تیغ‌های فرز کاربایدی یا Solid Carbide Milling Cutters، از جمله ابزارهای برشی پیشرفته در صنایع فلزکاری هستند که از ترکیب آلیاژی تنگستن و کبالت ساخته می‌شوند. این ابزارها به‌دلیل سختی بالا، مقاومت در برابر حرارت، و سایش، انتخابی ایده‌آل برای ماشین‌کاری قطعات پیچیده با دقت بالا به‌ویژه در صنایع حساس همچون هوافضا، پزشکی و قالب‌سازی هستند.
ساختار متالورژیکی تیغ فرز کاربایدی:
کارباید جامد (Solid Carbide) از پودرهای تنگستن کارباید (WC) و کبالت به‌عنوان بایندر ساخته می‌شود. درصد کبالت به‌طور معمول بین 6 تا 12 درصد است و نقش آن ایجاد چقرمگی در ابزار است. افزایش کبالت منجر به مقاومت به ضربه بالاتر ولی کاهش سختی می‌شود.
مزایا و ویژگی‌های فنی تیغ‌های کاربایدی
۱. مقاومت حرارتی بالا
ابزارهای کاربایدی قابلیت تحمل دما تا حدود 1000 درجه سانتی‌گراد را دارند، بدون آن‌که ساختار کریستالی آن‌ها تغییر کند. این ویژگی امکان ماشین‌کاری با سرعت‌های برشی بالا (High Speed Cutting – HSC) را فراهم می‌آورد.
۲. دوام بالا در برابر سایش
برخلاف ابزارهای HSS، تیغ‌های فرز کاربایدی دارای عمر مفید چندبرابری هستند. در ماشین‌کاری فولاد ابزار با سختی حدود 60 HRC، این ابزار می‌تواند تا ۴ برابر بیشتر از ابزارهای فولاد سرعت بالا دوام داشته باشد.
۳. دقت ماشین‌کاری
طبیعت سخت و پایدار تیغ‌های کاربایدی باعث کاهش انحراف ابزار و افزایش دقت سطح ماشین‌کاری‌شده می‌شود. در دستگاه‌های CNC با تلرانس‌های میکرونی، این مزیت به‌شدت حائز اهمیت است.
کاربردهای صنعتی تیغ فرز کاربایدی
الف. صنایع هوافضا
در تولید قطعات تیتانیومی و آلومینیومی با نسبت سختی به وزن بالا، تیغ فرز کاربایدی نقش مهمی دارد.
مثال:
در شرکت “Iran Avionics Co”، برای ماشین‌کاری قاب موتور از جنس Titanium Grade 5، از تیغ فرز کاربایدی قطر 12mm با پوشش TiAlN استفاده می‌شود. سرعت برش تنظیم‌شده 80 متر بر دقیقه با پیشروی 0.05 mm/rev و خنک‌کاری فشار بالا است تا از چسبندگی جلوگیری شود.
ب. صنایع پزشکی
قطعات ایمپلنتی از آلیاژ کروم-کبالت یا فولادهای ضدزنگ جراحی باید با دقت بالا و سطح پرداخت عالی تولید شوند. تیغ‌های کاربایدی با لبه‌های تیز و لرزش کم برای این منظور ایده‌آل هستند.
مثال:
در تولید ایمپلنت زانو از جنس 316LVM Stainless Steel، از فرز انگشتی کاربایدی با پوشش DLC استفاده می‌شود تا از خوردگی و حرارت بالا جلوگیری شود.
ج. صنایع قالب‌سازی و خودرو
ماشین‌کاری حفره‌ها و گوشه‌های قالب‌های تزریق پلاستیک و آلومینیوم با استفاده از فرزهای کونیک یا تخت کاربایدی انجام می‌شود.
مثال:
در قالب‌سازی قطعات ABS خودرو، استفاده از فرز کاربایدی 2 پر با زاویه اسپیرال 35 درجه باعث کاهش تنش حرارتی و بهبود تخلیه تراشه می‌شود.
بررسی عملکرد ابزار بر روی متریال‌های مختلف
۱. ماشین‌کاری فولاد ابزار (Tool Steel)
• سختی متریال: تا 62 HRC
• پوشش پیشنهادشده: TiAlN، AlCrN
• سرعت برش: 40-60 m/min
• پیشروی: 0.02-0.05 mm/rev
۲. آلومینیوم آلیاژی سری 6000 و 7000
• خصوصیت: چسبندگی بالا، اما براده‌برداری آسان
• پوشش مناسب: بدون پوشش یا DLC
• سرعت برش: 250-350 m/min
• پیشروی بالا: 0.08-0.2 mm/rev
۳. تیتانیوم (Ti6Al4V)
• خاصیت: سختی بالا و چسبندگی
• پوشش: TiSiN یا TiAlN
• سرعت برش: 60-90 m/min
• نیاز به خنک‌کاری فشار بالا
برندهای معتبر تولیدکننده تیغ‌های کاربایدی
✅ Sandvik Coromant (سوئد)
با تنوع محصولات و هندسه‌های تخصصی برای آلیاژهای سخت، یکی از انتخاب‌های اصلی در هوافضا است.
✅ Kennametal (آمریکا)
تولید ابزار با پوشش‌های نانوکامپوزیتی برای طول عمر بسیار بالا.
✅ ISCAR (اسرائیل)
پیشگام در طراحی ابزارهای چندکاره و فرزهای چندلبه کاربایدی با قابلیت تعویض اینسرت.
✅ YG-1 و Korloy (کره جنوبی)
مقرون‌به‌صرفه با کیفیت صنعتی بالا، مناسب برای قالب‌سازی و قطعه‌سازی عمومی.
✅ WIDIA، GUHRING، و Walter
در اروپا و آمریکا کاربرد وسیع دارند، به‌ویژه در خطوط تولید انبوه.
انواع تیغ‌های فرز کاربایدی بر اساس کاربرد
| نوع تیغ فرز | توضیحات کاربردی | متریال پیشنهادی |
|---|---|---|
| فرز تخت (Flat End Mill) | مناسب برای کف‌تراشی و براده‌برداری عمومی در سطوح صاف | فولاد، آلومینیوم، چدن |
| فرز کونیک (Tapered End Mill) | ایجاد حفره‌ها و گوشه‌های زاویه‌دار در قالب‌ها | فولاد ابزار، آلیاژهای سخت |
| فرز کروی (Ball Nose End Mill) | مناسب برای ایجاد سطوح منحنی، سه‌بعدی و مدل‌سازی دقیق | آلومینیوم، استیل ضدزنگ |
| فرز مارپیچ (Roughing End Mill) | براده‌برداری سریع و حجیم در مراحل اولیه ماشین‌کاری | چدن خاکستری، فولاد آلیاژی |
| فرز مینیاتوری (Miniature End Mill) | ماشین‌کاری قطعات بسیار ریز و دقیق در صنایع حساس | استیل جراحی، تیتانیوم، قطعات پزشکی و الکترونیک |
توصیه‌های عملی در استفاده از فرزهای کاربایدی
1. خنک‌کاری مؤثر: به‌ویژه در متریال‌هایی مانند تیتانیوم، استفاده از MQL یا خنک‌کاری فشار بالا توصیه می‌شود.
2. استفاده از ابزارگیر دقیق (Collet یا Shrink Fit): انحراف و ارتعاش کمتر = سطح نهایی بهتر
3. برنامه‌ریزی مسیر حرکت ابزار: در عملیات خشن‌تراشی و پرداخت، از مسیرهای متفاوت استفاده کنید تا عمر ابزار افزایش یابد.
تیغ‌های فرز انگشتی کاربایدی با توجه به سختی بالا، دقت ماشین‌کاری، و تحمل حرارتی، تبدیل به یکی از ابزارهای کلیدی در صنایع پیشرفته شده‌اند. از قالب‌سازی تا هوافضا، از جراحی تا خودروسازی، این ابزارها با انتخاب درست پوشش، زاویه برش، و سرعت مناسب می‌توانند بهره‌وری را به‌شکل چشم‌گیری افزایش دهند.