في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، يشير عمر الأداة إلى الوقت الذي تستغرقه أداة القطع حتى تتآكل من القطع الأولي عند طرف الأداة أو الطول الفعلي للوقت المقاس من سطح قطعة العمل. يعد وقت قطع الأداة مؤشر تقييم رئيسي يستخدمه مصنعو الأدوات لحساب عمر الأداة.

هناك عاملان أساسيان يؤثران على عمر الأداة بشكل كبير:

سرعة القطع (السرعة الخطية)

سرعة القطع لها تأثير ملحوظ على عمر الأداة. إذا تجاوزت سرعة القطع 20% من السرعة المحددة للمادة التي يتم تصنيعها، فسيتم تقليل عمر الأداة إلى نصف مدتها الأصلية. إذا زادت إلى 50% فوق السرعة المحددة، فسيتم تقليل عمر الأداة إلى خمس مدتها الأصلية فقط.

اهتزاز

بالإضافة إلى سرعة القطع، فإن الاهتزاز له أيضًا تأثير كبير على عمر الأداة. السبب الرئيسي للاهتزاز هو صلابة إعداد الآلات. يُنظر إلى الاهتزاز على سطح قطعة العمل على أنه طرق مستمر بين الأداة وقطعة العمل، بدلاً من القطع العادي. يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة درجة تقطيع الأداة وكسرها، وبالتالي تقليل عمر الأداة بشكل كبير.

طرق تقدير عمر خدمة أدوات CNC

يقدر على أساس وقت القطع

في صناعة أدوات قطع المعادن، يتم عادةً تقديم توصية بسرعة القطع بناءً على عمر أداة CNC الذي يبلغ 15 دقيقة. في التطبيقات العملية، من الشائع استخدام 75% من القيمة الموصى بها المقدمة من الشركة المصنعة لأداة CNC. عند سرعة القطع المنخفضة هذه، يبلغ العمر الافتراضي المقدر لأدوات CNC حوالي 60 دقيقة.

يمكن حساب العدد التقديري لقطع العمل التي يمكن معالجتها بحافة قطع واحدة باستخدام الصيغة التالية:

ن = (19100 * فولت * و) / (د * ح)

حيث: N: عمر الأداة، عدد قطع العمل التي يمكن معالجتها (الوحدة: القطع) V: سرعة القطع المحددة للأداة (الوحدة: متر في الدقيقة) f: معدل التغذية أثناء التصنيع (الوحدة: ملليمتر لكل دورة) D: قطر قطعة العمل التي يتم تشكيلها (الوحدة: ملليمتر) ح: طول المعالجة (الوحدة: ملليمتر)

تدوير قطعة عمل يبلغ قطرها 60 ملم وطولها 110 ملم. توصي الشركة المصنعة للأداة بسرعة قطع تبلغ 200 متر في الدقيقة. العمر الزمني للقطع المخطط للأداة T هو 60 دقيقة. سرعة القطع الفعلية المستخدمة هي 150 مترًا في الدقيقة، ومعدل التغذية هو 0.1 ملم لكل دورة. حساب العمر الافتراضي للأداة:

ن = (19100 * 150 * 0.1) / (60 * 110) = 43.4

في ظل الظروف المحددة، يمكن لكل حافة قطع معالجة ما يقرب من 43 قطعة عمل.

حساب عمر أداة CNC على أساس مسافة القطع

تشير مسافة القطع إلى المسافة الإجمالية التي تقطعها حافة القطع، على افتراض أن حافة القطع المفردة تقطع بشكل مستمر قطعة عمل كبيرة جدًا بسرعة ثابتة من البداية إلى الفشل. تُعرف هذه المسافة باسم مسافة القطع ويشار إليها بالحرف "L".

يمكن حساب العدد التقديري لقطع العمل التي يمكن أن تعالجها حافة القطع الواحدة باستخدام الصيغة التالية:

ن = (318300 * ل * و) / (د * ح)

حيث: N: عمر الأداة، عدد قطع العمل التي يمكن معالجتها L: العمر التقديري لمسافة القطع، مقاس بالكيلومترات f: معدل التغذية أثناء المعالجة، مقاس بالمليمتر لكل دورة D: قطر قطعة العمل التي يتم تصنيعها، مقاس بالمليمتر h: طول المعالجة، مقاسًا بالملليمتر

على سبيل المثال، عند تدوير قطعة عمل يبلغ قطرها 50 ملم وطولها 100 ملم، بمعدل تغذية يبلغ 0.1 ملم لكل دورة، وعمر مسافة القطع الموصى به من قبل الشركة المصنعة للأداة هو 10 كيلومترات، يمكن أن يكون عمر الأداة المقدر هو تحسب على النحو التالي:

ن = (318300 * 10 * 0.1) / (50 * 100) = 63.66

في ظل الظروف المحددة، كل حافة قطع يمكنها معالجة حوالي 63 قطعة عمل.

العمر الافتراضي للأداة بناءً على القيم التجريبية

يمكن للمهنيين ذوي الخبرة في الصناعة، مع خبرتهم الكبيرة، تقدير فترة خدمة الأداة بشكل مباشر لمعالجة مواد محددة باستخدام مواد شائعة وأدوات CNC شائعة الاستخدام.

على سبيل المثال، بالنسبة لقم الثقب المصنوعة من السبائك الصلبة المطلية بأقطار تتراوح من Φ25 إلى Φ30، عند الحفر في الفولاذ الكربوني العادي، يكون طول الحفر التراكمي حوالي 20 إلى 30 مترًا. عند تصنيع الحديد الزهر، يكون الطول الإجمالي التراكمي عمومًا حوالي 80 إلى 100 متر.

إن طرق التقدير الثلاثة المذكورة أعلاه ليست سوى تقديرات تقريبية في ظل الظروف النموذجية. سواء كان التقدير يعتمد على وقت القطع أو مسافة القطع، فإن هذه الأساليب تميل إلى أن تكون متحفظة. بشكل عام، لا توفر الشركات المصنعة للأدوات طرق التقدير هذه، حيث يتم تحديد طرق الحساب الخاصة بأدوات CNC في بيئات معملية محددة وقد لا تكون قابلة للتطبيق كمبادئ توجيهية عامة.

طرق تحسين عمر الأداة

تحسين المصفوفة

من خلال تغيير حجم جسيمات كربيد التنغستن في نطاق 1-5 ميكرومتر، يمكن لمصنعي الأدوات تغيير خصائص المصفوفة لأدوات كربيد الأسمنت. يلعب حجم جسيمات مادة المصفوفة دورًا حاسمًا في خفض الأداء وعمر الأداة. تؤدي أحجام الجسيمات الصغيرة إلى تحسين مقاومة التآكل للأداة، بينما تعمل أحجام الجسيمات الأكبر على تعزيز صلابة الأداة.

علاوة على ذلك، فإن زيادة محتوى الكوبالت في مواد أدوات CNC من الكربيد الأسمنتي بمقدار 6% إلى 12% يمكن أن يعزز المتانة. لذلك، يمكن تلبية متطلبات عملية القطع المحددة، سواء فيما يتعلق بالمتانة أو مقاومة التآكل، عن طريق ضبط محتوى الكوبالت.

يمكن أيضًا تحسين أداء ركائز الأداة من خلال تشكيل طبقة غنية بالكوبالت بالقرب من السطح الخارجي أو إضافة عناصر صناعة السبائك الأخرى بشكل انتقائي (مثل التيتانيوم والتنتالوم والفاناديوم والنيوبيوم وما إلى ذلك) إلى مادة الكربيد الأسمنتي. يمكن للطبقة الغنية بالكوبالت أن تحسن بشكل كبير من قوة حافة القطع، وبالتالي تعزيز أداء الآلات الخشنة وأدوات القطع المتقطعة.

اختيار طلاء مناسب

تساهم الطلاءات أيضًا في تحسين أداء القطع لإدراج أداة CNC من الكربيد الأسمنتي. تشمل تقنيات الطلاء الحالية ما يلي:

1 طلاء نيتريد التيتانيوم (TiN): هذا طلاء عالمي من PVD وCVD يعزز صلابة الأداة ودرجة حرارة الأكسدة.

2 طلاء كربونيتريد التيتانيوم (TiCN): من خلال إضافة عناصر الكربون إلى TiN، يعمل هذا الطلاء على تحسين الصلابة ونعومة السطح.

3 طلاءات نيتريد ألومنيوم التيتانيوم (TiAlN) وطلاءات نيتريد ألومنيوم التيتانيوم (AlTiN): يمكن أن يؤدي تطبيق طبقات أكسيد الألومنيوم (Al2O3) جنبًا إلى جنب مع هذه الطلاءات إلى تحسين عمر الأداة في عمليات القطع ذات درجة الحرارة العالية. تعتبر طلاءات أكسيد الألومنيوم مناسبة بشكل خاص للقطع الجاف وشبه الجاف.

طلاء 4 نيتريد الكروم (CrN): يُظهر هذا الطلاء خصائص جيدة مضادة للالتصاق ويعمل كحل لمكافحة التصاق الرقاقة.

حافة شحذ

في كثير من الحالات، أصبح إعداد حواف قطع الشفرة (أو شحذ الحواف) عاملاً حاسماً في تحديد نجاح التصنيع. يجب تحديد معلمات عملية الشحذ بناءً على متطلبات المعالجة المحددة. يمكن أن تتراوح كمية الشحذ من صغيرة مثل 0.007 مم إلى كبيرة مثل 0.05 مم. بشكل عام، تتطلب الشفرات المستخدمة في الدوران والطحن المستمر لمعظم أنواع الفولاذ والحديد الزهر درجة كبيرة من شحذ الحواف. تعتمد كمية الشحذ على درجة الكربيد الأسمنتي ونوع الطلاء (طلاء CVD أو PCD). بالنسبة لإدخالات القطع المتقطعة للخدمة الشاقة، أصبح شحذ الحواف بشكل كبير أو تصنيع الأراضي على شكل حرف T شرطًا أساسيًا.

على العكس من ذلك، نظرًا لأن إدخالات الشفرات المستخدمة في تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك ذات درجة الحرارة العالية تميل إلى تكوين تراكمات من الرقائق، فإنها تتطلب حواف قطع حادة ولا يمكن أن تخضع إلا لشحذ بسيط (منخفض يصل إلى 0.01 مم)، أو حتى يمكن تخصيص كميات شحذ أصغر. وبالمثل، فإن المدخلات المستخدمة في تصنيع سبائك الألومنيوم تتطلب أيضًا حواف قطع حادة.