نقش خنک کاری در فرآیندهای ماشینکاری

در مواردی، باعث تأسف است که ، خنک‌کننده تنها “خنک‌کننده” نامیده می‌شود، چرا که این نام‌گذاری سبب می‌شود تا ماشینکاران ، کاربردهای دیگر خنک­ کننده را نادیده بگیرند. در واقع، از مایع خنک­ کننده برای سه دلیل مشخص استفاده می‌کنیم :

  1. پاک‌سازی براده (Chip Clearing) :

اسپری مایع بر روی محل ماشینکاری کمک می‌کند تا براده ها را از مسیر تیغه فرز برداریم. این کار کمک می‌کند تا تیغه فرز دوباره با براده ها تماس پیدا نکند و همچنین لقی براده (Chip Clearance) در فرزکاری مسیرهای بعدی با براده های باقیمانده پر نشود. تماس مجدد تیغه فرز با براده های باقیمانده باعث می‌شود تا تیغه فرز سریعتر تخریب شده و کیفیت سطح قطعه کار نیز افت کند. در بدترین حالت، هنگامی که تیغه فرز داخل یک شکاف را ماشینکاری می کند که با براده ها پر شده , عملا بسیار داغ شده و احتمال شکست آن بسیار بیشتر می شود .

 

  1. روان­کاری (Lubrication) :

برخی از مواد مانند آلومینیوم یا برخی از فولادها خاصیت چسبندگی زیادی داشته و به دلیل جنس تیغه های فرز, به آنها می چسبند، مگر اینکه با روانکاری لغزندگی آنها را افزایش داده و چسبندگی براده ها را کمتر کنیم.

  1. خنک‌کننده (Cooling) :

مایعات، به ‌خصوص خنک کننده های قابل حل در آب، قادر هستند که گرمای حاصل از فرزکاری را بسیار مؤثرتر از هوا دفع دهند. برای مثال، آب خالص 25 برابر هوا ، گرما را منتقل می‌کند. عمدا تصمیم گرفتیم که نقش خنک‌کنندگی را در انتها مطرح کنم نه به این دلیل که اهمیتی ندارد بلکه از این جهت که در ماشینکاری کمترین نقش مایع خنک‌کننده ، خنک کردن است !

بیایید در ادامه نگاهی دقیق‌تر به این سه عملکرد حیاتی مایع خنک‌کننده داشته باشیم.

پاک سازی براده ها

پاک‌سازی براده ها مهم‌ترین کارکرد مایع خنک کننده به حساب می‌آید. زمانی که می‌بینم فرزکاری در حالی انجام می شود که براده ها بر روی قطعه کار انباشته شده اند واقعا نگران می‌شوم. این براده های انباشته‌ شده مطمئنا طول عمر تیغه فرز را کاهش داده و حتی می‌تواند منجر به شکست آن شود. اگر در زمان فرزکاری براده ها کنار زده نشوند و تیغه مجبور باشد در هر پاس مجددا با براده ها تماس پیدا کند بسیار محتمل است که به دلیل جوش خردن براده ها با لبه قطعه کار با پدیده (built-up edge BUE) یا به عبارت دیگر لبه ساختگی روبرو شوید. اگر در عملیات ماشین‌کاری ، لقی تیغه به ‌اندازه کافی نباشد ممکن است تیغه تحت فشار براده ها بشکند.

اگر دستگاه شما دارای مایع خنک‌کننده نیست ، از هوا و یا آب برای دور کردن براده ها استفاده کنید. اکثر سازندگان ابزار توصیه می‌کنند که زمانی که سرعت سطحی (surface speed) از مقدار مشخصی بیشتر می‌شود برای افزایش عمر ابزار , خنک کاری به روش غوطه وری در مایع خنک کننده را قطع کنید. پدیده حرارت نمی تواند دلیل این توصیه بوده باشد زیرا در سرعت های سطحی بیشتر ، گرمای بیشتری تولید می شود.

روان­کاری

روان­کاری به ابزار کمک می‌کند تا برش را به ‌راحتی انجام دهد در حالیکه گرمای کمتری نیز تولید می گردد. هنگامی که پیشانی ابزار در تماس با قطعه­ کار است، در حین برش ساییده می‌شود. در زمانیکه که براده ها بر روی یکدیگر جمع می‌شوند، به دلیل تماس با ابزار ، گرمای بیشتری تولید می‌شود. همانند هر نوع تماس اصطکاکی دیگری , وجود مقدار کمی روغن سبب می‌شود تا گرمای کمتری تولید شود. این یکی از کارکردهای مهم روان­کار است ولی مهمترین نقش آن نمی باشد (با کاهش اصطکاک، گرمای کمتر تولید شود تا در نتیجه حرارت کمتری وجود داشته باشد که نیاز به دفع آن مطرح گردد). وظیفه بزرگ‌تر روان­کار، کاهش احتمال ایجاد BUE است. این موضوع مهمی در فرایند ماشینکاری است و هرکسی که شاهد چسبیدن توده ای از آلومینیوم به ابزار فرزکاری بوده است اهمیت آنرا تایید می کند.

خوشبختانه، پدیده BUE به جنس قطعه کار وابسته است و عمدتاً در مورد آلومینیوم و فولاد هایی اتفاق می‌افتد که دارای مقدار کمی کربن یا عناصر آلیاژی هستند. تیتانیوم ، ماده دیگری است که به دلیل چسبندگی براده ها در ماشینکاری مشهور است. استفاده از ابزارهای بسیار تیز با زاویه Rake بسیار زیاد (توجه کنید که وجود زاویه Rake مثبت در ابزار بسیار مفید است) تمایل به چسبندگی را به میزان زیادی کاهش می‌دهد اما کافی نیست. بسیاری از پوشش های مورد استفاده در ابزارها نیز می‌توانند نقش روان­کار را ایفا کنند، اگرچه این پوشش های ظریف بوده و با افزایش سایش از بین می‌روند لذا نمی توان به آنها به عنوان راه اصلی برای رفع مشکل BUE نگاه کرد. در پایان، مقدار کمی رطوبت می‌تواند این مسئله را مانند غوطه وری در مایع خنک کننده برطرف کند . فقط فراموش نکنید که قبل از اینکه توده براده های آلومینیومی به قطعه کار جوش بخورد برای روان­کاری اقدامی کنید. بعضی از ماشین­کاران حرفه‌ای اعتقاد دارند که اصلا نمی‌توانید آلومینیوم را بدون وجود روان ­کار ماشینکاری کنید. در این مورد استفاده از مقدار کمی از اسپری WD-40 نیز می‌تواند تفاوت قابل ملاحظه ای در فرزکاری آلومینیوم ایجاد کند.

  

خنک‌کننده

احتمالاً بزرگ‌ترین عامل مؤثر بر عمر ابزار دمای آن در زمان ماشینکاری است. مقدار کم گرما، مفید است، زیرا قطعه کار را نرم‌تر کرده و ماشینکاری آن را آسان ‌تر می‌کند. اما مقدار زیاد گرما مضر است، زیرا ابزار را نرم می‌کند، به این معنی که به ‌سرعت ساییده شده و نیروهای ناشی از فرزکاری افزایش یافته و در نتیجه ابزار گرمتر و خطر شکست آن بیشتر می شود. البته توجه به این نکته حایز اهمیت است که میزان حرارت قابل تحمل به ‌شدت به جنس تیغه فرز و نوع پوشش دهی آن وابسته است. دمای کارکرد تیغه های کاربیدی در مقایسه با ابزارهای ساخته شده از فولاد تندبر (HSS)، بسیار بالاتر است. بعضی از پوشش‌ های بکار رفته در تیغه های برش مانند نیترید آلومینیوم تیتانیوم (TiAlN) برای اینکه کار خود را به درستی انجام دهند واقعاً به دمای بالا نیاز دارند و اغلب بدون خنک‌کننده استفاده می‌شوند تا جاییکه برخی مزایای این نوع پوشش ها تا زمانی که گرمای کافی برای فعال کردن آنها وجود نداشته باشد خود را نشان نمی دهند.

بسیار گفته شده است که خاموش کردن مایع خنک‌کننده ، عمر ابزار برش را تحت شرایط خاصی افزایش می دهد. ابزارهای کاربیدی ، به ترک ‌خوردگی ‌های ریز (micro-cracking) ، تحت شوک‌ های حرارتی ناشی از ایجاد حرارت و خنک شدن ناشی از کارکرد خنک کننده حساس هستند. این اثر تحت عنوان Shock Cooling شناخته می‌شود و اثر زیادی بر روی عمر ابزار در ماشینکاری های سنگین دارد. شرکت ابزارسازی ساندویک (Sandvik) در دوره های آموزشی خود در مورد ابزارهای برشی ، توصیه می‌کند که برای اجتناب از این مسئله از تحت شرایط مختلف, عدم استفاده از خنک کننده و یا استفاده از مقادیر فراوان آنرا توصیه می کند. توجه به این نکته نیز ضروری است که گرمای بیش ‌از حد اثر نامطلوبی در دقت فرآیند دارد زیرا ابعاد قطعه کار را تغییر می‌دهد.

بازدید: 264

شاید این مطالب را هم دوست داشته باشید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *