چگونه کابوس تخلیه تراشه را در ماشین آلات جیبی عمیق CNC حل کنیم
2025-08-12
1
اپراتورها با این صحنه آشنا هستند: تراشهها یک جیب 50 میلیمتری عمیق را پر میکنند، تراشههای دوباره برش داده شده جوش میخورند، ابزار میشکند، و اسپیندل آلارم میدهد. چگالی کم و هدایت حرارتی بالای آلومینیوم باعث چسبندگی تراشهها میشود؛ گوشههای تنگ و بیرونزدگیهای بلند آنها را به دام میاندازند. قوانین سرانگشتی موجود—شیارهای باز، خنککننده سیلابی—زمانی که جیبها از 3 برابر قطر ابزار بیشتر شوند، ناموفق هستند. این مطالعه تأثیر ترکیبی هندسه ابزار، فشار خنککننده و سینماتیک مسیر ابزار را بر تخلیه تراشه در شرایط تولید 2025، کمّی میکند.
2 روشهای تحقیق
2.1 طراحی آزمایشها
فاکتوریل کامل 2³ با نقاط مرکزی (n = 11).
عوامل:
• A: زاویه مارپیچ—38° (کم)، 45° (زیاد).
• B: فشار خنککننده—40 بار (کم)، 80 بار (زیاد).
• C: استراتژی مسیر—تروئید تطبیقی در مقابل شطرنجی معمولی.
2.2 قطعه کار و ماشین
بلوکهای 7075-T6، 120 × 80 × 60 میلیمتر، جیبها 10 میلیمتر عرض × 50 میلیمتر عمق. اسپیندل Haas VF-4SS، 12k HSK-63، خنککننده Blaser Vasco 7000.
2.3 جمعآوری دادهها
• زمان ماندگاری تراشه: دوربین با سرعت بالا با سرعت 5000 فریم در ثانیه، ردیابی شده از طریق تراشههای رنگ شده.
• سایش ابزار: میکروسکوپ نوری، VB ≤0.2 میلیمتر در پایان عمر.
• زبری سطح: Mahr Perthometer M400، برش 0.8 میلیمتر.
2.4 بسته تکرارپذیری
کد G، لیست ابزار و نقشههای نازل خنککننده در github.com/pft/chip-evac-2025 بایگانی شدهاند.
3 نتایج و تجزیه و تحلیل
شکل 1 نمودار پارتو از اثرات استاندارد شده را نشان میدهد؛ زاویه مارپیچ و فشار خنککننده غالب هستند (p < 0.01). جدول 1 معیارهای کلیدی را خلاصه میکند:
جدول 1 نتایج آزمایش (میانگین، n = 3)
مجموعه پارامتر | زمان ماندگاری تراشه (s) | عمر ابزار (دقیقه) | Ra (µm)
38°، 40 بار، شطرنجی | 4.8 | 22 | 1.3
45°، 80 بار، تروئید | 2.8 | 45 | 0.55
بهبود | –42 % | +105 % | –58 %
شکل 2 بردارهای سرعت تراشه را ترسیم میکند؛ مارپیچ 45° یک مؤلفه سرعت محوری رو به بالا 1.8 متر بر ثانیه را ایجاد میکند در مقابل 0.9 متر بر ثانیه برای 38°، که تخلیه سریعتر را توضیح میدهد.
4 بحث
4.1 مکانیسم
مارپیچ بالاتر باعث افزایش رِیک مؤثر میشود، تراشهها را نازک میکند و چسبندگی را کاهش میدهد. خنککننده 80 بار، 3 برابر جریان جرمی بالاتر را ارائه میدهد؛ شبیهسازی CFD (به پیوست A مراجعه کنید) نشان میدهد که انرژی جنبشی آشفته در پایه جیب از 12 J/kg به 38 J/kg افزایش مییابد، که برای بلند کردن تراشههای 200 µm کافی است. مسیرهای تروئیدی درگیری ثابتی را حفظ میکنند و از بستهبندی تراشه که در گوشههای شطرنجی دیده میشود، جلوگیری میکنند.
4.2 محدودیتها
آزمایشها به آلومینیوم 7075 محدود شدهاند؛ آلیاژهای تیتانیوم ممکن است به کمک برودتی نیاز داشته باشند. جیبهای با نسبت عمق به عرض >8:1، حتی در تنظیمات بهینه، گاهی اوقات مسدود شدن تراشه را نشان دادند.
4.3 پیامدهای عملی
فروشگاهها میتوانند ماشینهای موجود را با فرزهای انتهایی کاربید با گام متغیر و مارپیچ بالا و نازلهای خنککننده قابل برنامهریزی با هزینه <$2000 در هر اسپیندل، بازپرداخت در عرض 3 ماه بر اساس صرفهجویی در عمر ابزار، ارتقا دهند.
5 نتیجهگیری
برشدهندههای با مارپیچ بالا، خنککننده 80 بار از طریق ابزار و مسیرهای تروئیدی، یک بسته مؤثر و قابل انتقال را تشکیل میدهند که زمان ماندگاری تراشه را کاهش میدهد و عمر ابزار را در فرزکاری جیب عمیق آلومینیوم دو برابر میکند. کار آینده باید ماتریس را به تیتانیوم گسترش دهد و استخراج خلاء در حین فرآیند را برای نسبتهای ابعادی بالاتر از 8:1 بررسی کند.