چالش ها و راه حل های ماشین کاری قطعات سخت با استفاده از خدمات فرز cnc

اگر تا به حال در یک کارگاه یا خط تولید، صدای شکستن ناگهانی یک تیغه گران قیمت را هنگام براده برداری از فولاد سخت شنیده باشید، می دانید که ماشین کاری این قطعات تا چه اندازه می تواند پرریسک باشد. در چنین شرایطی، تنها هزینه ابزار از بین نمی رود؛ بلکه ممکن است سطح قطعه آسیب ببیند، ابعاد از تلرانس خارج شود، دستگاه برای مدتی متوقف بماند و زمان تحویل پروژه نیز افزایش پیدا کند.

ماشین کاری قطعات سخت با فرز CNC یکی از تخصصی ترین بخش های فرآیند تولید به شمار می رود. این کار به دستگاه مناسب، ابزار برش تخصصی، فیکسچر مقاوم، برنامه نویسی دقیق و تجربه عملی اپراتور یا مهندس تولید نیاز دارد. تنظیم اشتباه سرعت اسپیندل، پیشروی، عمق برش یا روش خنک کاری می تواند عمر ابزار را به شدت کاهش دهد و حتی به اسپیندل دستگاه آسیب برساند.

با وجود این چالش ها، صنایع مختلف به صورت روزانه به قطعاتی از جنس فولادهای سخت کاری شده، فولاد ابزار، استیل های مارتنزیتی، سوپرآلیاژهای پایه نیکل، تیتانیوم و مواد مقاوم به سایش نیاز دارند. قالب سازی، خودروسازی، صنایع هوافضا، تجهیزات پزشکی، نفت و گاز، نیروگاه ها و صنایع تولیدی سنگین، بدون این قطعات نمی توانند به عملکرد مورد انتظار خود برسند.

در این مقاله، مهم ترین مشکلات فرزکاری قطعات سخت و راهکارهای عملی برای کنترل آنها را بررسی می کنیم. همچنین درباره انتخاب ابزار، مسیر حرکت، خنک کاری، فیکسچر، هزینه تولید و معیارهای انتخاب پیمانکار خدمات فرز CNC توضیح می دهیم.

منظور از قطعات سخت در ماشین کاری چیست؟

در صنعت، اصطلاح قطعات سخت معمولا برای موادی به کار می رود که سختی بالایی دارند و براده برداری از آنها به نیروی زیادی نیاز دارد. فولادهایی با سختی حدود 45 تا 65 راکول C، در گروه مواد سخت کاری شده قرار می گیرند. البته میزان سختی تنها معیار تشخیص دشواری ماشین کاری نیست و عواملی مانند ترکیب شیمیایی، چقرمگی، رسانایی حرارتی، کارسختی و شکل قطعه نیز اهمیت دارند.

نمونه هایی از مواد سخت که با فرز CNC ماشین کاری می شوند عبارت اند از:

• فولاد ابزار سرد کار مانند D2 و فولاد 1.2080
• فولاد ابزار گرم کار مانند H13 و فولاد 1.2344
• فولادهای قالب سازی سخت کاری شده
• فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی
• فولادهای مقاوم به سایش
• سوپرآلیاژهای پایه نیکل مانند اینکونل
• تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم
• آلیاژهای کبالت و مواد مقاوم به حرارت
• قطعات دارای لایه سخت سطحی
• مواد کامپوزیتی یا قطعات چندلایه خاص

در بعضی پروژه ها، قطعه پیش از ماشین کاری تحت عملیات سخت کاری، آبکاری یا پوشش دهی قرار گرفته است. در این حالت ممکن است سطح قطعه سخت تر از مغز آن باشد و رفتار ماده در نقاط مختلف قطعه یکسان نباشد.

چرا فرزکاری قطعات سخت دشوار است؟

در مواد نرم تر، ابزار می تواند با نیروی مشخصی وارد قطعه شود و براده را با سرعت مناسب جدا کند. اما در قطعات سخت، مقاومت ماده در برابر برش افزایش پیدا می کند. بنابراین بخش بیشتری از انرژی ماشین کاری به حرارت و نیروی فشاری تبدیل می شود.

این شرایط چند پیامد مهم دارد:

• افزایش دمای لبه برنده
• بالا رفتن فشار روی ابزار و اسپیندل
• کاهش عمر ابزار
• ایجاد لرزش در سیستم
• تغییر فرم قطعه
• دشوار شدن کنترل صافی سطح
• افزایش احتمال لب پر شدن تیغه
• تغییر ابعاد قطعه در اثر تنش های حرارتی

در مواد سخت، بخشی از حرارت در براده باقی می ماند، اما به دلیل مقاومت بالای ماده و سرعت های برش کنترل شده، مقدار قابل توجهی از حرارت به ابزار و قطعه منتقل می شود. اگر ابزار، دستگاه و روش خنک کاری برای این شرایط انتخاب نشده باشند، نتیجه کار معمولا با سوختگی سطح، سایش شدید ابزار یا خطای ابعادی همراه خواهد بود.

مهم ترین چالش های ماشین کاری قطعات سخت با فرز CNC

در این بخش مهم ترین چالش هارا معرفی می کنیم:

استهلاک سریع ابزار و شکست لبه برنده

یکی از رایج ترین مشکلات در فرزکاری فولاد سخت و آلیاژهای مقاوم، کاهش سریع عمر ابزار است. ابزار ممکن است به دلیل حرارت، فشار مکانیکی، لرزش یا چسبندگی مواد به لبه برنده، عملکرد خود را از دست بدهد.

سایش ابزار معمولا به چند شکل دیده می شود:

• سایش جانبی یا Flank Wear
• سایش حفره ای یا Crater Wear
• لب پر شدن لبه برنده
• ترک های حرارتی
• شکست ناگهانی اینسرت
• تغییر شکل پلاستیکی نوک ابزار
• چسبیدن براده به لبه برنده

وقتی ابزار کند می شود، اپراتور گاهی برای جبران این وضعیت فشار بیشتری به دستگاه وارد می کند. این کار معمولا نتیجه معکوس دارد و باعث افزایش حرارت، لرزش و خرابی سریع تر ابزار می شود.

نشانه های نزدیک شدن ابزار به پایان عمر

قبل از شکست کامل ابزار، معمولا نشانه هایی ظاهر می شود که نباید نادیده گرفته شوند:

• تغییر صدای برش
• ایجاد خطوط غیرعادی روی سطح قطعه
• افزایش محسوس نیروی برش
• بالا رفتن دمای قطعه یا ابزار
• تغییر رنگ لبه ابزار
• ایجاد پلیسه بیشتر از حالت عادی
• تغییر تدریجی ابعاد قطعه
• افزایش لرزش هنگام ورود به قطعه
• شکستن گوشه های اینسرت یا فرز انگشتی

بهتر است ابزار پیش از شکست کامل تعویض شود. ادامه کار با ابزاری که نشانه های سایش شدید دارد، ممکن است هزینه ای بسیار بیشتر از قیمت یک ابزار جدید ایجاد کند.

تنش حرارتی و تغییر فرم قطعه

حرارت در ماشین کاری قطعات سخت، یکی از عوامل اصلی تغییر فرم و کاهش دقت است. این مشکل در قطعات نازک، دیواره های بلند، قطعات حلقه ای و اجزایی که سطح ماشین کاری زیادی دارند، بیشتر دیده می شود.

زمانی که یک بخش از قطعه به صورت موضعی گرم می شود، همان قسمت منبسط می شود. پس از عبور ابزار و کاهش دما، قطعه منقبض می شود. اگر این چرخه در بخش های مختلف قطعه به شکل یکسان اتفاق نیفتد، تنش های پسماند ایجاد می شوند.

در نتیجه، ممکن، ممکن است قطعه هنگام قرار گرفتن روی فیکسچر کاملا دقیق به نظر برسد پس از باز شدن گیره ها تاب بردارد و از ابعاد نقشه خارج شود.

راهکارهای کاهش تغییر فرم

برای کاهش این مشکل، چند اقدام کاربردی اهمیت دارد:

• عملیات تنش زدایی را پیش از ماشین کاری نهایی انجام دهید.
• باربرداری را در چند مرحله تقسیم کنید.
• از برداشتن حجم زیادی از ماده در یک مرحله خودداری کنید.
• قطعات نازک را با فیکسچر مناسب و فشار کنترل شده مهار کنید.
• عملیات خشن کاری و پرداخت کاری را از یکدیگر جدا کنید.
• اجازه دهید قطعه پس از خشن کاری به دمای محیط برسد.
• برای قطعات حساس، اندازه گیری را در دمای کنترل شده انجام دهید.
• در پایان، قطعه را پس از آزاد کردن از فیکسچر دوباره اندازه گیری کنید.

دستیابی به صافی سطح مناسب

در بسیاری از پروژه های دقیق، سطح نهایی قطعه باید صافی بسیار خوبی داشته باشد. در برخی کاربردها ممکن است صافی سطح حدود Ra 0.4 میکرون یا کمتر مورد نیاز باشد. البته مقدار واقعی باید بر اساس نقشه، عملکرد قطعه و نوع اتصال تعیین شود.

در مواد سخت، اگر لبه ابزار به اندازه کافی تیز نباشد، به جای برش تمیز، بخشی از ماده را روی سطح می مالد. این پدیده باعث ایجاد خطوط موازی، خش، موج و رد ابزار می شود.

عوامل موثر بر کیفیت سطح عبارت اند از:

• شعاع گوشه ابزار
• میزان سایش ابزار
• سرعت برش
• پیشروی به ازای هر دندانه
• عمق برش نهایی
• میزان درگیری شعاعی
• صلبیت دستگاه و فیکسچر
• مسیر حرکت ابزار
• لرزش سیستم
• وضعیت عملیات حرارتی قطعه

برای رسیدن به صافی سطح بهتر، معمولا پس از خشن کاری، یک یا چند مرحله پرداخت با عمق برش کمتر انجام می شود. در مرحله پرداخت، ابزار باید سالم و پایدار باشد و مسیر حرکت آن طوری انتخاب شود که تغییر ناگهانی در بار برش ایجاد نکند.

لرزش و پدیده چتر

چتر یا Chatter یکی از مخرب ترین پدیده ها در فرزکاری قطعات سخت است. این لرزش زمانی ایجاد می شود که نیروهای برشی، صلبیت سیستم یا فرکانس طبیعی دستگاه و ابزار با یکدیگر هماهنگ نباشند.

وجود چتر معمولا با نشانه های زیر همراه است:

• صدای تیز و ناهنجار هنگام برش
• ایجاد موج های منظم روی سطح قطعه
• لب پر شدن سریع اینسرت
• کاهش دقت ابعادی
• باز شدن جای ابزار در فیکسچر
• افزایش بار اسپیندل
• ایجاد خطا در گوشه ها و دیواره ها

منبع لرزش همیشه خود دستگاه نیست. ابزار بلند، کلت نامناسب، بیرون زدگی زیاد، فیکسچر ضعیف، لقی محور، انتخاب اشتباه دور اسپیندل یا مسیر نامناسب ابزار نیز می توانند عامل ایجاد چتر باشند.

راهکارهای کنترل لرزش

برای کاهش لرزش، این موارد را بررسی کنید:

• طول بیرون زدگی ابزار را تا حد ممکن کاهش دهید.
• از ابزارگیر Shrink Fit یا هیدرولیک در عملیات دقیق استفاده کنید.
• ابزار و کلت را از نظر تاب و آسیب بررسی کنید.
• قطعه را روی یک فیکسچر صلب و کوتاه مهار کنید.
• نقاط نگهدارنده را نزدیک محل براده برداری قرار دهید.
• دور اسپیندل را از محدوده تشدید لرزش خارج کنید.
• در صورت نیاز، عمق شعاعی یا محوری برش را کاهش دهید.
• از ورود ناگهانی ابزار به گوشه های بسته خودداری کنید.
• مسیر ابزار را طوری تنظیم کنید که بار برش ثابت بماند.

راهکارهای مهندسی برای فرزکاری موفق قطعات سخت

ماشین کاری سخت زمانی نتیجه مطلوب می دهد که انتخاب ابزار، پارامترها، مسیر حرکت و نحوه مهار قطعه به صورت یک فرآیند واحد بررسی شوند.

انتخاب ابزار مناسب

برای فرزکاری مواد سخت، معمولا استفاده از ابزار کارباید جامد یا اینسرت های کارباید با گرید مناسب، انتخاب اولیه محسوب می شود. ابزارهای کارباید فوق ریزدانه، در بسیاری از عملیات به دلیل استحکام و مقاومت سایشی بهتر، عملکرد مناسبی دارند.

با این حال، انتخاب ابزار باید بر اساس جنس قطعه و نوع عملیات انجام شود. ابزار مناسب برای فولاد سخت کاری شده، الزاما بهترین انتخاب برای اینکونل یا تیتانیوم نیست.

ابزارهای رایج برای مواد سخت

استفاده از CBN یا سرامیک به این معنا نیست که این ابزارها در هر پروژه ای بهترین گزینه هستند. قیمت ابزار، نوع مسیر، پیوسته یا منقطع بودن برش، صلبیت دستگاه و مقدار باربرداری باید همزمان بررسی شوند.

نقش پوشش ابزار در ماشین کاری سخت

پوشش ابزار با کاهش اصطکاک، افزایش مقاومت سایشی و بهبود تحمل حرارتی، عمر ابزار را بیشتر می کند. پوشش های مبتنی بر آلومینیوم تیتانیوم نیترید در بسیاری از کاربردهای فولاد سخت عملکرد مناسبی دارند، اما انتخاب نهایی باید طبق کاتالوگ سازنده ابزار انجام شود.

در انتخاب پوشش، این عوامل را در نظر بگیرید:

• سختی قطعه
• سرعت برش مورد نیاز
• نوع براده
• مقدار حرارت تولید شده
• وجود یا نبود خنک کاری
• پیوسته یا منقطع بودن عملیات
• نیاز به خشن کاری یا پرداخت کاری

هیچ پوششی جای تنظیم درست پارامترها و استفاده از دستگاه صلب را نمی گیرد. حتی بهترین ابزار نیز در صورت استفاده از دور یا پیشروی نامناسب، خیلی زود آسیب می بیند.

انتخاب پارامترهای برش

پارامترهای اصلی در فرزکاری قطعات سخت شامل سرعت برش، دور اسپیندل، پیشروی، پیشروی به ازای هر دندانه، عمق برش محوری و عمق برش شعاعی هستند.

فرمول کلی محاسبه دور اسپیندل به شکل زیر است:

دور اسپیندل = سرعت برش × 1000 ÷ 3.14 ÷ قطر ابزار

اما عدد نهایی نباید فقط بر اساس فرمول تعیین شود. مقدار پیشنهادی سازنده ابزار، جنس قطعه، تعداد دندانه، توان دستگاه، طول بیرون زدگی و وضعیت فیکسچر نیز باید بررسی شود.

مقایسه رویکرد سنتی و مهندسی

اعداد دقیق باید برای هر ابزار و ماده جداگانه تعیین شوند. استفاده از یک جدول عمومی برای تمام فولادها و آلیاژهای سخت می تواند نتیجه خطرناکی داشته باشد.

استفاده از فرزکاری تروکوئیدال

فرزکاری تروکوئیدال یکی از روش های مناسب برای کاهش درگیری شعاعی ابزار و کنترل حرارت در ماشین کاری شیارها و حفره های عمیق است. در این روش، ابزار با حرکت های دایره ای یا ترکیبی، به تدریج در مسیر مورد نظر پیشروی می کند.

در بسیاری از شرایط، می توان عمق محوری بیشتری گرفت و درگیری شعاعی را پایین نگه سازنده بستگیری شعاعی دقیق به جنس قطعه، قطر ابزار، نوع ابزار و پیشنهاد سازنده بستگی دارد، اما در برخی عملیات ممکن است حدود چند درصد قطر ابزار انتخاب شود.

مزایای این روش عبارت اند از:

• کاهش نیروی شعاعی وارد بر ابزار
• کنترل بهتر حرارت
• افزایش امکان استفاده از طول موثر ابزار
• کاهش احتمال شکست لبه
• مناسب بودن برای شیارهای عمیق
• کاهش تماس ناگهانی ابزار با قطعه
• امکان افزایش پیشروی در بعضی شرایط

فرزکاری تروکوئیدال به تنهایی تضمین کننده عمر چند برابری ابزار نیست. نتیجه نهایی به برنامه CAM، شعاع حرکت، میزان همپوشانی، توان دستگاه، ابزارگیر و انتخاب درست پارامترها بستگی دارد.

ورود حلزونی ابزار به جای ورود عمودی

در قطعات سخت، ورود مستقیم ابزار به داخل ماده می تواند فشار زیادی به نوک ابزار وارد کند. استفاده از ورود حلزونی یا Helical Ramp، بار برش را در طول مسیر پخش می کند.

این روش به ویژه برای ایجاد حفره و شیار کاربرد دارد. البته در صورتی که ابزار برای برش مرکزی طراحی نشده باشد، نباید آن را به صورت عمودی وارد قطعه کرد. در چنین شرایطی، ابتدا باید سوراخ اولیه ایجاد شود یا از مسیر ورود مناسب استفاده شود.

مدیریت دمای ناحیه برش

کنترل دما در ماشین کاری قطعات سخت اهمیت زیادی دارد، اما نوع خنک کاری باید بر اساس ابزار و جنس ماده انتخاب شود. استفاده از حجم زیاد آب صابون همیشه بهترین راهکار نیست.

در ای که دمایباید، ورود ناگهانی مایع سرد به لبه ای که دمای زیادی دارد، می تواند به ایجاد ترک های حرارتی کمک کند. از طرف دیگر، حذف کامل خنک کاری نیز ممکن است باعث افزایش بیش از حد دما و کاهش عمر ابزار شود.

روش های رایج خنک کاری

پیش از انتخاب روش خنک کاری، دستورالعمل سازنده ابزار را بررسی کنید. بعضی ابزارها برای ماشین کاری خشک طراحی شده اند و بعضی دیگر با خنک کاری داخلی یا پرفشار عملکرد بهتری دارند.

اهمیت تخلیه براده

براده ای که دوباره زیر ابزار قرار می گیرد، می تواند سطح قطعه را خراش دهد و باعث لب پر شدن ابزار شود. این مشکل در حفره های عمیق و شیارهای بسته بیشتر دیده می شود.

برای تخلیه بهتر براده می توان از این راهکارها استفاده کرد:

• هوای فشرده جهت دار
• خنک کاری از داخل ابزار
• تغییر مسیر حرکت ابزار
• تقسیم عملیات به چند مرحله
• استفاده از ابزارهای دارای شیار مناسب
• توقف های کوتاه برای پاک سازی حفره
• جلوگیری از تجمع براده در محل برش

صلبیت دستگاه، ابزارگیر و فیکسچر

دستگاهی که برای آلومینیوم یا مواد نرم عملکرد خوبی دارد، لزوما برای فولاد سخت و آلیاژهای پایه نیکل مناسب نیست. ماشین کاری سخت به دستگاهی نیاز دارد که در برابر نیروهای برش، لرزش کمی داشته باشد و بتواند دور اسپیندل را با ثبات حفظ کند.

ویژگی های مهم دستگاه CNC

هنگام بررسی دستگاه، این موارد اهمیت دارند:

• صلبیت بدنه و ستون دستگاه
• توان و گشتاور اسپیندل
• کیفیت بلبرینگ های اسپیندل
• دقت و تکرارپذیری محورهای حرکتی
• وضعیت ریل ها و بال اسکروها
• توان کنترلر در اجرای مسیرهای پیچیده
• امکان استفاده از خنک کاری داخلی
• سرعت و دقت تغییر ابزار
• وضعیت سروو موتورها
• قابلیت اجرای برنامه های High Speed Machining

انتخاب ابزارگیر مناسب

ابزارگیر نامناسب می تواند حتی یک دستگاه قوی را به منبع لرزش تبدیل کند. برای عملیات دقیق، ابزارگیرهای Shrink Fit، هیدرولیک یا مدل های دقیق بالانس شده معمولا عملکرد بهتری از کلت های معمولی دارند.

در انتخاب ابزارگیر باید به این موارد توجه شود:

• مقدار تاب مجاز
• بالانس بودن برای دور مورد نظر
• طول بیرون زدگی ابزار
• نوع اتصال به اسپیندل
• قطر ابزار
• فشار جانبی عملیات
• امکان دسترسی به محل ماشین کاری

هرچه طول ابزار بیشتر باشد، احتمال خمش و لرزش افزایش پیدا می کند. بنابراین ابزار باید تا حد امکان کوتاه انتخاب شود، مشروط بر اینکه به عمق مورد نیاز دسترسی داشته باشد.

طراحی فیکسچر برای قطعات سخت

فیکسچر باید قطعه را محکم نگه دارد، اما نباید فشار آن باعث تغییر شکل اولیه قطعه شود. این موضوع برای قطعات نازک یا دارای دیواره های کم ضخامت اهمیت بیشتری دارد.

یک فیکسچر مناسب باید:

• سطح تماس کافی با قطعه داشته باشد.
• در برابر نیروی جانبی مقاومت کند.
• دسترسی ابزار به تمام سطوح را محدود نکند.
• از تغییر فرم قطعه جلوگیری کند.
• امکان تخلیه براده را فراهم کند.
• نقاط نگهداری آن تا حد امکان نزدیک محل برش باشد.
• در برابر حرارت و لرزش پایدار بماند.

مراحل پیشنهادی ماشین کاری قطعات سخت

در این بخش مراحل ماشین کاری قطعات سخت را بررسی میکنیم:

بررسی نقشه و جنس قطعه

پیش از شروع کار، جنس دقیق قطعه، سختی، عملیات حرارتی، تلرانس ها، صافی سطح، عمق حفره ها و نقاط حساس نقشه را بررسی کنید. عبارت هایی مانند فولاد ابزار یا فولاد سخت کاری شده به تنهایی برای انتخاب ابزار کافی نیستند.

سختی قطعه باید در صورت امکان با سختی سنجی واقعی تایید شود. گاهی قطعه ای که طبق سفارش باید سختی مشخصی داشته باشد، به دلیل عملیات حرارتی ناقص یا تغییرات تولید، سختی یکنواختی در تمام نقاط ندارد.

تعیین ترتیب عملیات

ترتیب عملیات روی پایداری ابعادی اثر مستقیم دارد. معمولا فرآیند شامل مراحل زیر است:

1. آماده سازی و کنترل ابعاد خام
2. خشن کاری اولیه
3. ایجاد نقاط مرجع و سطوح مبنا
4. تنش زدایی در صورت نیاز
5. نیمه پرداخت
6. کنترل ابعادی میان مرحله
7. پرداخت نهایی
8. پلیسه گیری و تمیزکاری
9. بازرسی نهایی

در قطعات حساس، بهتر است تمام باربرداری در یک مرحله انجام نشود. باقی گذاشتن مقدار مشخصی بار برای مرحله پرداخت، امکان اصلاح خطاهای ناشی از خشن کاری و تغییر فرم را فراهم می کند.

اجرای تست اولیه

پیش از اجرای کامل برنامه، بهتر است مسیر ابزار روی نرم افزار CAM شبیه سازی شود. در صورت حساس بودن پروژه، اجرای تست روی قطعه مشابه یا بخش کم اهمیت تر نیز می تواند ریسک را کاهش دهد.

در تست اولیه باید این موارد بررسی شوند:

• برخورد ابزار با فیکسچر
• مقدار واقعی درگیری ابزار
• بار وپیندل
• صدای برش
• وضعیت براده
• دمای ابزار و قطعه
• کیفیت سطح
• تغییر ابعاد پس از باز کردن فیکسچر

اندازه گیری در حین فرآیند

در قطعات دقیق، کنترل کیفیت نباید فقط به پایان کار موکول شود. اندازه گیری میان مرحله به شما نشان می دهد که آیا قطعه در مسیر درست قرار دارد یا خیر.

ابزارهای اندازه گیری مورد استفاده می توانند شامل موارد زیر باشند:

• کولیس و میکرومتر دقیق
• ارتفاع سنج
• ساعت اندازه گیری
• گیج های داخلی و خارجی
• دستگاه اندازه گیری سه بعدی CMM
• پروفایل پروژکتور
• زبری سنج
• سختی سنج
• اسکنر سه بعدی در پروژه های خاص

اندازه گیری باید در شرایط دمایی پایدار انجام شود، زیرا اختلاف دمای قطعه و ابزار اندازه گیری می تواند روی نتیجه اثر بگذارد.

خدمات فرز CNC برای قطعات سخت؛ چگونه پیمانکار مناسب انتخاب کنیم؟

برون سپاری ماشین کاری قطعات سخت، فقط به پیدا کردن یک کارگاه دارای دستگاه CNC محدود نمی شود. ممکن است یک پیمانکار دستگاه مناسبی داشته باشد، اما تجربه کافی در انتخاب ابزار، کنترل حرارت یا اندازه گیری قطعات دقیق را نداشته باشد.

توانمندی فنی پیمانکار

پیش از سفارش، درباره سابقه پیمانکار در ماشین کاری مواد مشابه سوال کنید. سابقه فرزکاری آلومینیوم یا فولاد معمولی، به تنهایی نشان نمی دهد که کارگاه برای فرزکاری فولاد 60 راکول یا اینکونل آماده است.

موارد مهم برای بررسی عبارت اند از:

• سابقه ماشین کاری فولادهای سخت
• تجربه کار با فولادهای قالب سازی
• توانایی فرزکاری تیتانیوم یا اینکونل
• در اختیار داشتن ابزارهای تخصصی
• استفاده از نرم افزار CAM مناسب
• امکان اجرای عملیات سه محور، چهار محور یا پنج محور
• توانایی کنترل قطعه در حین فرآیند
• دسترسی به تجهیزات اندازه گیری دقیق

بررسی تجهیزات اندازه گیری

پیمانکاری که فقط قطعه را ماشین کاری می کند اما ابزار لازم برای کنترل آن را ندارد، نمی تواند کیفیت نهایی را به شکل قابل اتکا تضمین کند.

پیش از شروع پروژه، درباره نحوه کنترل این موارد شفاف سازی کنید:

• ابعاد کلی قطعه
• موقعیت سوراخ ها
• تلرانس های هندسی
• هم محوری
• تختی و موازی بودن
• صافی سطح
• سختی قطعه
• وجود ترک یا آسیب سطحی

برای قطعات حساس، ممکن است پس از ماشین کاری به تست های غیرمخرب مانند مایع نافذ یا ذرات مغناطیسی نیاز باشد. نوع تست باید بر اساس جنس قطعه و الزامات پروژه انتخاب شود.

درخواست نمونه کار و برنامه کنترل کیفیت

پیش از نهایی کردن سفارش، درخواست کنید پیمانکار نمونه کار مشابه یا گزارش کنترل کیفیت پروژه های قبلی را ارائه دهد. همچنین بهتر است از ابتدا درباره این موارد توافق شود:

• تلرانس قابل دستیابی
• روش اندازه گیری
• ابزار مورد استفاده
• زمان تحویل
• مراحل تایید نمونه اولیه
• مسئولیت آسیب احتمالی به قطعه خام
• نحوه بسته بندی و ارسال
• شرایط اصلاح یا ساخت مجدد قطعه

هزینه ماشین کاری قطعات سخت چقدر است؟

فرزکاری قطعات سخت معمولا از ماشین کاری فولادهای معمولی یا آلومینیوم هزینه بیشتری دارد. با این حال، قیمت نهایی به سختی ماده، حجم باربرداری، دقت مورد نیاز و پیچیدگی هندسه وابسته است.

عوامل موثر بر قیمت

آیا می توان هزینه را کاهش داد؟

بله، اما کاهش هزینه نباید با حذف کنترل کیفیت یا استفاده از ابزار نام ابهام. راهکارهای موثرتر عبارت اند از:

• ارسال نقشه کامل و بدون ابهام
• مشخص کردن دقیق جنس و سختی قطعه
• طراحی گوشه های داخلی با شعاع قابل ماشین کاری
• کاهش حفره های بسیار عمیق در صورت امکان
• انتخاب ابزار استاندارد و قابل تامین
• استفاده از مسیر ابزار بهینه
• کاهش تعداد دفعات بستن قطعه
• تولید چند قطعه در یک ستاپ، در صورت امکان
• تایید نمونه اولیه پیش از تولید کامل
• انتخاب پیمانکاری که تجربه مستقیم با متریال مورد نظر دارد

طراحی قطعه نیز روی هزینه اثر زیادی دارد. گوشه داخلی کاملا تیز، دیواره بسیار نازک و حفره عمیق با قطر کم، معمولا به ابزار خاص، زمان بیشتر و چند مرحله ماشین کاری نیاز دارد.

اشتباهات رایج در ماشین کاری قطعات سخت

در این بخش اشتباهات رایج  را بررسی می کنیم:

نادیده گرفتن عملیات حرارتی

ماشین کاری قطعه ای که پس از عملیات حرارتی هنوز تنش داخلی زیادی دارد، می تواند باعث تغییر فرم و از بین رفتن تلرانس ها شود. در قطعات حساس، برنامه عملیات حرارتی و تنش زدایی باید پیش از شروع تولید بررسی شود.

استفاده از ابزار کند

ابزار کند معمولا براده را به شکل تمیز جدا نمی کند و باعث مالش، افزایش حرارت و بالا رفتن نیروی برش می شود. ادامه کار با چنین ابزاری یکی از دلایل اصلی شکست ناگهانی اینسرت است.

حدس زدن پارامترها

پارامترهای ماشین کاری نباید فقط بر اساس تجربه عمومی یا صدای دستگاه تعیین شوند. از اطلاعات کاتالوگ سازنده ابزار، نرم افزارهای محاسبه پارامتر و تست اولیه استفاده کنید.

کاهش بیش از حد پیشروی

بعضی اپراتورها برای جلوگیری از شکست ابزار، پیشروی را بیش از اندازه کم می کنند. این کار ممکن است باعث شود لبه ابزار به جای برش، روی سطح قطعه مالش پیدا کند و حرارت بیشتری ایجاد شود.

افزایش بیش از حد دور اسپیندل

بالا بردن دور اسپیندل برای افزایش سرعت تولید، در مواد سخت معمولا به افزایش دما و سایش سریع ابزار منجر می شود. سرعت برش باید بر اساس جنس قطعه و ابزار انتخاب شود.

نادیده گرفتن بیرون زدگی ابزار

ابزار بلند مانند یک اهرم عمل می کند و کوچک ترین نیرو را به لرزش تبدیل می کند. تا حد امکان از ابزار کوتاه تر استفاده کنید و در حفره های عمیق، ابزار مناسب همان عمق را انتخاب کنید.

بستن بیش از حد قطعه در فیکسچر

فشار بیش از حد فک ها می تواند قطعات نازک را تغییر شکل دهد. قطعه پس از باز شدن از فیکسچر، ممکن است به ابعاد واقعی خود برگردد و خارج از تلرانس باشد.

توجه نکردن به براده ها

براده های سخت و داغ می توانند دوباره زیر ابزار قرار بگیر قرار بگیرند و هم به سطح قطعه و هم به لبه ابزار آسیب. تخلیه مداوم براده بخش مهمی از فرآیند است.

آیا فرز پنج محور برای ماشین کاری قطعات سخت ضروری است؟

فرز پنج محور برای همه پروژه ها ضروری نیست، اما در قطعات پیچیده می تواند کیفیت، سرعت و دسترسی ابزار را بهتر کند. این دستگاه امکان می دهد ابزار با زاویه مناسب تری نسبت به سطح قطعه قرار بگیرد.

فرز پنج محور در موارد زیر مزیت بیشتری دارد:

• سطوح آزاد و منحنی
• پره های توربین
• قالب های پیچیده
• قطعات دارای زوایای منفی
• حفره هایی که با سه محور به سختی قابل دسترسی هستند
• قطعاتی که نیاز به کاهش تعداد دفعات بستن دارند
• ماشین کاری سطوح شیب دار و چندوجهی

در مقابل، برای بسیاری از قطعات منشوری و عملیات ساده، یک دستگاه سه محور صلب با ابزار و برنامه مناسب می تواند نتیجه قابل قبولی ایجاد کند. بنابراین انتخاب تعداد محورها باید بر اساس هندسه قطعه انجام شود، نه فقط بر اساس جدیدتر یا گران تر بودن دستگاه.

تفاوت ماشین کاری خشک، هوای فشرده و خنک کاری مایع

هیچ روش خنک کاری برای تمام مواد سخت مناسب نیست. انتخاب روش به جنس قطعه، ابزار، سرعت برش و نوع عملیات بستگی دارد.

ماشین کاری خشک

در ماشین کاری خشک، ابزار بدون مایع خنک کننده وارد قطعه می شود و معمولا از هوای فشرده برای خارج کردن براده استفاده می شود. این روش در بعضی عملیات فولاد سخت با ابزار پوشش دار، نتیجه خوبی دارد.

مزیت آن، کاهش خطر شوک حرارتی و حذف هزینه مدیریت مایع خنک کننده است. البته کنترل دما، تخلیه براده و انتخاب ابزار در این روش اهمیت بیشتری دارد.

استفاده از هوای فشرده

هوای فشرده بیشتر برای خارج کردن براده و خنک کاری نسبی استفاده می شود. این روش برای حفراده مشکل، شیارها و عملیات هایی که تجمع براده مشکل ایجاد می کند، مفید است.

استفاده از مایع خنک کننده

خنک کاری مایع می تواند دمای قطعه و ابزار را کنترل کند و براده ها را از ناحیه برش دور کند. اما نوع مایع، فشار پاشش و روش رسیدن آن به نقطه برش باید با توصیه سازنده ابزار هماهنگ باشد.

در عملیات حساس، استفاده از خنک کاری از داخل ابزار یا جت پرفشار می تواند تخلیه براده را بهتر کند. ریختن مایع خنک کننده از فاصله دور، همیشه به معنی خنک کاری موثر نیست.

نکات ایمنی در فرمنی در فرزکاری قطعات سخت

ماشین کاری مواد سخت، براده های دیز تولید می کند و شکست ابزار نیز ممکن است ناگهانی اتفاق بیفتد. رعایت نکات زیر ضروری است:

• از عینک ایمنی یا محافظ کامل صورت استفاده کنید.
• هنگام کار با مواد غبارزا، کنید.
• هنگام کار با مواد غبارزا، ماسک مناسب بزنید.
• و برق آن را قطع کنید.
• دست را به مسیر حرکت ابزار نزدیک نکنید.
• از لباس های گشاد، دستبند و زیورآلات استفاده نکنید.
• درب دستگاه را هنگام اجرای برنامه باز نکنید.
• ابزار و کلت آسیب دیده را به کار نبرید.
• پیش از شروع کار، فیکسچر و پیچ های مهار را بررسی کنید.
• کلید توقف اضطراری را پیش از شروع کار شناسایی کنید.
• براده داغ را با دست جمع نکنید.
• از مایع خنک کننده و روغن برش مطابق دستورالعمل استفاده کنید.
• در صورت تغییر صدای برش، دستگاه را متوقف و علت را بررسی کنید.

سوالات متداول درباره ماشین کاری قطعات سخت با فرز CNC

در این بخش از فراتک صنعت به سوالات رایج شما عزیزان پاسخ کامل می دهیم. شما نیز اگر سوالی داشتید در بخش کامنت های سایت باما در ارتباط باشید.

آیا ماشین کاری قطعات با سختی بالاتر از 60 راکول امکان پذیر است؟

بله، اما امکان پذیری آن به نوع آلیاژ، هندسه قطعه، ابزار، دستگاه و مقدار باربرداری بستگی دارد. برای فولادهای بسیار سخت، استفاده از ابزارهای CBN یا ابزارهای تخصصی دیگر می تواند مناسب باشد. با این حال، این عملیات به دستگاهی بسیار صلب و کنترل دقیق لرزش نیاز دارد و برای هر پروژه باید جداگانه ارزیابی شود.

بهترین ابزار برای فرزکاری فولاد سخت چیست؟

برای بسیاری از فولادهای سخت کاری شده، ابزار کارباید با پوشش مناسب و گرید فوق ریزدانه گزینه خوبی است. در سختی های بالاتر یا عملیات خاص، ابزار CBN می تواند انتخاب مناسب تری باشد. نوع ابزار باید بر اساس سختی، پیوسته یا منقطع بودن برش، مقدار باربرداری و صافی سطح مورد نیاز انتخاب شود.

آیا می توان فولاد سخت را با ابزار HSS ماشین کاری کرد؟

در بیشتر عملیات دقیق و سنگین، HSS انتخاب اول برای فولاد سخت کاری شده نیست. این ابزارها در سرعت های پایین تر و برخی عملیات سبک ممکن است استفاده شوند، اما مقاومت سایشی و تحمل حرارتی آنها معمولا از کارباید پوشش دار یا CBN کمتر است.

چرا زمان تحویل قطعات سخت بیشتر است؟

قطعات سخت معمولا به سرعت برش پایین تر، ابزار تخصصی، تست اولیه، چند مرحله باربرداری و کنترل ابعادی میان مرحله نیاز دارند. اگر قطعه پس از ماشین کاری تحت عملیات حرارتی یا تست غیرمخرب قرار بگیرد، زمان تحویل باز هم افزایش پیدا می کند.

چگونه عمر ابزار را در فرزکاری فولاد سخت افزایش دهیم؟

انتخاب ابزار مناسب، کاهش بیرون زدگی، استفاده از فیکسچر صلب، تنظیم درست سرعت و پیشروی، جلوگیری از ورود ناگهانی، تخلیه مناسب براده و کنترل لرزش، مهم ترین عوامل افزایش عمر ابزار هستند. همچنین نباید منتظر شکست کامل ابزار بمانید و باید ابزار فرسوده را به موقع تعویض کنید.

آیا استفاده از آب صابون در ماشین کاری قطعات سخت مناسب است؟

در بعضی شرایط بله، اما پاسخ به نوع ابزار، جنس قطعه و روش برش بستگی دارد. برخی ابزارها برای ماشین کاری خشک طراحی شده اند و برخی با خنک کاری پرفشار عملکرد بهتری دارند. انتخاب مایع خنک کننده باید بر اساس توصیه سازنده ابزار و شرایط واقعی فرآیند انجام شود.

آیا فرز پنج محور کیفیت ماشین کاری را همیشه بهتر می کند؟

فرز پنج محور در قطعات پیچیده، سطوح منحنی و نقاطی که دسترسی ابزار دشوار است، مزیت قابل توجهی دارد. اما در قطعات ساده، کیفیت به صلبیت دستگاه، ابزار، فیکسچر و برنامه نویسی وابستگی بیشتری دارد و صرفا تعداد محورها تضمین کننده کیفیت نیست.

برای برون سپاری ماشین کاری قطعات سخت چه اطلاعاتی باید به پیمانکار بدهیم؟

نقشه سه بعدی و دو بعدی، جنس دقیق قطعه، سختی، وضعیت عملیات حرارتی، تلرانس های ابعادی، صافی سطح، تعداد قطعات، زمان تحویل و الزامات کنترل کیفیت را در اختیار پیمانکار قرار دهید. اگر قطعه حساس است، روش اندازه گیری و تست های نهایی را نیز از ابتدا مشخص کنید.

آیا ماشین کاری سخت همیشه از سنگ زنی بهتر است؟

خیر. انتخاب میان فرزکاری سخت و سنگ زنی به هندسه، مقدار باربرداری، دقت، صافی سطح و تیراژ بستگی دارد. فرزکاری سخت برای حفره ها، فرم های پیچیده و برخی عملیات با باربرداری بیشتر مناسب است، در حالی که سنگ زنی ممکن است برای رسیدن به صافی و دقت نهایی در سطوح خاص انتخاب بهتری باشد.

جمع بندی

ماشین کاری قطعات سخت با فرز CNC، فرآیندی نیست که بتوان آن را با انتخاب یک ابزار گران قیمت یا افزایش قدرت اسپیندل حل کرد. نتیجه مطلوب زمانی به دست می آید که جنس و سختی قطعه، وضعیت عملیات حرارتی، نوع ابزار، پارامترهای برش، مسیر حرکت، فیکسچر، خنک کاری و روش اندازه گیری در کنار یکدیگر بررسی شوند.

سایش سریع ابزار، تولید حرارت، تغییر فرم، لرزش و دشواری رسیدن به صافی سطح، مهم ترین چالش های این فرآیند هستند. استفاده از ابزار کارباید پوشش دار، ابزار CBN در شرایط مناسب، مسیرهای تروکوئیدال، ورود حلزونی، ابزارگیر دقیق و فیکسچر صلب می تواند ریسک تولید را کاهش دهد.

در پروژه های حساس، انتخاب پیمانکار نیز به اندازه انتخاب دستگاه اهمیت دارد. کارگاهی را انتخاب کنید که تجربه واقعی در ماشین کاری مواد سخت داشته باشد، بتواند پارامترهای برش را بر اساس کاتالوگ ابزار و نرم افزار CAM تعیین کند و تجهیزات لازم برای اندازه گیری و کنترل نیند مهند داشته باشد.

در نهایت، یک فرآیند مهندسی و کنترل شده، هزینه ابزار و زمان ماشین کاری را مدیریت می کند و احتمال خرابی قطعه، توقف دستگاه و دوباره کاری را کاهش می دهد. به همین دلیل، خدمات فرز CNC قطعات سخت باید بر اساس توانایی فنی و سابقه عملی پیمانکار انتخاب شود، نه فقط پایین ترین قیمت پیشنهادی.