Bearbeitbarkeit von Metallen: Bedeutung, Bewertung und Faktoren
Nach dem Lesen dieses Artikels erfahren Sie Folgendes: 1. Bedeutung der Zerspanbarkeit 2. Bewertung (Quantifizierung oder Messungen) der Zerspanbarkeit 3. Einflussfaktoren 4. Zerspanbarkeit allgemeiner Werkstoffe 5. Additive zur Verbesserung der Zerspanbarkeit.
Bedeutung der Bearbeitbarkeit:
Der Begriff Bearbeitbarkeit bezieht sich auf die Leichtigkeit, mit der ein Metall zu einer akzeptablen Oberflächengüte bearbeitet werden kann. Murphy definierte die Bearbeitbarkeit als "die Fähigkeit eines Materials, unter bestimmten Schneidbedingungen zu bearbeiten".
Materialien mit guter Zerspanbarkeit erfordern zum Schneiden wenig Kraft. kann schnell geschnitten werden, leicht eine gute Oberflächengüte erhalten und das Werkzeug nicht viel tragen. Solche Materialien sollen frei bearbeitbar sein.
Die Bearbeitbarkeit lässt sich nur schwer vorhersagen, da der Bearbeitungsprozess so viele Variablen hat. Feste, zähe Materialien sind in der Regel schwieriger zu bearbeiten, da zum Schneiden mehr Kraft erforderlich ist.
Andere wichtige Faktoren, die die Bearbeitbarkeit beeinflussen, sind:
ich. Arbeitsparameter (chemische Zusammensetzung, Mikrostrukturhärte)
Werkzeugparameter (Werkzeuggeometrie, Werkzeugmaterial, Standzeit)
ii. Bearbeitungsparameter (Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Schnittiefe, Schmierung usw.)
Es wird angegeben, dass das Material A besser bearbeitbar ist als das Material B, wobei dies drei verschiedene Bedeutungen haben kann;
iii. Eine niedrigere Verschleißrate wird mit dem Material A oder erhalten
iv. Eine bessere Oberflächengüte kann mit Material A oder erzielt werden
v. Weniger Energie für die Bearbeitung von Material A
Daher ist es wichtig zu beachten, dass die Bearbeitbarkeit immer unter bestimmten Bedingungen definiert ist.
Zum Beispiel:
Bedingung 1:
(Bessere Oberflächengüte) Material A (Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt) lässt sich besser bearbeiten als Material B (Flussstahl).
Bedingungssatz 2: (Werkzeugverschleiß und Stromverbrauch):
Das Ergebnis kann jetzt umgekehrt werden. Material B (Weichstahl) ist besser bearbeitbar als Material A (High Carbon Steel).
Berücksichtigung des gemeinsamen HSS-Tools für beide Bedingungssätze.
Bewertung (Quantifizierung oder Messungen) der Bearbeitbarkeit:
Es gibt viele Faktoren, die die Bearbeitbarkeit beeinflussen, aber es gibt keinen allgemein akzeptierten Weg, sie zu quantifizieren. Stattdessen wird die Bearbeitbarkeit im Allgemeinen von Fall zu Fall gemessen. Die verschiedenen Tests, die zur Quantifizierung der Bearbeitbarkeit durchgeführt wurden, sind maßgeschneidert, um die Notwendigkeit einer bestimmten Fertigungsstätte zu rechtfertigen.
Zu den gängigen Quantifizierungsmaßnahmen gehören:
(i) Werkzeugstandzeit
(ii) Oberflächengüte
(iii) Schnittkräfte und Stromverbrauch.
(iv) Bewertungsindex für die Bearbeitbarkeit.
(v) Chipsteuerung.
(i) Werkzeugstandzeit:
Die Standzeit wird allgemein als ein wichtiges Maß für die Bearbeitbarkeit angesehen. Je höher die Standzeit, desto besser ist die Bearbeitbarkeit eines Arbeitsmaterials. Es sind einige Standardtabellen und -diagramme verfügbar, die eine Referenz zum Vergleich der Bearbeitbarkeit verschiedener Materialien bieten. Diese Tabellen messen normalerweise die Bearbeitbarkeit hinsichtlich der Schnittgeschwindigkeit für eine bestimmte Werkzeugstandzeit. Die Bearbeitbarkeitsbewertungen basieren auf einer Standzeit von T = 60 Minuten.
(ii) Oberflächenbeschaffenheit
Die Oberflächengüte des bearbeiteten Arbeitsmaterials ist auch ein wichtiges Maß für die Bearbeitbarkeit, insbesondere bei Endbearbeitungen. Mehr ist die erzielte Oberflächengüte. mehr wird die Bearbeitbarkeit des Arbeitsmaterials sein.
(iii) Schneidkräfte und Energieverbrauch:
Es ist auch ein am weitesten verbreitetes Maß für die Bearbeitbarkeit, insbesondere beim Schruppen.
(iv) Bearbeitbarkeitsindex (Rating):
Die Zerspanbarkeitsbewertung / der Index für verschiedene Materialien wird relativ zum Standardindex genommen. Der Zerspanbarkeitsindex von Automatenstahl wird als Standardindex angesehen und auf 100% festgelegt. Der Bearbeitbarkeitsindex basiert auf einer Standzeit von T = 60 Minuten.
Der Bearbeitbarkeitsindex aller anderen Materialien kann unter Verwendung der folgenden Beziehung ermittelt werden:
Der Zerspanbarkeitsindex für einige häufig verwendete Materialien ist in Tabelle 9.12 angegeben:
Bedeutung des Zerspanbarkeitsindex:
Die Bearbeitbarkeitsbewertungen basieren auf einer Standzeit von T = 60 Minuten. Das Standardmaterial ist A1S1-Stahl, was eine Bewertung von 100 ergibt. Bei einer Werkzeugstandzeit von 60 Minuten sollte dieser Stahl mit einer Schnittgeschwindigkeit von 100 ft / min (30 m / min) bearbeitet werden. Höhere Geschwindigkeiten reduzieren die Lebensdauer des Werkzeugs, während niedrigere Geschwindigkeiten das Werkzeug erhöhen. Zum Beispiel hat Stahl 3140 einen Zerspanbarkeitsindex von 55, dh wenn er mit einer Schnittgeschwindigkeit von 55 ft / min (17 m / min) bearbeitet wird, beträgt die Werkzeugstandzeit 60 min.
(v) Chipkontrolle:
In einigen Fällen ist auch die Leichtigkeit der Spankontrolle ein Maß für die Bearbeitbarkeit. Bei der Spankontrolle können lange und gewundene Späne, wenn sie nicht zerbrochen werden, den Schneidvorgang erheblich beeinträchtigen, indem sie sich um die Schneidkante des Werkzeugs kräuseln.
Faktoren, die die Bearbeitbarkeit beeinflussen:
Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass die Bearbeitbarkeit eine Eigenschaft ist, die hauptsächlich von der Mikrostruktur und den Eigenschaften des Arbeitsmaterials abhängt, sie wird jedoch auch durch einige andere Faktoren stark beeinflusst.
Einige wichtige und verantwortliche Faktoren, die die Bearbeitbarkeit beeinflussen, sind folgende:
(i) Arbeitsmaterialparameter.
(ii) Werkzeugparameter.
(iii) Bearbeitungsparameter
(i) Arbeitsmaterialparameter:
Es enthält:
ich. Härte.
ii. Mikrostruktur.
iii. Chemische Zusammensetzung.
iv. Form und Abmessungen.
v. Steifheit des Haltens
vi. Zerreißfestigkeit.
(ii) Toot-Parameter:
Es enthält:
ich. Werkzeuggeometrie
ii. Werkzeugmaterial.
iii. Steifheit der Werkzeugaufnahme
iv. Auswahl des richtigen Werkzeugs.
v. Werkzeugschleifprozess
vi. Temperatur der Chip-Werkzeugschnittstelle.
(iii) Bearbeitungsparameter:
Es enthält:
ich. Schneidgeschwindigkeit.
ii. Futter.
iii. Schnitttiefe.
iv. Schneidflüssigkeit
v. Art des Schneidvorgangs (intermittierend oder stetig).
vi. Steifheit der Werkzeughalterung.
vii. Einfache Entsorgung von Chips.
Zerspanbarkeit allgemeiner Materialien:
Wir werden die Bearbeitbarkeit nacheinander von einigen häufig verwendeten Materialien wie Stählen, rostfreien Stählen, Aluminium, Thermoplasten, Verbundstoffen usw. besprechen.
(i) Stähle:
Der Kohlenstoffgehalt von Stahl beeinflusst die Bearbeitbarkeit erheblich. Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt sind schwierig zu bearbeiten, da sie zäh sind und Karbide enthalten können. In Stahl vorhandene Karbide schleifen das Schneidwerkzeug ab. Andererseits sind kohlenstoffarme Stähle lästig, weil sie zu weich sind. Kohlenstoffarme Stähle sind „gummiartig“ und haften am Schneidwerkzeug, was zu einer Aufbauschneide führt, die die Werkzeugstandzeit verkürzt. Daher ist Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0, 2%) die beste Wahl für die Bearbeitbarkeit.
Stahl, Chrom, Molybdän und andere Legierungselemente werden häufig hinzugefügt, um die Festigkeit zu verbessern. Die meisten dieser Elemente beeinträchtigen jedoch die Bearbeitbarkeit. Etwaige Einschlüsse (Oxide) verringern die Bearbeitbarkeit.
(ii) nichtrostende Stähle:
Rostfreie Stähle sind im Vergleich zu normalem Kohlenstoffstahl schlecht zerspanbar, da sie zäher, gummiartiger sind und dazu neigen, sehr schnell zu härten. Ein leichtes Aushärten des Stahls kann die Fettigkeit verringern und das Schneiden erleichtern. AISI -303 und 416 sind aufgrund der Zugabe von Schwefel und Phosphor leichter zu bearbeiten.
(iii) Aluminium:
Aluminium lässt sich im Allgemeinen sehr gut bearbeiten. Die weicheren Qualitäten neigen jedoch dazu, eine Aufbauschneide zu bilden, was zu einer schlechten Oberflächengüte führt. Für eine gute Bearbeitbarkeit werden hohe Schnittgeschwindigkeiten, hohe Spanwinkel und hohe Freiwinkel empfohlen. Die Legierungen 2007, 2011 und 6020 sind besonders gut zerspanbar.
(iv) Thermoplaste:
Thermoplaste sind schwer zu bearbeiten, da sie eine schlechte Wärmeleitfähigkeit haben. Dadurch entsteht Wärme, die sich in der Schneidzone aufbaut, was die Lebensdauer des Werkzeugs herabsetzt und den Kunststoff lokal schmilzt.
(v) Verbundstoffe:
Verbundstoffe haben oft die schlechteste Bearbeitbarkeit, da sie die schlechte Wärmeleitfähigkeit eines Kunststoffs mit einer zähen oder abrasiven Keramikmatrix kombinieren.
Additive zur Verbesserung der Zerspanbarkeit:
Die Additive reduzieren den metallischen Kontakt zwischen Werkzeug und Arbeitsmaterial und verringern somit die Reibungs- und Werkzeugverschleißraten. Es gibt eine Vielzahl von Chemikalien, sowohl Metall als auch Nichtmetall, die Eisen- und Nichteisenmetallen zugesetzt werden können, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Diese Additive können wirken, indem sie die Grenzfläche zwischen Werkzeug und Chip schmieren, die Scherfestigkeit des Materials verringern oder die Sprödigkeit des Chips erhöhen.
In der Vergangenheit waren Schwefel und Blei die häufigsten Zusatzstoffe, aber Wismut und Zinn sind aus Umweltgründen immer beliebter.
Nachfolgend einige Additive mit Metallen zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit:
