مکانیزم فولاد خوش تراش
فولاد خوش تراش که به آن فولادهای ماشینکاری آزاد نیز می گویند، فولادهایی هستند که ماشین کاری آسانی دارند. مکانیزم فولاد خوش تراش به این صورت است که قابلیت ماشینکاری مواد افزایش یافته و به تبع آن تراشه ها هنگام ماشینکاری به قطعات کوچک شکسته می شوند و بنابراین از درهم تنیدگی آنها در ماشین آلات جلوگیری می شود. این امکان اجرای خودکار تجهیزات را بدون تعامل انسانی فراهم می کند. فولادهای خوش تراش با سرب همچنین امکان ماشینکاری بالاتر را فراهم می کند. به عنوان یک قانون سرانگشتی، قیمت فولاد خوش تراش معمولاً 20 تا 30 درصد بیشتر از فولاد استاندارد است. این قیمت بالاتر به دلیل فرآیندهای خاص تولید و ترکیب شیمیایی منحصر به فرد این فولادهاست که ویژگی های خاصی را به آنها می دهد. با این حال، افزایش سرعت ماشین کاری، برش های بزرگ تر و طول عمر ابزار بیشتر باعث می شود که در نهایت این هزینه اضافی با صرفه جویی در زمان و افزایش بهره وری جبران شود.
در عملیات تراشکاری، فرز و حفاری که معمولاً به عنوان عملیات ماشینکاری شناخته می شود، تغییر شکل/جوشکاری رابط ابزار/قطعه کار به جای تشکیل تراشه اتفاق می افتد. در طول عملیات ماشینکاری، پرداخت سطح مختل می شود، دمای برش افزایش می یابد و عمر ابزار به طور قابل توجهی کاهش می یابد. یک "لبه ساخته شده" بزرگ روی نوک ابزار با محتوای گوگرد بسیار کم تشکیل می شود. این امر مستلزم پوشیدن مکرر یا تعویض ابزار، کاهش بهره وری و هزینه های بالاتر است.
پارامتر های ماشینکاری
- سرعت ماشینکاری
- پرداخت سطح قطعات ماشین کاری شده
- عمر ابزار ابزارهای برش به کار رفته برای عملیات ماشینکاری.
اصطلاح ماشینکاری به سهولت و هزینه دستیابی به برنامه تولید برای قطعات ماشینکاری شده مربوط می شود. این با تولید مداوم قطعات ماشینکاری شده سروکار دارد که قادر به برآوردن مشخصات ویژگی های محصول و الزامات عملکرد خدمات، با حداقل هزینه است.ماشینکاری را میتوان از نظر پرداخت سطح، شکل تراشه، عمر ابزار، مصرف برق و نرخ تولید اندازهگیری کرد. ماشینکاری یک ویژگی منحصر به فرد ماده مانند استحکام کششی نیست، زیرا به معیار انتخاب شده، نوع ماده، نوع ابزار برش، عملیات برش، شرایط برش و قدرت ماشین ابزار بستگی دارد.
هرچه استحکام و سختی فولاد بیشتر باشد، نیروی برش و دمای آن بیشتر و قابلیت ماشینکاری آن کمتر است. با این حال، ترد شدن فولاد، با تسهیل فرآیند تشکیل تراشه و کاهش لبه ساخته شده، ماشینکاری آن را بهبود میبخشد.
با این حال یک سختی بهینه برای حداکثر ماشین کاری وجود دارد. در سطوح سختی بسیار پایین (کمتر از HV 100)، فولادها بسیار نرم و انعطاف پذیر هستند و لبه ساخته شده ناپایدار بزرگی روی لبه برش ایجاد می شود. در نتیجه ماشینکاری در فولادهایی که نرم و شکننده هستند بهترین است. از این رو هنگام تلاش برای به حداکثر رساندن قابلیت ماشینکاری باید مصالحه حاصل شود زیرا فولادهایی که معمولاً استفاده می شوند باید قوی و سخت باشند. هدف از طراحی فولادهای خوش تراش افزایش سهولت حذف فلز توسط عملیات برش است. با این حال، بهبود عملکرد ماشینکاری اغلب به قیمت خواص مکانیکی تمام می شود.
فولادهای خوش تراش معمولاً فولادهای کربنی هستند که گوگرد (S)، سرب (Pb)، بیسموت (Bi)، سلنیوم (Se)، تلوریم (Te) یا فسفر (P) به آن اضافه شده است. وجود این عناصر خواص لازم برای ماشینکاری آزاد را به شما می دهد زیرا اساساً پراکندگی آسان براده ها را در حین ماشینکاری تضمین می کند و در نتیجه نیروی ماشینکاری را کاهش می دهد و عمر ابزار و سطح پایان قطعه ماشینکاری شده را بهبود می بخشد.
متالورژی فولاد خوش تراش
رفتار برش فولادهای کربنی و آلیاژی تحت تأثیر ترکیب شیمیایی، ریزساختار، مقدار و نوع آخالها و میزان سخت شدن کار است. در فولادهای فریتی/پرلیتی نرمال شده، افزایش محتوای کربن به سرعت عمر ابزار را کاهش میدهد و تشکیل تراشه از مکانیزم جریان به مکانیزم برشی تغییر میکند. با این حال، برای فولادهای حاوی کمتر از 0.15٪ C، ممکن است لبههای بزرگی از مواد روی صفحه چنگک ابزار ایجاد شود که منجر به ویژگیهای ماشینکاری غیرقابل پیشبینی میشود.
کاهش نرخ سخت شدن کرنش میتواند باعث سایش ابزار کمتر، طول براده کوتاهتر و سطح برتر شود، و این میتواند با کار سرد یا افزایش سطح P و نیتروژن (N) افزایش یابد. اگر مقادیر فاز دوم سخت (مثلاً بینیت) به جای پرلیت وجود داشته باشد، ناحیه برش در جلوی قسمت بالای ابزار محدود می شود و منجر به دماهای بالاتر و نیروهای تغذیه کمتر می شود. سازههای مارتنزیتی/بینیتی خاموش و معتدل به دلیل سطوح سختی بالا، ویژگیهای ماشینکاری پایینتری از خود نشان میدهند، اگرچه اکثر فولادهای کربن متوسط در این شرایط ماشینکاری میشوند.
برای یک ساختار ماتریسی معین، یکی از محبوبترین روشهای افزایش عملکرد ماشینکاری، دستکاری ماهیت و توزیع آخالهای موجود در فولاد است. شامل ها را می توان به طور گسترده از نظر تأثیر آنها بر رفتار برش به شرح زیر طبقه بندی کرد.
- مضر (ساینده، سخت) مانند Al2O3، SiO2، Cr2O3، TiN و غیره
- مناسب مانند MnS، MnSe، MnTe، Pb، Bi
- اثر کوچک یا بدون اثر مانند FeO، MnO، سیلیکات های بازی نرم
یکی از رایج ترین تکنیک ها برای بهبود ماشین کاری، افزایش سطح S است. S ترکیب سولفید منگنز (MnS) را تشکیل می دهد که نرم است و به عنوان یک ناپیوستگی شکستن تراشه عمل می کند. S حجم اجزای MnS قابل تغییر شکل را افزایش می دهد. به طور معمول بالاترین سطوح S تجاری حدود 0.35٪ است و گوگرد ارزان ترین افزودنی ماشینکاری است. افزودنی ها به روش های زیر مفید هستند.
- کار برش در تشکیل تراشه کاهش می یابد.
- یک اثر روانکاری قوی در رابط ابزار/تراشه رخ می دهد.
- تردی تراشه افزایش مییابد.
- رسوبات سولفید محافظ روی ابزار کاربید در طیف وسیعی از سرعتهای برش شکل میگیرد.
- پایداری لبه ساخته شده افزایش یافته و اندازه کاهش مییابد، که منجر به بهبود سطح میشود.
با انواع خاصی از ابزار برش کاربید، یک لایه سولفید منگنز میتواند روی صفحه چنگک ابزار ایجاد شود و به عنوان یک مانع محافظ بین تراشه و ابزار عمل کند و ماشینکاری را بیشتر افزایش دهد. ماشینکاری با توزیع یکنواخت سولفیدهای کروی بزرگ، که توزیع آن به شدت تحت تاثیر روش های ریخته گری و اکسیداسیون است، بهینه می شود.
Se و Te می توانند جایگزین گوگرد برای تشکیل ترکیبات مخلوط شوند و فعالیت های بالای S آنها منجر به انرژی های سطحی پایین تر در سطح مشترک ماتریس / سولفید می شود و در نتیجه تشکیل میکرووید و ترک خوردگی را تشویق می کند. همچنین ممکن است به صورت یک لایه نازک در مرزهای بین فازی قرار گیرد و در نتیجه مقاومت در برابر برش را بیشتر کاهش دهد.
سرب به روشی مشابه گوگرد عمل می کند. اگرچه حلالیت سرب در فولاد مذاب حدود 0.3 درصد است، اما در حالت جامد عملاً نامحلول است و پراکندگی تصادفی از آخال ها را در فولادهای کم S تشکیل می دهد. در گریدهای گوگردی مجدد، افزودن سرب همچنین "دم" را روی اجزای MnS تشکیل می دهد. سرب به عنوان روان کننده داخلی عمل می کند، اصطکاک را کاهش می دهد، تردی تراشه را تقویت می کند، شکل تراشه و سطح را بهبود می بخشد. در دمای برش بالا، فولاد سرب دار شروع به رفتاری مشابه با فولاد بدون سرب می کند.
سرب می تواند به طور فعال کروی شدن سودمند سولفیدها را که منجر به افزایش عملکرد ماشینکاری می شود، ترویج کند. افزایش بیش از 0.35 درصد معمولاً به دلیل پدیده تفکیک امکان پذیر نیست. با این حال، معرفی همزمان تا 0.10٪ Bi اجازه می دهد تا محتوای کل فاز نامحلول را بیشتر افزایش دهد. اگر سرب وجود نداشته باشد، Bi معمولاً بهعنوان دنبالههای MnS و بهعنوان یک پراکندگی خوب وجود دارد.
Bi در جاهایی اضافه می شود که استفاده از سرب مطلوب نیست (یا در موارد شدید ممنوع است). همچنین به عنوان مکمل برای سرب استفاده می شود. Bi به قابلیت ماشینکاری آزاد در فولادها با ذوب شدن در یک لایه نازک مایع برای کسری از میکروثانیه برای روانکاری برش دست می یابد. از مزایای دیگر Bi می توان به توزیع یکنواخت آن به دلیل چگالی مشابه با آهن، سازگاری با محیط زیست در مقایسه با سرب و همچنان قابل جوش بودن اشاره کرد.
عناصر دیگری مانند P و N نیز نقش تکمیلی در تصمیم گیری عملکرد ماشینکاری کلی فولاد خوش تراش دارند. P و N نه تنها سختی فولادها را افزایش می دهند، بلکه فولاد را ترد می کنند. این افزایش سختی برای رسیدن به سختی بهینه کافی است. بنابراین، آنها همچنین اجزای مهمی در فولادهای برش بدون C کم هستند.
استانداردهای بین المللی فولاد خوش تراش
استانداردهای مرتبط با فولاد خوش تراش شامل موارد زیر هستند:
- ASTM A581/A581M: مشخصات فولادهای خوش تراش با محتوای گوگرد و سرب.
- ISO 683-1: استاندارد بین المللی برای فولادهای کربنی و آلیاژی.
- AISI: شامل فولادهای خوش تراش در دسته های خاص مانند سری 11xx.
- DIN 1652: استاندارد آلمانی برای فولادهای خوش تراش با خاصیت ماشین کاری عالی.
- EN 10277: استاندارد اروپایی برای مشخصات فولادهای کربنی و آلیاژی.
