تیغه های تراشکاری

تیغه‌های تراشکاری (انگلیسی: Tool bit) در ماشین‌کاری ، تیغه تراش یک ابزار برش غیر دوار است که در تراش‌های فلزی، شکل‌دهنده و رنده‌ها استفاده می‌شود. این دستگاه های برش اغلب با نام مجموعه ابزار برش تک نقطه‌ای هم شناخته می‌شوند که با سایر ابزارهای برش مانند اره یا برش با جت آب متفاوت می‌باشد. لبه برش و محل برخورد آن با قطعه برای مطابقت با یک عملیات ماشین‌کاری خاص، خودش به صورت مجزا ماشین‌کاری می شود و ممکن است در صورت نیاز مجدداً تیز شود یا تغییر شکل داده شود. این تیغه تراش در حین برش توسط نگهدارنده ابزار محکم نگه داشته می شود.

قطعات ابزار مختلف، وارد کننده کاربید و نگهدارنده

عمل برش با تیغه تراش به تصویر کشیده شده است

هندسه

زوایای ابزار برش معمولی برای ماشین تراش

نگه‌دارنده‌ پشتی در دستگاه برای کمک به کنترل و نگه داشتن جهت تیغه است که به طور طبیعی به دلیل اختلاف طول از قسمت های بیرونی و داخلی برش به داخل کار منحرف می شود. همچنین با کشیدن ابزار به داخل کار به خنثی کردن فشار وارده به ابزار از طرف قطعه کار، از کار کمک می کند.

نگه‌دارنده‌های جانبی همراه با نگه‌دارنده‌های پشتی جریان تراشه و براده ها را کنترل می کند و تا حدی با مقاومت کار در برابر حرکت برش دهنده مقابله می کند و می تواند متناسب با ماده خاصی که برش داده می شود بهینه شود و تغییر یابد. به عنوان مثال، برنج به زاویه گیرنده پشت و کناری 0 درجه نیاز دارد در حالی که آلومینیوم از زاویه گیرنده پشتی 35 درجه و زاویه گیرنده جانبی 15 درجه استفاده می کند.

شعاع دماغه سطح برش را صاف تر می کند زیرا می تواند برش قبلی را همپوشانی کند و قله ها و دره هایی را که یک ابزار نوک تیز ایجاد می کند از بین ببرد. داشتن این شعاع ذکر شده انتهای تیغه را نیز تقویت می کند، سر تیغه‌ی تیز کاملا شکننده است. شعاع دماغه بسته به عملیات ماشینکاری مانند خشن کردن، نیمه تمام کردن یا تکمیل و همچنین بر اساس مواد تشکیل دهنده برش متفاوت است و برای مواردی مثل فولاد، چدن، آلومینیوم و غیره فرق خواهد کرد.

تمام زوایای دیگر برای فاصله گذاری هستند بین قطعه کار و تیغه، تا هیچ بخشی از ابزار به جز لبه برش واقعی نتواند کار را لمس کند که دچار مشکل شود. زاویه فاصله از جلو معمولاً 8 درجه است در حالی که زاویه فاصله جانبی بین 10-15 درجه است و تا حدی به نرخ سرعت و حرکت قطعات کار مورد انتظار بستگی دارد.

بهتر است زوایایی که انتخاب می‌شوند حداقل زوایایی باشند که کار را انجام می‌دهد، زیرا ابزار ضعیف‌تر می‌شود. با عدم انجام این کار لبه‌ها به دلیل کاهش حمایت پشت لبه و کاهش توانایی جذب گرمای تولید شده توسط برش، ضعیف‌تر می‌شوند.

زوایای نگه‌دارنده‌ها در بالای ابزار برای برش لازم نیست دقیق باشد، اما برای برش کارآمد، زاویه بهینه برای چنگک پشت و کناری وجود خواهد داشت که می‌توان آن را پیدا نمود.

مواد

فولادها

در اصل، تمام قطعات ابزار از فولادهای کربنی مخصوص ابزار با سخت شدن و فرآیند دمایی مناسب ساخته می شوند. از زمان معرفی فولاد تندبر (HSS) (سالهای ابتدایی قرن بیستم)، کاربید متخلخل (دهه 1930)، برش های سرامیکی و الماسی ، این مواد به تدریج جایگزین انواع قبلی فولاد ابزار تقریباً در تمام کاربردهای برش شده اند که اکنون استفاده می‌شوند. اکثر قطعات ابزار امروزه از HSS، فولاد کبالت یا کاربید ساخته می‌شوند.

کاربیدها و سرامیک ها

کاربیدها، سرامیک هایی مانند نیترید بور و الماس که سختی بالاتری نسبت به HSS دارند، همگی در اکثر موارد امکان حذف سریعتر مواد را نسبت به HSS فراهم می کنند و گاهی استفاده می‌شود. از آنجایی که این مواد گران‌تر و شکننده‌تر از فولاد هستند، معمولاً بدنه ابزار برش از فولاد ساخته می‌شود و یک تیغه برش کوچک ساخته شده از مواد سخت تر به آن متصل می شود. تیغه های تراش معمولاً یا پیچ می شود یا با گیره (که در این مورد به آن افزوده می گویند) محکم می‌شوند یا روی یک ساقه فولادی لحیم می شود (این معمولاً فقط برای کاربید انجام می شود).

افزونه‌ها

تقریباً همه ابزارهای برش با کارایی بالا از افزونه های قابل نمایه‌سازی استفاده می‌کنند. دلایل متعددی برای این امر وجود دارد. اول از همه، در سرعت‌های برش بسیار بالا و تغذیه‌هایی که توسط این مواد پشتیبانی می‌شوند، نوک برش می‌تواند به دمای بسیار بالایی برسد تا مواد لحیم شده که تیغه را به بدنه اصلی نگه می‌دارد ذوب شود. اقتصاد نیز در این میان مهم است، افزونه‌ها به‌طور متقارن ساخته می‌شوند تا زمانی که اولین تیغه برش خراب شد، بتوان آنها را چرخاند و لبه برشی تازه‌ای را ارائه می‌دهد. حتی برخی از آنها به گونه‌ای ساخته شده اند که بتوان آنها را چرخاند و در هر قسمت 16 لبه برش ایجاد شود. انواع مختلفی از افزونه ها وجود دارد: برخی برای خشن کردن، برخی برای تکمیل کار، برخی دیگر از آنها هم برای کارهای تخصصی مانند برش نخ ها یا شیارها ساخته شده اند. صنعت تراشکاری از نام‌گذاری های استاندارد برای توصیف این موارد ها بر اساس شکل، مواد، مواد پوشش و اندازه استفاده می کند.

ابزارهای فرم

یک ابزار فرم دهنده مثل تیغه تراشکاری به شکلی دقیق سنگ‌زنی می شود که شبیه به قسمتی است که قرار است شکل بگیرد. ابزار تراشکاری می تواند به عنوان یک عملیات واحد استفاده شود و بنابراین بسیاری از عملیات های دیگر از حرکات (جلو، عقب و یا عمودی) را حذف می کند. یک ابزار فرم دهنده یک یا چند قطر را در حین کار به دستگاه اضافه یا کم می‌کند. قبل از استفاده از ابزارهای قالب، قطرها توسط چندین عملیات لغزشی و برجک چرخانده می شوند و بنابراین قطعات بیشتری از کار نهایی را می‌توان با آن ایجاد نمود. به عنوان مثال، یک دستگاه گیرنده می تواند انواع تیغه ها با قطرهای زیادی را بچرخاند و علاوه بر این می تواند قطعه را در یک عملیات قطع کند. پس برای ماشین‌های تک اسپیندل، این حالت می‌تواند به طور چشمگیری نرخ تولید ساعتی قطعه را افزایش دهد.

در کارهای طولانی مدت برای کاهش سایش ابزار گیرنده یا تراشکار، استفاده از ابزار زبر روی یک اسلاید یا ایستگاه برجک مختلف برای حذف بخش عمده ای از مواد کاری معمولی و طبیعی است.

انواع مختلفی از ابزارهای فرم وجود دارد. ابزارهای فرم افزونه رایج ترین برای مشاغل با برد کوتاه تا متوسط (50 تا 20000 عدد) هستند. ابزارهای دایره‌ای معمولاً برای کارهای طولانی‌تر هستند، زیرا هنگام چرخاندن ابزار در نگهدارنده، می‌توان سایش ابزار را چندین بار از نوک ابزار جدا کرد. همچنین یک ابزار دیگر وجود دارد که می تواند برای برش های سبک استفاده شود. جنس ابزارهای قالب می تواند از فولاد کبالت، کاربید یا فولاد تندبر باشد. کاربید به مراقبت بیشتری نیاز دارد، زیرا بسیار شکننده است و در صورت بروز صدای پارگی خرد می شود.

یک اشکال در استفاده از ابزارهای فرم این است که سرعت انجام کار معمولاً کند است، 0.0005 اینچ تا 0.0012 اینچ در هر دور بسته به عرض ابزار. ابزارهای عریض گرمای بیشتری ایجاد می کنند و معمولاً به خاطر صداهایشان مشکل ساز هستند. گرما و سر و صدا عمر ابزار را کاهش می دهد. همچنین، ابزارهایی که پهن‌تر از 2.5 برابر قطر کوچک‌تر قطعه در حال چرخش هستند، خطر شکسته شدن قطعه را بیشتر می‌کنند. هنگام چرخش در طول های طولانی تر، می توان از تکیه گاه برجک برای افزایش طول چرخش از 2.5 برابر به 5 برابر کوچکترین قطر قطعه در حال چرخش استفاده کرد و این نیز می تواند به کاهش پچ پچ کمک کند. با وجود اشکالات، حذف عملیات اضافی اغلب استفاده از ابزارهای فرم را به کارآمدترین گزینه تبدیل می کند.

دارندگان ابزار

با محدود کردن تیغه برش سخت گران قیمت، به قسمتی که برش واقعی را انجام می دهد، هزینه ابزارکاری کاهش می یابد. یعنی سایر قسمت ها از آن جنس گران نخواهند بود. سپس نگهدارنده ابزار پشتیبان را می توان از فولاد سخت تری ساخت، که علاوه بر ارزان تر بودن، معمولاً برای کار مناسب تر است، زیرا نسبت به مواد پیشرفته ترد کمتری دارد.

نگهدارنده ابزار همچنین ممکن است به گونه ای طراحی شود که ویژگی های دیگری را به عمل برش معرفی کند، مانند موارد زیر:

• رویکرد زاویه ای - جهت حرکت ابزار
• بارگذاری فنر - انحراف قطعه ابزار از مواد در هنگام اعمال بار بیش از حد
• برآمدگی متغیر - بیت ابزار ممکن است برحسب نیاز کار باز یا جمع شود
• سفتی - نگهدارنده ابزار را می توان با توجه به کاری که باید انجام شود اندازه گیری کرد
• هدایت کننده مایع برش یا خنک کننده به محل کار

توجه شود که از آنجایی که سفتی (به جای استحکام) معمولاً محرک طراحی نگهدارنده ابزار است، فولاد مورد استفاده نیازی به سختی یا استحکام خاصی ندارد زیرا تفاوت نسبتاً کمی بین سختی اکثر آلیاژهای فولادی وجود دارد و اهمیت خاصی ندارد این تصمیم.

نگهدارنده های مورد استفاده در ماشین تراش

نگهدارنده تیغه و ستون ابزار

میله ابزار بخشی از یک ماشین تراش فلزکاری است که یا به طور مستقیم تیغه ابزار را نگه می دارد یا یک بخشی از ابزار که حاوی تیغه است را نگه می دارد. طرح‌های بسیار متنوعی برای پایه‌های ابزار (از جمله پایه‌های ابزار اصلی، پایه‌های ابزار راکر، پایه‌های ابزار با تغییر سریع و برجک‌های پایه ابزار) و نگه‌دارنده‌های ابزار (با هندسه و ویژگی‌های متفاوت) وجود دارد.

جعبه ابزار

شکل نشان داده شده در بالا یک ابزار راست دست است که در دستگاه پیچ Brown & Sharp 2G استفاده شده است.

این دستگاه یک جعبه ابزار است که بر روی برجک ماشین تراش یا پیچ برجک نصب می شود. این در اصل یک ابزار است که همراه با خود به ابزارهای همراه خود استراحت می دهد. یک ابزار (یا چند ابزار) و یک تکیه گاه فشرده (معمولاً V شکل یا با دو غلتک ) در بدنه ای که قطعه کار را احاطه کرده است در مقابل یکدیگر نصب می شوند (یک "جعبه" در اطراف آن تشکیل می دهد). از آنجایی که تیغه ابزار یک نیروی انحراف جانبی بر روی قطعه کار وارد می کند، قسمت دنبال کننده با آن مخالفت می کند و استحکام ایجاد می کند. نوع متفاوت و محبوب جعبه ابزار از دو غلتک به جای استراحتگاه فالوور استفاده می کند. یکی از غلتک ها «غلتک سایزینگ» و غلتک دیگر «غلتک درخشان کننده» نامیده می شود. غلتک ها با استاک چرخانده می شوند تا جای خراش در پیچ کاهش یابد. ابزار مخالف ممکن است برای خنثی کردن نیروهای منحرف کننده یکدیگر (به نام "ابزار چرخشی متعادل") استفاده شوند، در این صورت ابزار جعبه شروع به همپوشانی از نظر شکل، عملکرد و هویت با آسیاب توخالی می کند.

هولدرهای مورد استفاده در تیزکننده ها، شکاف ها و پلنرها

جعبه کلاپر

شکل‌دهنده‌ها ، شکاف‌دهنده‌ها و رنده‌ها اغلب از نوعی نگهدارنده ابزار به نام جعبه کلاپر استفاده می‌کنند که آزادانه در انواع حرکت های برگشتی حرکت می‌کند. در حرکت برش بعدی، دوباره به محل مورد نظر برش می زند و به محل اصلی بازمیگردد. حرکت آن شبیه به حرکت یک شیر پروانه ای و یکطرفه است.

نگهدارنده های مورد استفاده در ماشین های فرز

فلای کاتر

فلای کاتر نوعی فرز است که یک یا دو قطعه ابزار در آن نصب می شود. قطعات با چرخش دوک به اطراف می‌چرخند و برش‌هایی رو به رو دریافت می‌کنند. فلای کاترها کاربرد قطعه های ابزار هستند که در آن ابزار ها بخشی از یک واحد چرخشی هستند (در حالی که بیشتر استفاده از ابزار دیگر خطی است).

تاریخ

این تیغه های تراش قرن‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند، با این حال پیشرفت تکنولوژیکی بیشتر آن‌ها حتی امروز نیز ادامه دارد. تقریباً قبل از سال 1900، تقریباً تمام این ابزار ها توسط کاربرانشان ساخته می‌شد و بسیاری از ماشین‌فروشی‌ها دارای کوره آهنگری بودند. در واقع، از ماشین‌کاران خوب انتظار می‌رفت که دانش آهنگری داشته باشند، و اگرچه شیمی و فیزیک عملیات حرارتی فولاد به خوبی درک نشده بود (در مقایسه با علوم امروزی)، هنر عملی عملیات حرارتی بسیار پیشرفته بود، و چیزی که بیشتر فلزکاران ماهر به راحتی با آنها آشنا بودند. تکه‌های ابزار از فولادهای ابزار کربنی ساخته شده‌اند که دارای محتوای کربن کافی برای سخت شدن هستند. هر لقمه با چکش آهنگری می شد، خاموش می شد و سپس با سنگ زنی می شد. جزئیات دقیق عملیات حرارتی و هندسه نوک به تجربه و ترجیحات فردی بستگی دارد.

پیشرفت تکنولوژیکی قابل توجهی در دوره 1890-1910 رخ داد، زمانی که فردریک وینسلو تیلور روش های علمی را برای مطالعه قطعات ابزار و عملکرد برش آنها (شامل هندسه، متالورژی، و عملیات حرارتی آنها، و سرعت ها و خوراک های حاصل، عمق برش) به کار برد. او همراه با Maunsel White و دستیاران مختلف، فولادهای تندبر را توسعه داد (که خواص آنها هم از مخلوط عناصر آلیاژی و هم از روش های عملیات حرارتی آنها ناشی می شود). آزمایش‌های برشی او تن‌ها مواد قطعه کار را مصرف کرد، هزاران قطعه ابزار را استفاده کرد و کوه‌هایی از تراشه‌ها را تولید کرد. آنها تا حد زیادی توسط ویلیام سلرز (یکی از مدیران کارخانه کشتی سازی Midvale Steel و Cramp) و بعداً توسط Bethlehem Steel حمایت شدند. تیلور نه تنها مواد جدیدی را برای ساخت برش‌های تک نقطه‌ای ایجاد کرد، بلکه هندسه بهینه را نیز تعیین کرد (زوایه‌های چنگک، زوایای فاصله، شعاع دماغه و غیره). او معادله تیلور را برای طول عمر ابزار توسعه داد. پس از تیلور، دیگر مسلم نبود که هنر سیاه صنعتگران منفرد نشان دهنده بالاترین سطح فناوری فلزکاری است. این بخشی از یک روند بزرگتر در طول قرن های 19 و 20 بود که توسط آن علم با هنر در فرهنگ مادی زندگی روزمره ( علم کاربردی ) آمیخته شد.

استلیت به زودی به فولادهای پرسرعت به عنوان ماده ای برای برش های تک نقطه ای پیوست. اگرچه تراشکاری الماس برای مدت طولانی وجود داشته است، اما تا زمانی که این فلزات جدید و گران قیمت به وجود آمدند، ایده تراشکاری در ماشین کاری رایج شد. قبل از این، اکثر برش های تک نقطه ای کاملاً از فولاد ابزار ساخته می شدند (سپس در نوک آن آسیاب می شد). اکنون اتصال یک نوک جداگانه (از یک ماده) به نگهدارنده (از ماده دیگر) رایج تر شده است. با توسعه کاربید سیمانی در دسترس تجاری (دهه 1920) و درج های سرامیکی (پس از جنگ جهانی دوم)، این روند تسریع شد، زیرا کاربید و سرامیک حتی گران تر هستند و حتی برای خدمت به عنوان بدنه مناسب تر هستند. با این حال، توسعه فناوری بلافاصله جایگزین روش های قدیمی نشد. بین سال‌های 1900 و 1950، هنوز برای یک ماشین‌کار، آهنگری ابزاری از فولاد ابزار کربنی غیرمعمول نبود.

امروزه، در میان برش‌های تک نقطه‌ای که در تولید انبوه استفاده می‌شوند (مانند قطعات خودرو)، تیغه ها و ابزارهای افزونه با استفاده از کاربید و سرامیک بسیار بیشتر از ابزارهای HSS یا فولاد کبالت هستند. در زمینه‌های ماشین‌کاری دیگر (مثلاً کارگاه‌ها، اتاق‌های ابزار، و بخش های سرگرمی)، مورد دوم هنوز به خوبی استفاده می‌شوند. یک سیستم کامل از نمادهای استاندارد صنعتی برای نامگذاری هر نوع هندسه ایجاد شده است. تعداد فرمولاسیون های کاربید و سرامیکی همچنان در حال گسترش است و الماس بیش از هر زمان دیگری مورد استفاده قرار می گیرد. سرعت، تغذیه، عمق برش، و دما در رابط برش همچنان افزایش می‌یابد (تعادل دومی با خنک‌سازی فراوان از طریق مایع، هوا یا ذرات معلق در هوا )، و زمان‌های چرخه همچنان کاهش می‌یابد. تا زمانی که هزینه های تحقیق و توسعه و استهلاک خرید ابزارآلات کمتر از مقدار پول پس انداز شده توسط افزایش بهره وری باشد (مثلاً کاهش هزینه دستمزد) رقابت بین تولیدکنندگان محصول برای کاهش هزینه های واحد تولید، به طور مستمر باعث توسعه فناوری توسط سازندگان ابزار می شود.

همچنین ببینید

• ماشین کاری
• دستگاه بالانس
• تراشکاری
• برشکاری