jump to navigation

เทคโนโลยีการตัดเฉือนวัสดุ: เครื่องมือตัดขนาดเล็ก December 29, 2012

Posted by viboon in : Manufacturing technologies , trackback

การผลิตเครื่องมือตัดชนิด Carbides สำหรับใช้ในกระบวนการตัดระดับไมครอน เช่น Micro-milling หรือ Micro-drilling ขนาดผลึก (Grain) ของ Carbides ที่นำมาใช้ขึ้นรูปจะต้องเล็กกว่าขนาดของเครื่องมือตัด ซึ่งโดยทั่วไป ขนาดผลึกที่นำมาใช้จะอยู่ในช่วง 0.5μm ถึง 0.9μm

เนื่องจากความต้องการในการตัดขึ้นรูปชิ้นงานขนาดเล็กที่สูงมากขึ้น สอดคล้องไปกับการพัฒนาด้านไมโครและนาโนเทคโนโลยี ประกอบกับการพัฒนาด้านวัสดุและการออกแบบเครื่องมือตัดขนาดเล็กที่ก่อให้เกิดแรงในการตัดที่ต่ำและเครื่องมือตัดมีอายุการใช้งานที่ยาวนานมากขึ้น การผลิตเครื่องมือตัดขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับใช้ในการตัดเฉือนวัสดุจึงมีส่วนอย่างมากในการผลักดันขีดจำกัดด้านขนาดและการผลิตชิ้นงานที่เล็กลง (Miniaturization) ให้มีความเป็นไปได้มากยิ่งขึ้น

การใช้ผลึก Carbides ที่มีขนาดเล็กลงในการผลิตเครื่องมือตัดขนาดเล็กจะช่วยเพิ่มความสามารถในการต้านทานการแตกหักได้ดี อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันเครื่องมือตัดส่วนใหญ่จะผลิตโดยใช้ผลึก Carbides ที่มีขนาดใหญ่กว่า 0.4μm ดังนั้น การใช้ Carbides ที่มีขนาดเล็กกว่านี้จึงถือเป็นความท้าทายที่สำคัญ

ผลึก Carbides ที่มีความละเอียดมากๆ (Ultrafine grades) ซึ่งมีขนาดอยู่ในช่วง 0.2μm ถึง 0.5μm จึงเป็นกุญแจที่สำคัญในการผลิตเครื่องมือตัดขนาดเล็ก อย่าง Micro-endmills ให้มีขนาดเล็กลงและมีคมตัดที่แหลมคมมากขึ้น อย่างไรก็ตาม การใช้ Ultrafine-grain carbide ก็ไม่ได้ช่วยแก้ปัญหาเรื่องการแตกหักของเครื่องมือตัดได้อย่างชัดเจนนัก การที่เครื่องมือตัดมีความแข็ง (Hardness) มากขึ้น จะส่งผลให้ตัวเครื่องมือตัดมี Rigidity ที่สูงขึ้น แต่ในทางกลับกันก็เป็นตัวเร่งให้การแตกหักมีโอกาสเกิดที่สูงมากขึ้นตามไปด้วย การลดโอกาสในการแตกหักของเครื่องมือตัดที่ให้ผลได้อย่างชัดเจนคือการเพิ่ม Toughness ให้กับตัวเครื่องมือตัดโดยการใช้ตัวประสาน (Binder) ที่เหมาะสมและมีปริมาณเพียงพอในการยึดจับ Carbide particles เข้าไว้ด้วยกัน

ผลที่ได้จากการใช้ Ultrafine-grain carbide อีกประการหนึ่งคือ คมตัดที่ได้จะมีความแหลมมากขึ้น ผิวของเครื่องมือตัดมีความเรียบมากขึ้น ทำให้เศษตัดไหลตัวออกได้ดี ส่งผลให้แรงที่เกิดขึ้นในการตัดต่ำลง

อย่างไรก็ตาม ด้วยกระบวนการอบ Sintering ที่ใช้ในการผลิตเครื่องมือตัดชนิด Carbides จะทำให้ผลึก Carbide ที่ได้โตขึ้น โดยในระหว่างที่ผลึก Tungsten carbides อยู่ในสถานะที่เป็นของเหลวในกระบวนการ Sintering นั้น Tungsten จะเกิดการละลายเข้ากับ Cobalt ที่ทำหน้าที่เป็นตัวประสาน และเมื่อเย็นตัวลง Tungsten ก็จะแยกตัวออกมาจาก Cobalt และทำให้ผลึก Carbides โดยรอบอื่นๆ โตขึ้น (Grain growth) ผลกระทบที่ตามมาคือคุณสมบัติทางกลที่ได้เปลี่ยนไปและขนาดผลึกที่โตขึ้นยังส่งผลต่อประสิทธิภาพของเครื่องมือตัดที่ไม่สามารถคาดการณ์ได้

ผู้ผลิตเครื่องมือตัดบางรายใช้เทคโนโลยีไมโครเวฟในการจำกัดการขยายขนาดของผลึกโดยการเพิ่มความเร็วในกระบวนการ Sintering ให้สูงขึ้น การใส่สารเติมแต่งอย่าง Vanadium carbide และ Chromium carbide ก็สามารถช่วยลดความเร็วในการขยายขนาดของผลึกได้อีกทางหนึ่ง

อีกประเด็นที่มีผลต่ออายุการใช้งานของเครื่องมือตัดคือ การกระจายตัวของ Carbides ในเนื้อวัสดุ หากขอบของผลึก (Grain boundary) อยู่ที่ขอบของคมตัดพอดีจะทำให้เครื่องมือตัดที่ได้มีความแข็งแรงและลดโอกาสในการแตกหักได้ดีกว่าการที่ตำแหน่งของ Grain boundary อยู่ที่ตำแหน่งอื่นในเนื้อโครงสร้างของเครื่องมือตัด

การใช้ผลึก Carbides ที่มีความละเอียดมากขึ้น จะช่วยให้เนื้อโครงสร้างวัสดุของเครื่องมือตัดมีความสม่ำเสมอมากขึ้น ส่งผลให้การแตกหักหรือการสึกหรอเกิดขึ้นได้ช้าลง ด้วยเหตุนี้ การใช้ Ultrafine carbide ที่มีขนาดเล็กกว่า 0.4μm และไม่มีปัญหาเรื่องของการขยายขนาดของผลึกในระหว่างการผลิต จึงเป็นก้าวที่สำคัญในการลดโอกาสการแตกหักและเพิ่มอายุการใช้งานของเครื่องมือตัดขนาดเล็กได้

ในปัจจุบัน Micro endmill tool ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5μm สามารถผลิตได้แล้ว และหากต้องการผลิตเครื่องมือตัดที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 2μm Carbides ที่ใช้จึงควรมีขนาด ประมาณ 0.2μm (หน้าตัดของเครื่องมือตัดมี Carbides ต่อกันประมาณ 10 ผลึก) หากใช้ผลึกที่ใหญ่กว่านี้จะทำให้เครื่องมือตัดมีคุณภาพต่ำลงอันเนื่องมาจากขนาดของผลึกและตำแหน่งของขอบผลึกในเนื้อโครงสร้างของเครื่องมือตัด

Rigidity ของเครื่องมือตัดขนาดเล็กก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ผู้ผลิตเครื่องมือตัดต้องพิจารณา นอกจากการเลือกใช้ผลึก Carbides ที่มีขนาดเหมาะสมแล้ว การออกแบบขนาด Core diameter ของเครื่องมือตัดก็มีความสำคัญเช่นกัน เครื่องมือตัดที่ออกแบบมาสำหรับใช้ในการตัดเฉือนวัสดุที่มีความแข็งสูงควรมีขนาด Core diameter ประมาณ 60% ของ Tool diameter และประมาณ 50% สำหรับใช้ในการตัดเฉือนวัสดุอ่อน

Ref: http://www.emuge.com/news_events/micro_machining_end_mills.html


Tags: , , ,

Related posts:

Comments»

no comments yet - be the first?


*