Bearbejdelighed - Machinability

Bearbejdelighed er den lethed, hvormed et metal kan skæres ( bearbejdes ), hvilket muliggør fjernelse af materialet med en tilfredsstillende finish til lave omkostninger. Materialer med god bearbejdelighed ( gratis bearbejdningsmaterialer ) kræver lidt strøm til at skære, kan skæres hurtigt, opnås let en god finish og slider ikke meget på værktøjet . De faktorer, der typisk forbedrer et materiales ydeevne, forringer ofte dets bearbejdelighed. Derfor, for at fremstille komponenter økonomisk, udfordres ingeniører til at finde måder at forbedre bearbejdeligheden uden at skade ydeevnen.

Bearbejdelighed kan være vanskelig at forudsige, fordi bearbejdning har så mange variabler. To sæt faktorer er arbejdsmaterialers tilstand og arbejdsmaterialers fysiske egenskaber. Arbejdsmaterialets tilstand omfatter otte faktorer: mikrostruktur, kornstørrelse, varmebehandling, kemisk sammensætning, fremstilling, hårdhed, flydestyrke og trækstyrke. Fysiske egenskaber er de for de enkelte materialegrupper, såsom elasticitetsmodul, varmeledningsevne , termisk ekspansion og arbejdshærdning. Andre vigtige faktorer er driftsbetingelser, skæreværktøjsmateriale og geometri og bearbejdningsprocessparametre.

Bearbejdelighed af stål

Stål er blandt de vigtigste og mest anvendte ingeniørmaterialer. Deres bearbejdelighed er blevet kraftigt forbedret ved at tilføje bly og svovl kaldet gratis bearbejdningsværktøjer.

Kvantificering af bearbejdelighed

Der er mange faktorer, der påvirker bearbejdeligheden, men ingen almindeligt accepteret måde at kvantificere det på. I stedet vurderes bearbejdeligheden ofte fra sag til sag, og tests skræddersys til behovene i en specifik fremstillingsproces. Almindelige målinger til sammenligning omfatter værktøjslevetid, overfladefinish, skæretemperatur og værktøjskræfter og strømforbrug.

Værktøjslevemetode

Bearbejdelighed kan baseres på målingen af, hvor længe et værktøj holder. Dette kan være nyttigt, når man sammenligner materialer, der har lignende egenskaber og strømforbrug, men det ene er mere slibende og reducerer dermed værktøjets levetid. Det største fald med denne tilgang er, at værktøjets levetid er afhængig af mere end bare det materiale, det bearbejder; andre faktorer omfatter skæreværktøjsmateriale, skæreværktøjsgeometri, maskintilstand, klemning af skæreværktøj, skærehastighed, fremføring og skæredybde. Også bearbejdeligheden for en værktøjstype kan ikke sammenlignes med en anden værktøjstype (dvs. HSS -værktøj til et hårdmetalværktøj).

${\ displaystyle {\ text {Bearbejdningsindeks (}} \%{)} = {\ frac {\ text {materialets skærehastighed i 20 minutters værktøjslevetid}} {\ text {skærehastighed for fritskåret stål i 20 minutter værktøjslevetid}}}*100}$

Værktøjskræfter og strømforbrugsmetode

De kræfter, der kræves for et værktøj til at skære igennem et materiale, er direkte relateret til den forbrugte strøm. Derfor er værktøjskræfter ofte givet i enheder af specifik energi. Dette fører til en vurderingsmetode, hvor højere specifikke energier er lig med lavere bearbejdelighed. Fordelen ved denne metode er, at eksterne faktorer har ringe effekt på vurderingen.

Overfladebehandling metode

Overfladefinishen bruges undertiden til at måle et materiales bearbejdelighed. Bløde, seje materialer har en tendens til at danne en opbygget kant . Rustfrit stål og andre materialer med en høj belastningshærdningsevne ønsker også at danne en opbygget kant. Aluminiumslegeringer, koldbearbejdede stål og fribearbejdningsstål samt materialer med en høj forskydningszone har ikke en tendens til at danne opbyggede kanter, så disse materialer vil blive klassificeret som mere bearbejdelige.

Fordelen ved denne metode er, at den let måles med det passende udstyr. Ulempen ved dette kriterium er, at det ofte er irrelevant. For eksempel ved overfladebehandling er overfladeoverfladen uden betydning. Endvidere kræver finishskæringer ofte en vis nøjagtighed, der naturligvis opnår en god overfladefinish. Denne vurderingsmetode er heller ikke altid enig med andre metoder. For eksempel ville titaniumlegeringer bedømme godt efter overfladebehandlingsmetoden, lav ved værktøjets levetid og mellemliggende ved strømforbrugsmetoden.

Bedømmelsesværdighed

Materialets bearbejdelighedsvurdering forsøger at kvantificere forskellige materialers bearbejdelighed. Det udtrykkes som en procentdel eller en normaliseret værdi . Den AISI (AISI) bestemt bearbejdningsegenskaber ratings for en bred vifte af materialer ved at køre drejning test ved 180 overflade fod per minut (sfpm). Det tildelte derefter vilkårligt 160 Brinell B1112 stål en bearbejdelighed på 100%. Bearbejdelighedsvurderingen bestemmes ved at måle de vejede gennemsnit af den normale skærehastighed, overfladefinish og værktøjslevetid for hvert materiale. Bemærk, at et materiale med en bearbejdelighed på mindre end 100% ville være vanskeligere at bearbejde end B1112, og materiale med en værdi på mere end 100% ville være lettere.

Bearbejdelighedsklassificering = (Hastighed ved bearbejdning af emnet, der giver 60 minutters brugstid)/(Hastighed ved bearbejdning af standardmetallet)

Bearbejdningsegenskaber rating kan benyttes sammen med Taylor standtid ligning , med henblik på at bestemme skærehastigheder eller standtid. Det vides, at B1112 har en værktøjslevetid på 60 minutter ved en skærehastighed på 100 sfpm. Hvis et materiale har en bearbejdelighedsgrad på 70%, kan det med ovenstående viden bestemmes, at for at opretholde den samme værktøjslevetid (60 minutter) skal skærehastigheden være 70 sfpm (forudsat at det samme værktøj bruges). ${\ displaystyle VT^{n} = C}$

Stål

Kulstofindholdet i stål påvirker i høj grad dets bearbejdelighed. Kulstofstål er vanskelige at bearbejde, fordi de er stærke, og fordi de kan indeholde karbider, der slider skæreværktøjet. I den anden ende af spektret er kulstoffattige stål besværlige, fordi de er for bløde. Kulstoffattige stål er "gummiagtige" og klæber til skæreværktøjet, hvilket resulterer i en opbygget kant, der forkorter værktøjets levetid. Derfor har stål den bedste bearbejdelighed med mellemstore mængder kulstof, cirka 0,20%.

Chrom, molybdæn og andre legeringsmetaller tilsættes ofte til stål for at forbedre dets styrke. De fleste af disse metaller nedsætter imidlertid også bearbejdeligheden.

Indeslutninger i stål, især oxider, kan slibe skæreværktøjet. Bearbejdeligt stål bør være fri for disse oxider.

Tilsætningsstoffer

Der er en række forskellige kemikalier, både metal og ikke-metal, der kan tilsættes stål for at gøre det lettere at skære. Disse tilsætningsstoffer kan virke ved at smøre værktøjs-chip-grænsefladen, reducere materialets forskydningsstyrke eller øge flisens skørhed. Historisk set har svovl og bly været de mest almindelige tilsætningsstoffer, men vismut og tin er stadig mere populære af miljøhensyn.

Bly kan forbedre stålets bearbejdelighed, fordi det fungerer som et internt smøremiddel i skærezonen. Da bly har en dårlig forskydningsstyrke, giver det chippen mulighed for at glide mere frit forbi skærekanten. Når det tilsættes i små mængder til stål, kan det i høj grad forbedre dets bearbejdelighed, uden at det påvirker stålets styrke væsentligt.

Svovl forbedrer stålets bearbejdelighed ved at danne inklusioner med lav forskydningsstyrke i skærezonen. Disse indeslutninger er spændingsstigninger, der svækker stålet, så det lettere kan deformeres.

Rustfrit stål

Rustfrit stål har dårlig bearbejdelighed sammenlignet med almindeligt kulstofstål, fordi de er hårdere, gummier og har en tendens til at arbejde hårdt meget hurtigt. Stålets lidt hærde kan reducere dets tyggegummi og gøre det lettere at skære. AISI kvaliteter 303 og 416 er lettere at bearbejde på grund af tilsætning af svovl og fosfor.

Aluminium

Aluminium er et meget blødere metal end stål, og teknikkerne til forbedring af dets bearbejdelighed er normalt afhængige af at gøre det mere sprødt. Legeringer 2007, 2011 og 6020 har meget god bearbejdelighed.

Andre materialer

Termoplast er svært at bearbejde, fordi de har dårlig varmeledningsevne. Dette skaber varme, der bygger sig op i skærezonen, hvilket forringer værktøjets levetid og lokalt smelter plasten. Når plasten smelter, flyder den bare rundt om forkant i stedet for at blive fjernet af den. Bearbejdeligheden kan forbedres ved at bruge kølevæske med høj smøreevne og holde skæreområdet fri for spåndannelse.

Kompositter har ofte den værste bearbejdelighed, fordi de kombinerer den dårlige varmeledningsevne af en plastharpiks med de hårde eller slibende kvaliteter af fibermaterialet (glas, kulstof osv.).

Bearbejdeligheden af gummi og andre bløde materialer forbedres ved at bruge et kølevæske ved meget lav temperatur, såsom flydende kuldioxid. De lave temperaturer afkøler materialet før skæring, så det ikke kan deformeres eller klæbe til skærekanten. Det betyder mindre slid på værktøjerne og lettere bearbejdning.

Se også

• Bearbejdning af vibrationer

Noter

Referencer

• Degarmo, E. Paul; Sort, J T .; Kohser, Ronald A. (2003). Materialer og processer i fremstilling (9. udgave). Wiley. ISBN 0-471-65653-4.
• Schneider, George Jr. (2002). Skæreværktøjsprogrammer (PDF) . Arkiveret fra originalen (PDF) den 30. november 2006.

eksterne links

• Bearbejdbarhedsvurderinger fra en branchepublikation