از جمله مهمترین مسائلی كه در زمینه ماشینكاری با آن روبرو هستیم، مسأله عمر ابزار و عوامل تأثیر گذار بر روی آن است. لذا در این مقاله سعی بر این است كه بتوانیم تعریف درست و مشخصی از عمر ابزار و عوامل تأثیر گذار بر روی آن داشته باشیم و علاوه بر آن در مورد مهمترین عواملی كه تأثیر بسزایی در عمر ابزار دارند، بحث می شود.
عمر ابزار به عوامل گوناگونی وابسته است .
1. درجه حرارت(محیط و ابزار)
2. هندسه ابزار برنده
3. مایع خنك كننده
4. جنس قطعه كار از لحاظ تركیب شیمیایی
5. جنس خود ابزار
6. پارامترهای ماشینكاری (سرعت برشی، عمق براده برداری، سرعت پیشروی و…)
7. ارتعاش دستگاه
8. معیار شكست ابزار
كه از این میان معیار شكست ابزار مهمترین عامل تأثیر گذار بر عمر ابزار به شمار می آید.
معیار شكست ابزار Tool Life Criterion یك مقدار از قبل تعیین شده(بر اساس كیفیت و دقت برده برداری و …) برای فرسایش و خوردگی ابزار یا رخ دادن یك پدیده(مانند ترك و شكست) را گویند.
عمرابزار نیز از روی همین معیار شكست تعریف می شود: زمان مورد نیاز برای رسیدن به معیار شكست.
انواع معیارهای شكست
1.معیار شكست مستقیم: كه با خود ابزار برنده سر و كار دارد.
2. معیار شكست غیر مستقیم: كه با عوامل فرسوده شدن ابزار سر و كار دارد.
انواع معیار شكست مستقیم
الف-Chiping : جدا شدن براده از ابزار برنده را گویند.
ب- Fine Cracks: ترك خوردن ابزار برنده را گویند.
ج- Crater Wear , Wear Land : كه دو نوع فرسایش مستقیم و بسیار حائز اهمیت در ابزار به شمار می آیند.
انواع معیار شكست غیر مستقیم
الف- نیروهای براده برداری: با قرار دادن حد مشخصی برای این نیروها (بر اساس كیفیت سطح و دقت كاری لازم) و اندازه گیری این نیروها بر روی ابزار برشی، می توان معیار شكست و عمر ابزار را تعیین كرد.
این مسأله بخصوص در دستگاه های اتوماتیك (CNC) كاربرد فراوانی دارد زیار با اندازه گیری این نیروها و زمان رسیدن به حد مشخصی (كه قبلاً توضیح داده شد) می توان معیار شكست و عمر ابزار را به راحتی تخمین زد.
ب- كیفیت سطح
ج- دقت ابعادی قطعه كار: كه این موضوع نیز در دستگاه های CNC اهمیت فراوانی دارد.
از عوامل گفته شده در بالا، مهمترین آنها كه تأثیر بسزایی در عمر ابزار دارد و به طور مستقیم با خود ابزار سر و كار دارد، دو نوع فرسایش اساسی در ابزار به نام Crater Wear Land است كه در ادامه این مقاله سعی بر شناسایی و راه حلهای جلوگیری از این دو فرسایش شده است.
Wear Land:
این نوع فرسایش ابتدا در سطح های آزاد ابزار برشی به وجود می آید كه با گذشت زمان، ناحیه وسیعی از نوك ابزار را در بر می گیرد و با افزایش خوردگی و فرسایش ابزار و اصطكاك بین قطعه كار و نوك ابزار و به دنبال آن سوختگی نوك ابزار، نوك ابزار ترك برداشته و می شكند.
Wear land خود به دو نوع تقسیم می شود:
1. wear land یكنواخت
2. wear land غیر یكنواخت
هر یك از این دو نوع wear land در شكل(1) نشان داده شده اند.
یك wear land كه در عمق به صورت یكنواخت و بدون شیارهای عمیق است نشان می دهد كه براده هایی كه باعث به وجود آمدن آن شده اند نازك هستند.
wear land یكنواخت حالت خوب و ایده آلی برای ابزار برشی محسوب می شود و معمولاً ابزارهایی كه مواد با سختی كم را ماشینكاری می كنند این نوع فرسایش در آنها بوجود می آید.
بیشتر اوقات یك wear land یكنواخت زمانی نمایان میشود كه ابزار، دارای برشی پیوسته با عمق براده برداری كم می باشد.
wear land غیر یكنواخت نشانه ای از براده برداری غیر پیوسته می باشد و معمولاً در ابزارهایی كه مواد با سختی بالا را براده برداری می كنند به وجود می آید. این نوع فرسایش حاصل براده برداری با عمق زیاد و سرعت برشی زیاد می باشد. حال به این بحث می پردازیم كه عمق مجاز برای یك wear land كه معیار شكست و در نتیجه عمر ابزار را تعیین می كند تا چه مقداری می تواند باشد و این عمق چگونه اندازه گیری می شود.
مباحث ارائه شده در این مقاله حاصل مطالعات و تحقیقات Mr. Leo J.St. Clair در یكی از كارگاه های ماشینكاری واقع در ایالات متحده آمریكا می باشد.
مطالعات انجام شده در زمینه سرعت سوختن نسوك ابزار نشان می دهد مواد مختلف كه ماشینكاری می شوند دارای نتیجه یكسانی نیستند و سرعت سوختن نوك ابزار با یك سرعت یكنواختی انجام می شود كه به صورت تصاعدی می باشد. مقدار سوختن نوك ابزار بوسیله عمق weae land در كنار و آخر سطح آزاد ابزار اندازه گیری می شود.
قطعات ماشینكاری شده در این تحقیق، قطعات چدنی می باشد. ابزار برشی H.S.S (و دیگر ابزارهای برشی نظیر carbide) با عمق پیشروی in 02/0 ، میانگین عمق برشی in و سرعت fmp 150 است.
تعداد قطعات ماشینكاری شده بر حسب هر in 01/0 عمق فرسایش در جدول(1) و شكل(2) نشان داده شده است. ابزار به طور كامل بعد از ماشینكاری 330 قطعه به طور كامل بعد شكسته می شود كه معادل عمق wear land در این زمان حدوداً in 06/0 است.
جدول(1) نشان می دهد كه افزایش سرعت فرسایش بعد از این كه عمق wear land از in 03/0تجاوز كرد، اتفاق می افتد كه سرعت فرسایش از این زمان به بعد تا 7 برابر سریع تر از سرعت فرسایش با عمق in 01/0 است.
ابزار حدوداً 75% عمر خود را قبل از مرحله ای كه عمق فرسایش به in 03/0 برسد، انجام می دهد و مابقی عمر خود را یعنی 25% باقیمانده را بعد از مرحله ای كه عمق فرسایش به in 03/0 می رسد، انجام می دهد. این عمل مرزی را به وجود می آورد. كه به طور قطع، غیر اقتصادی است یعنی مرزی به وجود می آید كه سرعت رسیدن به شكست عامل در این مرز بسیار زیاد است.
تحقیقات نشان می دهد كه یك ابزار carbide زمانی كه به 60/0 طول عمر خود(طول عمرابزار نقطه است كه مقدار wear land به in 06/0 برسد كه در این هنگام شكست كامل ابزار رخ می دهد) می رسد و یك ابزار H.S.S یا ابزار آلیاژی زمانی كه به 70% طول عمر خود می رسد باید تعویض و سنگ زنی شود و همان طور كه گفته شد این موقعیت در جدول (1) و شكل (2) به صورت شماتیك نشان داده شده است(كه این نتایج حاصل استفاده از میكروسكوپ های نوری می باشد.) در شكل (A-2) ملاحظه می شود كه نقطه طول عمر اقتصادی برای ابزار H.S.S حدوداً 75% طول عمر ممكن ابزار است و بعد از ماشینكاری 250 قطعه از كل تعداد قطعات كه 330 قطعه است ابزار باید سنگ زنی شود و 80 قطعه آخر تحت شرایطی ماشین كاری
می شوند كه ابزار سنگ خورده باشد.
همچنین برای یك ابزار carbide نقطه تعویض ابزار وسنگ زنی آن، حدود 60% عمر كل ابزار است كه در این زمان 190 تا 200 قطعه ماشینكاری می شود. دلیل این كه چرا یك ابزار carbide باید زودتر از یك ابزار H.S.S و یا ابزار آلیاژی سنگ زنی شود آن است كه ابزار carbide دارای شكنندگی زیادتری می باشد كه این خاصیت شكنندگی بیشتر سبب می شود هنگامی كه wear land عمیق تر می شود نوك ابزار به راحتی شكسته شود.
