ابزارهای برشی (Cutting Tools)

به هرگونه ابزاری که در فرایندهای ماشین کاری برای برداشتن براده از روی قطعه کار مورد استفاده قرار می‌گیرد ، ابزار برشی می‌گویند. ابزارهای برشی می‌توانند تک نقطه‌ای یا چند نقطه‌ای باشند.ابزارهای تک نقطه‌ای برای عملیاتی مانند: تراشکاری و ابزارهای چند نقطه‌ای برای عملیات‌هایی مانند: سوراخکاری و فرزکاری مورد استفاده قرار می‌گیرند .
نمونه‌ای از اینسرت‌ها و تیغچه‌ها
جنس ماده‌ای که برای ابزار برشی انتخاب می‌شود همواره باید سخت‌تر و مستحکم‌تر از جنس ماده‌ای باشد که تحت ماشین کاری قرار می‌گیرد ، همچنین این ابزار باید مقاومت حرارتی قابل قبولی نیز داشته باشند تا به هنگام ماشین کاری و ایجاد حرارت سریعا فرسوده نشوند . برای اینکه بتوان مواد از جنس‌های مختلف را دقیق و ساده تراشید، لازم است که از ابزارهای برشی مناسبی استفاده کرد تا در عملیات ماشین‌کاری با انتخاب درست جنس قطعه کار و جنس ابزارهای براده‌برداری، عمر مفید ابزار برشی خود را افزایش دهیم و کیفیت قطعه کار خود را بالا ببریم.
انواع ابزار‌های برشی
1) اینسرت‌ها : دسته‌ای از ابزارها هستند که قابل تعویض و جایگزینی می‌باشند . این ابزارها از دو بخش تشکیل می‌شوند، یکی اینسرت و دیگری بخشی که اینسرت روی آن سوار می‌شود . معمولا اینسرت‌ها از جنس کارباید سمنت ، الماس و… ساخته می‌شوند تا استحکام و سختی و عمر مفید بالایی داشته باشند .
2) تیغچه : تیغچه‌ها ابزاری هستند که قابل تعویض نمی‌باشند . این ابزار یک پارچه ساخته می‌شوند و زمانی که نیاز باشد سر تیغچه با سنگ زنی تیز می‌شود .
عوامل تاثیر گذار بر عمر ابزار
امروزه شرکت‌ها برای تولیدات انبوه در صنایع مختلف تلاش می‌کنند تا هزینه تمام شده محصول خود را پایین بیاورند .از عوامل مهمی که در مرحله ماشین کاری هزینه در بر دارد عمر ابزار و تعویض و جایگزینی آن می‌باشد . عوامل بسیاری در عمرمفید ابزار تاثیر می‌گذارند مانند:
1) دمای محیط و ابزار
2) هندسه ابزار برشی
3) مایع خنک کننده
4) جنس قطعه کار
5) جنس ابزار برشی
6) پارامترهای ماشین کاری
7) معیار شکست ابزار
معیار شکست ابزار موثر‌ترین عامل در طول عمر ابزار برشی می‌باشد . معیار شکست ابزار یک مقدار از قبل تعیین شده(بر اساس کیفیت و دقت برده برداری و …) برای فرسایش و خوردگی ابزار یا رخ دادن یک پدیده(مانند ترک و شکست) را گویند.
انواع معیارهای شکست
1)معیار شکست مستقیم: این معیار با خود ابزار برشی سر و کار دارد.
2) معیار شکست غیر مستقیم: این معیار با عوامل فرسوده شدن ابزار سر و کار دارد.
انواع معیار‌های شکست مستقیم
الف- جدا شدن براده از ابزار برشی
ب- ترک خوردن ابزار برشی
ج- سایش و تو خالی شدن نوک ابزار برشی
انواع معیار‌های شکست غیر مستقیم
الف- نیروهای براده برداری:
با قرار دادن حد مشخصی برای این نیروها (بر اساس کیفیت سطح و دقت کاری لازم) و اندازه گیری این نیروها بر روی ابزار برشی، می‌توان معیار شکست و عمر ابزار را تعیین کرد.
ب- کیفیت سطح
ج- دقت ابعادی قطعه کار
جنس ابزار‌های برشی
مته از جنس فولاد تندبر (HSS)
1- فولادهای تندبر
اصولا برای برش«رنده‌های تراش» به کار می‌روند و علاوه بر کربن، ممکن است شامل عناصر دیگری ازقبیل تنگستن، مولیبدن، کروم، وانادیوم و کبالت باشند.
کربن برای حفظ سختی در درجه حرارت بالا، وانادیم موجب افزایش استحکام و مقاومت به سایش و کروم نیز به عنوان عامل بهبود چقرمگی عمل می‌کند.
2- آلیاژهای ریختنی کبالت
این آلیاژها که مرکب از 2 الی 4 درصد کربن، 14 تا 20 درصد تنگستن، 25 الی 34 درصد کروم و مابقی کبالت هستند. به دلیل برخورداری از سختی زیاد و حفظ آن در درجه حرارت‌های بالا و مقاومت بالا نسبت به سایش و خوردگی، ضریب اصطکاک پایین در تماس با فولاد، به عنوان یکی از مواد مناسب برای ساخت ابزارهای براده‌برداری مطرح بوده‌اند.
اگر چه سختی این آلیاژها در دمای اتاق مشابه فولادهای تندبر است؛ ولی به دلیل حفظ بهتر سختی دردماهای بالاتر، قابل استفاده در سرعت‌های برشی بالاتری (تقریبا 25% سرعت بیشتر) نسبت به فولادهای تندبر هستند. خواص مکانیکی و سختی این آلیاژها با عملیات حرارتی قابل تغییر نیست.
ابزار از جنس تنگستن کارباید
3- کاربایدها
اصولا«کارباید» اصطلاحی است که به ترکیب شیمیایی فلز و کربن اطلاق می‌شود. کاربایدهاخود به سه گروه تقسیم می‌شوند:
1- سمانته 2- ریزدانه 3- پوششی
کاربایدهای سمانته نیز خود به دو گروه عمده تقسیم می‌شوند:
1- گروه تنگستن کارباید خالص
2- گروه تنگستن کارباید آلیاژی (که حاوی کارباید تیتانیم یا کارباید تانتالیم می‌باشد)
4- سرامیک‌ها وسرمتها
ابزارهای سرامیکی بیشترین تکامل را در چند سال اخیر داشته‌اند و هر چند بسیار گران هستند؛اما از ابزارهای الماسه‌ای ارزانترند. سرامیکها بسیار سبک و شکننده‌اند.
سرامیک‌ها درسرعت‌های برش سه الی چهار برابر ابزارهای کاربایدی هستند. صافی سطح حاصل از ماشین‌کاری با این ابزارها بسیار خوب است و استفاده از سیال خنک‌کننده در براده برداری این ابزارها ضروری نیست.
سرمت‌ها که ترکیب خاصی از سرامیک‌ها و فلزات هستند، برای کاهش تردی و شکنندگی سرامیک‌ها و بهبود آنها ابداع شده‌اند.
فلزاتی نظیرآهن، کروم، تیتانیوم و نیکل از مخلوط شدن با سرامیک‌ها ، «سرمت» را به وجود می‌آورند.
از بارزترین خصوصیات سرمت‌ها و سرامیک‌ها حفظ سختی در درجه حرارت‌های خیلی بالا و مقاومت بالا درمقابل سایش؛ ولی مقاومت کم در مقابل خمش و شوک‌های مکانیکی و بارهای ضربه‌ای وارتعاش است و لذا با وجود این محدودیت‌ها باید از ماشین‌ابزارهای صلب و کاملامستحکم که بدون لرزش می‌باشند، استفاده کرد.
5- CBN
این ماده سخت‌ترین ماده شناخته شده پس از الماس است. از مهمترین امتیازات آن، مقاومت حرارتی بیشتر ازالماس و خنثی بودن آن از نظر شیمیایی است.استفاده از CBN به عنوان ابزار براده برداری برای خشن‌کاری و پرداخت فولادهای کربنی و آلیاژی، ابزار سخت‌کاری‌شده و چدن‌های سخت و به ویژه سوپرآلیاژها با پایه نیکل و کبالت و قطعات ساخته شده به روش متالوژی پودر، پلاستیک‌ها و گرافیت توصیه می‌شود.
اگر چه این نوع ابزارها را می‌توان بدون استفاده از سیال خنک‌کننده نیز به کار برد؛ ولی استفاده از سیال‌های خنک‌کننده حل‌شونده در آب نتایج مثبت به همراه دارد.
6- الماس‌ها
الماس، سخت‌ترین ماده شناخته شده در جهان و سختی متوسط آن 5 برابر کاربایدهای سمانته است. سختی بسیار بالا، مقاومت به سایش عالی، قابلیت هدایت حرارتی بسیار خوب، استحکام فشاری بسیار بالا و انبساط حرارتی بسیار کم، باعث حصول اندازه‌های یکنواخت و دقیق در قطعه کار و صافی سطح بالا می‌باشد.
ابزارهای الماس، به هنگام براده‌برداری از فولادهای نرم و کم‌کربن، به سرعت سائیده می‌شوند؛ درصورتی که سرعت سایش آنها در ماشین کاری فولادهای آلیاژی پرکربن کمتر است و گاهی اوقات در ماشین‌کاری چدن (با درصد کربن بالا) طول عمر زیادی از خود نشان می‌دهند ،ولی با این وجود به طور کلی ماشین‌کاری آلیاژهای آهنی و چدن توسط ابزارهای الماس توصیه نمی‌شوند.
ماشین‌کاری
فرزکاری
سنگ‌زنی
سوراخکاری
سرامیک
کاربید تنگستن
الماس