کاهش می‌یابد. پوشش‌ها اغلب انحصاری هستند و حتی ترکیبات شیمیایی یکسان ممکن است نتایج یکسانی نداشته باشند.
کارباید چیست؟
بیایید با ماده ای شروع کنیم که فرزهای انگشتی الماس اغلب از آن ساخته می‌شوند. سازندگان فرزهای انگشتی معمولاً ابزارهای خود را “کارباید” می‌نامند، در حالی که اصطلاح صحیح “کارباید تنگستن” است. این ماده یک ماتریس کارباید تنگستن که از قسمت‌های مساوی تنگستن و کربن تشکیل شده‌است که توسط یک ماده چسبنده، اغلب کبالت، به یکدیگر متصل شده‌اند.
همانطور که انتظار می‌رود، کارباید تنگستن و نه ماده چسبنده مسئول اصلی برش است. بنابراین، بخش قابل توجهی از کیفیت فرز انگشتی الماس به نسبت دانه‌های کارباید تنگستن به ماده چسبنده بستگی دارد. فرز ارزان قیمت دارای چسب بسیار بیشتری نسبت به فرز با کیفیت است.
تولید کنندگان کیفیت‌های برتر را با استفاده از عباراتی مانند “زیر میکرون” و “ریز دانه” مشخص می‌کنند. از آنجایی که دانه‌های کاربید تنگستن قابل قبول‌تر می‌شوند، تعداد آن‌ها بیشتر از ماده چسبنده است.
یک شیشه حاوی توپ را در نظر بگیرید. فرض کنید یک ظرف را با توپ‌های غول پیکر و دیگری را با توپ‌های ریز پر می‌کنیم. سپس هر ظرف را پر از آب می کنیم تا پر شود. کدام ظرف مایع بیشتری را در خود جای می‌دهد؟ مسلما ظرف با توپ‌های غول پیکر رطوبت بیشتری را حفظ می‌کند. حال توپ‌ها را به عنوان دانه‌های کارباید تنگستن و آب را به عنوان چسب در نظر بگیرید تا متوجه مطالب گذشته شوید.
مفهوم سختی راکول (HRC) در فرز انگشتی الماس
فرزهای انگشتی الماس به کارباید تنگستن نیز معروف هستند. سختی راکول این ابزارها معمولاً بین 45 تا 70 HRC است. فرزهای انگشتی الماس در سختی‌های مختلف تولید می‌شوند. رایج‌ترین معیارهای سختی عبارتند از: HRC45، HRC55، HRC60، HRC65 و HRC70. در این میان سختی 55 راکول برای کار بر روی اغلب مواد سخت مناسب است. به عنوان مثال، یک فرز HRC55 می‌تواند فولاد قالب S136 را ماشینکاری کند. واحد HRC نشان دهنده مقیاس سختی راکول نوع C است.
- سختی HRC45 مناسب برای:
فولاد کربن، فولاد آلیاژی، چدن
- سختی HRC55 مناسب برای:
آلیاژ تیتانیوم، آلیاژ با دمای بالا، فولاد سخت‌کاری
- سختی HRC65 مناسب برای:
فولاد کربن، فولاد آلیاژی، چدن، فولاد سخت‌کاری
در حال حاضر، کیفیت فرز انگشتی الماس موجود در بازار متفاوت است. در نتیجه، برخی از آن‌ها با محدوده سختی مورد نظر خریداران مطابقت دارند، در حالی که برخی دیگر ممکن است اطلاعات نادرستی ارائه دهند. این امر مستلزم آزمایش فرز انگشتی، انتخاب دقیق و شناسایی برندهای با کیفیت است.
روش‌های پوشش‌دهی
روش اولیه استفاده از پوشش‌ها، رسوب شیمیایی بخار (CVD) بود که از پوشش تک لایه به گونه‌های چند لایه فعلی شامل TiC، TiN، TiCN و Al2O3 توسعه یافت.
پس از گذشت 35 سال، بدیهی است که امروزه ترکیبات رسوب بخار فیزیکی (PVD) تعداد زیادی از پوشش‌های فعلی CVD را تحت الشعاع قرار داده‌اند. فناوری PVD سازگارتر با محیط زیست است و چرخه عمر طولانی‌تری دارد. پوشش‌های سخت PVD نسل‌های متوالی، از جمله TiCN، TiAlN، و AlCrN، اکنون در دسترس هستند و عملکرد خود را در زمینه‌های کاربردی در حال رشد ثابت کرده‌اند.
انواع روکش‌های فرز انگشتی الماس
پوشش‌های PVD رایج‌ترین پوشش برای فرزهای انگشتی هستند، اگرچه TiCN و AlTiN در حال افزایش محبوبیت هستند. روکش TiCN سخت‌تر از TiN است و مقاومت سایشی عالی دارد. در نتیجه، برای فرزکاری فولادها، استیل و مواد غیر‌آهنی استثنایی است. فرزهای انگشتی با پوشش TiCN با سرعت 50 درصد سریع‌تر از همتایان بدون پوشش خود کار می‌کنند.
روکش AlTiN یک پوشش با کارایی بالا است که برای انواع مواد قابل استفاده است. سختی آن تقریباً برابر با TiCN است اما در دماهای بسیار بالاتر این سختی را حفظ می‌کند. این امر باعث می‌شود که AlTiN در کاربردهایی مانند آلیاژهای با دمای بالا، ماشینکاری با سرعت بالا و فرزکاری خشک بسیار موفق باشد. فرز انگشتی الماس با روکش AlTiN باید با سرعتی تا 100 درصد سریع‌تر از فرزهای بدون پوشش کار کنند.
چگونه فرز انگشتی الماس مناسب را انتخاب کنم؟
تولیدکنندگان متعددی از جمله گورینگ، هلیکس، دوهره، اچ تی جی و غیره در سرار جهان وجود دارند که فرزهای انگشتی الماس با کیفیت عالی را تولید می‌کنند. البته در بازار ایران، بسیاری از برندهای چینی هم موجود هستند که محصولات با کیفیت قابل قبولی را قیمت‌های رقابتی روانه بازار کرده‌اند. به شما توصیه می‌کنیم قبل از تصمیم‌گیری سوالات زیر را از خود بپرسید:
- چه نوع ماده‌ای را برش می‌دهید؟
- به چه دقتی برای ساخت قطعه خود نیاز دارید؟
- عمق برش شما چقدر است؟
- دستگاه شما حداکثر تا چه قطری از ابزار را می‌تواند در خود نگه دارد؟
- نرخ تغذیه، سرعت برش و سرعت پیشروی لازم برای عملیات شما چقدر است؟
هنگامی که به این سؤالات و سؤالات دیگر پاسخ داده شد، بهتر می‌توانید فرز انگشتی الماس مورد نیاز برای برنامه‌های خود را انتخاب کنید. پوشش صحیح ممکن است منجر به صرفه جویی قابل توجهی در زمان و هزینه شود، اما تنها در صورتی که دستگاه شما بتواند به سرعت‌های بالایی که توسط آن پوشش لازم است برسد.
سایش در عملیات فرزکاری
شرایط ماشینکاری بسیار سخت برای فرزهای انگشتی الماس به دلیل گرما و اصطکاک ناشی از بار سطحی بالا و سرعت سریع لغزش براده بر روی وجه جلویی ایجاد می‌شود.
بزرگی نرخ برش در درجه اول بر اساس شرایط مختلف ماشینکاری (به عنوان مثال، وجود اجزای پیچیده در مواد قطعه کار یا برش قطع شده) در حال تغییر است. بنابراین، برای اینکه فرزهای کارباید استحکام خود را در دماهای برش بالا حفظ کنند، باید دارای ویژگی‌های اساسی مانند سختی بالا و مقاومت در برابر سایش باشند.
اگرچه دمای برش بین فرز انگشتی الماس و قطعه کار در تعیین نرخ سایش بسیار مهم است، ممکن است تعیین مقادیر پارامتر لازم برای محاسبه دمای برش چالش برانگیز باشد. با این وجود، یافته‌های اندازه‌گیری آزمون برش ممکن است به عنوان پایه‌ای برای روش‌های تجربی خاص عمل کند.
