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

استفاده از الماسه های نسل جدید بر پایه نانو نیترید بور ( Nano CBN ) در تراشکاری قطعات سخت

پیشرفت سریع صنعت در دنیای امروز موجب شده است تا تنوع قطعات تولیدی روزبه 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 پارامترهای تاثیر گذار در بازده فرایند تراشکاری جنس ابزار مورد استفاده است که باید متناسب با جنس قطعه کار انتخاب شود تا بتواند با علاوه بر داشتن طول عمر بالا، زمان ماشینکاری را نیز تا حد ممکن کاهش دهد. به طور کلی امروزه ابزارهای تراشکاری به چهار دسته عمده تقسیم می شوند که در شکل ۱ آورده شده است. هر یک از ابزارها دارای خواص منحصربه فردی هستند که با توجه آن کاربردهای متفاوتی خواهند داشت. در بین قطعه کارهایی که امروزه مورد تراشکاری قرار می گیرند قطعات سخت (سختی بالاتر از ۴۵ راکول سی) 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 الماسه های سرامیکی و CBN بدین منظور استفاده می شود.

شکل ۱ تاریخچه جنس انواع ابزارهای 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 ابزارهای مورد استفاده در صنایع مختلف نشان می دهد که استفاده از ابزارهای CBN
روزبه 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 الماسه های CBN موجود در بازار
الماسه های پلی کریستال ( PCBN ) است.

شکل ۲ بازار ابزارهای CBN مورد استفاده در ماشینکاری قطعات سخت

عمده مزایای الماسه 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 الماسه های CBN با استفاده از نانوتکنولوژی ساخته شده است که به آنها nano-CBN یا
NCBN گفته می شود. در این الماسه ها از نانوذرات سرامیکی به عنوان بایندر استفاده شده که باعث بهبود نقاط
ضعف PCBN میشود. از اینرو در ابزارهای 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
الماسه های PCBN و NCBN را می توان در شکل ۳ مشاهده کرد.
شرکت Microbor ، یکی از بزرگترین تولید کننده های الماسه تراشکاری در دنیا است. این شرکت در سال ۲۰۰۹
میلادی شروع به توسعه فناوری تولید الماسه 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 ابزارهای CBN
مشهور دنیا می باشد . جدول ۱ مقایسه خواص الماسه های مختلف را با هم نشان می دهد.

شکل ۳ – ریزساختار الماسه های الف( PCBN و ب( NCBN

جدول ۱ – مقایسه خواص ابزارهای تراش

*محصول شرکت Microbor

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

• استحکام بالا لبه های تراش

استحکام بالای لبه های تراش 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
درنتیجه طول عمر بیشتری دارد.

• پایداری لبه های تراش

پایداری لبه های تراش در برابر سایش خراشان 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

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

• شوک پذیری بالا

شوک پذیری بالای این دسته از الماسه 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 الماسه های NCBN موجب می شود تا بهره وری
تولید تا ۲۵ % افزایش پیدا کرده و در نتیجه قیمت تمام شده قطعه نهایی تا ۱۴ % درصد کاهش یابد. (شکل ۴)

شکل ۴ فلوچارت هزینه های تولید و رو ش های کاهش هزینه

اصلی ترین گریدهای شرکت میکروبور دو نوع MBR7010M و MBR5025M ا ست 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 گریدهای شرکت Microbor و دیگر ابزارهای رایج آورده شده است.
الماسه های NCBN را می توان برای تمامی فرایندهای ماشینکاری قطعات چدنی، فولادهای سخت کاری شده،
سوپرآلیاژها، قطعات متالورژی پودر و تمامی مواد سخت مانند کامپوزیت های تنگستن به کار برد

جدول ۲ مشخصات گریدهای مختلف الماسه های NCBN

شکل ۵ مقایسه خواص ابزارهای 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 نشاندهنده طول عمر بالاتر الماسه در حین کارکرد است.

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