تشكيل الكربيد الملبد بطبقة من الماسقواطع كروية دقيقة الطرفية

باستخدام الأدوات وآلات التشغيل المناسبة، لا يُعدّ طحن المواد الصلبة، مثل فولاذ الأدوات D-2 ذي الصلابة HRC60، أمرًا صعبًا. مع ذلك، ليس من السهل طحن المواد الأكثر صلابة، مثل السبائك الصلبة. عادةً ما تتوفر هذه المواد فقط عن طريق التجليخ أو التشغيل بالتفريغ الكهربائي.

مع طرح سلسلة قواطع الطحن الكروية الدقيقة ذات الأنف من شركة Union Tool Inc.، تغير الكثير. يقول جون برادفورد، رئيس قسم أبحاث وتطوير التصنيع الدقيق في شركة Makino: "تعتقد Makino أن تطوير هذه الأداة مهم، وربما لا يقل أهمية عن طرح تقنية الطحن الصلب في منتصف التسعينيات". في الماضي، لم تتجاوز نسبة نجاح طحن قطع العمل المصنوعة من السبائك الصلبة باستخدام قاطع مصنوع من نفس السبائك 10-20%.

في معرض IMTS 2012، عرضت شركة Muye District استخدام أداة UDCB بقطر 1 مم للطحن الخشن والدقيق لمثاقب الكربيد الملبد باستخدام قواطع كروية دقيقة ذات صلابة لا تقل عن 93 HRA في مركز التصنيع الدقيق IQ300 (الشكلان 1 و2). بعد 38 دقيقة من التشغيل، بلغ تآكل الأداة 1.8 ميكرومتر فقط. أما في حالة تشغيل قطعة العمل بالتفريغ الكهربائي، فيستغرق الأمر أربع ساعات على الأقل (بما في ذلك برمجة القطب الكهربائي، وتصنيعه، وتشغيل قطعة العمل بالتفريغ الكهربائي). وقال برادفورد: "تحتاج إلى معالجة ثلاثة أقطاب كهربائية من النحاس والتنغستن على الأقل. وفي معظم الحالات، ستحتاج إلى معالجة أربعة أقطاب للحفاظ على دقة 5 ميكرومتر أو أفضل".

الشكل 1udcb: قواطع طرفية كروية دقيقة مطلية بالماس

الشكل 2: مثاقب من الكربيد

من أجل طحن قطع عمل متعددة بعمق 2200 مم، تم استخدام سرعة دوران المغزل 30000 دورة في الدقيقة وسرعة التغذية 300 مم/دقيقة لقواطع نهاية كروية دقيقة مزدوجة الحواف من نوع udcb، وكان حمل الرقاقة لكل شفرة 10 م. تم تثبيت قواطع النهاية الكروية الدقيقة على ظرف أدوات التحميل الساخن mst uno، وكان الحد الأقصى لخطأ قفزة القطر المعتمد من المصنع 600 نانومتر.

يتراوح قطر رؤوس القطع الكروية الدقيقة ذات الحدين من نوع UDCB، التي طورتها شركة الأدوات المشتركة، بين 0.2 و6 مم. ووفقًا لجوناثان هاي، نائب الرئيس الأول للمبيعات والتسويق في الشركة، فإن طبقات الماس المترسبة بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار بالخيوط الساخنة، والتي يزيد سمكها عن 10 ميكرومتر، توفر متانة عالية في ظل ظروف معالجة دقيقة، وتقلل من تأثير نصف قطر الزاوية. وبالمقارنة مع تقنية الترسيب الكيميائي للبخار بالبلازما، فإن تقنية الترسيب الكيميائي للبخار بالخيوط الساخنة قادرة على ترسيب طبقات أكثر تجانسًا على الأسطح ذات الأشكال المعقدة.

تبلغ صلابة طبقة الماس على رؤوس القطع الكروية الدقيقة من نوع UDCB حوالي 100 جرام باسكال (9000 HV)، وهي قريبة جدًا من صلابة الماس أحادي البلورة. بالإضافة إلى ذلك، وبفضل التحكم الدقيق في السطح البيني، تكون قوة الالتصاق بين طبقة الماس والركيزة عالية جدًا.

نظرًا لأن قوة القطع في طحن السبائك الصلبة أكبر بمرتين تقريبًا من قوة القطع في طحن فولاذ الأدوات D-2 (HRC60)، ولتقليل الاهتزاز، من الضروري استخدام آلة تشغيل عالية الصلابة عند استخدام قواطع نهاية كروية دقيقة من نوع UDCB، والقطع تدريجيًا في قطعة العمل باستخدام أداة تغذية حلزونية. خلال عرض التشغيل في معرض IMTS التجاري، استخدمت ماكينو 1زاوية حلزونية ° وخفضت معدل التغذية بنسبة 90٪ عندما قطعت أداة القطع قطعة العمل.

يقول هاي: "وجدنا أن التغذية اللولبية أكثر موثوقية لأن قوة القطع أكثر انتظامًا"، مشيرًا إلى إمكانية الحفاظ على ثبات التغذية طوال عملية القطع. تستخدم قواطع القطع الكروية الدقيقة من يو دي سي بي أخدودًا حلزونيًا قياسيًا لتعزيز صلابة الأداة. تساعد قوى القطع المنتظمة والمتساوية على تجنب تلف الأجزاء الهشة للغاية، وركائز الأدوات، والطلاءات.

تستخدم شركة موينو هواءً جافًا لإزالة الرايش وتبريد منطقة التلامس بين الأداة وقطعة العمل أثناء عرض توضيحي لعملية التشغيل. ويقول هاي إن هذه الطريقة أفضل من التبريد بالرش باستخدام سائل تبريد مائي أو التبريد برذاذ الزيت. "إذا تم التبريد برذاذ الزيت، فقد تتشكل كتلة صغيرة من الزيت تحتوي على رايش كربيد التنجستن. أما النفخ المستمر للهواء فهو أكثر موثوقية وصديق للبيئة."

كما ذُكر سابقًا، على الرغم من إمكانية تشكيل قوالب السبائك الصلبة وغيرها من قطع العمل ذات الصلابة المماثلة عن طريق التجليخ، إلا أن أنواع الميزات (وخاصةً الميزات الدقيقة) التي يمكن تشكيلها محدودة بقدرة عجلة الماس على الوصول إلى هذه الميزات أو اختراقها. وبينما تتوفر أدوات أخرى فائقة الصلابة مثل أدوات PCBN وPCD، إلا أن تكلفة هذه الأدوات قد تصل إلى أربعة أضعاف تكلفة قواطع UDCB ذات الرؤوس الكروية الدقيقة (534.50 - 674.50 دولارًا أمريكيًا حسب القطر)، كما أن هذه الأدوات لا تتآكل تدريجيًا أثناء عملية التصنيع. يقول هاي: "يُعدّ تصنيع أداة من PCBN أمرًا بالغ الصعوبة. تفتقر مواد PCD إلى خاصية التباين (المواد المتباينة الخواص لها خصائص مختلفة عند قياسها في اتجاهات مختلفة)، لذا فهي عرضة للتلف."

قال برادفورد إنه فوجئ إلى حد ما برد فعل الزوار أثناء العرض التوضيحي، "إنهم لا يصدقون ما يرونه. سيحصل مصنعو أدوات الكربيد المتصلد على أدوات جديدة. إنه تقدم تكنولوجي تاريخي."