โลหะพิเศษคืออะไร ทำไมจึงหายากและวัสดุเหล่านี้มีการกลึงอย่างไร? เพื่อให้เข้าใจถึงเรื่องนี้ขอเริ่มต้นด้วยข้อกำหนดของวัสดุเหล่านี้

วัสดุวิศวกรรมส่วนใหญ่คือโลหะผสมที่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบหลัก เช่น แสตนเลสและเหล็กหล่อ วัสดุที่ใช้เป็นประจำอีกกลุ่มหนึ่งได้แก่ โลหะผสมที่ทำจากโลหะนอกกลุ่มเหล็ก เช่นโลหะผสมอลูมิเนียม ทองเหลืองและ บรอนซ์

นอกจากนี้ ยังมีวัสดุพิเศษที่พัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะด้าน วัสดุพิเศษนี้มีการใช้งานเฉพาะ เป็นวัสดุที่หายากและไม่นิยมใช้และโดยทั่วไปมีราคาแพงกว่าในการผลิต

ไม่มีคำจำกัดความที่แน่ชัดของวัสดุพิเศษนี้ ผู้เชี่ยวชาญหลายคนเรียกวัสดุเหล่านี้ว่าโละหะเช่น เบริลเลียมเซอร์โคเนียม ฯลฯ และโลหะผสม เซรามิก คอมโพสิตและซุปเปอร์อัลลอย เมื่อพิจารณาถึงการใช้วัสดุ - โครงสร้าง ควรแยกความแตกต่างของซุปเปอร์อัลลอยและวัสดุผสมเป็นอันดับแรก อุตสาหกรรมโลหะส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับวัสดุประเภทนี้ เนื่องจากสาเหตุหลายประการซึ่งหนึ่งในนั้นคือปัญหาจากการตัดเฉือนวัสดุพิเศษ ซุปเปอร์อัลลอย หรือโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ซุปเปอร์อัลลอยที่มีอุณหภูมิสูง (HTSA) มีไว้สำหรับการทำงานภายใต้การทำงานของเครื่องจักรกลที่กำลังสูงร่วมกับอุณหภูมิสูง วัสดุเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้ในกังหันโรงก๊าซ และวาล์วและอุปกรณ์ปิโตรเลี่ยมต่าง ๆ "ความพิเศษ" ของซุปเปอร์อัลลอยคือการออกแบบโลหะ ซึ่งให้การต้านทานสูงเพื่อให้มีความแข็งแรงในอุณหภูมิสูง ตามองค์ประกอบหลัก HTSA สามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่มได้แก่ กลุ่มที่มีส่วนประกอบหลักเป็นนิกเกิ้ล (Ni)- โคบอลต์ (Co)- และเหล็ก(Fe)- คุณสมบัติของซุปเปอร์อัลลอยโดยเฉพาะของ นิกเกิ้ล (Ni)-และ โคบอลต์ HTSA จะมีความสามารถในการนำมากลึงไสต่ำ

คอมโพสิตเป็นวัสดุที่มีหลายองค์ประกอบ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุวิศวกรรมแบบดั้งเดิม เช่น เหล็กหรือ อลูมิเนียม ชิ้นงานจากคอมโพสิตจะมีรูปร่างใกล้เคียงกับขนาดที่ต้องการและไม่จำเป็นต้องมีการกลึงไสเพิ่มเติมมาก อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบของคอมโพสิตมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันและเมื่อรวมเข้าด้วยกันจะทำให้เกิดโครงสร้างที่แตกต่างหลากหลาย ซึ่งทำให้การตัดเฉือนมีปัญหา กระบวนการตัดเฉือนคอมโพสิตแตกต่างจากการตัดเฉือนโลหะ และมักดูเหมือนการทำให้แตกมากกว่าการตัดเฉือน วัสดุที่มีความสึกหรอสูงสามารถนำไปสู่เครื่องมือที่เสื่อมสภาพลงหนักและปัญหาด้านประสิทธิภาพต่าง ๆ เช่นความแม่นยำที่ลดลงหรือข้อบกพร่องในการตัดเฉือนที่ไม่สามารถซ่อมแซมได้

ในอุตสาหกรรมงานโลหะมีความก้าวหน้าเป็นอย่างมากในการตัดเฉือนวัสดุพิเศษ เครื่องมือตัดเฉือนขั้นสูงและกลยุทธ์การตัดเฉือนที่มีประสิทธิภาพได้ยกระดับประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องจักรไปสู่ระนาบใหม่ทั้งหมดแล้ว การพิมพ์แบบ 3 มิติ ที่ก้าวกระโดดไปข้างหน้าอย่างน่าประทับใจซึ่งอาจทำให้ขั้นตอนการตัดเฉือนลดลงอย่างเห็นได้ชัด จึงถือเป็นแนวโน้มที่ดีมาก แต่มี " ข้อยกเว้น " ประการหนึ่งซึ่งคงจำกัดการใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่จากความสามารถของครื่องมือเครื่องจักรกลที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก " ข้อยกเว้น " นี้คือเครื่องมือตัด แม้จะมีความก้าวหน้าที่เด่นชัดแต่เครื่องมือตัดยังคงมีข้อจำกัดสำหรับประสิทธิภาพในการตัดเฉือน ดังนั้น แผนการพัฒนาการตัดเฉือนวัสดุพิเศษจึงมีส่วนเกี่ยวข้องกับเครื่องมือตัดเป็นอย่างมาก

ผู้ผลิตเครื่องมือตัดได้มีความพยายามอย่างต่อเนื่องเพื่อค้นหาการแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ สำหรับการตัดเฉือนวัสดุพิเศษ บางครั้ง อาจดูเหมือนว่าแหล่งข้อมูลดั้งเดิมสำหรับความก้าวหน้าครั้งใหญ่แทบจะไม่มีอยู่เลย และการก้าวไปข้างหน้าที่ยิ่งใหญ่นั้นเชื่อมต่อกับสิ่งแปลกใหม่ที่แท้จริงเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ผู้ผลิตเครื่องมือตัดยังคงจัดการเพื่อค้นหาผลิตภัณฑ์ที่น่าสนใจรวมถึงวิธีการและทรัพยากรที่มีอยู่เข้ากับแนวคิดใหม่ ๆ การพัฒนาของ ISCAR ล่าสุด ซึ่งเปิดตัวในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เป็นตัวอย่างที่ดีของผลิตภัณฑ์ดังกล่าว และความพยายามของ ISCAR ในการแก้ปัญหาคอขวดที่มีอยู่และค้นหาวิธีการใหม่ ๆ เพื่อการก้าวไปข้างหน้า


สิ่งพิเศษสำหรับวัสดุพิเศษ: ประโยชน์เด่นของเซรามิก
คาร์ไบด์ซีเมนยังคงเป็นวัสดุตัดหลักสำหรับการตัดเฉือน การแนะนำเครื่องมือคาร์ไบด์ได้ปฏิวัติอุตสาหกรรมงานโลหะทำให้มั่นใจได้ว่าผลผลิตจะเติบโตขึ้นอย่างมากเนื่องจากความเร็วในการตัดที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม แม้ในปัจจุบันนี้ ความเร็วในการตัดสำหรับซุปเปอร์อัลลอยอุณหภูมิสูงที่มีองค์ประกอบหลักเป็นนิกเกิ้ลและโคบอลต์จะต่ำ ซึ่งปกติจะอยู่ในช่วง 25-50 ม./ นาที ( 80-160 sfm) เราจะขยายขอบเขตของความเร็วได้อย่างไร?

วัสดุเซรามิกชนิดพิเศษถูกพบว่าเป็นวัสดุที่มีการใช้ในการตัดแล้ว การใช้วัสดุเซรามิกพิเศษช่วยให้มั่นใจถึงความเร็วในการตัดที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น การตัดเฉือนซุปเปอร์อัลลอยด้วยเครื่องมือเซรามิก ด้วยความเร็วในการตัด 1000 ม./ นาที (3300 sfm) นั้นทำได้ ดังนั้น เครื่องมือเซรามิกจึงเป็นที่นิยมมากขึ้นในการตัดเฉือน HTSA

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ISCAR ได้พัฒนากลุ่มเครื่องมือกัดแบบถอดเปลี่ยนได้ที่มีคมกัด 2 ด้าน ทำจากเซรามิก(รูปที่ 1) เครื่องมือกัดส่วนใหญ่มีไว้สำหรับงานกัดหยาบและงานกัดกึ่งละเอียดของเครื่องบินและการกัดผิว 3 มิติที่ความเร็วตัดสูงมาก การออกแบบเม็ดมีดสองด้านแบบประหยัดทำให้การใช้เซรามิกสูง เม็ดมีดผลิตจากเซรามิกหลายเกรดเช่น เซรามิก "ดำ" เซรามิกเสริมแรงด้วยวิสเกอร์ whisker reinforced ceramics (เซรามิกที่ทำจากเซลิกอน-ไนไตรด์) การใช้งานกัดใหม่มุ่งเป้าไปที่การเพิ่มการกำจัดโลหะให้สูงสุด (MRR)และลดเวลาในการทำงานลงอย่างมาก

อีกหนึ่งตัวอย่างของความสำเร็จในการใช้ใบมีดเซรามิกในการตัดคือผลิตภัณฑ์ล่าสุดของ ISCAR ตระกูลมีดโซลิดเอ็นมิลจากเซลิกอน (SiAlON)เอ็นมิลถูกออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการกลึงหยาบที่มีประสิทธิภาพสูง ที่ใช้ Ni-based ซุปเปอร์อัลลอย เช่นเกรดต่าง ๆ ของ Inconel Incoloy Haynes และอื่น ๆ ในอุตสาหกรรมการบินและอากาศยาน เมื่อเปรียบเทียบกับมีดเอ็นมิลโซลิดคาร์ไบด์ทั่วไป มีดเอ็นมิลเซลิกอน (SiAlON)ช่วยเพิ่มความเร็วในการตัดได้ถึง 50 เท่า !

ควรให้การสังเกตว่าเครื่องมือเซรามิกทำงานแตกต่างจากเครื่องมือคาร์ไบด์ โดยทั่วไปแล้ว การสิ้นสุดอายุการใช้งานของเครื่องมือจะพิจารณาจากความสำเร็จของพื้นผิวหรือรอยขีดข่วนในระดับที่ยอมรับได้และขนาดของการสึกหรอที่ไม่ใช่จากเครื่องมือ

การเจียระไนเพชร
ในการผลิตชิ้นส่วนจากวัสดุคอมโพสิต งานเจาะถือว่าเป็นกระบวนการตัดที่สำคัญ การปรับปรุงความสามารถของเครื่องมือเจาะมีผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพของการตัดเฉือนคอมโพสิตและแผ่นคอมโพสิตที่ซ้อนกัน

ล่าสุด ISCAR ได้เปิดตัวมีดเจาะโซลิดรุ่นใหม่ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.3 - 12 มม. ( .130-.500 นิ้ว) ซึ่งออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับวัสดุผสม (รูปที่ 2) คุณสมบัติทั่วไปของเครื่องมือเหล่านี้คือ การใช้เพชรโพลีคริสตัลลีน (PCD) หรือการเคลือบเพชรเพื่อให้แน่ใจว่ามีความทนทานต่อการสึกกร่อนสูง มีการทดลองใหม่ของมีดเจาะหลายประเภท; ซึ่งหนึ่งในนั้นใช้หัวเจาะ PCD เป็นจุดศูนย์กลางของดอกสว่านและอีกประเภทที่มีแผ่นเพชรเวเฟอร์ มีดเจาะทั้งสองประเภทมีขนาดใหญ่สำหรับการลับคมได้หลายครั้ง

มีดเจาะประเภทที่สามคือ เครื่องมือโซลิดคาร์ไบด์ที่มีพื้นที่หน้าตัดเคลือบเพชร ด้วยขอบตัดหยักช่วยลดการเกิดครีบโดยเฉพาะเมื่อเจาะพลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) และ CFRP- แผ่นอะลูมิเนียมที่ซ้อนกัน

สารหล่อเย็น
ในการตัดเฉือนซุปเปอร์อัลลอยพิเศษ สารหล่อเย็นที่มีประสิทธิภาพถือเป็นรากฐานสำคัญของความสำเร็จ การระบายความร้อนด้วยสารหล่อเย็นแรงดันสูงที่จุดตัด (HPC) สามารถเป็นเครื่องมือสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการตัด เป็นตัวเลือกที่แท้จริงสำหรับอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น การควบคุมเศษที่ดีขึ้นและผลผลิตที่สูงขึ้น

หนึ่งในการพัฒนาล่าสุดของ ISCAR คือผลิตภัณฑ์ตระกูลเครื่องมือกลึง กับเม็ดมีด ISO แบบถอดเปลี่ยนได้ (รูปที่ 3) เครื่องมือถูกออกแบบมาให้มีการจับยึดด้านบนแบบในร่องเพื่อการยึดเม็ดมีดที่เชื่อถือได้แม้ในระหว่างการตัดที่หนักและมีการกระแทก.เครื่องมือกลึงก่อนหน้านี้ที่มีตัวเลือก HPC ซึ่งมีกลไกการจับยึดสำหรับจับยึดด้านบนจะขัดขวางการฉีดสารหล่อเย็นตรงไปยังคมตัด

เครื่องมือที่พัฒนาขึ้นใหม่ได้รวมการจับยึดด้านบนแบบในร่องที่ช่วยแก้ปัญหาได้สองประการ:
- ตัวยึดเม็ดมีดที่แข็งแรงและจับยึดแน่น
- ขจัดสิ่งกีดขวางสำหรับฉีดสารหล่อเย็นไปยังคมตัด

ดังนั้น ตัวจับยึดซึ่งทำหน้าที่ในเครื่องมือใหม่เป็นหัวฉีดน้ำหล่อเย็นจึงมีคุณสมบัติการทำงานที่สำคัญเพิ่มเติม

ผลิตภัณฑ์ใหม่ที่มีการจ่ายสารหล่อเย็นผ่านเครื่องมือไม่เพียงแต่มีประโยชน์ในการตัดเฉือนด้วย HPC.เท่านั้น แต่ยังสามารถนำไปใช้กับการกลึงด้วยระบบระบายความร้อนแรงดันต่ำจากภายนอก (10-15 บาร์) ได้ด้วยในประสิทธิภาพที่ดีกว่า

ในงานตัดและงานเซาะร่อง โดยเฉพาะงานเซาะร่องลึก การคายเศษที่มีประสิทธิภาพมีความสำคัญอย่างยิ่ง การระบายความร้อนด้วยแรงดันสูงที่จุดตัดของคมมีดจะช่วยลดการติดขัดของเศษได้เป็นอย่างมากและช่วยลดการหลอมติดขอบ ภายในปีที่ผ่านมา ISCAR ได้ขยายกลุ่มผลิตภัณฑ์ของ HPC (รูปที่ 4) เครื่องมือเหล่านี้เหมาะสำหรับแรงดันสารหล่อเย็นถึง 140 บาร์.

นวัตกรรมทางรูปทรงเราขาคณิตที่ไม่หยุดนิ่ง
การปรับปรุงรูปทรงการตัดทำให้กำจัดปัญหาไปได้ทั้งหมด หลักฐานที่ดีของข้อสรุปดังกล่าวคือความหลากหลายของแนวทางแก้ปัญหาใหม่ที่อัพเกรดเม็ดมีดที่มีอยู่แล้ว โดยปกติวิธีการแก้ปัญหาดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการพัฒนาการคายเศษ การเสริมคมกัดและลักษณะของบอบกัดการตัด

ผลิตภัณฑ์ F3S ที่มีการคายเศษโลหะแบบใหม่ของ ISCAR สำหรับการกลึงละเอียดซุปเปอร์อัลลอยพิเศษ (รูปที่ 5) ถูกออกแบบมาสำหรับเม็ดมีดISO ที่รู้จักกันทั่วไป (CNMG, WNMG เป็นต้น) ขั้นตอนการเก็บผิวละเอียดโดยทั่วไปจะมีลักษณะการตัดลึก-ตื้นและอัตราป้อนต่ำ ดังนั้น ความสำเร็จของตัวกำจัดโลหะจึงอยู่ในพื้นที่เล็ก ๆ ที่ติดกับคมตัดเม็ดมีด ต้องใช้ "ศิลปะ" ทางวิศวกรรมที่แท้จริงและความพยายามอย่างมากในการออกแบบจุดนี้ใหม่เพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับเม็ดมีดที่มีอยู่

ผลิตภัณฑ์ F3F คือตัวอย่างอีกแบบที่ชี้ให้เห็นว่าทำงานให้สำเร็จได้อย่างไร เม็ดมีดนี้มีคมตัดเสริมเพื่อป้องกันการสึกหรอของรอยบากรวมทั้งตัวเบี่ยงที่ออกมาเป็นพิเศษเพื่อการควบคุมเศษที่มีประสิทธิภาพในการกลึงละเอียด HTSA. เมื่อใช้ร่วมกับ มุมคายเศษมุมบวก คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจว่าจะได้การตัดที่ราบรื่นและง่ายดาย ความสามารถในการทำลายเศษที่โดดเด่นและลดแรงตัดได้อย่างมาก

การตัดเฉือนวัสดุพิเศษทำให้ผู้ผลิตเครื่องมือต้องเผชิญกับความท้าทายที่แตกต่างกัน ในการพัฒนาเครื่องมือตัดที่จะนำไปสู่ความก้าวหน้า ผู้ผลิตเครื่องมือได้พยายามทุกวิถีทาง บางครั้งวิธีการแก้ปัญหาของพวกเขาก็ " พิเศษ" จริงๆ และในบางครั้งการคิดเชิงสร้างสรรค์ก็ช่วยให้ก้าวไปข้างหน้าในทิศทางดั้งเดิมได้ ในกรณีของ ISCAR จะเห็นได้ชัดว่าความก้าวหน้าในการค้นหาคำตอบที่เหมาะสมกับความต้องการของอุตสาหกรรมโลหะสำหรับวัสดุพิเศษยังคงไม่หยุดนิ่ง

รูปที่ 1


รูปที่ 2


รูปที่ 3


รูปที่ 4


รูปที่ 5