ابزارهای تراشکاری

از مواد سنتی تا نسل نوین اینسرت‌های کاربیدی

مقدمه

در دنیای صنعت و تولید، فرآیندهای ماشین‌کاری نقش حیاتی در شکل‌دهی مواد و تولید قطعات با دقت بالا ایفا می‌کنند. در میان این فرآیندها، تراشکاری به عنوان یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین روش‌ها، به طور مستمر در حال تحول بوده است. ابزار تراشکاری، به عنوان قلب تپنده این فرآیند، مستقیماً بر کیفیت نهایی قطعه، راندمان تولید، و در نهایت هزینه‌های سربار تأثیر می‌گذارد. یک ابزار نامناسب یا فرسوده می‌تواند منجر به تولید قطعات با تلرانس‌های خارج از مشخصات، سطح ناهموار، شکست ابزار، و اتلاف زمان و مواد شود. در مقابل، انتخاب صحیح و استفاده بهینه از ابزار تراشکاری، ضمن ارتقاء کیفیت، قادر است سرعت براده‌برداری را افزایش داده، عمر ابزار را طولانی‌تر کرده و در مجموع هزینه‌های تولید را به طور چشمگیری کاهش دهد.

تراشکاری را می‌توان به عنوان فرآیندی تعریف کرد که در آن با استفاده از یک ابزار برنده، لایه‌هایی از جنس ماده (براده) از سطح قطعه کار برداشته می‌شود تا شکل، ابعاد، و پرداخت سطح مورد نظر حاصل گردد. در این فرآیند، ابزار برنده با حرکتی نسبی نسبت به قطعه کار (که می‌تواند دورانی یا خطی باشد) عمل براده‌برداری را انجام می‌دهد. نقش اساسی ابزار برش در این فرآیند، ایجاد تنش برشی در ماده و جدا کردن براده از قطعه اصلی است. این عمل توسط لبه‌های برنده ابزار که از مواد بسیار سخت ساخته شده‌اند، صورت می‌گیرد.

مرور کوتاهی بر تاریخچه ابزارهای تراشکاری، گواهی بر پیشرفت چشمگیر در این حوزه است. در آغاز، ابزارهای تراشکاری عمدتاً از فولاد کربنی ساخته می‌شدند که دارای سختی نسبتاً پایین و مقاومت حرارتی محدود بودند. با گذشت زمان و نیاز به افزایش سرعت براده‌برداری، فولادهای تندبر (High-Speed Steel - HSS) معرفی شدند که با آلیاژهایی مانند تنگستن، مولیبدن، کروم و وانادیوم، سختی و مقاومت به سایش بالاتری را ارائه می‌دادند. نقطه عطف بعدی، ظهور کاربیدهای سیمانته (Cemented Carbides) در اواسط قرن بیستم بود که با سختی بسیار بالا، مقاومت به سایش عالی و مقاومت حرارتی فوق‌العاده، انقلابی در صنعت تراشکاری ایجاد کرد. این تحول، امکان ماشین‌کاری مواد سخت‌تر با سرعت‌های بسیار بالاتر را فراهم آورد و زمینه را برای توسعه ابزارهای مدرن امروزی، از جمله اینسرت‌های تعویض‌پذیر با پوشش‌های پیشرفته، فراهم کرد.

بخش اول: دسته‌بندی کلی ابزارهای تراشکاری

ابزارهای تراشکاری را می‌توان به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم کرد: ابزارهای یکپارچه (Monolithic Tools) و ابزارهای با قابلیت تعویض قطعه کاربیدی (Indexable Tools). هر کدام از این دسته‌بندی‌ها دارای ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود هستند و در کاربردهای متفاوتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۱. ابزارهای یکپارچه (Monolithic Tools)

ابزارهای یکپارچه، ابزارهایی هستند که کل بدنه آن‌ها از یک ماده برنده واحد ساخته شده است. این نوع ابزارها معمولاً به صورت یکپارچه تراشکاری شده و یا با استفاده از فرآیندهای دیگر شکل‌دهی می‌شوند.

• معرفی فولادهای تندبر (HSS و HSSCo):
  • فولادهای تندبر (High-Speed Steel - HSS): این فولادها آلیاژهایی بر پایه آهن هستند که حاوی مقادیر قابل توجهی از عناصر آلیاژی مانند تنگستن (W)، مولیبدن (Mo)، کروم (Cr) و وانادیوم (V) می‌باشند. این عناصر آلیاژی به HSS سختی بالا، مقاومت به سایش خوب و قابلیت حفظ سختی در دماهای بالا (سختی در سرخ‌کاری) را می‌بخشند. HSS به طور گسترده در ساخت مته‌ها، فرزها، قلم‌های تراشکاری و سایر ابزارهای براده‌برداری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
  • فولادهای تندبر کبالت‌دار (HSSCo): این نوع از فولادهای تندبر، حاوی مقادیر بیشتری کبالت (Co) نسبت به HSS معمولی هستند. افزودن کبالت به طور قابل توجهی سختی و مقاومت به سایش HSS را در دماهای بسیار بالا افزایش می‌دهد، که این امر اجازه می‌دهد تا سرعت براده‌برداری بالاتری نسبت به HSS معمولی اعمال شود. HSSCo به ویژه برای ماشین‌کاری مواد سخت‌تر و در شرایطی که تولید حرارت بالا است، مناسب‌تر است.
• مزایا:
  • انعطاف‌پذیری: ابزارهای HSS به دلیل ماهیت فلزی خود، انعطاف‌پذیری خوبی دارند و کمتر در معرض شکست ترد (Brittle Fracture) قرار می‌گیرند، به خصوص در مقایسه با ابزارهای سرامیکی یا کاربیدی.
  • قابلیت تیزکاری مجدد: این ابزارها را می‌توان بارها با استفاده از سنگ‌های مناسب تیزکاری کرد، که طول عمر مفید آن‌ها را افزایش می‌دهد و در مواردی هزینه را کاهش می‌دهد.
  • هزینه اولیه پایین‌تر: در مقایسه با ابزارهای کاربیدی و سرامیکی، ابزارهای HSS معمولاً هزینه اولیه کمتری دارند.
• معایب:
  • سرعت براده‌برداری پایین: مهمترین محدودیت HSS، سرعت براده‌برداری نسبتاً پایین آن در مقایسه با مواد مدرن‌تر است. این امر منجر به زمان ماشین‌کاری طولانی‌تر می‌شود.
  • سایش سریع: در سرعت‌های بالا یا ماشین‌کاری مواد سخت، HSS سریع‌تر دچار سایش می‌شود و نیاز به تعویض یا تیزکاری مکرر دارد.
  • مقاومت حرارتی محدود: علی‌رغم نام "تندبر"، مقاومت حرارتی HSS به مراتب کمتر از کاربیدهای سیمانته یا سرامیک‌ها است، که این امر سرعت براده‌برداری را محدود می‌کند.

۲. ابزارهای با قابلیت تعویض قطعه کاربیدی (Indexable Tools - Insert Tools)

این دسته از ابزارها، که امروزه بخش عمده‌ای از کاربردهای تراشکاری را به خود اختصاص داده‌اند، از دو بخش اصلی تشکیل شده‌اند: هلدر (Tool Holder) و اینسرت (Insert).

• اهمیت ظهور اینسرت‌ها و مزیت تعویض سریع لبه برشی:
  ظهور اینسرت‌های تعویض‌پذیر، نقطه تحولی عظیم در صنعت ماشین‌کاری بود. اینسرت‌ها قطعات کوچکی از ماده برنده سخت هستند که به طور مکانیکی به هلدر متصل می‌شوند. مزیت اصلی این سیستم، تعویض سریع لبه برشی است. هنگامی که یک لبه از اینسرت فرسوده می‌شود، به جای تعویض کل ابزار، تنها اینسرت چرخانده شده و از لبه جدید آن استفاده می‌شود. این امر زمان توقف ماشین (Downtime) را به شدت کاهش می‌دهد و بهره‌وری را بالا می‌برد. علاوه بر این، اینسرت‌ها را می‌توان با پوشش‌های مختلف تولید کرد که امکان تطابق با مواد قطعه کار مختلف را فراهم می‌آورد.
• معرفی هلدرها (Tool Holders) به عنوان نگهدارنده اینسرت و نقش آن‌ها در انتقال نیرو و موقعیت‌یابی:
  هلدر، بخش اصلی ابزار تراشکاری است که اینسرت بر روی آن نصب می‌شود. هولدرها معمولاً از فولادهای مستحکم ساخته می‌شوند و وظایف حیاتی متعددی را بر عهده دارند:
  • نگهدارنده اینسرت: هلدر به صورت مکانیکی اینسرت را با استفاده از پیچ، گیره یا مکانیزم‌های دیگر در موقعیت صحیح خود محکم نگه می‌دارد.
  • انتقال نیرو: هلدر نیروهای برشی و سایر نیروهای وارد بر اینسرت را تحمل کرده و به ماشین ابزار منتقل می‌کند. استحکام و طراحی مناسب هلدر برای تحمل این نیروها حیاتی است.
  • موقعیت‌یابی دقیق: هلدر موقعیت دقیق لبه برشی اینسرت را نسبت به قطعه کار تعیین می‌کند. این دقت در موقعیت‌یابی برای دستیابی به تلرانس‌های ابعادی مورد نیاز ضروری است.
  • مدیریت لرزش: طراحی هلدر می‌تواند در جذب و کاهش لرزش‌های حین ماشین‌کاری نقش داشته باشد که به بهبود کیفیت سطح و عمر ابزار کمک می‌کند.
  • مدیریت خنک‌کاری: برخی هولدرها دارای کانال‌هایی برای هدایت مایع خنک‌کننده به سمت لبه برشی اینسرت هستند.

هولدرها در انواع مختلفی مانند هلدرهای رو تراشی، داخل تراشی، شیار زنی، رزوه‌تراشی و غیره موجود هستند و بر اساس نوع عملیات، جهت ماشین‌کاری و سیستم خنک‌کاری طراحی می‌شوند.

بخش دوم: تحلیل عمیق اینسرت‌های تراشکاری

اینسرت‌های تراشکاری، هسته اصلی ابزارهای مدرن را تشکیل می‌دهند و انتخاب ماده سازنده و نوع پوشش آن‌ها، نقشی کلیدی در عملکرد و طول عمر ابزار ایفا می‌کند.

۱. مواد سازنده اینسرت‌ها

تنوع مواد مورد استفاده در ساخت اینسرت‌ها، امکان ماشین‌کاری طیف وسیعی از مواد را با سرعت‌ها و دقت‌های مختلف فراهم می‌کند.

• کاربیدهای سیمانته (Cemented Carbides):
  • ساختار: کاربیدهای سیمانته، که به عنوان "فلزات سخت" نیز شناخته می‌شوند، از ذرات ریز کاربید فلزی (مانند کاربید تنگستن (WC)) که با فلز چسباننده (معمولاً کبالت (Co)) به صورت پودر مخلوط و سپس متراکم و تف‌جوشی (Sintering) شده‌اند، تشکیل شده‌اند. نسبت این دو جزء، خواص نهایی کاربید را تعیین می‌کند.
  • کاربرد گسترده: کاربیدهای سیمانته به دلیل ترکیب عالی از سختی بالا، مقاومت به سایش عالی، مقاومت به خستگی حرارتی و مدول الاستیسیته بالا، پرکاربردترین ماده در ساخت اینسرت‌های تراشکاری محسوب می‌شوند. این مواد برای ماشین‌کاری فولادها، چدن‌ها، فلزات غیرآهنی و حتی برخی آلیاژهای مقاوم به حرارت (HRSA) در طیف وسیعی از کاربردها (از خشن‌کاری تا پرداخت‌کاری) مناسب هستند.
  • محدودیت‌ها: کاربیدهای سیمانته ذاتاً شکننده هستند و در برابر ضربه و ارتعاشات شدید مقاومت کمتری دارند. همچنین، در دماهای بسیار بالا (بالاتر از حدود 900 درجه سانتی‌گراد)، چسباننده کبالت نرم شده و مقاومت حرارتی کاهش می‌یابد.
• سرامیک‌ها (Ceramics):
  • کاربرد در سرعت‌های بسیار بالا و مواد سخت: اینسرت‌های سرامیکی از اکسیدهای فلزی (مانند اکسید آلومینیوم (Al_2O_3))، نیتریدها (مانند نیترید سیلیسیوم (Si_3N_4)) یا کاربیدها (مانند کاربید سیلیسیوم (SiC)) ساخته می‌شوند. سرامیک‌ها سختی فوق‌العاده بالا (حتی بالاتر از کاربیدها در دمای اتاق)، مقاومت به سایش عالی و مقاومت شیمیایی خوبی دارند. این ویژگی‌ها آن‌ها را برای ماشین‌کاری مواد سخت و نسوز (مانند فولادهای سخت شده، چدن‌های سفید، آلیاژهای مقاوم به حرارت) با سرعت‌های براده‌برداری بسیار بالا ایده‌آل می‌سازد.
  • محدودیت در شرایط ارتعاشی: سرامیک‌ها بسیار ترد هستند و مقاومت بسیار کمی در برابر ضربه، شوک حرارتی و ارتعاشات دارند. بنابراین، استفاده از آن‌ها در شرایطی که ماشین‌کاری با ثبات کامل انجام می‌شود و ارتعاش حداقل است، ضروری است.
• CBN (Cubic Boron Nitride):
  • استفاده اصلی در ماشین‌کاری مواد فروس و سخت شده: CBN، که دومین ماده سخت شناخته شده پس از الماس است، به طور ویژه برای ماشین‌کاری مواد فروس (آهن‌دار) و سخت شده (با سختی بیش از 45 HRC) طراحی شده است. مقاومت حرارتی بسیار بالا (تا حدود 1200 درجه سانتی‌گراد)، سختی بالا و مقاومت به سایش عالی، آن را برای ماشین‌کاری چدن‌های سخت، فولادهای ابزار سخت شده، و آلیاژهای نیکل مناسب می‌سازد. CBN به ماشین‌کاری با سرعت‌های بالا و دستیابی به پرداخت سطح عالی کمک می‌کند.
• PCD (Polycrystalline Diamond):
  • کاربرد ویژه در ماشین‌کاری مواد غیرفروسی (آلومینیوم، کامپوزیت‌ها): PCD از ذرات الماس بسیار ریز که به صورت سینتر شده به هم متصل شده‌اند، تشکیل شده است. الماس سخت‌ترین ماده شناخته شده است و PCD از این خاصیت بهره می‌برد. این ماده برای ماشین‌کاری مواد غیرفروسی (مانند آلومینیوم و آلیاژهای آن، مس، پلاستیک‌ها، مواد کامپوزیتی و چوب) با سرعت‌های بسیار بالا و پرداخت سطح فوق‌العاده ایده‌آل است. PCD قادر به ایجاد سطح کاملاً صاف و بدون هیچ‌گونه ناهمواری است.
  • محدودیت: الماس در دماهای بالا (بالاتر از حدود 700 درجه سانتی‌گراد) با عناصر فروس (مانند آهن) واکنش داده و ناپایدار می‌شود. بنابراین، PCD به هیچ وجه برای ماشین‌کاری فولاد، چدن یا سایر مواد آهنی مناسب نیست.

۲. پوشش‌های پیشرفته (Coatings)

پوشش‌دهی اینسرت‌ها، یکی از مهمترین پیشرفت‌ها در تکنولوژی ابزار بوده که به طور قابل توجهی عملکرد، عمر ابزار و امکانات ماشین‌کاری را بهبود بخشیده است. پوشش‌ها لایه‌های نازکی از مواد سخت و مقاوم هستند که بر روی سطح اینسرت اصلی (معمولاً کاربید) اعمال می‌شوند.

• نقش پوشش‌ها در افزایش سختی سطح، کاهش اصطکاک و مقاومت به سایش و اکسیداسیون:
  • افزایش سختی سطح: پوشش‌ها لایه‌ای فوق‌العاده سخت بر روی سطح اینسرت ایجاد می‌کنند که مقاومت آن را در برابر سایش به شدت افزایش می‌دهد.
  • کاهش اصطکاک: بسیاری از پوشش‌ها دارای ضریب اصطکاک پایینی با ماده قطعه کار هستند. این امر باعث کاهش نیروهای برشی، کاهش تولید حرارت و بهبود تخلیه براده می‌شود.
  • مقاومت به سایش: لایه سخت پوشش، سایش ابزار را به تعویق انداخته و اجازه می‌دهد تا ابزار در سرعت‌های بالاتر و برای مدت طولانی‌تری کار کند.
  • مقاومت به اکسیداسیون: در دماهای بالا، مواد ابزار ممکن است در معرض اکسیداسیون قرار گیرند. پوشش‌های مقاوم به حرارت، این فرآیند را کند کرده و پایداری ابزار را حفظ می‌کنند.
  • ایجاد مانع حرارتی: پوشش‌ها می‌توانند به عنوان یک مانع حرارتی عمل کرده و حرارت تولید شده در منطقه برش را از بدنه اصلی اینسرت دور نگه دارند.
• معرفی پوشش‌های رایج:
  • TiN (Titanium Nitride - نیترید تیتانیوم): یکی از قدیمی‌ترین و رایج‌ترین پوشش‌ها، با رنگ طلایی مشخصه. TiN سختی خوبی دارد، اصطکاک را کاهش می‌دهد و مقاومت به سایش و چسبندگی براده را بهبود می‌بخشد. برای ماشین‌کاری مواد نرم‌تر مانند فولادهای کم کربن، چدن و آلومینیوم مناسب است.
  • TiC (Titanium Carbide - کاربید تیتانیوم): این پوشش سخت‌تر از TiN است و مقاومت به سایش بهتری را ارائه می‌دهد. معمولاً در لایه‌های زیرین پوشش‌های چندلایه استفاده می‌شود.
  • Al2O3 (Aluminum Oxide - اکسید آلومینیوم): این پوشش، که معمولاً به رنگ سفید یا کرم است، سختی بسیار بالا و مقاومت عالی به سایش و اکسیداسیون در دماهای بالا را فراهم می‌کند. برای ماشین‌کاری فولادها و چدن‌ها در سرعت‌های بالا بسیار مؤثر است.
  • پوشش‌های چندلایه (Multi-layer Coatings): این پوشش‌ها از ترکیب چندین لایه از مواد مختلف (مانند TiN، TiC، Al2O3) با ضخامت‌های کنترل شده تشکیل شده‌اند. این رویکرد، مزایای هر لایه را با هم ترکیب کرده و خواص کلی ابزار را به شدت بهبود می‌بخشد.
    • TiAlN (Titanium Aluminum Nitride - نیترید تیتانیوم آلومینیوم): این پوشش یکی از محبوب‌ترین پوشش‌های چندلایه است. ترکیب TiN و Al2O3، مقاومت عالی به سایش در دمای بالا و مقاومت به اکسیداسیون را فراهم می‌آورد. TiAlN برای ماشین‌کاری فولادهای سخت شده، آلیاژهای نیکل و تیتانیوم بسیار مناسب است و حتی در غیاب مایع خنک‌کننده نیز عملکرد خوبی دارد.
    • CrN (Chromium Nitride - نیترید کروم): این پوشش مقاومت خوبی به خوردگی و سایش دارد و برای ماشین‌کاری فولادهای زنگ‌نزن و آلیاژهای آلومینیوم مناسب است.

بخش سوم: هندسه اینسرت‌ها و کاربردهای تخصصی

علاوه بر جنس و پوشش، شکل هندسی اینسرت نیز نقش حیاتی در نحوه براده‌برداری، کنترل براده و قابلیت کاربرد آن در عملیات مختلف دارد.

۱. شکل‌های اینسرت

شکل کلی اینسرت، که توسط گوشه‌های آن تعیین می‌شود، بر شعاع گوشه، استحکام و ناحیه تماس با قطعه کار تأثیر می‌گذارد.

• گرد (Round): اینسرت‌های گرد معمولاً در خشن‌کاری (Roughing) استفاده می‌شوند. شعاع گوشه بزرگ آن‌ها (که می‌تواند متغیر باشد) مقاومت بالایی در برابر نیروهای برشی ایجاد کرده و اجازه می‌دهد تا براده‌های ضخیم‌تری برداشته شوند. مناسب برای حذف مقادیر زیاد ماده در کمترین زمان.
• مثلثی (Triangle): دارای سه گوشه تیز و معمولاً با زاویه 60 درجه. این شکل برای پرداخت‌کاری (Finishing) و نیمه‌پرداخت (Semi-finishing) مناسب است، زیرا شعاع گوشه کوچکی ایجاد می‌کند که دقت بالایی را امکان‌پذیر می‌سازد. استحکام کمتری نسبت به اشکال دیگر دارد.
• لوزی (Diamond - Rhombic): متداول‌ترین اشکال، لوزی 80 درجه (با چهار گوشه) و لوزی 55 درجه (با هشت گوشه) هستند. این اشکال دارای استحکام خوبی بوده و برای عملیات نیمه‌خشن‌کاری و پرداخت‌کاری کاربرد وسیعی دارند. لوزی 80 درجه با دو گوشه تیز، شعاع گوشه کوچکتری نسبت به لوزی 55 درجه ایجاد می‌کند.
• مربع (Square): دارای چهار گوشه و زاویه 90 درجه. این شکل برای عملیات رو تراشی (Face Milling) و برخی عملیات خشن‌کاری مناسب است، زیرا استحکام بالایی را ارائه می‌دهد.

کاربرد هر کدام بر اساس نوع عملیات (فینیش، متوسط، خشن‌کاری):

• خشن‌کاری (Roughing): نیاز به برداشتن حجم بالای ماده با سرعت نسبتاً بالا. استفاده از اینسرت‌های با شعاع گوشه بزرگ (گرد، مربع) برای حداکثر استحکام و تحمل نیروهای بالا.
• عملیات متوسط (Semi-finishing): تعادلی بین سرعت و دقت. استفاده از اینسرت‌های با شعاع گوشه متوسط (لوزی 55 درجه) که هم استحکام مناسبی دارند و هم کیفیت سطح قابل قبولی را ارائه می‌دهند.
• پرداخت‌کاری (Finishing): نیاز به دقت بالا و کیفیت سطح عالی. استفاده از اینسرت‌های با شعاع گوشه کوچک (مثلثی، لوزی 80 درجه) که باعث کاهش نیروی برشی و بهبود صافی سطح می‌شوند.

۲. زاویه گِیج (Rake Angle)

زاویه گِیج، زاویه‌ای است که سطح اصلی براده‌بردارنده ابزار نسبت به خط عمود بر سطح ماشین‌کاری (و در صفحه عمود بر لبه برنده) تشکیل می‌دهد. این زاویه نقش کلیدی در نحوه برش و تولید براده دارد.

• تأثیر بر نیروی برش و تولید براده:
  • مثبت (Positive Rake Angle): سطح براده‌بردارنده به سمت بالا و جلو متمایل است. این زاویه باعث کاهش نیروی برش، کاهش تولید حرارت و ایجاد براده‌های نازک‌تر و قابل کنترل‌تر می‌شود. برای ماشین‌کاری مواد نرم‌تر و در عملیات پرداخت‌کاری مناسب است.
  • خنثی (Neutral Rake Angle): سطح براده‌بردارنده موازی با خط عمود بر سطح ماشین‌کاری است. نیروی برش بیشتری نسبت به حالت مثبت نیاز دارد.
  • منفی (Negative Rake Angle): سطح براده‌بردارنده به سمت پایین و جلو متمایل است. این زاویه باعث افزایش استحکام لبه برشی و مقاومت به سایش می‌شود و برای ماشین‌کاری مواد سخت و در شرایط خشن‌کاری با برداشت مقدار زیاد ماده مناسب است. با این حال، نیروی برش و تولید حرارت را افزایش می‌دهد.

۳. شیار براده‌شکن (Chip Breaker Geometry)

کنترل شکل و اندازه براده، یکی از چالش‌های اصلی در تراشکاری است. براده‌های بلند و پیچ خورده می‌توانند باعث ایجاد مشکلاتی نظیر گیر کردن براده، آسیب به سطح قطعه کار، و اختلال در فرآیند ماشین‌کاری شوند. شیار براده‌شکن، که بر روی سطح براده‌بردارنده اینسرت طراحی می‌شود، وظیفه خرد کردن براده به قطعات کوچکتر و قابل کنترل را بر عهده دارد.

• اهمیت کنترل شکل و مسیر براده در فرآیندهای مختلف: طراحی شیار براده‌شکن باید با نوع عملیات (خشن‌کاری، پرداخت‌کاری) و جنس قطعه کار مطابقت داشته باشد.
  • برای خشن‌کاری: شیارهای با عمق و زاویه بیشتر که قادر به خرد کردن براده‌های ضخیم و خشن هستند.
  • برای پرداخت‌کاری: شیارهای کم‌عمق‌تر یا حتی بدون شیار (که براده‌های بلندتر و صاف‌تری تولید می‌کنند)، که برای دستیابی به پرداخت سطح عالی مناسب هستند.
  • برای مواد نرم: ممکن است نیاز به شیارهایی باشد که مانع از چسبیدن براده به سطح ابزار شوند.
  • برای مواد سخت: شیارهای با شکل خاص که بتوانند حرارت را بهتر دفع کرده و از سایش زودرس ابزار جلوگیری کنند.

استفاده از اینسرت‌های با شیار براده‌شکن مناسب، ایمنی فرآیند را افزایش داده، کیفیت سطح را بهبود بخشیده و راندمان تولید را بالا می‌برد.

بخش چهارم: ملاحظات عملی و انتخاب ابزار

انتخاب صحیح ابزار تراشکاری، یک فرآیند چندوجهی است که نیازمند در نظر گرفتن عوامل مختلفی است تا بهترین نتیجه با حداکثر بهره‌وری حاصل شود.

۱. معیارهای انتخاب ابزار:

• جنس قطعه کار (Workpiece Material): این عامل، مهمترین عامل در تعیین جنس اینسرت و نوع پوشش آن است. مواد نرم‌تر (مانند آلومینیوم) نیاز به اینسرت‌های با سختی کمتر و مقاومت به سایش پایین‌تر دارند (مانند کاربیدهای بدون پوشش یا با پوشش TiN)، در حالی که مواد سخت (مانند فولادهای سخت شده، آلیاژهای مقاوم به حرارت) نیازمند اینسرت‌های با سختی بسیار بالا و مقاومت حرارتی عالی (مانند سرامیک‌ها، CBN، کاربیدهای با پوشش TiAlN) هستند.
• سرعت برش (Cutting Speed - (v_c)): سرعت برش، سرعت خطی سطح قطعه کار در تماس با لبه برشی ابزار است (معمولاً بر حسب متر بر دقیقه یا فوت بر دقیقه). سرعت برش بالاتر، زمان ماشین‌کاری را کاهش می‌دهد اما حرارت و سایش ابزار را افزایش می‌دهد. انتخاب جنس و پوشش ابزار باید با محدوده سرعت برش مورد نظر سازگار باشد.
• نرخ پیشروی (Feed Rate - (f)): نرخ پیشروی، مسافتی است که ابزار در یک دور چرخش قطعه کار (یا یک حرکت رفت و برگشت در تراشکاری خطی) طی می‌کند (معمولاً بر حسب میلی‌متر بر دور یا اینچ بر دور). پیشروی بالاتر، ضخامت براده را افزایش داده و نرخ حذف ماده را بالا می‌برد، اما کیفیت سطح و نیروهای برشی را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
• عمق برش (Depth of Cut - (a_p)): عمق برش، عمق لایه‌ای از ماده است که ابزار در هر پاس برمی‌دارد (معمولاً بر حسب میلی‌متر یا اینچ). عمق برش بالا، نرخ حذف ماده را به شدت افزایش می‌دهد اما نیروهای برشی و حرارت تولید شده را نیز بالا می‌برد.

رابطه بین این پارامترها (معمولاً به صورت نمودارهای انتخاب ابزار یا دستورالعمل‌های سازندگان ابزار) به کاربر کمک می‌کند تا با توجه به جنس قطعه کار و نوع عملیات، بهترین ترکیب از جنس اینسرت، پوشش، هندسه، و پارامترهای برش را انتخاب کند.

۲. ملاحظات مربوط به سایش ابزار و طول عمر آن (Tool Life):

• الگوهای سایش: سایش ابزار می‌تواند به اشکال مختلفی رخ دهد، از جمله سایش کناره (Flank Wear)، سایش سرف (Crater Wear)، لب پریدگی (Chipping)، و سایش نوک (Notch Wear). درک این الگوها به تشخیص علت سایش و اصلاح پارامترهای برش یا انتخاب ابزار کمک می‌کند.
• عوامل مؤثر بر طول عمر ابزار: جنس قطعه کار، سختی آن، جنس ابزار، پوشش ابزار، دقت هندسی ابزار، پارامترهای برش (سرعت، پیشروی، عمق)، شرایط خنک‌کاری، ثبات ماشین، ارتعاشات، و بارگذاری ناگهانی همگی بر طول عمر ابزار تأثیر می‌گذارند.
• تعریف طول عمر ابزار: معمولاً طول عمر ابزار بر اساس زمان ماشین‌کاری تا رسیدن به حدی از سایش که کیفیت قطعه کار را تحت تأثیر قرار دهد (معمولاً با اندازه‌گیری سایش کناره، (VB_max)) یا تا زمان شکست ابزار تعریف می‌شود.
• بهینه‌سازی طول عمر: انتخاب صحیح ابزار و پارامترهای برش، استفاده از مایعات خنک‌کننده مناسب، و رعایت اصول نگهداری ابزار، به حداکثر رساندن طول عمر ابزار و کاهش هزینه‌های تعویض و تنظیم کمک می‌کند.

نتیجه‌گیری

تحول ابزارهای تراشکاری از مواد سنتی مانند فولادهای تندبر به نسل نوین اینسرت‌های کاربیدی با پوشش‌های پیشرفته، نشان‌دهنده پیشرفت چشمگیر در علم مواد و مهندسی است. این پیشرفت‌ها، ضمن افزایش چشمگیر سرعت براده‌برداری و دقت ماشین‌کاری، امکان ماشین‌کاری مواد دشوارتر را نیز فراهم آورده‌اند.

آینده ابزارهای تراشکاری به سمت ابزارهای هوشمند و قابل تنظیم پیش می‌رود. انتظار می‌رود ابزارهایی با قابلیت خودتنظیم‌شوندگی بر اساس شرایط متغیر ماشین‌کاری، مجهز به سنسورهای داخلی برای پایش مداوم سایش و وضعیت ابزار، و قادر به برقراری ارتباط با سیستم کنترل ماشین، توسعه یابند. همچنین، استفاده از نانومواد و تکنیک‌های پیشرفته پوشش‌دهی، شاهد تولید نسل جدیدی از ابزارها با خواص مکانیکی و حرارتی بی‌سابقه خواهیم بود که قادر به مواجهه با چالش‌های روزافزون صنعت تولید خواهند بود. تمرکز بر پایداری و کاهش ضایعات نیز، منجر به توسعه ابزارهای با عمر طولانی‌تر و قابلیت بازیافت بهتر خواهد شد.