کاهش لرزش ابزارهای ماشینکاری با عمق نفوز بالا

علی حاج علی اکبر

شرکت مهندسی و ساخت توربین مپنا، مهندسی تولید

چکیده

مشكل عمده ماشینكاري شیار ها و فرم هاي با عمق نفوذ بالا در قطعه، لرزش ابزار است. دیسك ها و روتور ها ازجمله قطعاتي هستند که گاها پس جوشكاري باید این نوع ماشینكاري روي آن انجام پذیرد. به منظور تراشكاري شیار هاي با نسبت عمق به عرض بالا، باید حتما از ابزار هاي مقاوم در برابر لرزش استفاده کرد. بدین منظور از قطعات با مدول یانك بالا به منظور استفاده در بدنه ابزار استفاده مي شود و این عمل باعث بالا رفتن فرکانس هاي طبیعي ابزار و در نتیجه مقاومت به لرزش آن مي شود.

واژه هاي کلیدي: فرکانس طبیعي، فرکانس هایي که در صورت اعمال به قطعه به ارتعاش ، بزرگترین ابزار ساز دنیا، اینسرت، قطعات SANDVIK در مي آید. تعویضي از جنس کاربید براي کم کردن هزینه ابزار و بالا بردن عمر آن.

1-مقدمه

یكي از پروسه هاي تراشكاري که کاربرد زیادي در صنعت دارد،شیار تراشي است. با استفاده از اینسرتهاي فرم دار مي توان شیار فرم دار را نیز ایجاد کرد. دیسك ها،محور ها،پوسته ها و…از جمله قطعاتي هستند که از این نوع پروفیل در آن ها استفاده مي شود. هنگام تهیه ابزار مناسب این کار باید نسبت عمق شیار به عرض آن و یا به عبارت دیگر عمق نفوذ ابزار به عرض آن نیز مد نظر قرار گیرد.هرچه این مقدار بیشتر شود تراشكاري با لرزش بیشتر و در نتیجه خرابي سطح، بهم خوردن تلرانسهاي ابعادي و هندسي و کاهش عمر ابزار و ماشین همراه خواهد بود. با استفاده از روش تعبیه قطعات سخت روي بدنه ابزار لرزش کمتر و نتیجه بهینه شدن عملیات مي شود. ماده اي که داراي خصوصیات مورد نظر براي این کار باشد مي تواند از انواع اینسرت ابزار هاي

2– حذف لرزش ابزار توسط تغییر روش شیار تراشي و هندسه اینسرت

ساخت ابزار شیار تراش با عمق نفوذ بالا از جمله مواردي است که همواره مورد نظر استفاده کنندگان ابزار بوده و سازندگان بدنبال بهبود این نوع ابزارها بوده اند.علاوه بر تقویت ابزار روش هاي دیگري نیز براي شیار تراشي با عمق نفوذ بالا و حداقل ارتعاش وجود دارد از آن جمله فرم هندسه ابزار ( مشخصا اینسرت ) و نیز نوع حرکت جهت براده برداري است. در شیار تراشي عمیق معمولا اینسرتهاي استاندارد روي هلدر هاي مخصوص که داراي قابلیت نفوذ در قطعه بالایي هستند بسته شده و کار شیار تراشي انجام مي شود.

روش اول، شیار تراشي مستقیم که در بسیاري از پروسه هاي تولید فعلي استفاده شده و ابزار بطور مستقیم نفوذ کرده و بار برداري انجام مي شود.

روش دوم، شیار تراشي روي مسیر منحني با اینسرت گرد، این روش باعث کاهش نیروي ماشینكاري، بالا رفتن عمر ابزار و در صورت استفاده پارامترهاي بهینه ماشینكاري زمان نیز کاهش میابد.

روش سوم، شیار تراشي ترکیبي ( ترکیبي از حرکت ابزار به طرفین و به جلو ) با اینسرتهایي که قابلیت بار برداري از جلو و طرفین را دارا هستند.این روش نسبت به دو روش قبل از راندمان بالاتري برخوردار است. در روش هاي فوق به ترتیب از بالا به پایین راندمان بهبود یافته و عمر ابزار بالاتر مي رود اما کماکان لرزش ابزار هنگام شیار تراشي و به خصوص در تراشكاري عمیق وجود خواهد داشت.

جدیدترین روش براي کم کردن لرزش ابزار تغییر ماده ابزار در برخي نقاط بدنه آن است.استفاده از قطعات سخت ( با مدول یانگ بالا ) در نقاط مشخص بدنه ابزار است. با این کار استحكام ابزار بالا رفته و ارتعاش حین ماشینكاري کم مي شود. این قطعات عموما اینسرتهایي هستند که به روش متالورژي پودر تهیه شده و داراي مشخصات ذیل هستند.

ρ = 14500 Kg/m³ (For Insert) (1)

E= 590 e9 N/m³ (For Insert) (2)

ρ = 7800 Kg/m³ (For Steel) (3)

E= 200 e9 N/m³ (For Steel) (4)

ابزار ذیل یك ابزار شیار تراشي با عمق نفوذ بالاست. طول کلي آن 054 میلیمتر که حدود 052 میلیمتر آن داخل ابزار گیر محكم شده و بقیه براي ماشینكاري مورد استفاده قرار مي گیرد. از این ابزار جهت ایجاد شیار هاي ریشه پره توربین بخار روي روتور آن استفاده مي شود. فرکانس طبیعي ابزار در حالت عادي و با عوض کردن ماده در قسمت هاي مختلف بررسي و نتایج مقایسه شده اند. به منظور ساده سازي و کم کردن زمان تحلیل  قسمت اینسرت و نشیمنگاه آن روي هلدر حذف شده اند. ABAQUS قطعه با نرم افزار در تحلیل بدست آوردن فرکانس طبیعي قطعه نیازي به مشخص نمودن بار وارده به ابزار نخواهد بود و شرایط مرزي ذکر شده و خواص ماده قطعه براي بدست آوردن این فرکانس کافي خواهد بود.

 

در تحلیل دوم (قرار دادن قطعه سخت جلوي ابزار، شكل 4 ) همانگونه که از نتیجه تحلیل مشخص است نه تنها کمكي به بالا بردن فرکانس طبیعي نمي کند بلكه به علت سنگین تر شدن سر ابزار ( بدلیل چگالي بالاي قطعه سخت ) فرکانس طبیعي پایین آمده و ارتعاش ابزار هنگام ماشینكاري زیادتر مي شود. در تحلیل سوم ( قرار دادن قطعه سخت انتهاي ابزار،شكل 5 ) به دلیل مدول یانگ بالاي قطعه سخت،ارتعاش کم شده و فرکانس هاي طبیعي ابزار بالا مي رود و در نتیجه ارتعاش ابزار در اثر نیرو هاي ماشینكاري کاهش مي یابد.

در ذیل تصویري از اجراي عملي این طرح در ابزارهاي شرکت SANDVIK دیده مي شود.

نتیجه گیري

روش فوق جدید ترین روش کاهش ارتعاش ابزار هاي شیارتراش یا ابزار هاي با فرم مشابه است. با اضافه کردن تعداد قطعات سخت ( اینسرت ) در قسمت هاي مناسب بدنه ابزار، مي توان ارتعاش ابزار حین ماشینكاري را تا حد زیادي کاهش داد. انجام این روش در قسمت اجرایي هزینه بسیار پاییني را در بر خواهد داشت و تنها قسمت زمانبر مساله، تحلیل هاي المان محدود است که آن نیز پس از انجام چند مورد ساده  EDM (Electroخواهد بود. در صورت استفاده از اینسرتهاي غیر مدور، مي توان از روش ماشینكاري ( جهت ایجاد حفره نشیمنگاه اینسرت روي بدنه ابزار استفاده نمود.

مراجع

– مشاهدات نویسنده در شرکت ابزار سازي SANDVIK