แนวคิดการออกแบบของโรงงานผลิตปลายคาร์ไบด์สําหรับอลูมิเนียม

บทนำ

เมื่อออกแบบคาร์ไบด์เอนด์มิลล์สำหรับอะลูมิเนียม สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาอย่างครอบคลุมถึงการเลือกวัสดุ การออกแบบเรขาคณิตของเครื่องมือ เทคโนโลยีการเคลือบผิว และพารามิเตอร์การตัดเฉือน ปัจจัยเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการตัดเฉือนโลหะผสมอะลูมิเนียมที่มีประสิทธิภาพและเสถียรภาพ ในขณะเดียวกันก็ยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือ

1. การเลือกวัสดุ

1.1 สารตั้งต้นคาร์ไบด์: คาร์ไบด์ชนิด YG (เช่น YG6, YG8) เป็นที่ต้องการเนื่องจากมีความสัมพันธ์ทางเคมีต่ำกับโลหะผสมอะลูมิเนียม ซึ่งช่วยลดการก่อตัวของขอบสะสม (BUE)

1.2 โลหะผสมอะลูมิเนียมที่มีซิลิคอนสูง (8%–12% Si): แนะนำให้ใช้เครื่องมือเคลือบเพชรหรือคาร์ไบด์เม็ดละเอียดพิเศษที่ไม่มีการเคลือบผิว เพื่อป้องกันการกัดกร่อนของเครื่องมือที่เกิดจากซิลิคอน

1.3 การตัดเฉือนแบบเงาสูง: แนะนำให้ใช้เอนด์มิลล์ทังสเตนคาร์ไบด์ที่มีความแข็งแกร่งสูง พร้อมการขัดขอบที่แม่นยำ เพื่อให้ได้พื้นผิวที่เหมือนกระจก

2. การออกแบบเรขาคณิตของเครื่องมือ

2.1 จำนวนฟลุต: โดยทั่วไปจะใช้การออกแบบ 3 ฟลุต เพื่อสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการตัดและการกำจัดเศษ สำหรับการตัดเฉือนหยาบของโลหะผสมอะลูมิเนียมสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ สามารถเลือกใช้เอนด์มิลล์ 5 ฟลุต (เช่น Kennametal KOR5) เพื่อเพิ่มอัตราป้อน

2.2 มุมเกลียว: แนะนำให้ใช้มุมเกลียวขนาดใหญ่ 20°–45° เพื่อปรับปรุงความราบรื่นในการตัดและลดการสั่นสะเทือน มุมที่มากเกินไป (>35°) อาจทำให้ความแข็งแรงของฟันลดลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องรักษาสมดุลระหว่างความคมและความแข็งแกร่ง

2.3 มุมเรคและมุมคลาย: มุมเรคที่ใหญ่ขึ้น (10°–20°) จะช่วยลดแรงต้านทานการตัดและป้องกันการยึดเกาะของอะลูมิเนียม โดยทั่วไปมุมคลายจะอยู่ที่ 10°–15° ซึ่งสามารถปรับได้ขึ้นอยู่กับสภาวะการตัด เพื่อสร้างสมดุลระหว่างความทนทานต่อการสึกหรอและประสิทธิภาพการตัด

2.4 การออกแบบร่องเศษ: ฟลุตเกลียวแบบกว้างและต่อเนื่องช่วยให้มั่นใจได้ถึงการกำจัดเศษที่รวดเร็วและลดการติดขัด

2.5 การเตรียมขอบ: ขอบตัดต้องคงความคมเพื่อลดแรงตัดและป้องกันการยึดเกาะ การลบมุมที่เหมาะสมช่วยเพิ่มความแข็งแรงและป้องกันการบิ่นของขอบ

3. ตัวเลือกการเคลือบผิวที่แนะนำ

3.1 ไม่เคลือบผิว: ในหลายกรณี เอนด์มิลล์อะลูมิเนียมจะไม่มีการเคลือบผิว หากสารเคลือบผิวมีอะลูมิเนียม อาจทำปฏิกิริยากับชิ้นงาน ทำให้สารเคลือบผิวหลุดลอกหรือยึดติด ซึ่งนำไปสู่การสึกหรอของเครื่องมือที่ผิดปกติ เอนด์มิลล์ที่ไม่เคลือบผิวมีราคาประหยัด คมมาก และง่ายต่อการลับใหม่ ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตระยะสั้น การสร้างต้นแบบ หรือการใช้งานที่มีข้อกำหนดพื้นผิวปานกลาง (Ra > 1.6 μm)

3.2 คาร์บอนคล้ายเพชร (DLC): DLC เป็นสารเคลือบผิวชนิดคาร์บอน มีลักษณะคล้ายรุ้ง ให้ความทนทานต่อการสึกหรอและคุณสมบัติป้องกันการยึดเกาะได้ดีเยี่ยม เหมาะสำหรับการตัดเฉือนอะลูมิเนียม

3.3 สารเคลือบ TiAlN: แม้ว่า TiAlN จะให้ความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการสึกหรอได้ดีเยี่ยม (อายุการใช้งานนานกว่า TiN 3–4 เท่าในเหล็ก สแตนเลส ไทเทเนียม และโลหะผสมนิกเกิล) โดยทั่วไปจะไม่แนะนำให้ใช้กับอะลูมิเนียม เนื่องจากอะลูมิเนียมในสารเคลือบผิวสามารถทำปฏิกิริยากับชิ้นงานได้

3.4 สารเคลือบ AlCrN: มีความเสถียรทางเคมี ไม่ติด และเหมาะสำหรับไทเทเนียม ทองแดง อะลูมิเนียม และวัสดุอ่อนอื่นๆ

3.5 สารเคลือบ TiAlCrN: สารเคลือบโครงสร้างไล่ระดับที่มีความเหนียว ความแข็ง และแรงเสียดทานต่ำสูง มีประสิทธิภาพเหนือกว่า TiN ในด้านประสิทธิภาพการตัด และเหมาะสำหรับการกัดอะลูมิเนียม

สรุป: หลีกเลี่ยงสารเคลือบผิวที่มีอะลูมิเนียม (เช่น TiAlN) เมื่อตัดเฉือนอะลูมิเนียม เนื่องจากจะเร่งการสึกหรอของเครื่องมือ

4. ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ

4.1 การกำจัดเศษ: เศษอะลูมิเนียมมีแนวโน้มที่จะติดขัด ต้องมีการออกแบบฟลุตที่เหมาะสม (เช่น ขอบหยัก มุมเรคขนาดใหญ่) เพื่อการกำจัดที่ราบรื่น

4.2 วิธีการระบายความร้อน:

4.2.1 ควรใช้วิธีการระบายความร้อนภายใน (เช่น Kennametal KOR5) เพื่อลดอุณหภูมิการตัดและชะเศษออกไป

4.2.2 ใช้ของเหลวตัด (อิมัลชันหรือน้ำมันหล่อเย็น) เพื่อลดแรงเสียดทานและความร้อน ปกป้องทั้งเครื่องมือและชิ้นงาน

4.2.3 ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการไหลของสารหล่อเย็นเพียงพอที่จะครอบคลุมโซนการตัด

4.3 พารามิเตอร์การตัดเฉือน:

4.3.1 การตัดด้วยความเร็วสูง: ความเร็วในการตัด 1000–3000 ม./นาที ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในขณะที่ลดแรงตัดและความร้อน

4.3.2 อัตราป้อน: การเพิ่มอัตราป้อน (0.1–0.3 มม./ฟัน) ช่วยเพิ่มผลผลิต แต่ต้องหลีกเลี่ยงแรงที่มากเกินไป

4.3.3 ความลึกในการตัด: โดยทั่วไป 0.5–2 มม. ปรับตามความต้องการ

4.3.4 การออกแบบป้องกันการสั่นสะเทือน: เกลียวตัวแปร ระยะห่างฟลุตที่ไม่เท่ากัน หรือโครงสร้างแกนเรียวสามารถระงับการสั่นสะท้าน (เช่น KOR5)

บทสรุป

หลักการออกแบบหลักของคาร์ไบด์เอนด์มิลล์สำหรับอะลูมิเนียมคือ แรงเสียดทานต่ำ ประสิทธิภาพการกำจัดเศษสูง และประสิทธิภาพในการป้องกันการยึดเกาะ. วัสดุที่แนะนำ ได้แก่ คาร์ไบด์ชนิด YG หรือคาร์ไบด์เม็ดละเอียดพิเศษที่ไม่เคลือบผิว เรขาคณิตต้องสร้างสมดุลระหว่างความคมและความแข็งแกร่ง และสารเคลือบผิวควรหลีกเลี่ยงสารประกอบที่มีอะลูมิเนียม สำหรับพื้นผิวเงาสูงหรือโลหะผสมอะลูมิเนียมที่มีซิลิคอนสูง การออกแบบขอบและฟลุตที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็น ในทางปฏิบัติ ประสิทธิภาพสามารถเพิ่มได้สูงสุดโดยการรวมพารามิเตอร์การตัดเฉือนที่เหมาะสม (เช่น ความเร็วสูง การกัดแบบปีน) เข้ากับกลยุทธ์การระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ (เช่น สารหล่อเย็นภายใน)