إعداد مخرطة CNC وأتساءل عما إذا كنت حقًا بحاجة إلى إغراق منطقة القطع بسائل التبريد؟ إنها فوضوية، وتضيف تكلفة، وهناك مخاوف بيئية. ومع ذلك، أنت قلق بشأن عمر الأداة وتشطيب القِطع بدونه.

يمكن إجراء العديد من عمليات الخراطة باستخدام الحاسب الآلي بدون سائل تبريد. ويرجع الفضل في ذلك إلى أدوات القطع والطلاءات المتطورة، حتى أن بعضها يعمل بشكل أفضل عندما يكون ساخنًا! كما أن استخدام سائل تبريد أقل يقلل من التكاليف، وهو أفضل للبيئة، وغالبًا ما تكون الماكينات والأدوات الحديثة مصممة لهذه الظروف.

في الواقع، لقد علمت أن تكاليف قطع السوائل يمكن أن تبلغ حوالي 161 تيرابايت 3 تيرابايت من إجمالي تكاليف التصنيع، في حين أن الأدوات نفسها قد لا تبلغ سوى 3-41 تيرابايت 3 تيرابايت. وهذا فرق كبير! بالإضافة إلى ذلك، فإن التعامل مع سائل التبريد المستعمل يمثل مشكلة في التخلص منه ويمكن أن يكون قاسياً على البيئة وحتى على صحة العمال. في كثير من الأحيان، تحمل البُرادة نفسها الكثير من الحرارة، وأحيانًا تصل إلى 80%. بالنسبة إلى بعض المواد، مثل الحديد الزهر الذي لا يولد الكثير من الحرارة، أو عند استخدام بعض طلاءات الأدوات المتقدمة التي تفضل بالفعل درجات حرارة أعلى، قد لا تكون هناك حاجة إلى سائل التبريد بالغمر أو قد يكون ضارًا. لذا، فإن الدفع نحو القطع الجاف، أو على الأقل أقل سائل التبريد، يبدو منطقيًا للغاية. ولكن هذا لا يعني أن المبرد عفا عليه الزمن.

ما هي ظروف الخراطة أو المواد المحددة التي يعتبر سائل التبريد ضروريًا للغاية في مخرطة بنظام التحكم الرقمي؟

هل تعتقد أنه يمكنك إيقاف تشغيل سائل التبريد في كل مهمة؟ ليس بهذه السرعة. تقاوم بعض المواد بشدة، مما يولد أطنانًا من الحرارة. يمكن أن يؤدي تجاهل ذلك إلى تلف الأدوات، والقطع التالفة، وحتى تلف الماكينة.

سائل التبريد ضروري للغاية عند التصنيع الآلي للمواد شديدة الصلابة أو القاسية للغاية مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبائك التيتانيوم، أو أثناء عمليات القطع العميقة الطويلة والمستمرة، أو عند التشطيب عالي الدقة، أو عند استخدام المعادن غير الحديدية اللزجة مثل الألومنيوم، أو عند خراطة أعمدة رفيعة حيث يكون التحكم في البُرادة أمرًا بالغ الأهمية.

على الرغم من أننا نهدف إلى التصنيع الآلي الجاف حيثما أمكن، إلا أن سائل التبريد في بعض الأحيان يكون ببساطة جزءًا غير قابل للتفاوض من العملية. بناءً على خبرتي ورؤيتك، إليك بعض المواقف التي لن أحلم بالخراطة بدونه:

• تصنيع المواد عالية الصلابة أو التي يصعب تصنيعها آليًا:
  • فكّر في الفولاذ المقاوم للصدأ، أو سبائك التيتانيوم، أو السبائك الفائقة القائمة على النيكل، أو الفولاذ المقوى (كما هو الحال في الخراطة الصلبة باستخدام إدخالات CBN، حيث سائل التبريد¹ يمكن أن تتسبب في الواقع في حدوث صدمة حرارية وتشقق الملحق). تولد هذه المواد حرارة شديدة أثناء القطع. سائل التبريد ضروري هنا لمنع احتراق الأداة ومنع تشوه قطعة العمل. بالنسبة للمواد التي تصلب العمل مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، يساعد سائل التبريد أيضًا على تقليل تأثير التصلب من خلال الحفاظ على برودة منطقة القطع.
• القطع المستمر لفترة طويلة أو القطع الخشن العميق:
  • عندما تقوم باستخراج الكثير من المواد لفترة طويلة، تتراكم الحرارة بلا هوادة. يساعد سائل التبريد على نقل هذه الحرارة بعيدًا، مما يمنع الأداة من السخونة الزائدة والتآكل قبل الأوان. كما أنه يساعد في طرد البُرادة من القطع العميقة.
• تشطيب بمتطلبات عالية لدقة الأبعاد:
  • إذا كنت تهدف إلى الحصول على تفاوتات تحمل ضيقة، على سبيل المثال IT6 أو أدق لمقاعد المحامل أو أسطح الختم، فإن الاستقرار الحراري هو المفتاح. يساعد سائل التبريد في الحفاظ على درجة حرارة ثابتة، مما يقلل من التمدد الحراري الذي قد يؤدي إلى إبعاد الأبعاد ومنع التغيرات المعدنية الأخرى غير المرغوب فيها في الشُّغْلَة.
• منع التصاق رقاقة الأداة بالمعادن غير الحديدية:
  • يمكن لمواد مثل الألومنيوم والنحاس وبعض الفولاذ منخفض الكربون أن تصبح "صمغية" للغاية. فهي تميل إلى الالتصاق بأداة القطع، مما يشكل حافة متراكمة (BUE). وهذا يفسد تشطيب السطح ويمكن أن يكسر الأداة. يوفر سائل التبريد تزييتًا يقلل بشكل كبير من هذا الالتصاق.
• المساعدة في إزالة البُرادة عند خراطة الأعمدة النحيلة أو الأجزاء رقيقة الجدران:
  • يمكن أن تلتف البُرادة الطويلة والخيطية من الأعمدة النحيلة حول قطعة العمل أو الأداة، مما يتسبب في حدوث تلف. يمكن أن يساعد سائل التبريد، خاصةً مع الضغط الجيد، في كسر هذه البُرادة وطردها بعيدًا.

إليك ملخصاً سريعاً:

الحالة	لماذا سائل التبريد ضروري	أمثلة
مواد عالية الصلابة/صعبة المراس2	توليد الحرارة الشديدة وتصلب العمل	الفولاذ المقاوم للصدأ، والتيتانيوم، وبعض الفولاذ المقوى
التخفيضات الطويلة المستمرة/العميقة	تراكم الحرارة، وتفريغ البُرادة	تخشين الأجزاء الكبيرة والحفر العميق
تشطيب عالي الدقة3	ثبات حراري لدقة الأبعاد	تركيبات المحامل، وأسطح مانع التسرب (على سبيل المثال، IT6 tol.)
معادن غير حديدية/لاصقة4	منع التصاق البُرادة (BUE)	الألومنيوم، والنحاس، وبعض أنواع الفولاذ منخفض الكربون
الأعمدة النحيلة/الأجزاء رفيعة الجدران	التحكم في البُرادة وإزالتها	تصنيع قضبان طويلة ورفيعة
سيناريوهات محددة (على سبيل المثال، طحن القوالب)	تجنب الصدمة الحرارية الناتجة عن القطع المتقطع	الجروح المتقطعة حيث يصطدم سائل التبريد بمدخل ساخن

إن معرفة متى يجب استخدام سائل التبريد لا يقل أهمية عن معرفة متى يمكنك الاستغناء عنه.

كيف تؤثر سرعات القطع، والتغذية، وعمق القطع على قرار استخدام سائل التبريد أو التخلي عنه في الخراطة باستخدام الحاسب الآلي؟

لديك الأداة والمواد، ولكن ماذا عن مدى قوة القطع؟ يبدو أن دفع الماكينة بقوة أكبر يتطلب دائمًا سائل تبريد. ولكن العلاقة أكثر دقة، خاصةً مع الأدوات الحديثة.

تولد سرعات القطع والتغذية وأعماق القطع العالية عمومًا المزيد من الحرارة. في حين أن سائل التبريد يمكنه التحكم في ذلك، إلا أنه عند السرعات العالية جدًا، قد يتسبب سائل التبريد بالغمر في حدوث صدمة تبريد لبعض الأدوات. يحدد نوع الأداة والمادة في النهاية النهج الأفضل.

تؤثر "السرعات والتغذيات" التي تختارها، بالإضافة إلى مدى عمق القطع، بشكل مباشر على توليد الحرارة. إليك كيفية تأثيرها على قرار سائل التبريد:

• سرعة القطع⁵: هذا هو مدى سرعة تحرك سطح الشُّغْلَة عبر الأداة. إنه المحرك الرئيسي لدرجة حرارة القطع. بشكل عام، كلما زادت السرعة، ترتفع درجة الحرارة. بالنسبة للعديد من الأدوات، مثل الأدوات المغطاة بسائل التبريد بالديود القابل للذوبان CVD التي استخدمتها على الفولاذ (تعمل بسرعة 120-250 م/دقيقة)، يمكن أن يساعد بعض أشكال سائل التبريد في تحسين الأداء وإطالة العمر الافتراضي. ومع ذلك، عند سرعات القطع العالية جدًا، خاصةً مع بعض أدوات الكربيد، يمكن أن يتسبب سائل التبريد التقليدي في حدوث "تبريد بالصدمة". يمكن أن يؤدي هذا التسخين والتبريد السريع إلى حدوث تشققات دقيقة ويقلل بالفعل من عمر الأداة. في مثل هذه الحالات، قد يكون انفجار الهواء، ربما مع رذاذ خفيف، أفضل.
• معدل التغذية⁶: هذا هو مدى تقدم الأداة في كل دورة. يزيل معدل تغذية أعلى المواد بشكل أسرع ولكنه يزيد أيضًا من قوى القطع ويمكن أن يولد المزيد من الحرارة، مما قد يؤدي إلى المزيد من تآكل الأداة أو سطح أكثر خشونة. يساعد سائل التبريد هنا من خلال تقليل الاحتكاك وخفض درجة الحرارة، مما قد يقلل من تآكل الأداة ويساعد في الحفاظ على الدقة. بالنسبة لبعض المواد مثل الحديد الزهر، التي تنتج برادة مساحيق يمكن التحكم فيها وحرارة أقل، قد تظل التغذية الأعلى جيدة بدون سائل تبريد بالغمر.
• عمق القطع⁷: هذا هو مدى عمق اشتباك الأداة مع المادة. يؤدي العمق الأكبر للقطع إلى إزالة المزيد من المواد في كل تمريرة، مما يحسن الكفاءة، ولكنه أيضًا يركز المزيد من الحرارة والقوة على الأداة. بالنسبة لعمليات القطع الثقيلة، غالبًا ما يكون سائل التبريد مفيدًا لتبديد هذه الحرارة وحماية الأداة وتحسين الجودة الكلية. وعلى العكس من ذلك، قد لا تولد عمليات القطع النهائية السطحية للغاية حرارة كافية تتطلب سائل تبريد غامر خاصةً مع الأداة المناسبة.

إنها عملية موازنة بين الإنتاجية، وعمر الأداة، وخصائص المواد، والقدرات المحددة لأدوات القطع الخاصة بك.

هل هناك أنواع محددة من مواد أدوات القطع في المخرطة بنظام التحكم الرقمي ذات أداء أفضل في تطبيقات الخراطة الجافة؟

إذا كنت جادًا بشأن تقليل سائل التبريد أو التخلص منه، فإن اختيارك لإدخال أداة القطع أمر بالغ الأهمية. لا تتساوى جميع المواد عندما يتعلق الأمر بالتعامل مع حرارة وإجهاد القطع الجاف. إذًا، ما هي المواد التي يجب أن تبحث عنها؟

نعم، تم تصميم مواد أدوات القطع الحديثة مثل درجات معينة من الكربيد الأسمنتي، وخاصة الأدوات المطلية المتقدمة (مثل TiAlN، وPVD، وطلاءات CVD)، لتحمل درجات الحرارة العالية والظروف الكاشطة للخراطة الجافة بشكل أفضل بكثير من المواد القديمة.

لقد أدى تطور مواد الأدوات إلى تغيير قواعد اللعبة بالنسبة للتصنيع الآلي الجاف. إليك ما تعلمته:

• أدوات الكربيد الأسمنتي⁸: إنها أدوات عمل. إن صلابتها العالية ومقاومتها الجيدة للتآكل تجعلها مناسبة جدًا للعديد من تطبيقات الخراطة الجافة، خاصة على مواد مثل الحديد الزهر التي لا تولد حرارة مفرطة. ويمكنها تحمل درجات حرارة أعلى من الفولاذ عالي السرعة.
• الأدوات المغلفة⁹: هذا هو المكان الذي تتألق فيه الخراطة الجافة حقًا. يؤدي تطبيق طلاءات رقيقة فائقة الصلابة مثل نيتريد التيتانيوم (TiN) أو نيتريد التيتانيوم الألومنيوم (AlTiN) أو طبقات PVD وCVD المتقدمة الأخرى إلى تحسين الأداء بشكل كبير. تعمل هذه الطلاءات كحاجز حراري وتقلل الاحتكاك وتزيد من مقاومة التآكل بشكل كبير. بعض الطلاءات، مثل TiAlN، يتم "تنشيطها" في الواقع من خلال درجات حرارة أعلى ويمكن أن يكون أداؤها أفضل في الظروف الجافة أو شبه الجافة. بالنسبة لهذه، يمكن أن يؤدي سائل التبريد بالغمر إلى نتائج عكسية عن طريق خفض درجة الحرارة أكثر من اللازم ومنع الطلاء من الوصول إلى حالة العمل المثلى، وربما يتسبب في حدوث صدمة حرارية.
• أدوات الفولاذ عالي السرعة (HSS): يتميز HSS بصلابة جيدة وأقل تكلفة، ولكن مقاومته للحرارة أقل من الكربيد. يمكن استخدامها للخراطة الجافة في بعض التطبيقات منخفضة السرعة أو على مواد أكثر ليونة، ولكنها لن تدوم طويلاً مثل الكربيدات المطلية في عمليات القطع الجاف الصعبة.
• المواد المتخصصة (CBN/PCD): لوظائف محددة للغاية، مثل الخراطة الصلبة (تصنيع الفولاذ المقوى), نيتريد البورون المكعب (CBN)¹⁰ تعتبر الإدخالات ممتازة للقطع الجاف لأنها تزدهر في درجات الحرارة العالية. كما ذكرنا، يمكن أن يتسبب سائل التبريد في حدوث صدمة حرارية لـ CBN في هذه التطبيقات.

الميزة الرئيسية للخراطة الجافة هي عدم وجود سائل تبريد فوضوي، مما يقلل من التكاليف والأثر البيئي. ومع ذلك، يمكن أن تعني درجات حرارة القطع المرتفعة سرعة تآكل الأداة إذا لم تختر مادة الأداة المناسبة وتحسن معلمات القطع بعناية.

هل توجد بدائل فعّالة لسائل التبريد بالغمر التقليدي لعمليات المخرطة بنظام التحكم الرقمي؟

إذًا، أنت تريد تقليل فوضى سائل التبريد والتكلفة، ولكن القطع الجاف ليس دائمًا ممكنًا أو مثاليًا لمهمتك المحددة. هل أنت عالق إما مع الفيضان الكامل أو لا شيء؟ لحسن الحظ، لا. هناك بعض الحلول الوسطية الذكية.

نعم، تعد أنظمة التشحيم بأقل كمية (MQL)، وأنظمة الضباب، وحتى نفث الهواء البسيط بدائل فعالة. فهي تقلل بشكل كبير من استهلاك السوائل مع الاستمرار في توفير مزايا التشحيم والتبريد وإزالة البُرادة المهمة اعتمادًا على النظام.

لقد رأيت أن هذه الأنظمة أصبحت شائعة بشكل متزايد، ولسبب وجيه:

• الحد الأدنى لكمية التشحيم (MQL): تقوم هذه التقنية برش كمية ضئيلة ودقيقة للغاية من زيت التشحيم، وغالباً ما يتم خلطها بالهواء المضغوط، مباشرة على منطقة القطع.
  • يقلل بشكل كبير من استهلاك زيوت التشحيم (ملليلتر في الساعة، وليس جالون)، مما يقلل من تكاليف الشراء والتخلص منها.
  • غالبًا ما تستخدم زيوت قابلة للتحلل الحيوي، مما يقلل من التأثير البيئي ويحسن صحة المشغل.
  • يعمل التشحيم المستهدف على تحسين خصائص التآكل بين الأداة وقطعة العمل والبُرادة مما يساعد على تقليل قوة القطع ودرجة حرارة القطع وتآكل الأداة. تظهر رؤيتي أن هذا يساعد على إطالة عمر الأداة.
• الحقن بالهواء المضغوط/أنظمة الضباب¹¹: يتضمن ذلك رش غاز مضغوط (مثل الهواء) ممزوجًا بكمية صغيرة جدًا من الزيت (رذاذ) على منطقة التصنيع الآلي.
  • يقلل من تناثر السوائل والتلوث البيئي المرتبط بسائل التبريد بالغمر. إنه أنظف بكثير للمشغل وهواء الورشة.
  • يقلل من تكاليف المعدات والطاقة لأنك لا تحتاج إلى أحواض ومضخات تبريد كبيرة.
  • يساعد الهواء في إزالة البُرادة ويساعد الهواء في إزالة البُرادة وتوفر قطرات الزيت الصغيرة بعض التزييت.
• انفجار هوائي: يمكن لنفث بسيط من الهواء المضغوط أن يكون فعالاً بشكل مدهش.
  • إنها ممتازة لإزالة البُرادة وتوفر بعض التبريد الحراري.
  • لا تحتوي على أي زيت، لذا لا يوجد تزييت، ولكنها مثالية للمواد التي تقطع بشكل جيد وجاف (مثل الحديد الزهر) أو عندما يكون أي تلوث بالسوائل غير مرغوب فيه (مثل بعض المواد البلاستيكية، حيث تتجنب أيضًا الصدمة الحرارية).
• سائل التبريد عالي الضغط¹²: في حين أنه لا يزال يستخدم السوائل، إلا أن هذا النهج مستهدف.
  • يمكن أن يكون توصيل سائل التبريد بضغوط عالية جدًا (على سبيل المثال، أكثر من 1000 رطل لكل بوصة مربعة) مباشرةً في القطع فعالًا للغاية في تكسير البُرادة وتنظيفها، خاصةً في الثقوب العميقة أو المواد القاسية. يتطلب ذلك مضخات وأدوات متخصصة.

توفر هذه الطرق "شبه الجافة" أو المستهدفة توازنًا كبيرًا، مما يقلل بشكل كبير من استخدام سائل التبريد مع توفير الفوائد الضرورية للعديد من التطبيقات.

الخاتمة

في حين أن سائل التبريد بالغمر لا يزال ضروريًا لبعض المواد الصلبة والعمليات الصعبة على مخارط التحكم الرقمي CNC، يمكن الآن تنفيذ العديد من مهام الخراطة بفعالية بدونه، أو بأقل قدر ممكن من التشحيم المستهدف، وذلك بفضل الأدوات المتقدمة والنهج الأكثر ذكاءً في التصنيع الآلي.

---