عمليات المعالجة: عمليات إزالة المعدن بدقة في صناعة الصلب

التعريف والمفهوم الأساسي

العمليات الميكانيكية هي عملية تصنيع تتضمن الإزالة المنضبطة للمواد من قطعة العمل لتحقيق الأبعاد المطلوبة، والتشطيب السطحي، والميزات الهندسية. وتمثل طريقة تصنيع تنازلية حيث يتم إزالة المواد الزائدة بشكل منهجي من خلال وسائل ميكانيكية أو حرارية أو كهربائية أو كيميائية أو غيرها لتحويل المواد الخام إلى مكونات نهائية بأشكال دقيقة وتحملات محددة.

في علوم المواد والهندسة، تشكل العمليات الميكانيكية تقنية معالجة ثانوية حاسمة تسد الفجوة بين عمليات تشكيل المعادن الأساسية (الصب، والضغط، والدرفلة) وتجميع المنتجات النهائية. تؤثر العملية بشكل مباشر على وظائف المكونات من خلال تأثيراتها على سلامة السطح، ودقة الأبعاد، والتعديلات الهيكلية الدقيقة على السطح المعالج.

داخل مجال التعدين الأوسع، تمثل العمليات الميكانيكية الواجهة العملية بين الخصائص النظرية للمواد وأداء المكونات الوظيفية. وتعمل كحلقة وصل حاسمة في نموذج المعالجة-الهيكل-الخصائص-الأداء من خلال تحويل الخصائص المعدنية إلى نتائج هندسية ملموسة مع تقديم تعديلات سطحية يمكن أن تغير سلوك المادة المحلي بشكل كبير.

الطبيعة الفيزيائية والأساس النظري

الآلية الفيزيائية

على المستوى المجهري، تتضمن العمليات الميكانيكية تفاعلات معقدة بين أداة القطع ومواد قطعة العمل. تخلق العملية تشوهًا بلاستيكيًا شديدًا في منطقة القص أمام حافة القطع، مما يولد أسطح جديدة من خلال آليات كسور منضبطة. يتم الإزالة المادية من خلال مجموعة من التشوه اللزج-المرن، والاحتكاك، وعمليات الكسور عند واجهة الأداة-قطعة العمل.

تنتج حركة القطع تشكيل الرقائق المميزة من خلال ثلاثة مناطق تشوه رئيسية: المنطقة الرئيسية (سطح القص)، والمنطقة الثانوية (واجهة الأداة-الرقاقة)، والمنطقة الثلاثية (واجهة الأداة-قطعة العمل). تعاني هذه المناطق من ظروف قاسية تشمل معدلات إجهاد تتجاوز 10^5 ثانية^-1، ودرجات حرارة تصل إلى 1000 درجة مئوية، وضغوط تزيد عن 3 جيجا باسكال، مما يغير بنيويًا هيكل كل من الرقاقة المزالة والسطح الجديد الناتج.

تلعب ديناميات الانزلاق دورًا حاسمًا أثناء العمليات الميكانيكية، حيث تتطور كثافات انزلاق عالية في مناطق التشوه. تتفاعل هذه الانزلاقات مع ميزات هيكلية دقيقة موجودة مثل حدود الحبوب، والمترسبات، وواجهة الطور، مما يحدد الطاقة المطلوبة لإزالة المواد ويؤثر على سلامة السطح الناتجة.

النماذج النظرية

يمثل نموذج دائرة ميرشانت الإطار النظري الأساسي للقطع العمودي، ويُؤسس علاقات بين قوى القطع، وهندسة الأداة، وخصائص المواد. تم تطوير هذا النموذج بواسطة يوجين ميرشانت في الأربعينيات، ويقدم تحليلًا ثنائي الأبعاد لعملية القطع من خلال حل القوى إلى مكوناتها وتحديد ظروف التوازن.

تطور الفهم التاريخي للعمليات الميكانيكية من الملاحظات التجريبية في القرن الثامن عشر إلى التحليل العلمي في أوائل القرن العشرين. حدثت تقدمات كبيرة من خلال عمل تايلور (معادلات عمر الأداة)، وإرنست وميرشانت (تحليل سطح القص)، وأوكلي (آثار معدل الإجهاد ودرجة الحرارة)، مما يدمج تدريجيًا اعتبارات سلوك المواد الأكثر تعقيدًا.

تشمل النهج النظرية الحديثة نمذجة العناصر المحدودة (FEM)، والمحاكيات الديناميكية الجزيئية، ونماذج المواد البنائية مثل جونسون-كوك. تختلف هذه الأساليب في تعاملها مع حساسية معدل الإجهاد، والتنعيم الحراري، وتطور الهيكل الدقيق، حيث توفر FEM حلول هندسية عملية بينما تقدم الديناميكا الجزيئية رؤى حول آليات إزالة المواد الأساسية.

أساس علوم المواد

ترتبط استجابة العمليات الميكانيكية مباشرة بالبنية البلورية، حيث عرضت مواد الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (FCC) عادةً لدونة أكبر وتصلب تحت العمل مقارنةً بمواد الفولاذ الفريتية (BCC). تظهر هذه الاختلافات البلورية في مورفولوجيا الرقائق، وقوى القطع، وجودة السطح.

تؤثر الهيكلية الدقيقة بشكل كبير على قابلية التشغيل، حيث تحدد ميزات مثل حجم الحبوب، وتوزيع الطور، ومحتوى الشوائب آليات تشكيل الرقائق. تنتج الفولاذات ذات الحبوب الدقيقة عمومًا رقائق مستمرة مع قوى قطع أعلى ولكن بسطح أفضل، بينما قد تسهل الهياكل ذات الحبوب الخشنة كسر الرقائق لكنها تنتج جودة سطح أقل.

تتصل العمليات الميكانيكية بمبادئ علوم المواد الأساسية من خلال مفاهيم مثل تصلب الإجهاد، والتنعيم الحراري، وحساسية معدل الإجهاد. تحدد المنافسة بين هذه الآليات ما إذا كانت المادة تظهر خصائص ميكانيكية ملائمة، حيث يكون التوازن بين القوة واللدة حاسمًا بشكل خاص لتحقيق ظروف قطع مثالية.

التعبيرات الرياضية وطرق الحساب

الصيغة الأساسية للتعريف

تُعرف الطاقة القص القطعي المحددة، التي تمثل الطاقة المطلوبة لإزالة وحدة حجم من المادة، على النحو التالي:

$$e_c = \frac{F_c \cdot v_c}{Q}$$

حيث:
- $e_c$ هي الطاقة القص القطعي المحددة (J/mm³)
- $F_c$ هي قوة القطع (N)
- $v_c$ هي سرعة القطع (متر/دقيقة)
- $Q$ هو معدل إزالة المواد (mm³/min)

الصيغ الحسابية ذات الصلة

يمكن حساب معدل إزالة المواد باستخدام:

$$Q = a_p \cdot f \cdot v_c$$

حيث:
- $a_p$ هو عمق القطع (مم)
- $f$ هو معدل التغذية (مم/دورة)
- $v_c$ هي سرعة القطع (متر/دقيقة)

يتبع توقع عمر الأداة معادلة تايلور:

$$v_c \cdot T^n = C$$

حيث:
- $v_c$ هي سرعة القطع (متر/دقيقة)
- $T$ هو عمر الأداة (دقيقة)
- $n$ هو أس الدالة لتايلور (يعتمد على المادة)
- $C$ هو ثابت يتم تحديده تجريبيًا

الشروط القابلة للتطبيق والقيود

تفترض هذه الصيغ ظروف قطع مستقرة دون تآكل ملحوظ للأداة أو تشكيل حواف متراكمة. وهي الأكثر دقة لعمليات القطع المستمرة مع إعدادات صلبة ومواد قطعة عمل متجانسة.

للنماذج قيود عند تطبيقها على القطع المتقطع، أو العناصر ذات الجدران الرقيقة، أو المواد التي تحتوي على بنى دقيقة متغايرة بشدة. كما أنها لا تأخذ في الاعتبار بالكامل الآثار الحرارية، أو التفاعلات بين الأداة وقطعة العمل، أو التغيرات الهيكلية الدقيقة أثناء العمليات الميكانيكية.

تشمل الافتراضات الأساسية خصائص المواد الموحدة في جميع أنحاء قطعة العمل، والانحرافات الضئيلة لأدوات الآلات، وظروف احتكاك ثابتة عند واجهة الأداة-الرقاقة. تتطلب الانحرافات عن هذه الظروف المثالية نماذج أكثر تعقيدًا تشمل متغيرات إضافية.

طرق القياس والتوصيف

المواصفات القياسية للاختبار

تحدد ISO 3685 إجراءات اختبار عمر الأداة مع أدوات التدوير أحادية النقطة، موحدةً ظروف القطع، ومعايير فشل الأداة، وطرق الإبلاغ عن البيانات.

تغطي ASTM E384 طرق اختبار الصلابة الدقيقة الضرورية لتقييم تصلب العمل في الأسطح المعالجة والطبقات السطحية المتأثرة بعملية القطع.

تقوم ISO 4287/4288 بتوحيد معايير وإجراءات قياس خشونة السطح، موفرةً طرقًا ثابتة لتقييم جودة الأسطح المعالجة.

أجهزة الاختبار والمبادئ

تقيس الدينامومترات قوى القطع خلال العمليات الميكانيكية، حيث تستخدم عادةً حساسات بيزوإلكترونية لاكتشاف القوى في ثلاثة اتجاهات متعامدة. توفر هذه الأجهزة بيانات في الوقت الحقيقي عن قوى القطع، والدفع، والتغذية الضرورية لتحسين العملية.

تصور دقة الأسطح ملامح السطح المعالج باستخدام إما طرق الاتصال (الإبرة) أو طرق عدم الاتصال (البصرية، الليزرية). تقوم هذه الأجهزة بكم قياس معلمات خشونة السطح عن طريق قياس انحرافات الارتفاع عن سطح اسمي.

تشمل معدات التوصيف المتقدمة مجهر المسح الإلكتروني (SEM) لتحليل السطح بالتفصيل، وتباين انعكاس الإلكترون (EBSD) لتقييم الهيكل الدقيق تحت السطح، والتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء لرسم خرائط توزيع درجات الحرارة أثناء القطع.

متطلبات العينة

تتميز عينات اختبار قابلية التشغيل القياسية عادةً بشك لأسطواني مع نسب قطر إلى طول بين 3:1 و5:1 لتقليل الانحراف والاهتزاز خلال عمليات القطع.

تشمل متطلبات تحضير السطح ظروف التشغيل السابقة المتسقة، مع استعادة الشد للعينة غالبًا قبل الاختبار للتخلص من آثار الإجهاد المتبقي الناجمة عن عمليات المعالجة السابقة.

يجب أن تحتوي العينات على صلابة، وبنية دقيقة، وتركيب كيميائي موحد في جميع أنحاء حجم الاختبار لضمان نتائج موثوقة، مع ضرورة توفير شهادات المواد والتوصيف قبل الاختبار للاختبارات الموحدة.

معلمات الاختبار

تحدث الاختبارات القياسية عادةً عند درجات حرارة الغرفة (20±2 درجة مئوية) تحت ظروف قطع جافة، على الرغم من أن الاختبارات المتخصصة قد تقييم الأداء في وجود مواد تبريد أو عند درجات حرارة مرتفعة.

تُختار سرعات القطع ومعدلات التغذية وأعماق القطع بناءً على نوع المادة وتوصيات الأداة، مع استخدام اختلافات منهجية لتطوير خرائط الأداء عبر ظروف التشغيل.

تشمل المعلمات الحرجة مواصفات هندسة الأداة (زاوية الجانب، وزاوية الخلوص، ونصف قطر الحافة)، وخصائص صلابة أدوات الماكينة، وظروف البيئة مثل الرطوبة ودرجة حرارة الهواء المحيط.

معالجة البيانات

تشمل جمع البيانات الأولية إشارات القوة، وقياسات الحرارة، وتقدم تآكل الأداة، وقيم خشونة السطح التي تم التقاطها عند فترات محددة خلال اختبار الآلات.

تشمل الأساليب الإحصائية تحليل التباين (ANOVA) لتحديد العوامل المهمة، وتحليل الانحدار لتطوير نماذج تنبؤية، وتصميم التجارب (DOE) لتحسين مجموعات المعلمات.

تُحسب تقييمات قابلية التشغيل النهائية من خلال تطبيع القيم المقاسة مقابل المواد أو الشروط المرجعية، وغالبًا ما تشمل عدة مقاييس أداء ذات وزن يتناسب مع متطلبات التطبيق.

نطاقات القيمة النموذجية

تصنيف الفولاذ	نطاق القيمة النموذجية (تقييم قابلية التشغيل)	ظروف الاختبار	المعيار المرجعي
الفولاذات القابلة للقطع (11XX، 12XX)	85-100%	v=100م/دقيقة، f=0.25مم/دورة، جاف	AISI/SAE
الفولاذات منخفضة الكربون (10XX)	65-75%	v=90م/دقيقة، f=0.2مم/دورة، جاف	AISI/SAE
الفولاذات السبيكية (41XX، 43XX)	50-65%	v=75م/دقيقة، f=0.15مم/دورة، جاف	AISI/SAE
الفولاذات الأدوات (H13، D2)	30-45%	v=60م/دقيقة، f=0.1مم/دورة، جاف	AISI/SAE

تنتج الانحرافات داخل كل تصنيف فولاذ أساسًا عن الاختلافات في محتوى الكبريت، ومورفولوجيا الشوائب، وظروف المعالجة الحرارية. تحتوي الفولاذات القابلة للقطع على كبريت أو رصاص مضاف عمدًا لتشكيل الشوائب التي تعمل كمركزي إجهاد، مما يسهل كسر الرقائق.

تعمل هذه التقييمات لقابلية التشغيل كمؤشرات مقارنة بدلاً من قيم مطلقة، حيث تشير النسب المرتفعة إلى قابلية تشغيل أفضل مقارنة بالمادة المرجعية (عادةً فولاذ AISI 1212 عند 100%).

تظهر اتجاه ملحوظ عبر أنواع الفولاذ حيث تتناقص قابلية التشغيل مع زيادة محتوى السبيكة والصلابة، على الرغم من وجود استثناءات حيث يمكن أن تحسن ميزات هيكلية معينة تشكيل الرقائق على الرغم من قوة أعلى.

تحليل التطبيق الهندسي

اعتبارات التصميم

يأخذ المهندسون اعتبارات قابلية التشغيل أثناء اختيار المواد من خلال التوازن بين معدلات الإزالة وتوقعات عمر الأداة، وغالبًا ما يستخدمون قواعد بيانات قابلية التشغيل لتقدير تكاليف الإنتاج وأوقات الدورة.

تتراوح عوامل الأمان لبارامترات التشغيل من 1.2 إلى 1.5 لسرعات القطع ومن 1.1 إلى 1.3 لمعدلات التغذية عند الانتقال من اختبارات المختبر إلى البيئات الإنتاجية، مع مراعاة الاختلافات في صلابة الآلات وظروف قطعة العمل.

تتضمن قرارات اختيار المواد في كثير من الأحيان تنازلات بين الخصائص الميكانيكية المثلى وكفاءة التصنيع، حيث يحدد المصممون أحيانًا مواد مختلفة للميزات الحرجة وغير الحرجة استنادًا إلى متطلبات التشغيل الخاصة بهم.

المجالات الرئيسية للتطبيق

تعتمد صناعة السيارات بشكل كبير على عمليات القطع الفعالة لمكونات المحركات مثل العمود المرفقي، والواصلات، وكتل الأسطوانات، حيث يؤثر دقة الأبعاد مباشرةً على الأداء والمتانة.

تقدم تطبيقات الفضاء متطلبات مختلفة، تركز على ارتفاع معدلات إزالة المواد للمكونات الهيكلية مع الحفاظ على معايير صارمة لسلامة السطح لمنع بدء الشقوق الناتجة عن التعب في الأجزاء الحرجة.

يمثل تصنيع الأجهزة الطبية مجال تطبيق آخر بارز، حيث يجب أن يكون القطع الدقيق للفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك التيتانيوم متوافقًا مع متطلبات التوافق الحيوي الصارمة بينما تحقق أشكالًا معقدة للأجهزة القابلة للزراعة.

التبادل في الأداء

غالبًا ما تتعارض قابلية التشغيل مع مقاومة التآكل، حيث إن الميزات الهيكلية الدقيقة التي تحسن أداء التآكل (الكربيدات، الصلابة العالية) تزيد عادةً من قوى القطع وتسارع تآكل الأداة خلال عمليات القطع.

تتداول جودة التشطيب السطحي كثيرًا مع معدل الإنتاج، حيث تزيد سرعات القطع الأعلى ومعدلات التغذية من الإنتاجية لكن يمكن أن تؤثر سلبًا على سلامة السطح من خلال التلف الحراري أو انحراف الأداة المفرط.

يوازن المهندسون بين هذه المتطلبات المتنافسة من خلال تسلسل العمليات الاستراتيجية، باستخدام عمليات التخشين المحسّنة لمعدلات الإزالة تليها عمليات التشطيب التي صممت خصيصًا لجودة السطح ودقة الأبعاد.

تحليل الفشل

تمثل انكسارات الأدوات نمط فشل شائع خلال العمليات الميكانيكية، وعادة ما تكون نتيجة لقوى قطع زائدة، أو صدمة حرارية، أو اختيار غير صحيح للأداة بالنسبة لمادة قطعة العمل.

غالبًا ما يبدأ آلية الفشل بتقدم تآكل تدريجي (تآكل الجوانب، تآكل الفوهات) يؤدي في النهاية إلى تغيير هندسة الأداة، مما يزيد من قوى القطع ودرجات الحرارة حتى يحدث الفشل الكارثي من خلال التشوه البلاستيكي أو الكسر الهش.

تشمل استراتيجيات التخفيف تنفيذ أنظمة مراقبة حالة الأداة، وتحسين بارامترات القطع استنادًا إلى توصيات خاصة بالمادة، واختيار مواد وأغطية الأدوات المناسبة لمتطلبات التطبيق المحددة.

عوامل التأثير وطرق التحكم

تأثير التركيب الكيميائي

يؤثر محتوى الكربون بشكل كبير على قابلية قطع الفولاذ، حيث توفر الفولاذات متوسطة الكربون (0.35-0.5% C) عادةً أفضل توازن بين القوة وخصائص تشكيل الرقائق.

عندما يكون الكبريت موجودًا كشوائب كبريتيد المنغنيز، فإنه يحسن بشكل كبير قابلية التشغيل عن طريق إنشاء الانقطاعات التي تسهل كسر الرقائق وتقلل الاحتكاك عند واجهة الأداة-الرقاقة.

تشمل أساليب التحسين تطوير درجات معادلة الكبريت لأجزاء غير حرجة ومعالجة الكالسيوم للفولاذ لتعديل مورفولوجيا الشوائب من الأشكال المقوسة إلى الشكل الكروي الذي يقلل من تآكل الأداة.

تأثير الهيكل الدقيق

تحسن الهياكل ذات الحبوب الدقيقة عمومًا من جودة التشطيب السطحي لكنها تزيد من قوى القطع ومعدلات تآكل الأداة مقارنةً بالهياكل الخشنة بسبب المساحة الأكبر لحواف الحبوب المقاومة للتشوه.

يؤثر توزيع الطور بشكل كبير على استجابة القطع، حيث تقدم الهياكل الفريتية-البرليتيه عادةً قابلية تشغيل أفضل من الهياكل المارتينسيتية بسبب صلابتها المنخفضة وخصائص تشكيل الرقائق الأكثر ملائمة.

تسارع الشوائب الصلبة مثل أكاسيد الألمنيوم ونترات التيتانيوم تآكل الأداة من خلال الفعل الكاشط، بينما تحسن الشوائب اللينة مثل كبريتيدات المنغنيز قابلية التشغيل عن طريق تقليل الاحتكاك وتسهيل كسر الرقائق.

تأثير المعالجة

تؤثر المعالجة الحرارية بشكل كبير على قابلية التشغيل، حيث يظهر الفولاذ المعالج حراريًا قوى قطع أقل لكن يمكن أن يغدو مشكلة بسبب الرقائق الطويلة المستمرة، بينما تقدم الفولاذات المعالجة بشكل عادي تحسين كسر الرقائق على حساب تآكل أداة أعلى.

يقلل العمل البارد عمومًا من قابلية التشغيل من خلال زيادة قوة المادة واتجاه تصلب العمل، مما يتطلب تقليل بارامترات القطع وتغيير الأدوات بشكل متكرر.

يؤثر معدل التبريد خلال المعالجة السابقة على حجم وتوزيع الكربيدات، حيث ينتج التبريد البطيء عادةً كربيدات أكثر خشونة يمكن أن تحسن قابلية التشغيل عن طريق إنشاء مسارات كسر تفضيلية أثناء تشكيل الرقائق.

العوامل البيئية

تقلل درجات الحرارة المرتفعة من قوة الخضوع للمادة لكن يمكن أن تسرع التفاعلات الكيميائية بين الأداة وقطعة العمل، مما يؤدي إلى زيادة تآكل الانتشار وتشكيل الحواف المتراكمة.

تؤثر السوائل القطعية بشكل كبير على أداء القطع من خلال توفير وظائف التشحيم، والتبريد، وإخلاء الرقائق، حيث تتفوق السوائل القائمة على الزيت في التشحيم بينما توفر المستحلبات القائمة على الماء قدرة تبريد فائقة.

تشمل الآثار الزمنية تدهور طلاء الأداة خلال عمليات القطع المطولة وظواهر شيخوخة مادة قطعة العمل التي يمكن أن تغير الخصائص الميكانيكية بين إنتاج المادة وعمليات القطع.

طرق التحسين

تشمل التحسينات المعدنية معالجة الكالسيوم لتعديل شكل الشوائب، والتبريد المنضبط لتحسين الهيكل، وتطوير درجات خاصة مع تحسين قابلية التشغيل من خلال إضافات الميكروسبائك.

تتضمن الأساليب القائمة على المعالجة استراتيجيات معالجة حرارية لتحقيق مستويات الصلابة المثلى، وإجراءات تخفيف الشد لتقليل التشوه أثناء العمليات الميكانيكية، والمعالجة بالتبريد العميق للأدوات لتعزيز مقاومة التآكل.

تشمل اعتبارات التصميم التي تُحسّن من قابلية التشغيل تحديد فراغات التشغيل المناسبة، وإدراج ميزات كسر الرقائق في هندسة الأجزاء، وتصميم المكونات لتقليل الحفر العميق أو العمليات الأخرى الصعبة.

المصطلحات والمعايير ذات الصلة

المصطلحات ذات الصلة

تشمل سلامة السطح الخصائص المادية المعدلة الناتجة عن عمليات القطع، بما في ذلك توزيعات الإجهاد المتبقي، وتصلب العمل، والتعديلات الهيكلية الدقيقة التي تؤثر على أداء المكونات.

تشكل الرقائق عنصرًا مميزًا لآلية إزالة المواد أثناء القطع، حيث تعكس الرقائق المستمرة أو المجزأة أو المنفصلة سلوكيات مادية مختلفة تحت ظروف القطع المحددة.

تصف حافة متراكمة (BUE) تراكم مادة قطعة العمل على حافة الأداة خلال العمليات الميكانيكية، مما يغير هندسة الأداة الفعالة وقد يؤثر سلبًا على جودة التشطيب السطحي.

ترتبط هذه المصطلحات من خلال علاقتها بالفيزياء الأساسية لعملية القطع، حيث تؤثر آليات تشكيل الرقائق بشكل مباشر على سلامة السطح بينما تؤثر تكوين الحواف المتراكمة على كلاً من التحكم في الرقائق وجودة السطح.

المعايير الرئيسية

تحدد ISO 513 نظام تصنيف لمواد أدوات القطع، مُعرِفًا نطاقات التطبيق استنادًا إلى خصائص مادة قطعة العمل وظروف القطع.

توفر ANSI/ASME B94.55M إرشادات لممارسات اختبار قابلية التشغيل في الولايات المتحدة، موحدًة أساليب مقارنة خصائص إزالة المواد عبر مواد قطعة العمل المختلفة.

تأخذ JIS B 0031 (المعيار الصناعي الياباني) نهجًا مختلفًا من خلال التأكيد على طرق تقييم جودة السطح المحددة للسطوح المعالجة، مدمجةً معلمات إضافية بخلاف تلك الموجودة في معايير ISO.

اتجاهات التطوير

يركز البحث الحالي على النمذجة التنبؤية لعمليات القطع باستخدام أساليب قائمة على الفيزياء مدمجة مع خوارزميات تعلم الآلة لتحسين بارامترات المواد والأدوات الخاصة.

تشمل التقنيات الناشئة أنظمة القطع بالتبريد العميق التي تستخدم النيتروجين السائل أو ثاني أكسيد الكربون لتعزيز عمر الأدوات وسلامة السطح، خصوصًا للمواد الصعبة التصنيع مثل الفولاذات المقساة والسبيكات السوبر.

من المحتمل أن تتكامل التطورات المستقبلية مع أنظمة المراقبة في الوقت الحقيقي ذات الخوارزميات التحكم التكيفية، مما يمكّن أنظمة القطع من تعديل بارامتراتها تلقائيًا استنادًا إلى التغيرات الملحوظة في خصائص المواد أو حالة الأدوات خلال العمليات.