قطعه کار

ویژگی‌ها: گروه مواد کلاس P شامل فولادهای کربنی و همچنین فولادهای آلیاژی است که جزء اصلی آن آهن (Fe) است. فولادهای کربنی از آلیاژهای آهن-کربن تشکیل شده‌اند و بر اساس میزان کربن (C) به فولاد کم کربن (

مشکلات ماشینکاری: مواد کلاس P معمولاً قابلیت ماشینکاری خوبی دارند، اما غلظت کربن، سختی و غیره تفاوت زیادی ایجاد می‌کند. فولاد کم کربن ویسکوزیته بیشتری دارد که باعث می‌شود شکستن براده دشوار شود، سایش چسبنده افزایش می‌یابد که منجر به ایجاد لبه‌های متراکم می‌شود. قابلیت ماشینکاری فولاد آلیاژی به میزان عناصر آلیاژی و سختی آن بستگی دارد، هرچه میزان آلیاژ و سختی بیشتر باشد، قابلیت ماشینکاری کمتر است. کاربید و برخی از عناصر آلیاژی، سایش سایشی را تشدید می‌کنند که باعث می‌شود اشکال خرابی عمدتاً سایش پهلو و سایش دهانه‌ای باشند.

ویژگی‌ها: سختی این نوع مواد بین ۴۵ تا ۶۵ راکول آر سی است. مواد رایج شامل فولادهای کربوریزه کننده، فولادهای یاتاقان و فولادهای ابزار هستند. به دلیل سختی بالای آنها، ماشینکاری تمام مواد در این گروه دشوار است. به عنوان مثال، زیرلایه مارتنزیتی دارای ساختار متراکم با مقاومت سایشی عالی اما شکل‌پذیری کم است. رسانایی حرارتی آن به کمی ۱۵-۲۵ وات بر میلی کلوین است که آنها را در معرض شوک حرارتی در حین ماشینکاری قرار می‌دهد. قطعات معمولی ساخته شده با این نوع مواد عبارتند از: شفت‌های محرک، چرخ دنده‌ها، چرخ دنده‌های فرمان و قالب‌های پانچ.

مشکلات ماشینکاری: معمولاً فرآیند اصلی ماشینکاری این نوع مواد، پرداخت‌کاری است. در طول فرآیند برش، گرمای زیادی تولید می‌شود و لبه برش دچار سایش قابل توجهی می‌شود. سختی بالا منجر به ریزتراشیدگی لبه ابزارهای برش می‌شود. برای جلوگیری از این مشکل، استفاده از ابزارهای کاربیدی دانه بسیار ریز (K10-K20) یا CBN مورد نیاز است، زیرا این ابزارهای برشی دارای سختی قرمز خوب، پایداری شیمیایی، استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر سایش هستند. تراشکاری این مواد عمدتاً با استفاده از ابزارهای CBN انجام می‌شود، در حالی که کاربید عمدتاً برای فرزکاری و سوراخکاری استفاده می‌شود.

ویژگی‌ها: فولادهای ضد زنگ کلاس M عمدتاً از آهن (Fe) تشکیل شده‌اند و میزان کروم (Cr) آنها بیش از 12٪ است و عناصر آلیاژی دیگری مانند Ni، Mo، Nb، Ti و غیره نیز در آنها وجود دارد. این مواد از مقاومت در برابر خوردگی عالی و استحکام در دمای بالا برخوردارند. بر اساس میزان کروم و نیکل (Ni) موجود در مواد، فولاد ضد زنگ به عنوان فولاد ضد زنگ فریتی، مارتنزیتی، آستنیتی و آستنیتی - فریتی (دوبلکس) طبقه‌بندی می‌شود. میزان کروم فولادهای ضد زنگ فریتی و مارتنزیتی معمولاً در محدوده 12 تا 18 درصد و کمی عناصر آلیاژی دیگر است. ماشینکاری و سخت‌کاری آنها آسان است و قابلیت جوشکاری کم و مقاومت در برابر خوردگی متوسطی دارند. میزان کروم و نیکل فولادهای ضد زنگ آستنیتی معمولاً به ترتیب 18 و 8 درصد است (مانند فولاد ضد زنگ 304). افزودن 2 تا 3 درصد مولیبدن (Mo) می‌تواند مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد (مانند فولاد ضد زنگ 316). فولادهای زنگ نزن دوپلکس معمولاً حاوی ۱۸ تا ۲۸ درصد کروم و ۴ تا ۷ درصد نیکل هستند. این فولادهای زنگ نزن استحکام کششی و مقاومت به خوردگی بالایی دارند.

مشکلات ماشینکاری: سایش ابزارهای برش برای ماشینکاری این مواد عمدتاً شامل سایش جانبی، سایش دهانه‌ای و لبه‌های انباشته است. در طول فرآیند برش، مقدار زیادی گرما در لبه برش تولید می‌شود که ممکن است منجر به تغییر شکل پلاستیک و سایش دهانه‌ای شدید شود، در عین حال، فرآیند برش مستعد سخت شدن سطوح و ایجاد براده‌های سخت است که به نوبه خود منجر به سایش شیاری می‌شود. سطح سخت شده می‌تواند باعث جدا شدن پوشش و ماده پایه از لبه برش شود و منجر به لب‌پریدگی و کیفیت پایین سطح شود. ماشینکاری آستنیت باعث ایجاد براده‌های طولانی و پیوسته با استحکام بالا می‌شود که شکستن براده را دشوار می‌کند.

ویژگی‌ها: مواد کلاس K - چدن‌ها آلیاژهایی هستند که عمدتاً از آهن (Fe)، کربن (C) و سیلیکون (Si) تشکیل شده‌اند، که در آن‌ها مقدار کربن عموماً بیشتر از 2.11٪ یا آلیاژ Fe-C با ساختار یوتکتیک است. وجود کربن در چدن عمدتاً به شکل گرافیت است. در نتیجه، چدن‌ها دارای اتلاف ارتعاش بالا، حساسیت کم به شیار، مقاومت عالی در برابر سایش و قابلیت ماشینکاری خوب هستند. آن‌ها به عنوان چدن خاکستری (HT250)، چدن چکش‌خوار (KTH300-06)، چدن گره‌ای (QT400-18)، چدن فشرده (RuT400) طبقه‌بندی می‌شوند. چدن‌ها دارای محتوای کربن بالا 2.5٪ -4.0٪، با محتوای سیلیکون 1.0٪ -3.0٪، سختی HB 150-300، رسانایی حرارتی 50-80 W/mK و ضریب انبساط حرارتی پایین هستند. این خواص باعث می‌شود که چدن‌ها برای ماشینکاری با سرعت بالا مناسب باشند. به دلیل عملکرد عالی ریخته‌گری و قیمت پایین، در پایه‌های مختلف ماشین ابزار، لوله‌های آهنی و قطعات خودرو کاربرد دارد.

مشکلات ماشینکاری: مورفولوژی گرافیت در چدن، ویژگی‌های برش را تعیین می‌کند، گرافیت ورقه‌ای مستعد تولید براده‌های بسیار کوتاه است و گرافیت کروی مقاومت برش را افزایش می‌دهد. همه چدن‌ها حاوی فاز گرافیت کاربید سیلیکون (SiC) هستند که لبه برش را به شدت ساییده و باعث سایش سایشی می‌شود. علاوه بر این، شکنندگی چدن می‌تواند باعث لب پریدگی لبه شود. ماشینکاری چدن خاکستری و چدن چکش‌خوار بسیار آسان است، اما ماشینکاری چدن‌های گره‌ای، چدن‌های فشرده و چدن‌های گره‌ای کوئنچ شده ایزوترمال، عمدتاً به دلیل محتوای بالاتر کربن و سیلیسیم، دشوارتر است.

ویژگی‌ها: مواد کلاس S شامل مواد پایه تیتانیوم و بسیاری از مواد آلیاژی بالا با آهن (Fe)، کبالت (Co) و نیکل (Ni) است که به آلیاژهای دما بالای پایه آهن، نیکل و کبالت طبقه‌بندی می‌شوند. این نوع مواد دارای استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی خوب و مقاومت در برابر حرارت بالا هستند و می‌توانند برای مدت طولانی در دمای بالای بیش از 600 درجه سانتیگراد و تحت تنش خاص به طور پایدار کار کنند. برای موادی مانند Ti-6Al-4V، TC4 و سایر آلیاژهای تیتانیوم α + β، نسبت استحکام به وزن آنها تا 110 کیلونیوتن بر کیلوگرم با رسانایی حرارتی تنها 7 وات بر متر کلوین و دما در ناحیه برش تا 1000 درجه سانتیگراد است. در حالی که محتوای فاز β بزرگتر از 20٪ باشد، افزایش قابل توجهی در پلاستیسیته وجود دارد که منجر به چسبندگی شدید تراشه می‌شود. برای آلیاژهای دما بالا، مانند GH4169 حاوی فاز تقویت شده γ، مقاومت حرارتی آن را می‌توان تا 650 درجه سانتیگراد حفظ کرد، که ماشینکاری آن را دشوار می‌کند. آلیاژهای دما بالا عمدتاً در هوافضا، توربین‌های گازی و صنایع تولید برق استفاده می‌شوند. آلیاژهای تیتانیوم در ساختارهای محصولات الکترونیکی مانند گره‌های قاب تلفن همراه رایج‌تر هستند.

مشکلات ماشینکاری: آلیاژهای دما بالا به دلیل چسبندگی بالای ماشینکاری، مدول الاستیک نسبتاً بزرگ و رسانایی حرارتی ضعیف، از جمله موادی هستند که ماشینکاری آنها دشوار است و منجر به تولید گرمای زیاد و ایجاد لبه‌های ضخیم می‌شوند. بنابراین، پردازش چاقوی روکش‌دار الزامات بالاتری دارد، به طوری که این ابزار مستعد سایش سایشی، سایش انتشاری و سایش پیوندی و سایر اشکال سایش ناشی از شکست است.

ویژگی‌ها: فلزات غیرآهنی کلاس N به تمام فلزات غیر از آهن (Fe)، منگنز (Mn) و کروم (Cr) گفته می‌شود. به عنوان مثال، آلیاژهای آلومینیوم (6061، 7075)، آلیاژهای مس (H62، C1100)، آلیاژهای منیزیم (AZ91D، AM60) و غیره همگی متعلق به این کلاس هستند. سختی آنها HB 50-150 و رسانایی حرارتی آنها >120 W/mK است. فلزات غیرآهنی معمولاً نرم‌تر هستند و مزایای منحصر به فردی دارند، مانند آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بهتر و مقاومت در برابر خوردگی عالی و آلیاژهای مس با رسانایی الکتریکی عالی. فلزات غیرآهنی کاربردهای گسترده‌ای در صنایع تولید ماشین‌آلات، برق، ارتباطات، لوازم خانگی و غیره دارند.

مشکلات ماشینکاری: استفاده از ابزار برش با لبه برش نسبتاً تیز برای ماشینکاری فلزات غیرآهنی می‌تواند به سرعت برش بالاتر و طول عمر برش طولانی‌تر دست یابد. با این حال، فلزات غیرآهنی مدول الاستیسیته کوچک، ظرفیت تغییر شکل پلاستیک پایین و ویسکوزیته نسبتاً زیادی دارند. برای آلیاژهای آلومینیوم، هنگامی که محتوای Si بیشتر از 12٪ باشد (مانند AlSi10Mg)، تشکیل فاز سخت SiC منجر به افزایش نیاز به مقاومت در برابر سایش و چقرمگی ابزار می‌شود. آلیاژهای مس در هنگام برش مستعد تولید رول‌های بلند براده هستند که تأثیر منفی بر برش دارد.