ซูเปอร์อัลลอย- โลหะผสมซึ่งสะท้อนโครงสร้างโลหะผสมที่ซับซ้อนได้กลายเป็นหนึ่งในวัสดุวิศวกรรมหลักมาเป็นเวลานาน พวกมันมีความแข็งแรงของอุณหภูมิที่สูงมาก ดังนั้นจึงมักถูกเรียกว่า ซูเปอร์อัลลอย ที่อุณหภูมิสูง (HTSA) หรือซูเปอร์อัลลอย ทนความร้อน (HRSA) ประวัติของซูเปอร์อัลลอยเริ่มต้นด้วยการพัฒนาเครื่องยนต์กังหันก๊าซซึ่งต้องการวัสดุที่เชื่อถือได้สำหรับช่วงอุณหภูมิการทำงานที่สูง จากการวิจัยอย่างเข้มข้นและความก้าวหน้าในด้านโลหะวิทยา ซูเปอร์อัลลอยสมัยใหม่ (SA) จึงมีอายุการใช้งานยาวนานสำหรับอุณหภูมิในการทำงานที่มากกว่า 1,000 องศาเซลเซียส

ผู้บริโภคซูเปอร์อัลลอยรายใหญ่ที่สุดในปัจจุบันเข้าใจได้คือผู้ผลิตเครื่องยนต์อากาศยานและเครื่องยนต์ทางทะเล (รูปที่ 1) นอกจากนี้ซูเปอร์อัลลอยยังพบได้บ่อยมากในอุตสาหกรรมการแพทย์ ซึ่งใช้สำหรับการปลูกถ่ายอวัยวะเทียมในการผ่าตัดศัลยกรรมกระดูกได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ ซูเปอร์อัลลอย ได้กลายเป็นที่แพร่หลายในการผลิตไฟฟ้าและอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซเป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับชิ้นส่วนสำคัญของอุปกรณ์ต่างๆ

ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงเป็นพิเศษและความต้านทานการกัดกร่อนเป็นข้อดีที่ปฏิเสธไม่ได้ของซูเปอร์อัลลอย อย่างไรก็ตาม เหรียญมีสองด้าน: ซูเปอร์อัลลอย ไม่เพียงแต่มีราคาสูงเท่านั้น แต่ความสามารถในการแปรรูปของพวกมันไม่ดี ซึ่งอาจก่อให้เกิดความท้าทายต่อการผลิต แรงตัดจำเพาะที่กำหนดลักษณะความต้านทานของวัสดุต่อการขจัดเศษและกำหนดภาระทางกลบนเครื่องมือตัดจะสูงสำหรับซูเปอร์อัลลอย แม้ว่าปัญหาหลักคือความร้อน แต่ซูเปอร์อัลลอยมีค่าการนำความร้อนต่ำ เศษที่เป็นองค์ประกอบและเศษหลวม ซึ่งโดยทั่วไปสร้างขึ้นเมื่อตัดเฉือนซูเปอร์อัลลอย ไม่ให้ความร้อนเพียงพอจากบริเวณตัด แนวโน้มที่จะทำงานหนักทำให้สถานการณ์แย่ลง

ผู้ผลิตจัดการกับชิ้นงาน SA ต่าง ๆ: หล่อ ดัด เผา ฯลฯ วิธีการประดิษฐ์ชิ้นงานมีผลกระทบต่อความสามารถในการแปรรูปเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ความเสียดทานของชิ้นงานหลอมสูงขึ้นและชิ้นงานหล่อต่ำกว่ามากเมื่อเปรียบเทียบกับชิ้นงานที่ผ่านการเผาผนึก

ดังนั้น เครื่องมือตัดจึงอยู่ภายใต้ภาระทางความร้อนและทางกลที่สำคัญ ซึ่งลดอายุการใช้งานของเครื่องมือลงอย่างมาก ดังนั้น ในการตัดเฉือนซูเปอร์อัลลอยความเร็วตัดที่เชื่อมต่อโดยตรงกับการสร้างความร้อนในระหว่างการขจัดเศษจึงต่ำกว่ามากเมื่อเทียบกับวัสดุทางวิศวกรรมทั่วไปอื่นๆ เช่น เหล็กหรือเหล็กหล่อ ผลลัพธ์โดยตรงของการจำกัดความเร็วตัดคือผลผลิตต่ำ ดังนั้น การเอาชนะปัญหาในการตัดเฉือนและการเพิ่มผลผลิตจึงเป็นความท้าทายหลักสำหรับผู้ผลิตชิ้นส่วน SA

ตามมาตรฐาน ISO 513 ซูเปอร์อัลลอยและไททาเนียมอัลลอยด์เกี่ยวข้องกับการใช้งานกลุ่ม ISO S ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่มีอยู่ ซูเปอร์อัลลอย แบ่งออกเป็นสามประเภท: เหล็ก (Fe), นิกเกิล (Ni) และโลหะผสมโคบอลต์ (Co) ความสามารถในการแปรรูปลดลงตามลำดับที่ระบุ จากโลหะผสมที่มีธาตุเหล็กซึ่งสามารถนำมาเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก ไปจนถึงโลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นส่วนประกอบซึ่งเป็นวัสดุที่ตัดยากที่สุดในกลุ่ม

การเพิ่มประสิทธิภาพของการตัดเฉือน ซูเปอร์อัลลอยได้กลายเป็นจุดสนใจของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการปรับปรุงเทคโนโลยีต่างๆ ผลลัพธ์ของพวกเขาคือความก้าวหน้าที่สำคัญในการผลิตส่วนประกอบ SA การผลิตได้นำกลยุทธ์การตัดเฉือนแบบใหม่มาใช้อย่างมีประสิทธิภาพ และวิธีการใหม่ในการตัดการจ่ายสารหล่อเย็น เช่น การระบายความร้อนด้วยแรงดันสูง (HPC) การหล่อลื่นปริมาณขั้นต่ำ (MQL) และแม้กระทั่งการระบายความร้อนด้วยความเย็นก็ประสบความสำเร็จ สิ่งนี้ได้นำผลผลิตของการตัดเฉือนซูเปอร์อัลลอยไปสู่ระดับใหม่ อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับในกรณีของโลหะผสมไททาเนียม องค์ประกอบหลักในการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตของการตัดเฉือน SA คือเครื่องมือตัดที่ขจัดชั้นวัสดุออกจากชิ้นงานที่ผลิตเศษโดยตรง เครื่องมือตัดประกอบด้วยวัสดุเครื่องมือและรูปทรง ซึ่งกำหนดชัยชนะหรือความล้มเหลวของเครื่องมือ

ในปัจจุบัน คาร์ไบด์ซีเมนต์เคลือบเป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเครื่องมือตัดสำหรับการตัดเฉือนซูเปอร์อัลลอย การพัฒนาเกรดคาร์ไบด์ซึ่งเสริมความแข็งแกร่งและความทนทานต่อการสึกหรอร่วมกันเป็นกระบวนการที่ยุ่งยากซึ่งต้องใช้ซับสเตรตคาร์ไบด์ที่เหมาะสม องค์ประกอบการเคลือบ และวิธีการเคลือบ สร้างความประหลาดใจแก่บรรดาผู้ที่เชื่อว่าความเป็นไปได้ที่ก้าวล้ำในทิศทางนี้ใกล้จะหมดลงแล้ว ผู้ผลิตเครื่องมือตัดเฉือนยังคงสร้างเกรดคาร์ไบด์ใหม่ที่มีประสิทธิภาพต่อไป นอกจากนี้ ในการตัดเฉือนซูเปอร์อัลลอย เซรามิก ซึ่งเป็นวัสดุเครื่องมืออีกชนิดหนึ่งที่ช่วยให้มีความเร็วตัดเพิ่มขึ้นอย่างมาก ได้ใช้งานอยู่แล้ว

หากวัสดุเครื่องมือเชื่อมต่อกับวัสดุศาสตร์และโลหะวิทยาเป็นส่วนใหญ่ เรขาคณิตของการตัดจะมีความสำคัญมากกว่าในด้านการออกแบบเครื่องมือ การทำให้แน่ใจว่ารูปทรงเรขาคณิตที่มีประสิทธิภาพสูงนั้นต้องการความรู้ด้านวิศวกรรมอย่างลึกซึ้งและทักษะด้านเทคโนโลยี ในอีกด้านหนึ่ง เพื่อลดการสร้างความร้อนและการชุบแข็งในการทำงาน จำเป็นต้องมีมุมคายที่เป็นบวก มุมหลบที่ใหญ่เพียงพอ และคมตัดที่คมชัด ในทางกลับกัน รูปร่างดังกล่าวจะทำให้คมตัดอ่อนแอลงซึ่งควรรับน้ำหนักทางกลได้มาก ดังนั้น สภาพที่ล้ำสมัยที่ออกแบบมาอย่างถูกต้องจึงกลายเป็นปัจจัยแห่งความสำเร็จที่สำคัญ เม็ดมีดคาร์ไบด์ซินเตอร์มีข้อได้เปรียบในการขึ้นรูปเศษที่ซับซ้อนและรูปทรงหักเศษสำหรับหน้าคายเม็ดมีด ทุกวันนี้ การสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ของการเกิดเศษและกระบวนการกดโดยใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการปรับรูปร่างที่มีอยู่แล้วในขั้นตอนการออกแบบให้เหมาะสม ในดอกเอ็นมิลแบบแข็ง การออกแบบระยะพิทช์แบบแปรผันส่งผลให้มีแรงสั่นสะเทือนที่ดีขึ้น คมตัดของมีดเอ็นมิลล์เหล่านี้ผลิตโดยกระบวนการเจียร และเพื่อขจัดปัญหาการหลุดลอกและขอบคม การยึดมั่นในข้อกำหนดของกระบวนการทางเทคโนโลยีอย่างเคร่งครัดเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งหากวัสดุเครื่องมือเชื่อมต่อกับวัสดุศาสตร์และโลหะวิทยาเป็นส่วนใหญ่ เรขาคณิตของการตัดจะมีความสำคัญมากกว่าในด้านการออกแบบเครื่องมือ การทำให้แน่ใจว่ารูปทรงเรขาคณิตที่มีประสิทธิภาพสูงนั้นต้องการความรู้ด้านวิศวกรรมอย่างลึกซึ้งและทักษะด้านเทคโนโลยี ในอีกด้านหนึ่ง เพื่อลดการสร้างความร้อนและการชุบแข็งในการทำงาน จำเป็นต้องมีมุมคายที่เป็นบวก มุมหลบที่ใหญ่เพียงพอ และคมตัดที่คมชัด ในทางกลับกัน รูปร่างดังกล่าวจะทำให้คมตัดอ่อนแอลงซึ่งควรรับน้ำหนักทางกลได้มาก ดังนั้น สภาพที่ล้ำสมัยที่ออกแบบมาอย่างถูกต้องจึงกลายเป็นปัจจัยแห่งความสำเร็จที่สำคัญ เม็ดมีดคาร์ไบด์ซินเตอร์มีข้อได้เปรียบในการขึ้นรูปเศษที่ซับซ้อนและรูปทรงหักเศษสำหรับหน้าคายเม็ดมีด ทุกวันนี้ การสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ของการเกิดเศษและกระบวนการกดโดยใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการปรับรูปร่างที่มีอยู่แล้วในขั้นตอนการออกแบบให้เหมาะสม ในมีดเอ็นมิลแบบแข็ง การออกแบบระยะพิทช์แบบแปรผันส่งผลให้มีแรงสั่นสะเทือนที่ดีขึ้น คมตัดของมีดเอ็นมิลล์เหล่านี้ผลิตโดยกระบวนการเจียร และเพื่อขจัดปัญหาการหลุดลอกและขอบคม การยึดมั่นในข้อกำหนดของกระบวนการทางเทคโนโลยีอย่างเคร่งครัดเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง

ผู้ผลิตเครื่องมือตัดให้ความสำคัญอย่างมากกับการปรับปรุงกลุ่มผลิตภัณฑ์สำหรับการตัดเฉือนซูเปอร์อัลลอย ข่าวของ ISCAR เป็นตัวอย่างที่ดีเยี่ยม

คาร์ไบด์เกรด IC806 ซึ่งถูกนำมาใช้ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาสำหรับการกลึงร่องที่หน้าและเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก ได้รับการยอมรับอย่างประสบความสำเร็จโดยสายการกลึงเกลียวและการเจาะลึกของ ISCAR เกรดนี้มีซับสเตรตระดับไมโครไมครอนแบบแข็งและการเคลือบ PVD TiAlN/AlTiN พร้อมการทรีทเมนต์หลังการเคลือบตามเทคโนโลยี SUMO TEC ของ ISCAR IC806 ให้ความทนทานต่อการหลุดลอกและการบิ่น และรักษาผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้และทำซ้ำได้

ในการตัดเฉือนซูเปอร์อัลลอยด้วยดอกกัดโซลิดคาร์ไบด์และหัวแบบเปลี่ยนได้ เกรด IC902 ซึ่งรวมซับสเตรตเกรนที่ละเอียดเป็นพิเศษและการเคลือบ PVD TiAlN ระดับนาโน ทำให้มั่นใจได้ถึงความทนทานต่อการสึกหรอที่สูงมาก และยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือ เกรดนี้แสดงให้เห็นผลลัพธ์ที่ดีมากในการผลิตอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนข้อเข่าและข้อสะโพกซึ่งทำจากโลหะผสมโคบอลต์-โครเมียมที่ตัดยาก (รูปที่ 2)

ISCAR ได้ขยายกลุ่มผลิตภัณฑ์สำหรับการใช้งาน ISO S อย่างมีนัยสำคัญซึ่งทำจากเซรามิกสำหรับการตัดต่างๆ เช่น ซิลิกอนไนไตรด์, SiAlON และเกรดเสริมมัสสุ รายการเซรามิกที่เพิ่งเปิดตัวใหม่ได้เติมเต็มทั้งเม็ดมีดแบบถอดเปลี่ยนเม็ดมีดและดอกกัดแบบแข็ง (รูปที่ 3)

การออกแบบหน้าคราดล่าสุด F3M และ F3P สำหรับเม็ดมีดกลึงมาตรฐาน ISO ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกและซูเปอร์อัลลอยด์ที่ยากต่อการตัดเฉือน (รูปที่ 4) รูปทรงมุมคายที่เป็นบวกช่วยลดแรงตัดและช่วยให้การตัดราบรื่น ขณะที่ชุดเบี่ยงเบนที่หน้าคายช่วยปรับปรุงการควบคุมเศษในเม็ดมีดเซรามิกสองด้านสำหรับเครื่องมือกลึงและกัด ISCAR ได้เพิ่มตัวเลือกสภาพคมตัดที่ลบมุมและรวมกัน (ลบมุมและโค้งมน) ใหม่ สำหรับการใช้งานที่ยากลำบาก

ISCAR ได้เพิ่มช่วงของโซลูชันสำหรับการระบายความร้อนด้วยแรงดันสูงโดยตัวหัวกัดแบบถอดเปลี่ยนได้และตัวจับยึดเครื่องมือแบบใหม่ ตัวอย่างเช่น หัวจับหดแบบใช้ความร้อนที่มีด้ามเทเปอร์เหลี่ยมซึ่งมีช่องเจ็ตสารหล่อเย็นตามรูตรงกลาง ได้รับการเติมเต็มโดยกลุ่มผลิตภัณฑ์ตัวจับยึดเครื่องมือ

โดยสรุป ความต้องการผลิตภาพที่เพิ่มขึ้นในการตัดเฉือน HTSA เป็นความท้าทายอย่างต่อเนื่องสำหรับผู้ผลิตเครื่องมือตัด และการพัฒนาเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพใหม่มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในอนาคตอันใกล้

[รูปที่. 1- – ซูเปอร์อัลลอย เป็นวัสดุหลักสำหรับเครื่องยนต์ turbojet และ turboprop ของเครื่องบินสมัยใหม่ เครื่องยนต์ไอพ่นที่ตัดเฉือนด้วยระบบ CUT-GRIP ของ ISCAR ]    


[รูปที่. 2- – การตัดเฉือนส่วนประกอบรากฟันเทียม หัวเข่า กระดูกต้นขาด้วยมีดกัด MULTI-MASTER และหัวกระบอกเทเปอร์แบบเปลี่ยนได้]    


[รูปที่. 3- มีดกัดที่มีเม็ดมีดทรงกลมแบบถอดเปลี่ยนเม็ดมีดได้จากเซรามิกให้ความเร็วตัดที่เพิ่มขึ้นอย่างมากสำหรับผลผลิตที่สูงขึ้น]   


[รูปที่. 4- เมื่อเร็ว ๆ นี้ ISCAR ได้เปิดตัวร่องคายเศษ M3M (ซ้าย) และ F3M (ขวา) สำหรับเม็ดมีดกลึงมาตรฐาน ISO ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับกลุ่มการใช้งาน ISO S และ ISO M]