一، کیفیت فولاد با استحکام بالا-و مشکلاتی که هنگام کار با آن به وجود می آید
فولاد با استحکام بالا معمولاً فولاد آلیاژی با مقاومت کششی بیش از 1200 مگاپاسکال است. می توان آن را به دو گروه تقسیم کرد: فولاد کم آلیاژ-(مانند 40Cr، 30CrMnSi) و فولاد با استحکام فوق العاده بالا (مانند 300M، 45CrNiMoVA). قسمت های اصلی آن عبارتند از:
سختی و چقرمگی بالا: پس از خاموش کردن یا تمپر کردن، سختی می تواند به HRC30-50 برسد، استحکام کششی به 1500MPa می رسد و چقرمگی خوب باقی می ماند. این بدان معناست که برش آن بسیار سخت است و نیروی برش 1.2 تا 1.5 برابر بیشتر از فولاد معمولی است.
رسانایی حرارتی کم: رسانایی حرارتی فقط 1/3 تا 1/4 از فولاد کربن متوسط است. گرمای برش بیشتر در ناحیه نوک ابزار است که می تواند به سرعت ابزار را فرسوده کند.
تمایل به سفت کاری: در هنگام برش یک لایه سخت شده روی لایه سطحی ایجاد می شود. این لایه 50 تا 100 درصد سخت تر از مواد زیرین است که برش را سخت تر می کند.
تراشه های سخت شکسته می شوند: انعطاف پذیری بالا باعث می شود که تراشه ها نوارهای پیوسته ای را تشکیل دهند که به راحتی در ابزار و قطعه کار گیر می کنند که باعث می شود ماشینکاری پایداری کمتری داشته باشد.
این ویژگی ها باعث ایجاد مشکلاتی از جمله شکستن ابزار، سایش سریع و کیفیت پایین سطح در هنگام ماشینکاری با روش های سنتی می شود. سوال اساسی این است که آیا ماشینکاری CNC می تواند این چالش ها را پشت سر بگذارد؟
2، بررسی چگونگی عملکرد فناوری ماشینکاری CNC با فولاد با استحکام بالا
ماشینکاری کنترل عددی به تولید فولاد با استحکام بالا کمک میکند و به شما امکان میدهد حرکت را با دقت بالا کنترل کنید، ابزارها را بهطور خودکار تغییر دهید، و بسیاری از محورها را به هم متصل کنید. ممکن است به روش های زیر میزان سازگاری آن را مشاهده کنید:
1. قوانین سختگیرانه برای ماشین ابزار
پردازش فولاد با استحکام بالا نیازمند ماشینابزارهای مجهز به دوکهای-استحکام بالا و سیستمهای ریل راهنما است که قادر به تحمل نیروهای برشی قابلتوجه هستند. برای مثال، پنج{3}}ماشین ابزار CNC پیوند محوری، میتوانند لرزش را در حین ماشینکاری سطوح پیچیده کاهش دهند و با بهبود طراحی ساختاری و الگوریتمهای کنترل حرکت، ماشینکاری را پایدارتر کنند. مرکز ماشینکاری پنج محور مورد استفاده در هوانوردی دارای یک تابع برش با سرعت خطی ثابت است که سرعت برش را هنگام آسیاب کردن سطوح مخروطی و کروی یکسان نگه میدارد. این از بارگذاری بیش از حد ابزار در هنگام تغییر سرعت جلوگیری می کند.
2. بهبود مواد و شکل ابزار
از آنجایی که فولاد با استحکام بالا- بسیار قوی است، مواد ابزار باید تعادل مناسبی از سختی، چقرمگی و پایداری حرارتی را پیدا کنند:
ابزارهای برش آلیاژی سخت برای ماشینکاری خشن خوب هستند. آنها با افزودن کاربیدهایی مانند TiC و TaC بهتر ساخته می شوند. به عنوان مثال، هنگام کار با ابزارهای برش فولاد ضد زنگ آستنیتی 2169 و آلیاژ سخت YH1، ممکن است با استفاده از زاویه جلو 22 درجه و زاویه عقب 10 درجه، همراه با خنک کننده روغن برش سولفوره، زبری سطح 0.8-1.6 میکرومتر بدست آورید.
ابزارهای برش روکش دار: پوشش TiAlN می تواند سطح ابزارهای برش را سخت تر از 3500HV کند و احتمال سایش هلالی را کمتر کند. آزمایشها نشان دادهاند که ابزارهای دارای پوشش سه برابر بیشتر از ابزارهای بدون پوشش در هنگام کار با فولاد 300M عمر میکنند.
ابزار برش مکعبی نیترید بور (CBN) برای ماشینکاری دقیق خوب است و می تواند تا دمای 3000HV را تحمل کند. هنگام برش با سرعت 50 متر در دقیقه و تغذیه با سرعت 0.1 میلی متر بر ثانیه می تواند زبری سطح 0.4 میکرومتر یا کمتر داشته باشد.
پارامترهای هندسی ابزار برش: زاویه چنگک کوتاه (0 درجه -5 درجه)، زاویه چنگک بزرگ (10 درجه -15 درجه)، و طراحی لبه منحنی که می تواند قدرت برش را پخش کند و احتمال شکستگی لبه را کاهش دهد. به عنوان مثال، شعاع نوک ابزار r بزرگتر یا مساوی 0.8 میلی متر می تواند طول عمر ابزار را در حین کار با فولاد 300 متری افزایش دهد.
3. تنظیمات برش و روش خنک شدن
سرعت برش: برای ماشینکاری خشن، سرعت پایین نگه داشته می شود (15-50 متر در دقیقه) تا تنش حرارتی کاهش یابد. برای ماشینکاری دقیق، سرعت به 80-120 متر در دقیقه افزایش می یابد تا از اثر نرم شدن حرارتی استفاده شود. آزمایش ماشینکاری خشن فولاد 300M نشان می دهد که نیروی برش متوسط است و کیفیت سطح خوب است زمانی که سرعت برش 150 متر در دقیقه، نرخ تغذیه 0.2 میلی متر در ثانیه و عمق برش 1 میلی متر است.
نحوه خنک کردن: مایع خنک کننده با فشار بالا (فشار بیشتر یا مساوی 7 مگاپاسکال) می تواند وارد ناحیه برش شود و دما را تا بیش از 40٪ کاهش دهد. برای مواد تراشه ای که به سختی شکسته می شوند، فناوری های خنک کننده پالسی می توانند به ترک خوردن تراشه ها کمک کنند.
انتخاب سیال برش مناسب: امولسیون فشار شدید که دارای افزودنی های گوگرد و کلر با فشار شدید است، می تواند یک پوشش جذب شیمیایی ایجاد کند که از تماس مستقیم ابزار با قطعه کار جلوگیری می کند. به عنوان مثال، استفاده از یک خنک کننده فعال با CCL4 هنگام کار با فلزات با دمای{2}بالا، می تواند ابزارها را 50٪ بیشتر دوام بیاورد.
3، کاربردهای متداول ماشینکاری CNC برای فولادهای با استحکام بالا
1. ساخت قطعات برای آهنگری هوانوردی
برای هوانوردی، آهنگرهای قالب فولادی با استحکام بالا، مانند قاب انتهایی مخازن سوخت، اشکال پیچیده و مواد قوی دارند. پردازش سنتی کند است و نیاز به بستن زیادی دارد. با استفاده از مدلسازی معکوس اسکن نوری، ما توانستیم پس از تغییر به فناوری ماشینکاری CNC پنج محور، فضای خالی را دقیقاً تعیین کنیم. هنگامی که با آزمایش های برش برای یافتن بهترین تنظیمات (مانند سرعت برش 60 متر در دقیقه و نرخ تغذیه 0.05 میلی متر در دقیقه) ترکیب شد، مدت زمان پردازش یک قطعه 40 درصد کاهش یافت و زبری سطح به Ra0.8 میکرومتر رسید.
2. کار بر روی شفت گیربکس خودرو
فولاد 40Cr مورد استفاده برای محورهای انتقال خودرو باید در برابر خستگی بسیار قوی باشد. با استفاده از ابزارهای برش آلیاژی سخت روکش شده با زاویه جلو 5 درجه و زاویه پشت 12 درجه در تراشکاری CNC، همراه با برش با سرعت خطی ثابت (سرعت سطحی 120 متر در دقیقه)، ابزار در طول پردازش دسته ای بیش از 2 ساعت دوام می آورد و نرخ صلاحیت محصول تا 99.5٪ افزایش می یابد.
