تیغچه تراشکاری چیست؟

تعریف و مفهوم کلی

تیغچه تراشکاری یک ابزار تراشکاری غیرچرخشی است که در ماشین‌های تراشکاری، ماشین شیپر و دستگاه پلنر برای تراشکاری فلزات استفاده می‌شود. این ابزارها که با عنوان «ابزار برش تک نقطه‌ای» نیز شناخته می‌شوند، نقشی اساسی در فرآیندهای تراشکاری دقیق ایفا می‌کنند. لبه برنده این ابزار به‌ صورت تخصصی سنگ ‌زنی می‌شود تا متناسب با نوع عملیات ماشینکاری باشد و می‌توان آن را در صورت نیاز دوباره تیزکاری یا شکل‌ دهی کرد. تیغچه تراشکاری در حین تراش توسط گیره به ‌صورت محکم نگه‌ داشته می‌شود تا دقت و کیفیت تراش حفظ شود.

تاریخچه و تکامل مواد

تاریخچه تیغچه تراشکاری‌ها به قرن‌ها پیش برمی‌گردد، اما تحولات اساسی در این زمینه از اوایل قرن بیستم آغاز شد. در ابتدا، تمام تیغچه های تراشکاری‌ از فولادهای ابزاری با کربن بالا ساخته می‌شدند که نیاز به سخت ‌کاری و تمپرینگ مناسب داشتند. اما با معرفی فولاد پرسرعت (HSS) در اوایل دهه 1900، صنعت ماشینکاری دستخوش تحولی عظیم شد. سپس کارباید در دهه 1930، ابزارهای سرامیکی پس از جنگ جهانی دوم، و در نهایت ابزارهای الماسه به تدریج جایگزین انواع قدیمی ‌تر شدند.

امروزه، اکثر تیغچه تراشکاری‌ها از سه ماده اصلی ساخته می‌شوند: فولاد پرسرعت (HSS)، فولاد کبالت، یا کارباید. هر یک از این مواد ویژگی‌های منحصربه ‌فردی دارند که آن‌ها را برای کاربردهای خاص مناسب می‌سازد.

مواد سازنده تیغچه: HSS در برابر کاربید

فولاد پرسرعت (HSS - High-Speed Steel)

فولاد پرسرعت یک آلیاژ فولادی است که با افزودن عناصری مانند مولیبدن و تنگستن غنی شده است. این عناصر مقاومت تیغچه در برابر حرارت و سایش را بهبود می‌بخشند. HSS به دلیل انعطاف‌ پذیری نسبی خود، می‌تواند فشارهای وارده را بدون شکستن تحمل کند. این ویژگی آن را به گزینه‌ای عالی برای کاربردهایی تبدیل می‌کند که شرایط ماشینکاری سخت‌گیر نیستند. ابزارهای HSS برای تراشکاری مواد نرم ‌تر مانند فولاد معمولی، آلومینیوم، چوب و برخی پلاستیک‌ها مناسب هستند. همچنین، HSS در عملیات‌ هایی که نیاز به سرعت برش متوسط دارند، کاربرد دارد و قیمت آن نسبت به کارباید به‌ مراتب کمتر است.

از مزایای مهم HSS می‌توان به قابلیت تیزکاری مجدد آسان، مقاومت در برابر ضربه، و استحکام بالا اشاره کرد. وزن تیغچه های HSS نیز نسبت به کارباید تقریباً نصف است. در ماشین‌های با قدرت کم یا در کاربردهایی که نرخ تغذیه بالاست، HSS گزینه اقتصادی ‌تری محسوب می‌شود زیرا شکستگی تیغچه در آن کمتر رخ می‌دهد.

کارباید یا الماس (Carbide)

کارباید از ترکیب کربن و تنگستن با استفاده از چسباننده کبالت ساخته می‌شود. این ماده، سختی بسیار بالاتری نسبت به HSS دارد و می‌تواند سرعت‌های برش بسیار بالاتری را تحمل کند. کارباید می‌تواند حرارت‌های بالای ناشی از تراشکاری را بدون کاهش کارایی تحمل کند، که این موضوع آن را برای عملیات‌های تراشکاری پرسرعت ایده‌آل می‌سازد. تیغچه های کاربایدی دارای رنگ خاکستری تیره ‌تری نسبت به HSS هستند و سطح صیقلی‌تر و براق‌ تری دارند.

با این حال، الماس نسبت به HSS شکننده ‌تر است و در برابر ضربه و ارتعاش آسیب ‌پذیرتر می‌باشد. به همین دلیل، معمولاً تنها لبه برنده تیغچه از کارباید ساخته می‌شود و به یک دسته فولادی متصل می‌گردد - این اتصال می‌تواند به‌ صورت پیچی، گیره‌ای (که به آن اینسرت گفته می‌شود)، یا به روش لحیم‌ کاری انجام شود. کارباید به ‌ویژه برای برش فلزات سخت مانند استیل ، تیتانیوم، و مواد کامپوزیتی مناسب است.

از نظر مغناطیسی، الماس به دلیل وجود کبالت در ترکیب خود، کمی جذب مغناطیس می‌شود، در حالی که HSS کاملاً مغناطیسی است. وزن الماس نیز تقریباً دو برابر HSS است. در صنایع خودروسازی، هوافضا و الکترونیک که نیاز به دقت بالا و تولید انبوه وجود دارد، ابزارهای کاربایدی بسیار رایج هستند.

فولاد کبالت و سایر مواد

فولاد کبالت، که حاوی درصدهای متفاوتی از کبالت (معمولاً 5 تا 8 درصد) است، جایگاهی میان HSS و کارباید دارد. این ماده سختی بیشتر و مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به HSS دارد اما همچنان انعطاف ‌پذیری قابل‌ قبولی را حفظ می‌کند. علاوه‌بر این‌ها، ابزارهای سرامیکی (مانند نیترید بور مکعبی)، ابزارهای الماسه، و نسل جدیدتر HSS-PM (متالورژی پودری) نیز در کاربردهای تخصصی استفاده می‌شوند.

ماشین‌های تراشکاری برای استفاده از تیغچه

تیغچه های تراشکاری‌ در سه نوع ماشین نصب و استفاده می‌شوند:

ماشین تراش (Lathe)

ماشین تراش، رایج‌ ترین دستگاهی است که از تیغچه تراشکاری استفاده می‌کند. در این ماشین، قطعه کار می‌چرخد و ابزار تراش ثابت مانده و به‌ صورت خطی حرکت می‌کند. تراش برای تولید قطعات استوانه‌ای، برش رزوه و عملیات‌های مشابه به ‌کار می‌رود.

ماشین شیپر (Shaper)

شیپر یک ماشین نسبتاً ساده است که عمدتاً در کارگاه‌های ابزارسازی یا برای ساخت نمونه‌های اولیه استفاده می‌شود. در این ماشین، تیغچه تراشکاری روی یک بازوی متحرک به نام «رم» (ram) نصب است که به‌صورت رفت ‌وبرگشتی حرکت می‌کند. تراشکاری تنها در حرکت رو به جلو انجام می‌شود و حرکت بازگشت با سرعتی دو برابر انجام می‌پذیرد تا زمان تلف شده کاهش یابد. شیپر برای تولید سطوح صاف، شیارها، راه چفت‌ها، و پروفیل‌های پیچیده به ‌کار می‌رود. این ماشین برای قطعات کوچک ‌تر و کارهای با تعداد محدود مناسب است.

دستگاه پلنر (Planer)

پلنر شبیه به شیپر است اما بسیار بزرگ‌ تر و سنگین ‌تر می‌باشد. برخلاف شیپر که ابزار حرکت می‌کند، در پلنر قطعه کار روی میزی بزرگ نصب شده و زیر ابزار ثابت حرکت می‌کند. پلنر می‌تواند قطعات کاری با وزن چندین تن را ماشینکاری کند و برای تولید سطوح صاف و دقیق روی قطعات بزرگ مانند بسترهای ماشین‌آلات، قطعات صنایع سنگین، و قطعات صنایع نفت و گاز استفاده می‌شود. پلنرها می‌توانند از چندین ابزار تراش به‌ طور همزمان استفاده کنند، در حالی که شیپرها معمولاً فقط یک ابزار در هر لحظه به‌کار می ‌گیرند.

کاربردهای صنعتی

تیغچه تراشکاری‌ها در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارند:

صنعت خودروسازی:

تولید قطعات موتور مانند میل‌لنگ، شاتون، دنده‌ها، دیسک‌های ترمز و درام‌های ترمز. در تولید انبوه قطعات خودرو، ابزارهای کاربایدی و سرامیکی به ‌دلیل سرعت تراش بالا و طول عمر مناسب، بیشتر استفاده می‌شوند.

صنایع هوافضا:

ماشینکاری قطعات با دقت بسیار بالا مانند پره‌های توربین، بدنه موتورهای جت، و اجزای ساختاری هواپیما. در این صنعت، تیغچه تراشکاری‌ کاربیدی برای برش آلیاژهای تیتانیوم و سوپرآلیاژها ضروری هستند.

صنعت ساخت ابزار و قالب:

تولید قالب‌های تزریق پلاستیک، قالب‌های فلزی، دایس‌ها، و ابزارهای دقیق. در این صنعت، ابزارهای HSS و کبالت برای برش‌های سنگین خشن و کاربید برای عملیات نهایی‌سازی استفاده می‌شود.

صنایع الکترونیک:

تولید قطعات ریز و دقیق با تلرانس‌های بسیار کم. با افزایش روند مینیاتوری‌سازی در الکترونیک، نیاز به تیغچه تراشکاری‌ تخصصی و دقیق افزایش یافته است.

صنایع دفاعی:

ساخت قطعات تسلیحاتی، تجهیزات نظامی، و سیستم‌های دفاعی که نیازمند دقت و کیفیت بالا هستند.

صنایع ساختمانی و معدن:

تولید ابزارآلات سنگین، قطعات ماشین ‌آلات راهسازی، و تجهیزات معدنی.

ویژگی‌های هندسی و زوایای برش تیغچه تراشکاری

برای عملکرد صحیح، تیغچه تراشکاری باید دارای زوایای مشخصی باشد. زاویه براده پشت (back rake) به کنترل جهت حرکت براده و کاهش فشار وارد بر ابزار کمک می‌کند. زاویه side rake همراه با back rake، جریان براده را کنترل کرده و مقاومت قطعه کار در برابر حرکت ابزار را کاهش می‌دهد. زاویه front clearance معمولاً حدود 8 درجه و زاویه side clearance بین 10 تا 15 درجه است. این زوایا بر اساس نوع مواد قطعه کار، نوع عملیات، و نرخ تغذیه بهینه ‌سازی می‌شوند.

برای هر پروژه تراشکاری، حداقل زوایای لازم توصیه می‌شود زیرا با افزایش زوایا، لبه برش تیزتر اما ضعیف ‌تر شده و قدرت جذب حرارت ناشی از تراشکاری کاهش می‌یابد. بعد از سنگ‌ زنی، صیقل‌کاری لبه برش با سنگ روغنی باعث بهبود کیفیت برش، افزایش عمر ابزار، و تولید سطحی با کیفیت بهتر می‌شود.

نتیجه ‌گیری

تیغچه تراشکاری یکی از ابزارهای بنیادین در صنایع ماشینکاری است که با وجود پیشرفت‌های تکنولوژیک و ظهور ماشین‌های CNC، همچنان جایگاه خود را حفظ کرده است. انتخاب بین HSS و کارباید بستگی به نوع کاربرد، مواد قطعه کار، سرعت تراشکاری مورد نیاز، و بودجه دارد. HSS برای کاربردهای عمومی، سرعت‌های متوسط، و بودجه محدود مناسب است، در حالی که الماس برای تولید انبوه، سرعت‌های بالا، و برش مواد سخت انتخاب برتر محسوب می‌شود. با توجه به رشد صنایع خودروسازی، هوافضا، و الکترونیک در سراسر جهان، نقش تیغچه تراشکاری‌ها در آینده صنعت ماشینکاری پررنگ ‌تر خواهد شد.