چرا آهنرباهای AlNiCo دارای مقادیر مجاز ماشینکاری زیادی هستند و دقت ابعادی پس از ماشینکاری آنها
1. مقدمهای بر آهنرباهای AlNiCo
آهنرباهای AlNiCo (آلومینیوم-نیکل-کبالت) نوعی ماده آهنربای دائمی هستند که عمدتاً از آلومینیوم (Al)، نیکل (Ni) و کبالت (Co) تشکیل شدهاند و به همراه آنها مقادیر کمی مس (Cu)، تیتانیوم (Ti) و سایر عناصر برای افزایش عملکرد اضافه شده است. آنها به دلیل پسماند بالای (Br)، پایداری دمایی عالی و ضریب دمایی برگشتپذیر پایین شناخته شدهاند که آنها را برای کاربردهای با دقت بالا مانند حسگرها، موتورها و قطعات هوافضا مناسب میکند.
با این حال، آهنرباهای AlNiCo دارای معایب ذاتی نیز هستند، از جمله استحکام مکانیکی پایین، سختی بالا و شکنندگی، که به طور قابل توجهی بر قابلیت ماشینکاری آنها تأثیر میگذارد. این مقاله به بررسی این موضوع میپردازد که چرا آهنرباهای AlNiCo به مقادیر مجاز ماشینکاری زیاد و دقت ابعادی قابل دستیابی پس از ماشینکاری نیاز دارند.
2. چرا آهنرباهای AlNiCo به مقادیر زیادی ماشینکاری نیاز دارند
۲.۱ شکنندگی و چقرمگی پایین
آهنرباهای AlNiCo به دلیل ریزساختار شیشهای فلزی خود که فاقد خاصیت شکلپذیری است، ذاتاً شکننده هستند. در طول ماشینکاری، این شکنندگی منجر به موارد زیر میشود:
- لب پریدگی و ترک خوردگی : ترکهای کوچک میتوانند تحت نیروهای برشی به سرعت گسترش یابند و باعث لب پریدگی لبه یا شکست فاجعهبار شوند.
- عیوب سطحی : ممکن است ترکهای ریز و حفرههایی روی سطح ماشینکاری شده ایجاد شود که برای دستیابی به سطحی صاف، نیاز به حذف مواد اضافی دارد.
برای کاهش این مشکلات، به یک سطح ماشینکاری بزرگتر نیاز است تا:
- لایههای آسیبدیده ناشی از زبری اولیه را بردارید.
- اطمینان حاصل کنید که مواد کافی برای عملیات تکمیلی باقی مانده است.
۲.۲ سختی بالا و سایش ابزار
آهنرباهای AlNiCo معمولاً سختی 450-550 HV دارند که با فولاد سخت شده قابل مقایسه است. این سختی بالا، سایش ابزار را در حین ماشینکاری تسریع میکند و منجر به موارد زیر میشود:
- کاهش راندمان برش : ابزارهای کند به نیروهای برشی بالاتری نیاز دارند و خطر آسیب به قطعه کار را افزایش میدهند.
- کیفیت سطح پایین : ابزارهای فرسوده سطوح ناهمواری از خود به جا میگذارند که نیاز به سنگزنی یا صیقلکاری اضافی را ایجاب میکند.
مقدار مجاز ماشینکاری بیشتر، با تضمین اینکه حتی پس از تعویضهای متعدد ابزار، ماده کافی برای ابعاد نهایی باقی میماند، سایش ابزار را جبران میکند.
۲.۳ حساسیت حرارتی
آهنرباهای AlNiCo رسانایی حرارتی پایینی دارند (تقریباً 12-15 W/m·K )، به این معنی که گرمای تولید شده در طول ماشینکاری به طور موثر از بین نمیرود. این امر منجر به:
- انبساط حرارتی : گرمایش موضعی میتواند باعث انبساط ناهموار شود و در نتیجه منجر به عدم دقت در ابعاد گردد.
- تنشهای پسماند : سرد شدن سریع پس از ماشینکاری ممکن است تنشهای پسماند ایجاد کند و منجر به تاب برداشتن یا ترک خوردن شود.
افزایش مقدار ماشینکاری، امکان تنشزدایی از طریق عملیات حرارتی آنیل یا پیرسازی قبل از اندازهگذاری نهایی را فراهم میکند و خطر تغییر شکل را کاهش میدهد.
۲.۴ حفظ خاصیت مغناطیسی
ماشینکاری باعث ایجاد گرما و تنش مکانیکی میشود که میتواند خواص مغناطیسی آهنرباهای AlNiCo، به ویژه وادارندگی (Hc) و پسماند (Br) آنها را کاهش دهد. برای به حداقل رساندن این امر:
- ماشینکاری کم تنش : تکنیکهایی مانند سنگزنی یا ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM) نسبت به روشهای پرتنش مانند فرزکاری یا تراشکاری ترجیح داده میشوند.
- مقادیر مجاز زیاد : اطمینان حاصل کنید که فقط بیرونیترین لایه (که ممکن است از نظر مغناطیسی آسیب ببیند) در طول پرداخت برداشته شود.
۳. دقت ابعادی قابل دستیابی پس از ماشینکاری
دقت ابعادی آهنرباهای AlNiCo پس از ماشینکاری به روش ماشینکاری ، ابزارآلات و تکنیکهای پس از پردازش بستگی دارد. در زیر تحلیلی از فرآیندهای ماشینکاری رایج و محدوده دقت معمول آنها ارائه شده است:
۳.۱ سنگزنی
سنگزنی به دلیل توانایی آن در دستیابی به دقت بالا و زبری سطح پایین، پرکاربردترین روش برای پرداخت آهنرباهای AlNiCo است.
- دقت ابعادی : IT6–IT7 (سیستم ISO) یا ±0.005–±0.01 میلیمتر برای ابعاد خطی.
- زبری سطح : Ra 0.2-0.8 میکرومتر (با پرداخت فوقالعاده میتوان Ra را به 0.05 میکرومتر بهبود داد).
- کاربردها : اندازه گیری نهایی قطب های مغناطیسی، اجزای حسگر و قطعات دقیق موتور.
۳.۲ ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM)
EDM برای اشکال پیچیده و مواد سخت مانند AlNiCo مناسب است، زیرا به نیروی مکانیکی متکی نیست.
- دقت ابعادی : IT7–IT8 یا ±0.01–±0.02 میلیمتر .
- زبری سطح : Ra 1.6–3.2 μm (برای پرداخت بهتر نیاز به پولیش دارد).
- محدودیتها : کندتر از سنگزنی است و ممکن است یک لایه ریختهگری مجدد باقی بگذارد که نیاز به حذف داشته باشد.
۳.۳ لپینگ و پولیش
برای کاربردهای فوق دقیق، از لپینگ و پولیش برای دستیابی به موارد زیر استفاده میشود:
- دقت ابعادی : IT5–IT6 یا ±0.002–±0.005 میلیمتر .
- زبری سطح : Ra <0.05 μm (پرداخت آینهای).
- کاربردها : قطعات نوری، حسگرهای با دقت بالا و قطعات هوافضا.
۳.۴ تراشکاری و فرزکاری (کاربرد محدود)
به دلیل شکنندگی آنها، تراشکاری و فرزکاری به ندرت برای ماشینکاری نهایی AlNiCo استفاده میشوند، اما ممکن است برای خشنکاری به کار روند.
- دقت ابعادی : IT8–IT10 یا ±0.02–±0.05 میلیمتر .
- زبری سطح : Ra 3.2-6.3 μm (نیاز به سنگ زنی بعدی دارد).
۴. عوامل مؤثر بر دقت ابعادی
۴.۱ خواص مواد
- سختی و شکنندگی : سختی بالاتر باعث افزایش سایش ابزار و کاهش دقت میشود.
- انبساط حرارتی : برای جلوگیری از خطاهای ابعادی، نیاز به جبران در حین ماشینکاری دارد.
۴.۲ پارامترهای ماشینکاری
- سرعت برش : سرعتهای پایینتر تولید گرما را کاهش میدهند اما ممکن است سایش ابزار را افزایش دهند.
- نرخ تغذیه : تغذیههای ریز، سطح نهایی را بهبود میبخشند اما تولید را کند میکنند.
- عمق برش : برشهای کمعمق، تنش را به حداقل میرسانند اما به تعداد پاسهای بیشتری نیاز دارند.
۴.۳ ابزارسازی
- ابزارهای الماسی : به دلیل سختی و مقاومت در برابر سایش، برای سنگزنی ترجیح داده میشوند.
- ابزارهای کاربیدی : برای خشنکاری استفاده میشوند اما نیاز به تعویض مکرر دارند.
۴.۴ عملیات پس از ماشینکاری
- آنیل کردن : تنشهای پسماند را کاهش میدهد و پایداری ابعادی را بهبود میبخشد.
- تثبیت مغناطیسی : تضمین خواص مغناطیسی پایدار پس از ماشینکاری.
۵. نتیجهگیری
آهنرباهای AlNiCo به دلیل شکنندگی، سختی بالا، حساسیت حرارتی و نیاز به حفظ خواص مغناطیسی، به مقادیر زیادی ماشینکاری نیاز دارند. دقت ابعادی قابل دستیابی پس از ماشینکاری به فرآیند مورد استفاده بستگی دارد:
- سنگزنی : بهترین گزینه برای دقت بالا (IT6–IT7، ±0.005–±0.01 میلیمتر).
- EDM مناسب برای اشکال پیچیده (IT7–IT8، ±0.01–±0.02 میلیمتر).
- لپینگ/پولیش : برای دقت فوقالعاده (IT5–IT6، ±0.002–±0.005 میلیمتر).
با انتخاب روش ماشینکاری مناسب و کنترل پارامترهای فرآیند، تولیدکنندگان میتوانند ضمن حفظ عملکرد مغناطیسی آهنرباهای AlNiCo، به دقت ابعادی مورد نیاز دست یابند.
