3 דרכים ציפוי כלי להגדיל את חיי הכלי – בלופה

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס


כלי חיתוך נמצאים בדרך כלל עם ציפוי תרכובת מולקולרית דק במיוחד המוחל על משטחי החיתוך שלו. אלה ציפויים מתוכננים להילחם נגד כוחות ששוחקים את כלי החיתוך שלך ומובילים לכישלון כלי קטסטרופלי. לא רק שציפויים נוצרים לחיתוך חומרים ספציפיים, אלא שהם גם מגבילים חום וחיכוך ומשפרים את הביצועים של הכלי שלך. בעת בחירת כלי מצופה, על המכונאי לשקול כיצד החומר ופעולות החיתוך הרצויות עלולות לשבור את קצוות החיתוך של הכלי, כדי לקבוע איזה ציפוי ישרת בצורה הטובה ביותר את צרכיו. לפני שניתן לקבל החלטות אלו, יש להבין כיצד ציפויים מגבירים את יכולות החיתוך של הכלי. להלן מבט מעמיק על היתרונות שמספקים ציפוי כלי עבודה וכיצד הם פועלים לשיפור חיי כלי עבודה וביצועים.

מהו ציפוי?

ציפוי כלי עבודה מורכב מתרכובות אורגניות ואי-אורגניות אשר מיושמות ומודבקות על המצע באמצעות פיסיקלי אדי Deposition (PVD) או Chemical Vapor Deposition (CVD). תרכובות מופקדות על הכלים בשכבות עד להשגת העובי הרצוי.

כלי חיתוך מצופים מספקים שלוש פונקציות עיקריות:

  1. ספק מחסום תרמי בין הכלי לחומר העבודה
  2. שפר את סיכה הכלים
  3. הגדל את ההתנגדות לבלאי הכלים

עם ניצול נכון של שלוש התכונות הללו, ניתן לדחוף את כלי החיתוך הרבה יותר חזק, לרוץ עם זמני מחזור מהירים יותר ולהחזיק מעמד זמן רב יותר.

1. ספק מחסום תרמי בין הכלי לחומר העבודה

הפחתת חום חיונית בעיבוד שבבי, שכן חימום מוגזם של כלי וחלקי עבודה במהלך פעולות חיתוך עלול להזיק. ככל שטמפרטורת כלי הקרביד עולה במהירות, הקשיות שלו יורדת, וכתוצאה מכך לבלאי גדול יותר ולצריבה. מוליכות תרמית היא תכונה חומרית המשמשת למדידת יכולתו של חומר לשמור או להעביר אנרגיית חום. לדוגמה, לקרביד טונגסטן יש מוליכות תרמית של 88 W/m.K ב-20 מעלות צלזיוס. המשמעות היא שבטמפרטורת החדר, 20°C (68°F), כלי קרביד לא מצופה יכול להוליך 88 וואט של אנרגיה תרמית למטר עם שיפוע טמפרטורה הנמדד בקלווין. החומרים המשמשים בציפוי כלי עבודה אינם מוליכים חום טוב עם שיעורי מוליכות תרמית נמוכים כמו 4.5 ואט/מ"ר.K. זה אומר כי ציפוי עם מוליכות תרמית של 4.5 W/m.K, הציפוי יעביר פי 19.56 פחות חום מאשר טונגסטן קרביד.

ניסוי המציג את היכולות התרמיות של ציפויים מוצג להלן. גם כלי מצופה Nano AlTiN וגם כלי לא מצופה הפכו פלדה 4340 במהירות של 155 מ"מ/דקה (508.5 רגל/דקה) ו-200 מ"מ/דקה (656.17 רגל/דקה), בקצב הזנה של 0.5 מ"מ/סל"ד (0.019) in/rev) ועומק חיתוך של 3.5 מ"מ (0.138 אינץ') [1]. לא נעשה שימוש בנוזל קירור.

שיפוע תרמי של כלי לא מצופה

איור 1: שיפוע תרמי של קצה החיתוך של הכלי הלא מצופה [1].

ציפוי כלי שיפוע תרמי

איור 2: התמונות לעיל, נמצאו במחקר שכותרתו "מחקר ניסיוני ומידול של התפלגות טמפרטורות במצב יציב בכלים מצופה קרביד מצופה בחריטה," נכתב על ידי Amol Thakare ואנדרס Nordgren, מציגים את ההשפעות של מהירות כלי החיתוך ועיוות הכלי על התפלגות הטמפרטורה בכלי לא שחוק (שמאלי) ושחוק (ימני).

בהשוואה בין שני הכלים, ברור שהכלי המצופה סופג הרבה פחות חום מהכלי ללא ציפוי. עם שיעורי מוליכות תרמית נמוכים יותר, ציפוי כלי עבודה יוצרים מחסום תרמי בין הקרביד לחומר העבודה. זה מקטין מאוד את הטמפרטורה הפנימית של הקרביד כאשר החום שנוצר במהלך פעולות החיתוך מופנה אל השבבים וחומר העבודה. עם טמפרטורות נמוכות יותר, ניתן להשיג מהירויות חיתוך מהירות יותר. בהסתכלות על השיפועים התרמיים שלמעלה, הכלי הלא מצופה הפועל במהירות 155 מ' לדקה והכלי המצופה שפועל במהירות של 200 מ' לדקה יש בערך את אותה טמפרטורת פני השטח. המשמעות היא שהכלי המצופה יכול לפעול במהירות של 22.5% מהמקבילה הלא מצופה.

2. ציפויים מגדילים את סיכות הכלים

עוד מפתח להגבלה ייצור חום ושמירה על חיתוך חלק וללא פטפוטים היא להפחית את כמות החיכוך בין כלי החיתוך לחומר העבודה. כוח חיכוך הוא ההתנגדות לתנועה, ובמקרה של כלי חיתוך, הכוח המתנגד לתנועות הרוחביות והרדיאליות של הכלים בזמן שהוא חותך את חומר העבודה. כוח מנוגד זה נקבע על ידי מקדם החיכוך, המסומן לעתים קרובות באות היוונית Mu (μ). מקדם החיכוך הוא היחס בין הכוח הנדרש להזזת משטח אחד על פני משטח אחר, חלקי הלחץ בין שני המשטחים. מזעור μ כיצד ציפויים מפחיתים את כוחות החיכוך הכוללים המעורבים בפעולות חיתוך מכיוון שכוח החיכוך עומד ביחס ישר ל μ.

דוגמה להראות עד כמה ציפוי יכול להפחית את חיכוך מקדם במהלך פעולות חיתוך, על פני כלי קרביד לא מצופה, מוצגת במחקר שבוצע על ידי האוניברסיטה לטכנולוגיה של מלזיה. בניסוי זה, פלדת פחמן 1040 הופכת במהירות של 60 מ"מ לדקה (2.36 אינץ' לדקה), עומק חיתוך של 1 מ"מ (0.04 אינץ'), קצב הזנה של 0.06 מ"מ/סל"ד (0.0024 אינץ'/סל"ד), ו- אורך חיתוך חוזר של 100 מ"מ (3.937 אינץ') עד שהכלי חתך באורך כולל של 1000 מ' (3280.84 רגל) [2]. לכלי המצופה היה ציפוי TiCN, ציפוי דומה לציפוי AlTiN הפופולרי יותר. להלן התוצאות:

איור 3: התמונה לעיל, נמצאת ב "מאפייני חיכוך ובלאי של תוסף מצופה בציפוי אסלה ו-TiCN ביצירת חומר פלדת פחמן", מציג את מקדם החיכוך של הכלי המצופה TiCN וכלי טונגסטן קרביד לא מצופה.

כפי שנראה ב איור 3, לכלי המצופה TiCN היה מקדם חיכוך נמוך בהרבה מהכלי הלא מצופה. מקדם נמוך יותר זה מקטין את כוחות החיכוך שחווים במהלך פעולות חיתוך, מפחית את ייצור החום, נותן גימור חלק טוב יותר ומאריך את חיי הכלי.

בחירת כלי מצופה בעל סיכה גבוהה תהיה אידיאלית גם לחיתוך חומרים עם טמפרטורות התכה נמוכות, כמו גם חומרים המייצרים כמות אדירה של חום במהלך העיבוד, כגון סגסוגות קשיות גבוהה. בחומרים בעלי נקודות התכה נמוכות (כגון אלומיניום או מתכות לא ברזליות אחרות), חיכוך גבוה עלול לגרום ליצירת חום ולהידבקות שבבים. שבבים אלה עלולים לגרום לאריזת שבבים בעמקי חלילים ולפריחה בקצה החיתוך. התפרצות זו נקראת בנוי קצה (BUE) אשר יוצר קצה עבה יותר ויכול לשבור את הכלי. עם מקדמי חיכוך נמוכים יותר, קשה יותר לשבבים להיצמד לכלי ול-BUE להתרחש. בעת חיתוך חומרים שייצרו טמפרטורות גבוהות (כגון פלדות אל חלד וסגסוגות תעופה וחלל), שמירה על כוחות החיכוך למינימום, תפחית את יצירת החום, ותגרום לחיתוך חלק יותר, תוך שמירה על קצוות החיתוך של הכלי.

3. ציפויי כלים מגדילים את עמידות הכלים לבלאי

הוספת א ציפוי עם דירוג מיקרו קשיות גבוה מגדיל את יכולתו של כלי חיתוך להתנגד לבלאי ולהימנע מעיוותים קבועים. בתעשיית החיתוך, דרגות כלי חיתוך עבור טונגסטן קרביד נעות בין דרגות C1 ל-C14, תלוי מה פעולת החיתוך שהכלי יבצע. בין דרגות C1 עד C14, לקרביד טונגסטן יש קשיות Vickers (HV) הנעה בין 760 HV ל- 1740 HV. לציפויים לכלים יש דירוג מיקרו-קשיות גבוה יותר מאשר טונגסטן קרביד. הוספת ציפוי יכולה להגביר את הקשיות של הכלי בכל מקום מ-2213 HV באמצעות ציפוי TiN, ועד 9993 HV עם ציפוי היהלום CVD. בעוד שציפוי TiN לא ייבחר רק בגלל הקשיות שלו, זה מראה שאפילו הציפוי עם הקשיות הנמוכה ביותר עדיין קשה יותר מאשר טונגסטן קרביד חשוף. על ידי הפיכת כלי החיתוך לקשה יותר באופן משמעותי, היחס בין קשיות חומר העבודה לקשיות הכלי גדל. הגדלת הקשיות של הכלי תאפשר לו לגזור שבבים ולהסיר חומר בקלות רבה יותר, במיוחד נגד חומרים שוחקים גבוהים, תוך שהכלי שומר על שלמותו המבנית נגד הכוחות הקיצוניים שחווים במהלך פעולות החיתוך.

היתרונות של הגדלת קשיות הכלים עם הביצועים המשופרים שלו מודגמים ב ניסוי שנעשה על ידי אוניברסיטת Afyon Kocatepe. בניסוי זה, חריץ קצה של 2 חלילים בקוטר חיתוך של 4 מ"מ נכנס לתוך Inconel 718 ב-20,000 סל"ד, עם קצב הזנה של 5 מיקרומטר לחליל, עומק חיתוך של 0.2 מ"מ ואורך חיתוך של 120 מ"מ [3]. חיתוך זה בוצע באמצעות טחנת קצה קרביד לא מצופה וגם בציפוי AlTiN (קשיות 3620 HV) ללא נוזל קירור. להלן תמונות השוואה אופטיות של שני הכלים המציגות את הבלאי והעיוותים שלהם.

איור 4: התמונה למעלה מ "חקירה נסיונית של ההשפעה של חומר ציפוי על בלאי הכלים בכרסום מיקרו של Inconel 718 Super Alloy," מציג כלי חיתוך לא מצופה.

איור 5: התמונה למעלה מ "חקירה נסיונית של ההשפעה של חומר ציפוי על בלאי הכלים בכרסום מיקרו של Inconel 718 Super Alloy," מציג את ההבדל שציפוי יכול לעשות בכלי חיתוך. איור 4 מציג כלי חיתוך לא מצופה, ו איור 5 מציג כלי חיתוך עם ציפוי AlTiN PVD.

בהסתכלות על שני הכלים, ניכר כי הכלי הלא מצופה חווה בלאי משמעותי של הצד והמכתש, מה שהביא להתקלפות של קצוות החיתוך שלו. כאשר כלי זה ביצע את החתכים שלו, בלאי צד התרחש תחילה. בלאי זה התרחש ישירות בקצה החיתוך כאשר סגסוגת Inconel השוחקת החלה לפרק את הכלי. כאשר הבלאי של הצד גדל מעבר לקצה החיתוך ואל פני המגרפה של הכלי, נוצר בלאי במכתש. בלאי מכתש מאופיין בעומק שלו לתוך הכלי. כששבבים החליקו על פני המגרפה והגדילו את המכתש הזה, חלקים של כלי הקרביד החלו להתקלף, ויצרו קצה חיתוך חדש וחלש יותר. קצה חדש זה קהה ולא יהיה מסוגל לחתוך את חומר העבודה כראוי, וימשיך להתפרק עד להתרחש כשל קטסטרופלי בכלי.

בלאי צד ומכתש הם שני סוגים של ריקבון כלי מכני שהם תוצאה ישירה של שחיקה של חומר העבודה. הגדלת קשיות המיקרו של כלי החיתוך יכולה להילחם במצבי שחיקה שוחקים אלה. זה מוכח ב דמות…



קישור לכתבת המקור – 2021-09-21 18:16:28

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר

אנחנו קופצים ליצירת סתיו השבוע ב-Creative Haven על ידי הכנת כמה דלעות בלוק מקסימות! אנחנו…