ماشین کاری فلزات

ماشین‌ کاری الکتروشیمیایی

ماشین‌ کاری الکتروشیمیایی یا Electrochemical machining با نام برشکاری کاتدی نیز شناخته میشود. این یکی از روش های نوین با توانایی بالا است که کاربرد زیادی به عنوان یک ابزار فلزکاری نوین دارد. این فرآیند به دلیل نیاز به ماشینکاری مواد سخت و سفت مانند تیتانیوم گسترش یافته است. این روش هزینه های تراشکاری را نیز کاهش میدهد.

مهمترین ویژگی ماشینکاری ECM، امکان ماشینکاری سطوح بسیار پیچیده را میدهد به طوریکه اثر ابزار روی قطعه باقی نمی ماند. به این جهت به ماشینکاری بدون تماس نیز شناخته میشود. عمر زیاد ابزار موجب محبوبیت این روش شده و میتوان قطعات متعددی را با یک سری قالب ساخت. ماشینکاری فلزات و آلیاژها بدون توجه به مقاومت و سختی از دیگر ویژگی های این روش ماشینکاری می باشد. در این روش انرژی الکتریکی به واکنش شیمیایی تبدیل میشود و از این رو به ماشین‌ کاری الکتروشیمیایی نامیده میشود.

ماشین‌ کاری ﺑﺎ قوس پلاسما

ماشینکاری با قوس پلاسما (Plasma arc machining) یا PAM فرآیندی است که طی آن هوای فشرده به عنوان گاز پلاسما به کار میرود. زمانی که هوا تحت دمای بالای قوس الکتریکی قرار می گیرد، به گازهای تشکیل دهنده خود تجزیه میشود. اکسیژن در پلاسمای حاصل بسیار فعال شده است سرعت برش تا 25 درصد زیادتر میشود. اشکال این روش این است که معمولا یک سطح به شدت اکسید شده به دست می آید. همچنین هوا باید بدون ناخالصی و با فشار مناسب حفظ شود که به این منظور از کمپرسور استفاده میشود.

در ماشینکاری با قوس پلاسما به این دلیل که تنگستن با اکسیژن واکنش نشان میدهد، به جای تنگستن از الکترودهای هانفینم مس استفاده میشود. عمر الکترودها بدون توجه به مواد به کار رفته در آن کوتاه است و برای افزایش عمر الکترود، جریان رو به پایین اکسیژن استفاده می شود. اکسیژن در سوراخ نازلی که نیتروژن به عنوان گاز برشی اصلی از میان آن عبور میکند، کاربرد دارد. مخلوط گازی 80 درصد نیتروژن و 20 درصد اکسیژن سرعت برش فولاد نرم تا حدود 25 درصد زیاد میشود.

ماشین کاری تخلیه الکتریکی

این روش فرآیند براده برداری است که در آن از منبع ژنراتور به منظور ایجاد جرقه با ولتاژ پایین آمپر بالا استفاده میشود. فرآیند برشکاری به وسیله جرقه های متناوب و کنترل شده بین الکترود یعنی سیم و قطعه کار زده میشود. برای براده برداری هیچگونه تماسی بین قطعه کار و الکترود ایجاد نمیشود.

ماشین کاری با جت آبی

در فرآیند ماشین کاری با جت آبی یا واترجت از تجهیزاتی استفاده میشود که یک جریان فشار آب بالا را برای برشکاری و تمیزکاری به کار میگیرند. جت ساینده زیر شاخه ای از جت آب است و در آن از مواد ساینده جهت تسریع برش استفاده می گردد. جت آب خالص یا جت آب اصطلاحی است که برای بیان جت آبی کاربرد دارد. اگر آب خروجی از شیرهای معمولی را با فشار 6000 پوند در نظر بگیریم، در این فرآیند سرعت فشار آب 4000 بار است و با سرعت زیاد مادر را می ساید. برخی جت های آبی جت آب خالص هستند و دارای ذرات سمباده می باشند. این ها برای برش مواد نرم مانند لاستیک و فوم کاربرد دارند.

ماشین‌ کاری با پرتو الکترونی

ماشین‌ کاری با پرتو الکترونی یا EBM از روش های نوین ماشینکاری و یک فرآیند حرارتی می باشد. در این روش از پرتوهای الکترونیکی پرانرژی متمرکز استفاده میشود تا چگالی با توان بسیار بالا را ایجاد نمایند تا موجی تبخیر یا ذوب آنی ماده قطعه کار میشود. در روش ماشین‌کاری EBM از ولتاژ بالا  در حدود۱۲۰ کیلوولت برای شتاب‌دادن به الکترون‌ها با سرعتی در حدود ۵۰ تا ۸۰درصد سرعت نور استفاده می‌شود. برخورد پرتو الکترونی با قطعه کار، پرتو X تولید می نماید که بسیار خطرناک و مضر می باشد.

 حفاظت و پوشش ضروری در این موارد بوده و می‌بایست از پرسنل با مهارت کافی جهت استفاده از تجهیزات استفاده شود. EBM می‌تواند برای مواد رسانا و نارسانا استفاده شود. خواص ماده نظیر چگالی، رسانایی الکتریکی و حرارتی، انعکاس و نقطه ذوب معمولا عوامل محدودکننده این فرایند محسوب نمی‌شوند. بیشترین کاربرد EBM در صنعت، دریل کاری دقیق سوراخ‌های کوچک از گستره ۰٫۰۵ تا یک میلی‌متر است.

ماشین ‌کاری پرتو لیزری

ماشینکاری پرتو لیزری یا LBM یک روش بهره برداری است که در نتیجه پرتو متمرکز لیزر بر مواد مورد ماشینکاری کاربرد دارد. انتقال انرژی در این فرآیند با فوتونیک به سطح قطعه انجام میگیرد. انرژی حرارتی آزاد شده در اثر این حرارت در محل تابش لیزر به صورت مواد مذاب یا بخار از قطعه جدا میشوند. عملکرد سیستم متمرکز لیزر مشابه مکانیزم عملکرد سیستم جوشکاری لیزری می باشد. ماشینکاری لیزری به سه دسته اصلی ماشین‌کاری لیزری یک بعدی، ماشین‌کاری لیزری دو بعدی و ماشین‌کاری لیزری سه‌بعدی تقسیم می‌شود.

ماشین‌کاری لیزری یک بعدی همان سوراخکاری لیزری است که در امتداد پرتو لیزر انجام میگیرد. ماشین‌کاری لیزری دو بعدی شامل برشکاری لیزری، شیارزنی لیزری و علامت زنی لیزری می باشد. برشکاری لیزری کاربرد زیادی دارد و در این روش امکان ایجاد اشکال دو بعدی با استفاده از برش قطعات تخت وجود دارد.

در ماشینکاری سه بعدی از دو پرتو لیزر متمرکز استفاده میشود. این روش شامل تراشکاری لیزری، فرزکاری لیزری و حکاکی میشود و از قطعات براده برداری نیز استفاده میکنند. پروسه ماشینکاری لیزری با ماشینکاری سنتی متفاوت است. در روش ماشین کاری سنتی اساس براده برداری ایجاد تنش های مکانیکی از طرف اجزای برنده می باشد.

ماشین ‌کاری التراسونیک

ماشین ‌کاری التراسونیک یا USM از فرِآیندهای غیر سنتی ماشینکاری مکانیکی است که برای مواد سخت و شکننده کاربرد دارد. سختی مواد بیشتر از RC 40 می باشد که در آن از ابزار معین و با حرکت مکانیکی با بسامد بالا و یک دوغاب ساینده استفاده میگردد. در USM برداشت مواد توسط دانه های ساینده انجام میگیرد. ابزار در حال ارتعاش به حرکت در می آیند و از تغییر طول مغناطیسی استفاده میشود. وقتی یک جسم فرومغناطیس در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد؛ طول آن تغییر میکند.

وسیله‌ای که صورت‌های دیگر انرژی را به امواج مافوق صوت تبدیل می نماید، مبدل فراصوتی است. مبدل در (USM) سیگنال الکتریکی با بسامد بالا را به حرکت مکانیکی خطی (یا ارتعاش) با بسامد بالا تبدیل مینماید. این ارتعاشات با بسامد بالا از طریق ابزارگیر به ابزار منتقل می‌شود. برای دست‌یابی به نرخ برداشت ماده بهینه ابزار و ابزارگیر به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند تا بتوان به حالت تشدید دست یافت. تشدید (یا بیشترین دامنه ارتعاش) زمانی صورت می‌گیرد که بسامد ارتعاش با بسامد طبیعی ابزار و ابزارگیر یکی شود.

ماشین کاری شیمیایی

ماشینکاری شیمیایی که به صورت مخفف CHM نامیده میشود، یک روش غیر سنتی برای ماشینکاری فلزات است و به نام حکاکی شیمیایی یا chemical etching نامیده می شود. مکانیزم برداشتن فلز و واکنش شیمیایی بین قطعه و واکنشگر می باشد. ماشینکاری شیمیایی یک فرآیند انحلال شیمیایی کنترل شده است. ماده قطعه کار از طریق تماس با یک معرف شیمیایی اسیدی یا قلیایی قوی می باشد. پوشش خاصی به نام maskants، از مناطقی از فلز که ماشین‌کاری نمی‌شوند محافظت می‌کند. این پوشش در اثر ماشینکاری حذف نمیشود. این روش بیشتر در تولید حفره‌های کم عمق در قطعات مختلف، مستقل از سختی آن‌ها به کار می‌رود. علاوه بر این، روش‌های ماشین‌کاری به‌طور گسترده‌ای به تولید میکرو اجزای سازنده برای کاربردهای مختلف صنعتی از قبیل سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS) و صنایع نیمه‌هادی تا قطعات بسیار بزرگ تا طول ۱۵ متر استفاده می‌شود. ماشین‌ کاری شیمیایی شامل دو دسته اصلی فرزکاری شیمیایی (chemical milling) و ماشین‌کاری فتوشیمیایی Photo) chemical machining – PCM) می باشد.