سایش ابزار در فرایند ماشین‌کاری

در ماشین‌کاری، **ساییدگی ابزار**، به معنای فرسایش ابزار تراش، برش یا سوراخ کاری است و در مواردی شکست ابزار برش می‌باشد که به دلیل عملکرد منظم و طولانی مدت دستگاه و به تبع آن ابزار است. ابزارهایی که تحت تأثیر قرار می‌گیرند و دچار سایش می‌شوند عبارتند از ابزارهای نوک دار، سر ابزار (بیت ابزار) و مته‌هایی که با ماشین ابزارها استفاده می‌شوند.

انواع سایش ابزار عبارتند از:
* **فرسایش پهلو(flank wear)** که در آن بخشی از ابزار که در تماس با قسمت ماشین کاری شده قطعه است، فرسایش می‌یابد. این پارامتر می‌تواند با استفاده از یک معادله عمر ابزار را توصیف کند.

بندانگشتی|فرسایش لبه (crater wear)
* **فرسودگی دهانه (crater wear)** که در آن تماس سطح بالایی ابزار با براده‌ها باعث فرسایش سطح چنگک می‌شود. این نوع فرورفتگی هادر نزدیکی لبه برشی، تا حدودی برای سایش ابزار طبیعی است و استفاده از ابزار را تا زمانی که به اندازه کافی جدی نشود تخریب نمی‌کند. در واقع تا زمانی که که باعث خرابی و شکست لبه برش نشود، به‌طور جدی ابزار را تخریب نمی‌کند. این خرابی می‌تواند ناشی از سرعت اسپیندل خیلی کم یا نرخ تغذیه (سرعت نسبی ابزار و قطعه) خیلی زیاد باشد. در برش متعامد این اتفاق معمولاً در جایی رخ می‌دهد که دمای ابزار بیشینه باشد. سایش دهانه تقریباً در ارتفاعی برابر با عمق برش ماده رخ می‌دهد. عمق سایش دهانه (*t*0) = عمق برش
* **ساییدگی لبه برنده (Notch wear)** که در هر دو قسمت اینزرت چنگک و صفحه کناری در امتداد عمق خط برش اتفاق می‌افتد و در درجه اول به دلیل جوشکاری، فشار جدا شدن براده‌ها باعث آسیب موضعی به ابزار می‌شود. براده به معنای واقعی کلمه به اینزرت جوش می‌شود. دلیل دیگر این نوع سایش، تماس مکانیکی بین سطح سخت شده و لبه برش اصلی است.
* **لبه انباشته (built-up edge)** یا ایجاد پلیسه روی سطح ابزار است که در زمان ماشینکاری براده‌های دما بالا که روی سطح قطعه تشکیل می‌شوند به ابزار برش فشار وارد می‌کند. درواقع مواد در حالِ ماشینکاری روی لبه برش جمع می‌شوند. برخی از مواد (به ویژه آلومینیوم و مس) تمایل به بازپخت شدن (سخت شدن) خود به لبه برش ابزار دارند. این بیشتر در فلزات نرم‌تر، با نقطه ذوب پایین‌تر رخ می‌دهد. با افزایش سرعت برش و استفاده از روان‌کننده (آب صابون) می توان از آن جلوگیری کرد. هنگام سوراخ کاری می‌توان این اثر را به عنوان حلقه‌های تیره و براق متناوب مشاهده کرد.
* **لعاب (صیقل)** روی چرخ‌های سنگ زنی اتفاق می‌افتد و زمانی رخ می‌دهد که ذرات ساینده روی سطح چرخ سنگ زنی مات شود و سنگ صیقلی شود. این اثر در حالی که چرخ در حرکت است با درخشش و براقی سطح مشخص می‌شود. این اثر معمولاً به دلیل استفاده طولانی مدت از دستگاه، فشار بیش از حد، یا سنگ زنی مواد سخت با چرخ اتفاق می‌افتد. هنگامی که لعاب رخ می‌دهد، راندمان برش چرخ کاهش می‌یابد، که منجر به زمان سنگ زنی طولانی‌تر و پرداخت ناهموار بر روی مواد می‌شود. تشخیص لعاب و تعویض یا پوشاندن چرخ در صورت لزوم برای حفظ عملکرد مطلوب بسیار مهم است.
* **سایش لبه** در مته‌ها به سایش لبه بیرونی مته در اطراف سطح برش اطلاق می‌شود که در اثر سرعت بیش از حد برش ایجاد می‌شود. برای توضیح بیشتر، سایش لبه به خرابی لبه برش مته اشاره دارد، که بخشی است که در واقع مواد را برش می‌دهد. این سایش معمولاً در لبه بیرونی مته رخ می‌دهد و می‌تواند ناشی از عواملی مانند سرعت برش بیش از حد باشد که گرما و اصطکاک بیشتری نسبت به مته تحمل می‌کند. در نتیجه این سایش، لبه برش مات می‌شود و اثربخشی آن کاهش می‌یابد و نیاز به نیروی بیشتری برای برش مواد دارد. سایش به سمت پایین فلوت‌های مته که شیارهایی هستند که به تراشه‌ها اجازه می‌دهند از سوراخ حفاری خارج شوند، گسترش می‌یابد. هنگامی که ساییدگی قابل توجه لبه رخ می‌دهد، مقدار قابل توجهی از مواد باید از مته حذف شود تا توانایی برش آن بازیابی شود. این فرایند اغلب از طریق سنگ زنی مجدد یا تیز کردن انجام می‌شود. نظارت و مدیریت سایش لبه برای سوراخ کاری کارآمد و افزایش طول عمر مته‌ها بسیار مهم است. بازرسی و نگهداری منظم می‌تواند به شناسایی زودهنگام سایش و جلوگیری از آسیب بیشتر به ابزار کمک کند.
* **گرد کردن لبه**، به افزایش شعاع لبه برش ابزار () به دلیل حذف مواد (جدا شدن براده‌ها) اشاره دارد. در واقع گرد کردن لبه، سایش پهلو (صفحه کناری) و شیارها را ترکیب می‌کند. گرد کردن لبه بیشتر در ماشینکاری کامپوزیت، یعنی پلاستیک‌های تقویت شده با فیبر کربن (CFRP)، کامپوزیت هیبریدی، توده فلزی CFRP (نوعی کامپوزیت پلیمری) مانند کامپوزیت CFRP-Ti یافت می‌شود. گرد کردن لبه برای ابزارهای برش با پوشش سرامیکی سخت و بدون پوشش گزارش شده است.

## اثرات سایش ابزار
برخی از اثرات کلی سایش ابزار عبارتند از:
* افزایش نیروهای برش
* افزایش دمای برش
* پرداخت سطح ضعیف
* کاهش دقت و کیفیت قطعه ماشین کاری شده
* ممکن است منجر به شکستن ابزار شود
* باعث تغییر در هندسه ابزار می‌شود

سایش ابزار را می‌توان با استفاده از روان‌کننده ها (آب صابون) و خنک‌کننده‌ها
در هنگام ماشین کاری کاهش داد. چرا که روان‌کننده‌ها و خنک‌کننده‌ها اصطکاک و دما را کاهش می‌دهند و در نتیجه آهنگ فرسایش ابزار را کندتر می‌کنند.
شکل کلی تر معادله به صورت زیر است:V_c T^n \times D^x S^y=Cبه طوری که:
* =سرعت برش
* *T* = عمر ابزار
* *D* = عمق برش
* *S* = نرخ تغذیه
* *x* و *y* به صورت تجربی تعیین می‌شوند
* *n* و *C* ثابت‌هایی هستند که توسط آزمایش یا داده‌های منتشر شده یافت می‌شوند. آنها خواص مواد ابزار، قطعه کار و نرخ تغذیه هستند.

## فرضیات دما
بندانگشتی|گرادیان دمای ابزار، قطعه کار و تراشه در طول برش متعامد. همان‌طور که در تصویر مشهود است، گرما از قطعه کار و ابزار به براده منتقل شده و خارج می‌شود. سایش دهانه (crater wear) در حدود ناحیه ۷۲۰ درجه ابزار رخ می‌دهد.
در مناطق با دمای بالا، سایش دهانه رخ می‌دهد. بالاترین دمای ابزار تا بیش از ۷۰۰ درجه سانتیگراد می‌تواند باشد که این دمای بالا در صفحه شیارها رخ می‌دهد. کمترین دمای ابزار نیز بسته به هندسه و جنس ابزار می‌تواند حدود ۵۰۰ درجه سانتیگراد یا کمتر باشد.

## فرضیات انرژی
در اثر اصطکاک، انرژی به صورت گرما در ابزار ظاهر می‌شود. طبق یک فرض معقول می‌توان گفت که ۸۰٪ انرژی حاصل از برش به براده‌ها منتقل می‌شود. اگر این اینطور نبود، قطعه کار و ابزار بسیار داغ تر از آنچه که در نتایج تجربی ظاهر می‌شود، بود. تقریباً ۱۰ درصد انرژی به ابزار و ۱۰ درصد نیز به قطعه کار منتقل می‌شود. درصد انرژی منتقل شده به براده با افزایش سرعت عملیات برش و ماشین کاری افزایش می‌یابد. با افزایش سرعت کار، تا حدودی سایش ابزار را جبران می‌کند. در واقع، اگر انرژی منتقل شده به براده با افزایش سرعت برش افزایش نمی‌یافت، ابزار سریعتر از آنچه یافت می‌شود دچار فرسایش می‌شود.

## عملیات ماشینکاری چند معیاره
بهنام ملکوتی و دوی پراساد (۱۹۸۹) مسئله برش فلز چند معیاره را معرفی کردند که در آن شاخص‌ها می‌توانند هزینه هر قطعه، زمان تولید به ازای هر قطعه و کیفیت سطحی را توصیف کنند. همچنین ملکوتی و همکاران. (۱۹۹۰) روشی را برای طبقه‌بندی مواد از نظر قابلیت ماشینکاری پیشنهاد کرد. ملکوتی (۲۰۱۳) بحث جامعی در مورد عمر ابزار و مسئله چند معیاره آن که سابقاً بیان کرده بودند، ارائه می‌کند. به عنوان مثال، اهداف برای اائه شاخص می‌توانند حداقلی کردن هزینه کل (که می‌تواند با جایگزینی هزینه کل همه ابزارها در یک دوره تولید محاسبه شود)، بهره‌وری حداکثری (که می‌تواند با تعداد کل قطعات تولید شده در هر دوره اندازه‌گیری شود) و حداکثر کردن کیفیت برش.

## جستارهای وابسته
* مته فشاری
* سنگ زنی
* برش دادن
* ماشین کاری
* ابزار برش

## منابع

* ملکوتی، ب؛ Deviprasad, J (1989). "رویکرد چند معیاره تعاملی برای انتخاب پارامتر در برش فلز". تحقیق در عملیات ۳7 (5): ۸۰۵–۸۱۸.
* S. Kalpakjian و SR Schmidt. *مهندسی ساخت و فناوری*. ۲۰۰۰، سالن پرنتیس، رودخانه فوقانی زین، نیوجرسی.
* S. Kalpakjian و SR Schmidt. *فرآیندهای ساخت برای مواد مهندسی*. ۲۰۰۲، سالن پرنتیس، رودخانه فوقانی زین، نیوجرسی.
* K. Kadirgama و همکاران. ۲۰۱۱، "مکانیسم عمر ابزار و سایش" " http://umpir.ump.edu.my/2230/ "
* ملکوتی، ب. (۱۳۹۲). عملیات و سیستم‌های تولید با اهداف چندگانه. جان وایلی و پسران
* Malakooti, B. , Wang, J. , & Tandler, EC (1990). "رویکرد شتابدار مبتنی بر حسگر برای ماشینکاری چند ویژگی و ارزیابی عمر ابزار". مجله بین‌المللی تحقیقات تولید، ۲8 (12)، ۲۳۷۳–۲۳۹۲.

## پیوند به بیرون
* پیش‌بینی سایش ابزار و تأیید در برش متعامد
* وب سایت آموزشی فرایند ساخت
* صفحه اطلاعات در مورد سایش ابزار Gundrilling
* بررسی سایش ابزار و زبری سطح در ماشینکاری کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت‌شده SiC-p همگن

رده:فلزکاری
رده:مقاله‌های ایجادشده توسط ایجادگر