CBN چیست؟

CBN [به انگلیسی: Cubic Boron Nitride] یا نیترید بور مکعبی یک ماده مصنوعی سنتز شده‌است که از نظر سختی فقط الماس از آن سخت‌تر است. سنتز CBN شامل تبدیل ساختاری نیترید بور از شکل شش ضلعی به شکل مکعبی، مشابه الماس، در دمای بالا-فشار بالا (HP-HT) در حضور یک کاتالیزور–حلال مناسب (معمولاً فلزات قلیایی خاکی و ترکیبات آن‌ها) است. اگرچه CBN به سختی الماس نیست اما به آلیاژهای آهنی واکنش کمتری دارد. در نتیجه، بسیاری از مواد سخت و سخت ماشین‌کاری مانند فولادهای آلیاژی سخت (HRC 60) سوپرآلیاژهای پایه نیکل و چدن‌های سخت سرد می‌توانند با سرعت‌های بالاتر و سرعت حذف بالاتر (3 تا 5 برابر آن‌ها) ماشین‌کاری شوند.

 

این ماده در کاربردهای خاص مقاومت سایشی برتری نسبت به کارباید تنگستن دارد. CBN دومین ماده سخت در جهان است و به طور گسترده برای برای تراشکاری و ماشینکاری فولادهای ابزار، چدن ها و سوپر آلیاژها و سنگ زنی فولادها استفاده می‌شود. به دلیل دما و فشار بالا مورد نیاز در فرآیند ساخت CBN، هزینه های تولید ابزار بسیار بالا است. CBN فقط در نوک و/یا در پروب ابزار استفاده می‌شود. بدنه ابزار از مواد دیگری مانند کاربید تنگستن ساخته می‌شود. با این حال، هزینه های CBN به دلیل صرفه جویی در مقیاس بسیار کمتر شده است. CBN به طور فزاینده ای جایگزین ساینده های معمولی برای سنگ زنی دقیق فولادهای سخت شده به دلیل نرخ سایش پایین و توانایی حفظ تلورانس اندازه نزدیک بر روی قطعات تولید شده است.

 

مزایای استفاده از سی بی ان در سنگتراشی

مزایای ابزارهای برش CBN

• مقاومت در برابر سایش عالی
• عمر طولانی
• سرعت برش بالا
• حفظ تلورانس‌های نزدیک
• پرداخت سطح بالا
• گزینه عالی برای سنگ‌زنی مواد سخت مانند تنگستن کارباید

معایب ابزارهای برش CBN

• قیمت بالا نسبت به سایر مواد
• عمق برش کم (اندازه نوک ابزارهای CBN لحیم‌کاری شده محدود است)

چرا در تولید ابزارهای برشی از CBN استفاده می شود؟

CBN به عنوان ماده اولیه در تولید ابزارهای برشی تیز و باکیفیت استفاده می شود.

برای تولید ابزار CBN می توان 3 دلیل اصلی برشمرد:

1. ارتقای کیفیت عملیات برشکاری

CBN تقریبا از تمام فلزات معمولی که در صنایع مختلف استفاده می شوند، سخت تر است.

به همین دلیل می توان با خیال آسوده از آن برای تولید ابزارهای برشی استفاده کرد.

سختی بالای این فلز باعث می شود که بتوان با سرعت، دقت و کیفیت مناسبی متریال فلزی را برش داد.

2. عمر مفید طولانی

تجربه نشان داده است که ابزار CBN از عمر مفید طولانی برخوردار است.

دلیل این ویژگی نیز سختی و چقرمگی بالای CBN می باشد.

3. قیمت مقرون به صرفه

هرچند که الماس از درجه سختی بالاتری نسبت به CBN برخوردار است؛
اما نباید از قیمت تمام شده بالای ابزارهای برشی ساخته شده از آن نیز غافل شد.

 

روش انتخاب ابزار CBN

ابزار CBN در گریدهای مختلفی تولید می شوند که هر کدام مشخصات فیزیکی منحصر به فردی دارند.

در زمان انتخاب این ابزارها حتما باید مشخصات فیزیکی مدنظر خود را از قبل تعیین کنید.

سپس بر اساس این مشخصات، ابزار برشی با گرید مناسب را انتخاب نمایید.

بر این اساس پارامترهای اساسی که باید مورد توجه قرار بگیرند، عبارت اند از:

• اندازه توزیع ذرات:

بر اساس این شاخص تابع توزیع ریاضی به دست می آید که
نشان می دهد ذرات با اندازه و وزن مشخص به چه صورت در ساختار ماده توزیع شده اند.

• مرفولوژی:

مرفولوژی شاخه ای از علم مواد است که به مطالعه شکل، اندازه و ساختار ذرات تشکیل دهنده مواد می پردازد.

• نسبت منظری:

نسبت منظری (Aspect Ratio) پارامتری ریاضی است که نسبت طول به عرض یا طول به قطر ذرات را مطالعه می کند.

• درصد خلوص:

اشاره کردیم که CBN از ترکیب بور با نیتروژن به دست می آید.

درصد ترکیب این دو ماده در شکل گیری ابزار CBN با کیفیت های مختلف بسیار مهم است.

• شاخص سختی:

شاخص سختی (Toughness Index) مشخص می کند که
یک جسم تا چه حد توانایی جذب انرژی و مقاومت در برابر فروپاشی دارد.

• درصد پوشش وزنی:

در مواقعی برای تولید ابزارهای برشی از پوشش روی قطعه نهایی استفاده می شود.

در این موارد از شاخص پوشش وزنی برای بیان میزان و کیفیت پوشش دهی سطحی استفاده می شود.

 

سنگ های دیاموند و سی بی ان

 

امروزه ســنگ های دیاموند و سی بی ان، با کاربری آسان و قدرت بیشتری که در براده برداری دارند از بهترین جاگیزین های سنگ های آلومینیوم اکساید در امر تولید محصولات دقیق و با کیفیت به شمار می آیند.

 

موارد مصرف سنگهای دیاموند و سی بی ان :

 

• ابزار تیز کنی (ابزار سازی)

 

1- تیز کردن و برش انواع ابزار های فولادی (HSS)

 

2- تیز کردن و برش انواع ابزار های الماسه (Tungesten Carbide)

 

3- تیز کردن و برش سرامیک های الکتریکی و تراشکاری

 

4- تیز کردن و برش انواع عناصر و فلزات آلیاژی (مس ، روی ، برنز ، چدن)

 

5- تیز کردن الماس های تراشکاری از جنس سی بی ان و پی سی دی

 

6- برش و سیقل سنگ های قیمتی و تزئینی (عقیق ، یاقوت ، فیروزه)

 

7- برش الماس های زینتی

 

• اره تیز کنی (اره سازی)

 

1- تیز کردن اره چوب و ام دی اف بر

 

2- تیز کردن اره فلز بر و اره آتشی و اره آب صابونی

 

3- تیز کردن انواع اره بوسیله دستگاه تمام اتوماتیک (CNC)

 

• داخل تراشی (داخل زنی)

 

1- تراش داخل انواع قطعات فولادی (HSS)

 

2- تراش داخل انواع قطعات الماسه (Tungesten Carbide)

 

اینسرت CBN یا PCBN چیست؟

PCBN با نام مستعار CBN مخفف عبارت “Polycrystalline Cubic Boron Nitride” است که دومین ماده سخت پس از الماس است. علاوه بر سختی بالا [1] (4500 HV [2])، سختی گرم و پایداری شیمیایی عالی نیز دارد. بنابراین، می‌تواند با موفقیت فولاد [3] تا سختی 70 HRC [4] و سایر مواد سخت را ماشینکاری کند.

ابزارهای پلی کریستالی (PCD) و نیترید بور مکعبی (CBN) بالاتر از ابزارهای کاربایدی روکشدار در لیست سخت‌ترین مواد اینسرت‌ها هستند. آرایش مولکولی آن‌ها کاملاً متفاوت است. آن‌ها از نوع مواد شیمیایی مصنوعی هستند که با گرمای شدید تف جوشی و فشار به اینسرت‌های کاربایدی اتصال پیدا می‌کنند.

 

اینسرت‌های CBN برای کار بر روی چه موادی مناسب هستند؟

• ماشینکاری فولاد با سختی 50 تا 70 HRC. اینسرت‌های کارباید روکشدار نمی‌توانند مواد بالاتر از 45 HRC را ماشین‌کاری کنند.
• ماشینکاری چدن [5] 3 برابر سریع‌تر از اینسرت‌های کارباید روکشدار با سرعت 1500 میلی‌متر در دقیقه (SFM [6]).
• ماشینکاری تیتانیوم [7] و سوپرآلیاژها [8] 5 برابر سریع‌تر از اینسرت‌های کارباید روکشدار با سرعت 1100 میلی‌متر در دقیقه (SFM).

 

ماشینکاری مواد مختلف با اینسرت CBN

رایج‌ترین کاربرد اینسرت‌های CBN ماشینکاری قطعات فولادی سخت است. با وجود قیمت بالای آن‌ها، هنوز هم اقتصادی ترین راه برای این کاربردها هستند. اینسرت‌های CBN فقط برای عملیات تکمیلی استفاده می‌شوند که نیاز به پرداخت سطح [9] و دقت بالاتری دارند که با سایر اینسرت‌ها نمی‌تواند به دست آید. بهترین راه برای ماشینکاری چدن و سوپر آلیاژها (آلیاژهای بر پایه نیکل) استفاده از اینسرت‌های سرامیکی [10] است. اینسرت‌های سرامیکی هزینه کمتری دارند و می‌توانند در عمق بیشتری از برش کار کنند.

.

نمودار سختی-چقرمگی مواد مختلف