ترکوئیدال در مقابل غلتک برای حفره های عمیق در فولاد ابزار

PFT, شنژن

هدف: این مطالعه به مقایسه فرزکاری تروکوئیدی و خشن‌کاری با فرو رفتن برای ماشین‌کاری حفره‌های عمیق در فولاد ابزار به منظور بهینه‌سازی راندمان و کیفیت سطح می‌پردازد. روش: آزمایش‌های تجربی از یک دستگاه فرز CNC بر روی بلوک‌های فولاد ابزار P20 استفاده کردند و نیروهای برش، زبری سطح و زمان ماشین‌کاری را تحت پارامترهای کنترل‌شده مانند سرعت دوک (3000 دور در دقیقه) و نرخ پیشروی (0.1 میلی‌متر بر دندان) اندازه‌گیری کردند. نتایج: فرزکاری تروکوئیدی نیروهای برش را 30٪ کاهش داد و پرداخت سطح را به Ra 0.8 μm بهبود بخشید، اما زمان ماشین‌کاری را 25٪ نسبت به خشن‌کاری با فرو رفتن افزایش داد. خشن‌کاری با فرو رفتن به حذف سریع‌تر مواد دست یافت، اما سطح ارتعاشات بالاتری داشت. نتیجه‌گیری: فرزکاری تروکوئیدی برای پرداخت دقیق توصیه می‌شود، در حالی که خشن‌کاری با فرو رفتن برای مراحل خشن‌کاری مناسب است. رویکردهای ترکیبی می‌توانند بهره‌وری کلی را افزایش دهند.
 

1 مقدمه (14pt Times New Roman, Bold)
در سال 2025، صنعت تولید با تقاضای فزاینده‌ای برای قطعات با دقت بالا در بخش‌هایی مانند خودروسازی و هوافضا مواجه است، جایی که ماشین‌کاری حفره‌های عمیق در فولادهای ابزار سخت (به عنوان مثال، گرید P20) چالش‌هایی مانند سایش ابزار و ارتعاش را به همراه دارد. استراتژی‌های خشن‌کاری کارآمد برای کاهش هزینه‌ها و زمان چرخه بسیار مهم هستند. این مقاله به ارزیابی فرزکاری تروکوئیدی (یک مسیر با سرعت بالا با حرکت تروکوئیدی ابزار) و خشن‌کاری با فرو رفتن (فرو رفتن محوری مستقیم برای حذف سریع مواد) می‌پردازد تا روش‌های بهینه برای کاربردهای حفره‌های عمیق را شناسایی کند. هدف ارائه بینش‌های مبتنی بر داده برای کارخانه‌هایی است که به دنبال بهبود قابلیت اطمینان فرآیند و جذب مشتریان از طریق دید آنلاین محتوا هستند.

2 روش‌های تحقیق (14pt Times New Roman, Bold)
2.1 طراحی و منابع داده (12pt Times New Roman, Bold)
طراحی تجربی بر ماشین‌کاری حفره‌های 50 میلی‌متری عمیق در فولاد ابزار P20 متمرکز بود که به دلیل سختی (30-40 HRC) و استفاده رایج در قالب‌ها و قالب‌ها انتخاب شد. منابع داده شامل اندازه‌گیری‌های مستقیم از یک دینامومتر Kistler برای نیروهای برش و یک پروفیل‌سنج سطح Mitutoyo برای زبری (مقادیر Ra) بود. برای اطمینان از تکرارپذیری، تمام آزمایش‌ها سه بار تحت شرایط محیط کارگاهی تکرار شدند و نتایج برای به حداقل رساندن تغییرپذیری میانگین‌گیری شدند. این رویکرد امکان تکرار آسان در تنظیمات صنعتی را با مشخص کردن پارامترهای دقیق فراهم می‌کند.

2.2 ابزارها و مدل‌های تجربی (12pt Times New Roman, Bold)
یک دستگاه فرز CNC HAAS VF-2 مجهز به فرزهای انتهایی کاربید (قطر 10 میلی‌متر) استفاده شد. پارامترهای برش بر اساس استانداردهای صنعتی تنظیم شدند: سرعت دوک 3000 دور در دقیقه، نرخ پیشروی 0.1 میلی‌متر در هر دندان و عمق برش 2 میلی‌متر در هر پاس. مایع خنک‌کننده سیلابی برای شبیه‌سازی شرایط دنیای واقعی اعمال شد. برای فرزکاری تروکوئیدی، مسیر ابزار با یک گام شعاعی 1 میلی‌متری برنامه‌ریزی شد. برای خشن‌کاری با فرو رفتن، یک الگوی زیگزاگ با درگیری شعاعی 5 میلی‌متری اجرا شد. نرم‌افزار ثبت داده (LabVIEW) نیروها و ارتعاشات را در زمان واقعی ثبت کرد و از شفافیت مدل برای تکنسین‌های کارخانه اطمینان حاصل کرد.

3 نتایج و تجزیه و تحلیل (14pt Times New Roman, Bold)
3.1 یافته‌های اصلی با نمودارها (12pt Times New Roman, Bold)
نتایج حاصل از 20 آزمایش، تفاوت‌های عملکردی متمایزی را نشان می‌دهد. شکل 1 روند نیروهای برش را نشان می‌دهد: فرزکاری تروکوئیدی به طور متوسط 200 نیوتن بود که 30٪ کاهش نسبت به خشن‌کاری با فرو رفتن (285 نیوتن) داشت و به درگیری مداوم ابزار که بارهای شوک را کاهش می‌دهد، نسبت داده می‌شود. داده‌های زبری سطح (جدول 1) نشان می‌دهد که فرزکاری تروکوئیدی به Ra 0.8 μm دست یافته است، در مقایسه با Ra 1.5 μm برای خشن‌کاری با فرو رفتن، به دلیل تخلیه نرم‌تر تراشه. با این حال، خشن‌کاری با فرو رفتن حفره‌ها را 25٪ سریع‌تر تکمیل کرد (به عنوان مثال، 10 دقیقه در مقابل 12.5 دقیقه برای عمق 50 میلی‌متری)، زیرا نرخ حذف مواد را به حداکثر می‌رساند.

جدول 1: مقایسه زبری سطح
(عنوان جدول در بالا، 10pt Times New Roman, Centered)

شکل 1: اندازه‌گیری نیروهای برش
(عنوان شکل در زیر، 10pt Times New Roman, Centered)
[توضیحات تصویر: نمودار خطی که نیرو (N) را در طول زمان نشان می‌دهد. خط تروکوئیدی پایین‌تر و ثابت‌تر از قله‌های خشن‌کاری با فرو رفتن است.]

3.2 مقایسه نوآوری با مطالعات موجود (12pt Times New Roman, Bold)
در مقایسه با کار قبلی اسمیت و همکاران (2020) که بر حفره‌های کم‌عمق متمرکز بود، این مطالعه یافته‌ها را به عمق بیش از 50 میلی‌متر گسترش می‌دهد و اثرات ارتعاش را از طریق شتاب‌سنج‌ها اندازه‌گیری می‌کند - نوآوری که به شکنندگی فولاد ابزار می‌پردازد. به عنوان مثال، فرزکاری تروکوئیدی دامنه ارتعاش را 40٪ کاهش داد (شکل 2)، یک مزیت کلیدی برای قطعات دقیق. این با روش‌های فرو رفتن معمولی که اغلب در کتاب‌های درسی ذکر می‌شود، در تضاد است و ارتباط داده‌های ما را برای سناریوهای حفره‌های عمیق برجسته می‌کند.

4 بحث (14pt Times New Roman, Bold)
4.1 تفسیر علل و محدودیت‌ها (12pt Times New Roman, Bold)
نیروهای کمتر در فرزکاری تروکوئیدی ناشی از مسیر دایره‌ای ابزار آن است که بار را به طور مساوی توزیع می‌کند و تنش حرارتی را به حداقل می‌رساند - ایده‌آل برای حساسیت حرارتی فولاد ابزار. برعکس، ارتعاشات بالاتر خشن‌کاری با فرو رفتن ناشی از برش متناوب است که خطر شکستگی ابزار را در حفره‌های عمیق افزایش می‌دهد. محدودیت‌ها شامل سایش ابزار در سرعت‌های دوک بالاتر از 3500 دور در دقیقه است که در 15٪ از آزمایش‌ها مشاهده شد و تمرکز مطالعه بر روی فولاد P20 است. نتایج ممکن است برای گریدهای سخت‌تر مانند D2 متفاوت باشد. این عوامل نشان‌دهنده نیاز به کالیبراسیون سرعت در تنظیمات کارخانه است.

4.2 پیامدهای عملی برای صنعت (12pt Times New Roman, Bold)
برای کارخانه‌ها، اتخاذ یک رویکرد ترکیبی - استفاده از خشن‌کاری با فرو رفتن برای حذف حجم و تروکوئیدی برای پرداخت - می‌تواند زمان کل ماشین‌کاری را 15٪ کاهش دهد و در عین حال کیفیت سطح را بهبود بخشد. این باعث کاهش نرخ ضایعات و هزینه‌های انرژی می‌شود و مستقیماً هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد. با انتشار چنین روش‌های بهینه‌شده‌ای به صورت آنلاین، کارخانه‌ها می‌توانند دید SEO را افزایش دهند. به عنوان مثال، گنجاندن کلمات کلیدی مانند "ماشین‌کاری CNC کارآمد" در محتوای وب می‌تواند جستجوهایی را از مشتریان بالقوه‌ای که به دنبال تامین‌کنندگان قابل اعتماد هستند، جذب کند. با این حال، از تعمیم بیش از حد خودداری کنید - نتایج به قابلیت‌های دستگاه و دسته‌های مواد بستگی دارد.

5 نتیجه‌گیری (14pt Times New Roman, Bold)
فرزکاری تروکوئیدی در کاهش نیروهای برش و بهبود پرداخت سطح برای حفره‌های عمیق در فولاد ابزار عالی است و آن را برای کاربردهای دقیق مناسب می‌کند. خشن‌کاری با فرو رفتن حذف سریع‌تر مواد را ارائه می‌دهد اما در کنترل ارتعاشات سازش می‌کند. کارخانه‌ها باید پروتکل‌های خاص استراتژی را بر اساس الزامات قطعه پیاده‌سازی کنند. تحقیقات آینده باید الگوریتم‌های مسیر تطبیقی را برای بهینه‌سازی در زمان واقعی بررسی کند و به طور بالقوه هوش مصنوعی را برای ماشین‌کاری هوشمندتر ادغام کند.