วัสดุเครื่องมือตัดสมัยใหม่มีประวัติการพัฒนามากกว่า 100 ปีจากเหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนไปจนถึงเหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูงคาร์ไบด์ซีเมนต์, เครื่องมือเซรามิกและวัสดุเครื่องมือที่แข็งเป็นพิเศษในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 18 วัสดุเครื่องมือดั้งเดิมส่วนใหญ่คือเหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอน เนื่องจากในขณะนั้นเหล็กกล้าคาร์บอนถูกใช้เป็นวัสดุที่แข็งที่สุดที่สามารถกลึงเป็นเครื่องมือตัดได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอุณหภูมิทนความร้อนต่ำมาก (ต่ำกว่า 200°C) เหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนจึงมีข้อเสียคือจะทื่อทันทีและหมดจดเนื่องจากความร้อนในการตัดเมื่อตัดด้วยความเร็วสูง และมีช่วงการตัดที่จำกัด ดังนั้นเราจึงมุ่งหวังที่จะผลิตวัสดุเครื่องมือที่สามารถตัดด้วยความเร็วสูงได้ วัสดุที่เกิดขึ้นเพื่อสะท้อนความคาดหวังนี้คือเหล็กกล้าความเร็วสูง
เหล็กกล้าความเร็วสูง หรือที่รู้จักกันในชื่อเหล็กหน้า ได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันในปี ค.ศ. 1898 ไม่ใช่เพราะมีคาร์บอนน้อยกว่าเหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนเท่านั้น แต่เป็นเพราะมีการเติมทังสเตนเข้าไปด้วย เนื่องจากทังสเตนคาร์ไบด์มีความแข็งสูง ความแข็งจึงไม่ลดลงภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง และเนื่องจากสามารถตัดด้วยความเร็วที่สูงกว่าความเร็วตัดของเหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนมาก จึงถูกเรียกว่าเหล็กกล้าความเร็วสูง ระหว่างปี ค.ศ. 1900-1920 เหล็กกล้าความเร็วสูงที่ผสมวาเนเดียมและโคบอลต์ได้ปรากฏขึ้น ความต้านทานความร้อนเพิ่มขึ้นเป็น 500-600 องศาเซลเซียส ความเร็วในการตัดเหล็กสูงถึง 30-40 เมตร/นาที ซึ่งเพิ่มขึ้นเกือบ 6 เท่า ตั้งแต่นั้นมา เหล็กกล้าความเร็วสูงทังสเตนและโมลิบดีนัมก็ถูกผลิตขึ้น และยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายจนถึงปัจจุบัน การเกิดขึ้นของเหล็กกล้าความเร็วสูงทำให้เกิด
การปฏิวัติกระบวนการตัดเฉือน ช่วยเพิ่มผลผลิตของการตัดโลหะอย่างมาก และจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเครื่องมือกลอย่างสิ้นเชิงเพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการตัดของวัสดุเครื่องมือชนิดใหม่นี้ การพัฒนาและการพัฒนาเครื่องมือกลชนิดใหม่นี้ นำไปสู่การพัฒนาวัสดุเครื่องมือที่ดีขึ้น และเครื่องมือต่างๆ ก็ได้รับการกระตุ้นและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ภายใต้สภาวะเทคโนโลยีการผลิตแบบใหม่ เครื่องมือเหล็กกล้าความเร็วสูงก็ประสบปัญหาความทนทานของเครื่องมือลดลงเนื่องจากความร้อนในการตัดเมื่อตัดด้วยความเร็วสูง เมื่อความเร็วตัดถึง 700 องศาเซลเซียส เหล็กกล้าความเร็วสูงจะ
ปลายคมมีดทื่อสนิท และด้วยความเร็วตัดที่สูงกว่าค่านี้ การตัดจึงเป็นไปไม่ได้เลย ด้วยเหตุนี้ วัสดุเครื่องมือคาร์ไบด์จึงสามารถรักษาความแข็งได้ดีภายใต้สภาวะอุณหภูมิการตัดที่สูงกว่าที่กล่าวมาข้างต้น และสามารถตัดที่อุณหภูมิการตัดที่สูงขึ้นได้
วัสดุอ่อนสามารถตัดด้วยวัสดุแข็งได้ และเพื่อที่จะตัดวัสดุแข็งได้ จำเป็นต้องใช้วัสดุที่แข็งกว่านั้น สารที่แข็งที่สุดในโลกในปัจจุบันคือเพชร แม้ว่าเพชรธรรมชาติจะถูกค้นพบในธรรมชาติมานานแล้ว และมีประวัติศาสตร์อันยาวนานในการใช้เป็นเครื่องมือตัดเพชรสังเคราะห์ แต่เพชรสังเคราะห์ก็ได้รับการสังเคราะห์สำเร็จตั้งแต่ต้นทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ 20 แต่การใช้งานจริงของเพชรในการผลิตวัสดุเครื่องมือตัดอุตสาหกรรมยังคงเป็นเรื่องของทศวรรษที่ผ่านมา
ในด้านหนึ่ง ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีอวกาศและเทคโนโลยีการบินอวกาศสมัยใหม่ การใช้วัสดุวิศวกรรมสมัยใหม่มีมากขึ้นเรื่อยๆ แม้ว่าเหล็กกล้าความเร็วสูง คาร์ไบด์ซีเมนต์ และวัสดุเครื่องมือเซรามิกใหม่ในการตัดชิ้นงานการประมวลผลแบบดั้งเดิมนั้น ความเร็วในการตัดและผลผลิตในการตัดเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าหรือแม้กระทั่งหลายสิบเท่า แต่เมื่อนำมาใช้ในการประมวลผลวัสดุดังกล่าว ความทนทานของเครื่องมือและประสิทธิภาพในการตัดยังคงต่ำมาก และคุณภาพการตัดนั้นยากที่จะรับประกันได้ บางครั้งถึงขั้นไม่สามารถประมวลผลได้ จึงจำเป็นต้องใช้วัสดุเครื่องมือที่คมกว่าและทนต่อการสึกหรอมากกว่า
ในทางกลับกัน ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของความทันสมัยการผลิตเครื่องจักรและอุตสาหกรรมแปรรูป การประยุกต์ใช้เครื่องมือกลอัตโนมัติ ศูนย์เครื่องจักรกลควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ (CNC) และโรงงานเครื่องจักรกลไร้คนขับอย่างกว้างขวาง เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการประมวลผล ลดเวลาเปลี่ยนเครื่องมือ และเพิ่มประสิทธิภาพในการประมวลผล จึงมีความต้องการวัสดุเครื่องมือที่ทนทานและมีเสถียรภาพมากขึ้นอย่างเร่งด่วน ในกรณีนี้ เครื่องมือเพชรได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว และในขณะเดียวกัน การพัฒนาวัสดุเครื่องมือเพชรก็ได้รับการส่งเสริมเป็นอย่างมากเช่นกัน
วัสดุเครื่องมือเพชรมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมหลายประการ ด้วยความแม่นยำในการประมวลผลสูง ความเร็วในการตัดที่รวดเร็ว และอายุการใช้งานที่ยาวนาน ยกตัวอย่างเช่น การใช้เครื่องมือ Compax (แผ่นคอมโพสิตเพชรโพลีคริสตัลไลน์) ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการประมวลผลชิ้นส่วนวงแหวนลูกสูบโลหะผสมซิลิคอนและอะลูมิเนียมหลายหมื่นชิ้น โดยที่ปลายเครื่องมือแทบจะไม่เปลี่ยนแปลง การตัดเฉือนชิ้นส่วนอะลูมิเนียมสำหรับอากาศยานด้วยหัวกัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ของ Compax สามารถทำความเร็วตัดได้สูงถึง 3,660 เมตร/นาที ซึ่งถือว่าไม่มีสิ่งใดเทียบเท่าเครื่องมือคาร์ไบด์
ไม่เพียงเท่านั้น การใช้วัสดุเครื่องมือเพชรยังสามารถขยายขอบเขตการประมวลผลและเปลี่ยนแปลงเทคโนโลยีการประมวลผลแบบดั้งเดิมได้ ในอดีต การแปรรูปกระจกสามารถทำได้เพียงการเจียรและขัดเงา แต่ปัจจุบันไม่เพียงแต่เครื่องมือเพชรผลึกเดี่ยวธรรมชาติเท่านั้น แต่ในบางกรณียังสามารถใช้เครื่องมือคอมโพสิต PDC ที่มีความแข็งเป็นพิเศษสำหรับการตัดเฉือนแบบละเอียดสูง เพื่อให้ได้การกลึงแทนการเจียร ด้วยการประยุกต์ใช้เครื่องมือที่แข็งเป็นพิเศษแนวคิดใหม่ๆ บางอย่างได้เกิดขึ้นในสาขาการตัดเฉือน เช่น การใช้เครื่องมือ PDC ซึ่งความเร็วในการกลึงที่จำกัดไม่ได้อยู่ที่เครื่องมืออีกต่อไป แต่อยู่ที่เครื่องมือกล และเมื่อความเร็วในการกลึงเกินความเร็วที่กำหนด ชิ้นงานและเครื่องมือจะไม่เกิดความร้อน แนวคิดที่ก้าวล้ำเหล่านี้มีความหมายลึกซึ้งและเปิดโอกาสอันไร้ขีดจำกัดสำหรับอุตสาหกรรมการตัดเฉือนสมัยใหม่
เวลาโพสต์: 02 พ.ย. 2565
