بررسی تکنیکهای جدید ماشینکاری با سرعت بالا، مرزهای جدید HSM – قسمت دوم
- 1 . بررسی تکنیکهای جدید ماشینکاری با سرعت بالا، مرزهای جدید HSM – قسمت دوم
- 2 . تکنیکهای جدید در ماشینکاری با سرعت بالا
- 3 . تکنولوژی توربو
- 4 . ماشینکاری با پالسهای الکتریکی (PEM)
- 5 . استفاده از سیستمهای کنترل اداپتیو
- 6 . استفاده از مایعات خنک کننده و روان کنندههای پیشرفته
- 7 . مایعات سنتتیک
- 8 . مایعات نیمه سنتتیک
- 9 . ماشینکاری لیزری هیبریدی
- 10 . فرآیند ماشینکاری ابزار مبتنی بر میکرو و ماکرو
بررسی تکنیکهای جدید ماشینکاری با سرعت بالا، مرزهای جدید HSM – قسمت دوم
در قسمت قبلی، جزئیات تکنولوژیهای کنونی را به طور کامل توضیح دادیم. در این قسمت قصد داریم با برخی از مهمترین تکنیکهای جدید ماشینکاری با سرعت بالا آشنا شده و جزئیات آنها را دقیقتر بررسی نماییم.
تکنیکهای جدید ماشینکاری با سرعت بالا
تکنیکهای جدید در ماشینکاری با سرعت بالا
تکنیکهای جدید در ماشینکاری با سرعت بالا (HSM) به طور مستمر در حال توسعه هستند تا بهینهسازی فرآیندهای تولیدی را بهبود بخشند، دقت و سرعت بیشتری را ارائه داده و عمر ابزار را افزایش دهند. در ادامه به چند تکنیک جدید و نوآورانه در این زمینه اشاره میکنیم:
تکنولوژی توربو
تکنولوژی توربو در ماشینکاری اغلب به روشهای پیشرفته و کارآمدی اشاره دارد که با هدف افزایش سرعت و کارایی فرآیند برش طراحی شدهاند. این تکنولوژی میتواند شامل چندین جزء مختلف، از ویژگیهای طراحی ابزار برش گرفته تا استراتژیهای برش خاص باشد که به منظور به حداکثر رساندن حذف مواد و کاهش زمان ماشینکاری اعمال میشوند.
تکنولوژی توربو
در همین رابطه، تکنولوژی توربو ممکن است بهینهسازیهایی را در تواناییهای برشی ابزار داشته باشد؛ مانند استفاده از ژئومتریهای خاص ابزار که سرعت برش را افزایش داده و اصطکاک را کاهش میدهند. همچنین، ممکن است شامل روشهای خنککاری موثرتری باشد که به حفظ دمای پایین در ناحیه برش کمک کرده و از این رو، دوام ابزار را افزایش دهند.
تکنولوژی توربو معمولا با استراتژیهای پیشرفته فرآیندی همراه است که به وسیله تجزیه و تحلیل دقیق تنشهای حرارتی و مکانیکی در طی ماشینکاری به وجود میآیند. به این ترتیب، یک فرآیند کارآمدتر و قابل اعتمادتر تولید میشود که میتواند کیفیت سطح نهایی قطعه کار را بهبود بخشیده و میزان مواد هدر رفته را نیز کاهش دهد.
تکنولوژی توربو، به خصوص در بخشهایی مانند تولید انبوه و تولیدات با تیراژ بالا که زمان یک عامل مهم به شمار میرود، میتواند ابزاری حیاتی در افزایش کارآمدی و کاهش هزینههای تولید باشد.
ماشینکاری با پالسهای الکتریکی (PEM)
ماشینکاری با پالسهای الکتریکی (PEM) یک فرآیند ماشینکاری غیرتماسی است که با استفاده از پالسهای الکتریکی بسیار کوتاه مدت و با شدت بالا برای برداشتن مواد از قطعه کار عمل میکند. این پالسها با ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی قوی میان ابزار و قطعه کار، توانایی ذوب یا تبخیر موضعی مواد را دارند.
ماشینکاری با پالسهای الکتریکی (PEM)
PEM میتواند برای مواد سخت و شکنندهای که با روشهای سنتی قابل ماشینکاری نیستند، مانند برخی آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت، سرامیکها یا مواد پیشرفته کامپوزیتی استفاده شود. این فرآیند دقت بالایی داشته و در ایجاد میکروژئومتریهای پیچیده و دقیق، مانند سوراخهای کوچک با دیوارههای تمیز و خراشهای کم، بسیار مفید است.
به دلیل ماهیت غیرتماسی PEM، فرسودگی ابزار در این روش بسیار کم بوده و از آنجایی که نیازی به نیروی مکانیکی نیست، خطر ترک خوردگی یا تغییر شکل در قطعه کار نیز به شدت کاهش مییابد. علاوه بر این، چون برداشت مواد تحت کنترل دقیق پارامترهای برقی انجام میشود، فرآیندها میتوانند با دقت بسیار زیادی تکرارپذیر باشند.
PEM به ویژه در صنایعی مانند صنایع لوازم خانگی، پزشکی، الکترونیک و هوافضا که نیاز به دقت ابعادی بسیار بالا و کیفیت سطح عالی دارند، کاربردهای گستردهای دارد.
استفاده از سیستمهای کنترل اداپتیو
سیستمهای کنترل اداپتیو در ماشینکاری، سیستمهای پیشرفتهای هستند که به صورت خودکار تنظیمات فرآیند ماشینکاری را بر اساس شرایط فعلی کار و برای حصول بهترین نتایج ممکن تطبیق میدهند. این سیستمها به منظور واکنشپذیری بهتر نسبت به تغییرات به وجود آمده در فرآیندهای تولید و جهت بهبود قابلیت اطمینان و سازگاری فرآیندها با شرایط متغیر ابداع شدهاند.
استفاده از سیستمهای کنترل اداپتیو
سیستمهای کنترل اداپتیو معمولا شامل سنسورهایی برای نظارت بر متغیرهای فرآیند مانند نیروی برش، دما، لرزش و سایر پارامترهای حیاتی هستند. این دادهها در زمان واقعی به سیستم کنترل فرستاده میشوند تا جبرانسازیها را برای مقدار تغذیه، عمق برش، سرعت اسپیندل و دیگر تنظیمات انجام میدهد.
با استفاده از این دادهها، الگوریتمهای درون سیستمهای کنترل اداپتیو تصمیمگیری میکنند که چگونه باید پارامترهای برش را تنظیم نمایند تا از پیش آمدن شرایط نامطلوبی مانند استهلاک بیش از حد ابزار، تشکیل تراشههای نامطلوب یا کیفیت پایین سطح جلوگیری کنند. این فرآیند اداپتیو همچنین میتواند به کاهش زمان ماشینکاری و بهبود کیفیت قطعه نهایی کمک شایانی نماید.
استفاده از این گونه سیستمها در صنایع مدرن ماشینکاری، به ویژه هنگامی که روی قطعات با دقت بالا کار میشود و یا در تولید قطعات با تیراژ بالا، قابلیت اطمینان و کارآمدی را تا حد زیادی افزایش میدهد.
استفاده از مایعات خنک کننده و روان کنندههای پیشرفته
استفاده از مایعات خنک کننده و روان کنندههای پیشرفته یک جزء ضروری در بهبود فرآیندهای ماشینکاری مدرن است. این مایعات نه تنها وظیفه خنک سازی ناحیه برش و ابزارهای برش را بر عهده دارند، بلکه به کاهش اصطکاک و پخش نیروی برش نیز کمک کرده و از این طریق، عمر ابزار را افزایش داده و دقت ماشینکاری را بهبود می بخشند.
استفاده از مایعات خنک کننده و روان کنندههای پیشرفته
روان کنندهها و خنک کنندههای پیشرفته ترکیبات ویژهای دارند که میتوانند شامل مواد افزودنی مانند نانو ذرات باشند که خواص تریبولوژیکی مایعات را بهبود بخشیده و پراکندگی حرارت را افزایش میدهند. نانو ذرات میتوانند به عنوان تقویت کنندههای فیلم روان کنندگی عمل نمایند که بر روی سطح ابزار و قطعه کار ایجاد میشوند و نتیجه آن کاهش دما و کم شدن حتیالامکان ساییدگی است.
چندین نوع از مایعات خنک کننده و روان کنندههای پیشرفته عبارتند از:
مایعات امولسیونی
مایعات امولسیونی که گاهی به عنوان مایعات خنک کننده قابل اختلاط با آب نیز شناخته میشوند، ترکیباتی هستند که از مخلوط کردن روغنها با آب و امولسیفایرها برای ایجاد یک امولسیون پایدار به دست میآیند. در این امولسیونها، قطرات ریز روغن در آب پراکنده شده و یک سیستم هموژن ایجاد میکنند.
مزایای استفاده از مایعات امولسیونی در ماشینکاری شامل:
خنک کنندگی عالی
به دلیل وجود آب، این مایعات توانایی خنک کنندگی بالایی دارند که میتواند دمای ناحیه برش و ابزار را کاهش دهد.
روانکاری مناسب
روغن موجود در امولسیون به کاهش اصطکاک و سایش میان ابزار و قطعه کار کمک میکند.
جلوگیری از خوردگی و رسوب
امولسیفایرها و سایر افزودنیها میتوانند از خوردگی تجهیزات و تشکیل رسوب بر روی قطعات و تجهیزات ماشینکاری جلوگیری کنند.
طول عمر بالا
این امولسیونها معمولا نسبت به روغنهای خالص، طول عمر بیشتری داشته و به تعویض کمتری نیاز دارند.
مقرون به صرفهتر
استفاده از آب به عنوان بخش اصلی این مایعات، هزینههای خنک کنندگی را در مقایسه با استفاده کامل از روغنهای معدنی یا سنتتیک کاهش میدهد.
مایعات امولسیونی به ویژه در عملیاتهایی مانند فرزکاری، سوراخکاری و تراشکاری که نیاز به خنکسازی زیادی دارند، استفاده میشوند. با این حال، مدیریت درست این مایعات برای جلوگیری از رشد باکتری و قارچ بسیار مهم است تا از بوی بد و ایجاد خطرات بهداشتی نیز جلوگیری شود.
روغنهای تمام معدنی
روغنهای تمام معدنی نوعی از روان کنندههایی هستند که به طور اصلی از نفت خام تصفیه شده تولید میشوند و هیچ گونه آبی در ترکیب آنها وجود ندارد. این روغنها به دلیل خواص روان کنندگی بیشتر در مقایسه با مایعات خنک کننده مبتنی بر آب و امولسیونیها، برای ماشینکاری های سنگینتر و فرآیندهایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر فشار دارند، ایدهآل می باشند.
روغنهای تمام معدنی
روغنهای تمام معدنی معمولا دارای خواص زیر هستند:
- مقاومت حرارتی عالی: یعنی میتوانند در دماهای بالاتر بدون تجزیه یا کاهش عملکرد استفاده شوند.
- قابلیت روان کنندگی بسیار خوب: این امر به کاهش اصطکاک و ساییدگی بین ابزار و قطعه کار کمک میکند.
- کاهش ساییدگی ابزار: از آنجایی که خاصیت روان کنندگی خوبی دارند، طبیعتا عمر ابزارها را افزایش میدهند.
- فراهم آوردن یک لایه محافظتی: محافظت از قطعه کار و تجهیزات ماشینکاری در برابر خوردگی.
روغنهای تمام معدنی بیشتر در فرآیندهایی مانند برشکاری، تراشکاریهای سنگین و سایر فرآیندهای ماشینکاری سنگین که برداشت مواد زیاد و نیاز به روانسازی بیشتری دارند، استفاده میشوند.
با این وجود، استفاده از این روغنها میتواند چالشهایی از نظر دفع و بازیافت و همچنین مسائل زیست محیطی و بهداشت کار ایجاد کند. کاربردهای این چنینی نیاز به سیستمهای دفع و فیلتراسیون دقیقی دارند تا از آلودگی محیط و ایجاد خطرات برای کارکنان جلوگیری کنند.
مایعات سنتتیک
مایعات سنتتیک، دستهای از مایعات خنک کننده و روان کننده هستند که به طور کامل از مواد شیمیایی سنتزی ساخته میشوند و روغن معدنی در ترکیب آنها وجود ندارد. این محصولات با فرمولاسیونهای خاص، برای فراهم آوردن عملکرد بهینه در مقابله با حرارت و ساییدگی تهیه شده و معمولا دارای خصوصیات خنک کنندگی فوقالعادهای میباشند که برای عملیاتهای ماشینکاری که نیازمند دفع گرمای زیاد هستند، بسیار مفید است.
مهمترین ویژگیهای مایعات سنتتیک شامل موارد زیر است:
- عدم وجود روغن معدنی: امکان کاهش دود و مه کاری و کاستن از مشکلات بهداشتی ناشی از تنفس ذرات روغن.
- مقاومت در برابر خوردگی: فرمولاسیونهای سنتتیک معمولا حاوی مواد ضد خوردگی هستند.
- طول عمر بالا: به دلیل پایداری شیمیایی بالا و تخریب کمتر در شرایط داغ ماشینکاری، این محصولات معمولا مدت زمان بیشتری کارایی دارند.
- خنککاری موثر: توانایی انتقال گرما به شکل موثرتری نسبت به روغنهای مبتنی بر مایعات امولسیونی.
- بدون کف کردن: قابل استفاده در فرآیندهای با سرعت بالایی که ممکن است ایجاد کف مشکلساز باشد.
- نگهداری آسان: به دلیل غیر روغنی بودن این مواد، تمیز کردن دستگاهها و قطعات به نسبت راحتتر است.
با این حال، مایعات سنتتیک ممکن است نسبت به روغنهای معدنی قیمت بالاتری داشته باشند و برخی از آنها نیز برای بعضی مواد ماشینکاری نامناسب باشند. همچنین، شاید برخی فرمولاسیونها قدرت روان کنندگی کمتری نسبت به روان کنندههای مبتنی بر روغن داشته باشند؛ بنابراین، انتخاب مایع خنک کننده مناسب باید بر اساس نوع فرآیند ماشینکاری و مواد مورد استفاده صورت گیرد.
مایعات نیمه سنتتیک
مایعات نیمه سنتتیک، یک دسته از مایعات خنک کننده و روان کننده هستند که خصوصیات مایعات امولسیونی و سنتتیک را ترکیب نموده و و مزایای هر دو را دارا میباشند. این مایعات در فرمولاسیون خود هم شامل آب و هم شامل روغن معدنی بوده و همچنین شامل مواد شیمیایی اضافی برای بهبود عملکرد نیز هستند.
مایعات نیمه سنتتیک
مایعات نیمه سنتتیک با توجه به خواص ترکیبیشان، برای طیف وسیعی از فرآیندهای ماشینکاری مناسب بوده و تعادل خوبی میان خنککاری، روانکاری و حفاظت از قطعه کار و ماشینآلات ارائه میدهند. به این ترتیب، آنها در صنایع گوناگون، خصوصا جایی که نیاز به خنککاری و روانکاری توامان باشد، بسیار مورد استفاده قرار میگیرند.
به کار بردن این مایعات خنک کننده و روان کنندهها نه تنها به افزایش دقت کار کمک میکند، بلکه به کاهش ضایعات و افزایش بهرهوری خط تولید نیز میانجامد. علاوه بر این، کاهش استفاده از روغن و استفاده از مواد افزودنی زیست سازگار میتواند تاثیرات زیست محیطی را کاهش داده و در عین حال به حفاظت از کارکنان در برابر مواد خطرناک نیز کمک شایانی نماید.
ماشینکاری لیزری هیبریدی
ماشینکاری لیزری هیبریدی، فرآیندی است که در آن از ترکیبی از فناوری لیزر و سایر فرآیندهای ماشینکاری معمولی نظیر فرزکاری، تراشکاری یا جوشکاری استفاده میشود. در این روش، لیزر به منظور گرم کردن، ذوب کردن یا پیشگرمایش قطعه کار قبل، حین یا بعد از انجام عملیات مکانیکی مورد استفاده قرار میگیرد. این امر میتواند به سهولت برداشت مواد، بهبود کیفیت سطح، کاهش نیروهای برشی و افزایش عمر ابزار کمک کند.
ماشینکاری لیزری هیبریدی
مهمترین ویژگیهای ماشینکاری لیزری هیبریدی:
- کارایی بالا: ترکیب لیزر باعث میشود که عملیات ماشینکاری به ویژه برای مواد سخت یا زمانی که شکلهای پیچیدهتری مورد نیاز باشد، سریعتر و کارآمدتر انجام شود.
- کیفیت بالا: استفاده همزمان از لیزر میتواند به کاهش تنشهای سطحی، کاهش تغییر شکل و بهبود دقت هندسی منجر شود.
- قابلیتهای گسترده: این فناوری قادر است قطعات کار را با تلورانسهای بسیار دقیق و با کیفیت سطح بالا عرضه کند.
- مصرف انرژی بهینه: با استفاده از لیزر میتوان انرژی را مستقیما و با دقت بالا به نواحی خاصی از قطعه کار هدایت کرد؛ در نتیجه انرژی کمتری نسبت به ماشینکاری سنتی مصرف میشود.
اگرچه این شیوه مزایای فراوانی دارد، اما ماشینکاری لیزری هیبریدی هم چالشهایی را به همراه خواهد داشت. تجهیزات پیچیده و هزینه بالای اولیه، نگهداری و تعمیر و نظارت فناوری بالا، نیازمند دانش فنی و اپراتورهای مجرب هستند. علاوه بر این، پارامترهای فرآیند باید به دقت تنظیم شوند تا بهترین نتایج حاصل گردد.
فرآیند ماشینکاری ابزار مبتنی بر میکرو و ماکرو
فرآیند ماشینکاری بر اساس ابزار مبتنی بر میکرو و ماکرو به تفاوت در اندازه و مقیاس ابزار استفاده شده در فرآیند ماشینکاری اشاره دارد. ماکروماشینکاری به فرآیندهای استاندارد ماشینکاری اطلاق میشود که با استفاده از ابزارهای با ابعاد نسبتا بزرگ برای تولید قطعات در ابعاد معمول و بزرگ انجام میگیرد؛ در حالی که میکروماشینکاری به فرآیندهایی گفته میشود که منجر به تولید قطعات با دقت و ابعاد بسیار کوچک (معمولا در مقیاس میکرومتر و کمتر) میشوند و از ابزار دقیق و مخصوص به خود استفاده میکنند.
ماکروماشینکاری
- تولید قطعات در مقیاس بزرگ و بخشهای ساختاری
- استفاده از ابزار متعارف ماشینکاری مانند تراش، فرز و دریل
- سازگاری با حجم تولید بالا
- تلورانس ابعادی نسبتا آزادتر نسبت به میکروماشینکاری
میکروماشینکاری
- تولید قطعات دقیق با ابعاد میکرومتری برای صنایع پزشکی، الکترونیک و اپتیک
- استفاده از ابزارهای بسیار دقیق و روشهای مخصوص مانند EDM (ماشینکاری تخلیه الکتریکی) و لیزر میکروماشینکاری
- دقت و تکرارپذیری بالا در ابعاد و سطوح بسیار کوچک
- تلورانس دقیق ابعادی و پرداخت سطحی بسیار بالا
در حالی که ماکروماشینکاری به عنوان روشی سنتی برای تولید قطعات بزرگ و معمول استفاده میشود، میکروماشینکاری به دلیل پیشرفتهای فناورانه ایجاد شده و توانایی تولید قطعات بسیار کوچک و دقیق که برای تکنولوژیهای پیشرفته مانند سمعک، ساعتهای دقیق و قطعات میکرو الکترومکانیکی (MEMS) نیاز میباشد، به وجود آمده است.
ابزارهای برش مدولار شکلپذیر
ابزارهای برش مدولار شکلپذیر به دستهای از ابزارها و فناوریهای ماشینکاری اشاره دارد که امکان تطبیقپذیری و تنظیمپذیری ابزار ماشینکاری برای کاربردهای گوناگون را فراهم میسازند. این ابزارها متشکل از واحدهای مختلفی هستند که میتوانند بر اساس نیازهای خاص یک عملیات ماشینکاری معین، مونتاژ شوند.
ابزارهای برش مدولار شکلپذیر
اصلیترین ویژگیهای این سیستمهای مدولار شامل موارد زیر است:
- انعطافپذیری: امکان تعویض سریع و آسان مولفههای اندازهگیری و برش دهنده برای انجام عملیاتهای مختلف.
- کاهش هزینهها: کاهش هزینههای مرتبط با انبارداری و مدیریت ابزارهای گوناگون.
- سرعت بالا در تغییر تنظیمات: کاهش زمان توقف ماشین و افزایش سرعت تولید به کمک تعویض سریع ابزار.
- تطبیقپذیری با فرآیندهای ماشینکاری مختلف: میتوان از این سیستمها در عملیاتهای متنوعی همچون فرزکاری، تراشکاری و بورینگ استفاده کرد.
- دقت بالا: طراحی دقیق ماژولها، اطمینان از تناقضناپذیری و دقت بسیار بالایی را به همراه دارد.
به طور کلی، ابزارهای برش مدولار شکلپذیر راهحلی با انعطاف بالا برای کارگاههایی است که در هر نوع ماده و هر شکلی از فرآیندهای برشی نیاز به ابزار دارند؛ این امر به ویژه در محیطهای تولیدی که دارای تنوع بالای قطعهکار هستند بسیار کارآمد خواهد بود.
یکپارچگی تکنیکهای جدید ماشینکاری با تجهیزات هوشمند و سیستمهای اطلاعاتی، به تولید کارآمدتر و انعطافپذیرتر منجر میشود. این نوآوریها دائما در حال توسعه بوده و صنعت ماشینکاری را به سمتی میبرند که قطعاتی با کیفیت بالاتر، در زمان کمتر و با هزینه پایینتر تولید میشوند.