Обрабатываемость - Machinability

Обрабатываемость это легкость, с которой можно резать металл (обработанный ), позволяющий удалять материал с удовлетворительным Конец по невысокой цене.[1] Материалы с хорошей обрабатываемостью (бесплатная обработка материалов) для резки требуется мало энергии, ее можно разрезать быстро, легко получить хорошую отделку и не носить то инструменты много. Факторы, которые обычно улучшают характеристики материала, часто ухудшают его обрабатываемость. Поэтому для экономичного производства компонентов перед инженерами стоит задача найти способы улучшить обрабатываемость без снижения производительности.

Обрабатываемость трудно предсказать, потому что обработка имеет очень много переменных. Два набора факторов - это состояние рабочих материалов и физические свойства рабочих материалов.[2] Состояние рабочего материала включает восемь факторов: микроструктуру, размер зерна, термическую обработку, химический состав, изготовление, твердость, предел текучести и предел прочности.[3] Физические свойства - это свойства отдельных групп материалов, такие как модуль упругости, теплопроводность, тепловое расширение и деформационное упрочнение.[3] Другими важными факторами являются условия эксплуатации, материал и геометрия режущего инструмента, а также параметры процесса обработки.[3]

Количественная оценка обрабатываемости

Есть много факторов, влияющих на обрабатываемость, но нет общепринятого способа ее количественной оценки. Вместо этого обрабатываемость часто оценивается в индивидуальном порядке, а испытания адаптированы к потребностям конкретного производственного процесса. Общие показатели для сравнения включают стойкость инструмента, качество поверхности, температуру резания, а также усилия инструмента и энергопотребление.[4][5]

Метод стойкости инструмента

Обрабатываемость может быть основана на сроке службы инструмента. Это может быть полезно при сравнении материалов со схожими свойствами и потребляемой мощностью, но один из них более абразивный и, следовательно, снижает срок службы инструмента. Главный недостаток этого подхода заключается в том, что стойкость инструмента зависит не только от материала, который он обрабатывает; другие факторы включают материал режущего инструмента, геометрию режущего инструмента, состояние станка, зажим режущего инструмента, скорость резания, подачу и глубину резания. Кроме того, обрабатываемость одного типа инструмента нельзя сравнивать с другим типом инструмента (т.е. HSS инструмент к твердосплавному инструменту).[5]

Инструмент силы и метод потребления энергии

Силы, необходимые для прорезания материала инструментом, напрямую связаны с потребляемой мощностью. Поэтому силы инструмента часто выражаются в единицах удельной энергии. Это приводит к рейтинговому методу, в котором более высокие удельные энергии равны меньшей обрабатываемости. Преимущество этого метода в том, что внешние факторы мало влияют на рейтинг.[5]

Метод отделки поверхности

Обработка поверхности иногда используется для измерения обрабатываемости материала. Мягкие, пластичные материалы имеют тенденцию образовывать застроенный край. Нержавеющая сталь и другие материалы с высоким деформационное упрочнение способности также хотят сформировать застроенный край. Алюминиевые сплавы, холоднодеформированные стали и свободная обработка стали, а также материалы с высокой зоной сдвига не склонны образовывать наросты на краях, поэтому эти материалы будут считаться более поддающимися обработке.[6]

Преимущество этого метода в том, что его легко измерить с помощью соответствующего оборудования. Недостаток этого критерия в том, что он часто неактуален. Например, при черновой резке качество поверхности не имеет значения. Кроме того, чистовые пропилы часто требуют определенной точности, которая, естественно, обеспечивает хорошее качество поверхности. Этот метод оценки также не всегда согласуется с другими методами. Например, титановые сплавы будут иметь высокие оценки по методу чистовой обработки поверхности, низкие по методу стойкости инструмента и промежуточные по методу потребления энергии.[6][7]

Рейтинг обрабатываемости

Оценка обрабатываемости материала пытается количественно оценить обрабатываемость различных материалов. Выражается в процентах или нормализованное значение. В Американский институт железа и стали (AISI) определила показатели обрабатываемости для широкого спектра материалов, выполнив токарные испытания при 180 поверхность футов в минуту (sfpm).[8] Затем он произвольно присвоил стали 160 Brinell B1112 рейтинг обрабатываемости 100%.[8] Рейтинг обрабатываемости определяется путем измерения средневзвешенных значений нормальной скорости резания, чистоты поверхности и стойкости инструмента для каждого материала.[8] Обратите внимание, что материал с рейтингом обрабатываемости менее 100% будет сложнее обрабатывать, чем материал B1112, а материал со значением выше 100% будет легче.

Рейтинг обрабатываемости = (Скорость обработки детали, обеспечивающая 60-минутный срок службы инструмента) / (Скорость обработки стандартного металла)

Показатели обрабатываемости могут использоваться вместе с Уравнение стойкости инструмента Тейлора, , чтобы определить скорость резания или стойкость инструмента. Известно, что срок службы инструмента B1112 составляет 60 минут при скорости резания 100 футов в минуту. Если материал имеет рейтинг обрабатываемости 70%, с учетом вышеизложенного можно определить, что для поддержания того же срока службы инструмента (60 минут) скорость резания должна составлять 70 футов в минуту (при условии, что используется тот же самый инструмент).[1]

Стали

Смотрите также: Бесплатная обработка стали

Содержание углерода в стали сильно влияет на ее обрабатываемость. Высокоуглеродистые стали трудно обрабатывать, поскольку они прочны и могут содержать карбиды, истирающие режущий инструмент. С другой стороны, низкоуглеродистые стали вызывают проблемы, потому что они слишком мягкие. Низкоуглеродистые стали «липкие» и прилипают к режущему инструменту, что приводит к образованию наростов на кромке, что сокращает срок службы инструмента. Следовательно, сталь имеет лучшую обрабатываемость со средним содержанием углерода, около 0,20%.[4]

Хром, молибден и другие легирующие металлы часто добавляют в сталь для повышения ее прочности. Однако большинство этих металлов также ухудшают обрабатываемость.

Включения в стали, особенно оксиды, могут истирать режущий инструмент. Обрабатываемая сталь не должна содержать этих оксидов.

Добавки

Существует множество химических веществ, как металлических, так и неметаллических, которые можно добавлять в сталь, чтобы облегчить резку. Эти добавки могут работать, смазывая поверхность раздела инструмент-стружка, снижая прочность материала на сдвиг или увеличивая хрупкость стружки. Исторически сложилось так, что сера и свинец были наиболее распространенными добавками, но висмут и олово становятся все более популярными по экологическим причинам.

Свинец может улучшить обрабатываемость стали, поскольку он действует как внутренняя смазка в зоне резания.[9] Поскольку свинец имеет низкую прочность на сдвиг, он позволяет стружке более свободно скользить мимо режущей кромки. Когда он добавляется в сталь в небольших количествах, он может значительно улучшить ее обрабатываемость, не влияя существенно на прочность стали.

Сера улучшает обрабатываемость стали за счет образования включений с низкой прочностью на сдвиг в зоне резания. Эти включения представляют собой концентраторы напряжения, которые ослабляют сталь, что позволяет ей легче деформироваться.

Нержавеющая сталь

Нержавеющие стали имеют плохую обрабатываемость по сравнению с обычной углеродистой сталью, потому что они более жесткие, вязкие и имеют тенденцию очень быстро затвердевать.[4] Незначительная закалка стали может снизить ее вязкость и облегчить резку. Марки AISI 303 и 416 легче обрабатывать из-за добавления серы и фосфора.[10]

Алюминий

Алюминий - гораздо более мягкий металл, чем сталь, и методы улучшения его обрабатываемости обычно основываются на том, чтобы сделать его более хрупким. Сплавы 2007, 2011 и 6020 имеют очень хорошую обрабатываемость.[10]

Другие материалы

Термопласты их сложно обрабатывать из-за плохой теплопроводности.[9] Это создает тепло, которое накапливается в зоне резания, что снижает стойкость инструмента и локально плавит пластик. Как только пластик плавится, он просто обтекает режущую кромку, а не удаляется ею. Обрабатываемость можно улучшить за счет использования охлаждающей жидкости с высокой смазывающей способностью и предотвращения образования стружки в зоне резания.

Композиты часто имеют худшую обрабатываемость, потому что они сочетают в себе плохую теплопроводность пластмассовой смолы с прочностью или абразивными качествами волокнистого (стекло, углерод и т. д.) материала.

Обрабатываемость резинка и другие мягкие материалы улучшаются за счет использования охлаждающей жидкости с очень низкой температурой, такой как жидкий диоксид углерода. Низкие температуры охлаждают материал перед резкой, поэтому он не может деформироваться или прилипнуть к режущей кромке. Это означает меньший износ инструментов и более легкую обработку.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б Дегармо, стр. 542.
  2. ^ Шнайдер, Джордж, «Обрабатываемость металлов». Американский машинист, Декабрь 2009 г.
  3. ^ а б c Шнайдер, «Обрабатываемость».
  4. ^ а б c Бакерджян, Рамон; Кубберли, В. Х. (1989). Справочник для инженеров-технологов и технологов. Дирборн, штат Мичиган: Общество инженеров-технологов. С. 15–3, 15–10, 19–13–19–18. ISBN  0-87263-351-9.
  5. ^ а б c Шнайдер, стр. 8.
  6. ^ а б Шнайдер, стр. 9.
  7. ^ Шнайдер, стр. 10.
  8. ^ а б c Шнайдер, стр. 5.
  9. ^ а б Калпакджян, Серопе; Стивен Р. Шмид (2003). Процессы производства инженерных материалов. Pearson Education. С. 437–440. ISBN  81-7808-990-4.
  10. ^ а б "Каталог Макмастер-Карр". Получено 2008-04-01.

Рекомендации

внешняя ссылка