استفاده از ابزار های نسل جدید بر پایه نانو نیترید بور مکعبی در تراشکاری قطعات سخت

استفاده از ابزار های نسل جدید بر پایه نانو نیترید بور مکعبی ( NANO CBN ) در تراشکاری قطعات سخت

 پیشرفت سریع صنعت در دنیای امروز موجب شده است تا تنوع قطعات تولیدی روز به روز افزایش یابد که در نتیجه آن نیاز به روش های جدید برای تولید قطعات بیش از پیش احساس می شود. در این بین روش تراشکاری از دیرباز مورد توجه بسیاری از سازندگان و تولیدکنندگان بوده است. یکی از مهمترین پارامتر های تاثیر گذار در بازده فرایند تراشکاری جنس ابزار مورد استفاده است که باید متناسب با جنس قطعه کار انتخاب شود تا بتواند علاوه بر داشتن طول عمر بالا ، زمان ماشینکاری را نیز تا حد ممکن کاهش دهد. به طور کلی امروزه ابزار های تراشکاری به چهار دسته عمده تقسیم می شوند که در شکل ۱ آورده شده است. هر یک از ابزارها دارای خواص منحصر به فردی هستند که با توجه آن کاربرد های متفاوتی خواهند داشت. در بین قطعه کار هایی که امروزه مورد تراشکاری قرار می گیرند قطعات سخت (سختی بالاتر از ۴۵ راکول C) از اهمیت بالایی برخوردار هستند. اغلب تولیدکنندگان در حین تراشکاری این دسته از قطعات دچار مشکلات مختلفی هستند که مهمترین آنها جنس ابزار مورد استفاده است که امروزه بیشتر از اینسرت های سرامیکی و CBN بدین منظور استفاده می شود.

شکل ۱ - تاریخچه جنس انواع ابزار های تراشکاری

CBN یک ماده پلی آمورف مکعبی بر پایه نیترید بور می باشد. این ماده دومین ماده سنتزی سخت دنیا بعد از
الماس است. مطالعات بازار ابزار های مورد استفاده در صنایع مختلف نشان می دهد که استفاده از ابزار های CBN
روز به روز در حال افزایش است. آمارها نشان می دهد که این میزان در سال ۲۰۱۵ با رشد ۳۸ % نسبت به پنج
سال گذشته به چیزی بالغ بر ۸۸۵ میلیون دلار رسیده است. رایج ترین نوع اینسرت های CBN موجود در بازار
اینسرت های پلی کریستال ( PCBN ) است.

شکل ۲ - بازار ابزار های CBN مورد استفاده در ماشینکاری قطعات سخت

عمده مزایای اینسرت های PCBN عبارتند از سختی بالا ، حفظ سختی در دمای بالا ، مقاومت در برابر خوردگی و
پایداری حرارتی خوب است. اما در کنار این مزایا ، PCBN ها مقاومت به ضربه پایینی دارند ، شوک پذیری آنها
کم است و در نتیجه قادر به کار در شرایط همراه با خنک کاری نیستند. همین مورد باعث می شود تا محدوده
کاری آنها محدود شده و قابلیت کار نداشته باشند.
امروزه نسل جدیدی از اینسرت های CBN با استفاده از نانو تکنولوژی ساخته شده است که به آنها nano-CBN یا
NCBN گفته می شود. در این اینسرت ها از نانو ذرات سرامیکی به عنوان بایندر استفاده شده که باعث بهبود نقاط
ضعف PCBN می شود. از این رو در ابزار های جدید NCBN مزایای سختی بالا ، طول عمر کاری زیاد ، پایداری
حرارتی در کنار مقاومت به ضربه خوب و مقاومت در برابر شکست بالاتر قرار میگیرند. تفاوت ریزساختاری
اینسرت های PCBN و NCBN را می توان در شکل ۳ مشاهده کرد.
شرکت Microbor ، یکی از بزرگترین تولید کننده های اینسرت تراشکاری در دنیا است. این شرکت در سال ۲۰۰۹
میلادی شروع به توسعه فناوری تولید اینسرت های CBN بر پایه نانوتکنولوژی کرده است. ابزارهای nano-CBN
شرکت Microbor مقاومت به ضربه و حرارت بالایی دارند ، کیفیت این محصولات قابل رقابت با ابزار های CBN
مشهور دنیا می باشد . جدول ۱ مقایسه خواص اینسرت های مختلف را با هم نشان می دهد.

شکل ۳ – ریز ساختار اینسرت های الف- PCBN و ب- NCBN

جدول ۱ – مقایسه خواص ابزار های تراش

*محصول شرکت Microbor

اینسرت های NCBN تولید شده توسط شرکت Microbor دارای ویژگی های مختلفی هستند از جمله :

• استحکام بالا لبه های برش

استحکام بالای لبه های برش موجب افزایش طول عمر ابزار ، حتی در حالت براده برداری منقطع می شود.

• هدایت حرارتی بالا

به دلیل درصد بالای CBN به کار رفته در این دسته از ابزار ، این ابزار دارای هدایت حرارتی بالایی بوده و
در نتیجه طول عمر بیشتری دارد.

• پایداری لبه های برش

پایداری لبه های برش در برابر سایش در هنگام ماشین کاری تمامی انواع چدن حتی در سرعت های
براده برداری بالا ، میزان بار برداری و عمق براده زیاد.

• ماشین کاری با سرعت بالا

گزینه مناسبی برای پرداخت اولیه و نهایی در سرعت های بالا می باشد.

• مقاومت به سایش

دستیابی به پایداری ابعادی و زبری سطح پایین Ra=0.4μm هنگام ماشین کاری پیوسته با این اینسرت ها به خوبی
امکان پذیر است.

• شوک پذیری بالا

شوک پذیری بالای این دسته از اینسرت ها موجب می شود تا شما بتوانید هم در حضور خنک کننده و هم در عدم
حضور آن با این ابزارها کار کنید.
با توجه به این ویژگی ها ، نتایج نشان داده است که استفاده از اینسرت های NCBN موجب می شود تا بهره وری
تولید تا ۲۵ % افزایش پیدا کرده و در نتیجه قیمت تمام شده قطعه نهایی تا ۱۴ % کاهش یابد. (شکل ۴)

شکل ۴ - فلوچارت هزینه های تولید و روش های کاهش هزینه

اصلی ترین گرید های شرکت میکروبور دو نوع MBR7010M و MBR5025M است که خواص آنها در جدول
زیر آورده شده است. سختی و چقرمگی به عنوان اصلی ترین عوامل در خواص یک ابزار بسیار حائز اهمیت است
که در شکل ۵ مقایسه بین گرید های شرکت Microbor و دیگر ابزار های رایج آورده شده است.
اینسرت های NCBN را می توان برای تمامی فرایند های ماشینکاری قطعات چدنی ، فولاد های سخت کاری شده ،
سوپرآلیاژها ، قطعات متالورژی پودر و تمامی مواد سخت مانند کامپوزیت های تنگستن به کار برد

جدول ۲ - مشخصات گرید های مختلف اینسرت های NCBN

شکل ۵ - مقایسه خواص ابزار های مختلف

نتایج تست مقایسه میزان سایش ابزار در حین تراشکاری یک نمونه قطعه کار چدنی با گرید GG25 که در مدت
زمان ۱۰ دقیقه تست شده است در شکل ۶ آورده شده است. همانطور که مشاهده می شود میزان سایش سطحی
در مقایسه با دو برند مختلف به مراتب کمتر است که نشان دهنده طول عمر بالاتر اینسرت در حین کارکرد است.

شکل ۶ - مقایسه خواص سایشی اینسرت های ( NCBN ( MBR7010M  با اینسرت های ( PCBN ( SECO , BXC90 
اینسرت مورد تست RNMN060300 T03020