Что такое «обрабатываемость» и как она измеряется?

Процесс механической обработки - это универсальный и эффективный способ резки металла и пластика. Он позволяет создавать очень тонкие детали с жесткими допусками и является очень экономически эффективным для изготовления прототипов и небольших партий деталей.

Однако механическая обработка не одинаково хорошо подходит для всех материалов. Поскольку в процессе обработки используется мощный вращающийся режущий инструмент для удаления материала, материал должен быть достаточно мягким, чтобы режущий инструмент мог проникнуть в него - в противном случае сам инструмент будет поврежден, и качество детали пострадает. Однако слишком мягкий материал при контакте с режущим инструментом будет деформироваться нежелательным образом, что приведет к деформации и неэффективности детали.

Легкость, с которой металл можно резать режущим инструментом, называется обрабатываемостью. Но поскольку существует множество факторов, определяющих обрабатываемость металла, характеристику трудно измерить количественно. В этой статье рассматриваются основы обрабатываемости: что это такое, какие материалы наиболее поддаются обработке, как можно повысить обрабатываемость и как она измеряется.

Обрабатываемость – это то, с какой легкостью или трудом материал может быть разрезан режущим инструментом. Материал, который можно разрезать с минимальным усилием, не вызывая деформации окружающих участков, лучше поддается механической обработке, чем тот, который требует больших усилий и вызывает большую деформацию.

На практике использование материалов с хорошей обрабатываемостью дает краткосрочные и долгосрочные преимущества. В краткосрочной перспективе использование таких материалов может привести к получению более качественных деталей с жесткими допусками, минимальной деформацией и хорошей отделкой поверхности. Они также могут быть изготовлены быстрее, чем детали, из труднообрабатываемых материалов. В долгосрочной перспективе использование легко обрабатываемых материалов приводит к снижению износа инструмента и увеличению срока его службы, что в конечном итоге экономит деньги предприятий.

Тогда почему же самые обрабатываемые материалы используют не всегда? Проблема в том, что обрабатываемость часто идет в ущерб производительности материала, и наоборот. Прочные материалы обычно труднее резать, чем хрупкие, поэтому инженерам часто приходится искать компромисс между обрабатываемостью и производительностью.

Обрабатываемость конкретного материала зависит как от физических свойств группы материалов (из каких элементов она состоит), так и от состояния конкретного рабочего материала (как он был изготовлен). Физические свойства материала фиксированы, но состояние заготовки может сильно варьироваться.

• Деформационное упрочнение;
• Тепловое расширение;
• Теплопроводность;
• Модуль упругости.

• Микроструктура;
• Размер зерна;
• Термическая обработка;
• Твердость;
• Предел прочности.

Алюминий

Один из наиболее подходящих материалов для механической обработки, алюминий относительно недорог и изготавливается из ряда распространенных сплавов. Алюминиевый спав 6061 является стандартным сплавом для механической обработки, хотя менее распространенные сплавы, такие как алюминий 2011 и 8280, еще лучше поддаются механической обработке, образуя очень маленькую стружку и обеспечивая отличное качество поверхности.

Стали

Стали, как правило, сложнее обрабатывать, чем алюминиевые сплавы, но марки с умеренным содержанием углерода, такие как нержавеющая сталь 303, лучше всего поддаются обработке (слишком много углерода делает сталь слишком твердой, слишком мало – она становится вязкой). Использование свинца в качестве добавки может сделать сталь более обрабатываемой, улучшая удаление стружки. Сера также может повысить обрабатываемость стали.

Другие металлы

Другие обрабатываемые металлы включают различные латунные сплавы, которые довольно мягкие, но имеют хорошую прочность на растяжение. Точно так же медь имеет хороший уровень обрабатываемости наряду с такими характеристиками, как электропроводность.

Пластмассы

Термопласты могут быть сложны в обработке, поскольку тепло, выделяемое режущим инструментом, может привести к расплавлению пластика и его прилипанию к инструменту. Учитывая это, к числу наиболее хорошо обрабатываемых пластмасс относятся ABS, нейлон, акрил и делрин.

Хотя металлы имеют фиксированные физические свойства, состояние заготовки можно изменить, чтобы сделать ее более поддающейся обработке. В сплавы также могут быть введены присадки для улучшения обрабатываемости.

• Присадки: Одним из способов улучшить обрабатываемость материала является включение в него элементов других материалов, которые сделают его более поддающимся резке. Например, при обработке стали добавление свинца и серы может облегчить резку заготовки.
• Термическая обработка: металлы часто подвергаются нагреву и охлаждению для изменения их свойств, и термообработка может уменьшить твердость металла, чтобы облегчить его обработку. Например, отжиг сплавов на основе никеля может улучшить обрабатываемость.
• Внешние факторы: Обработка может быть упрощена без фактического изменения материала заготовки. Например, изменение материала режущего инструмента, скорости резания, угла резания, рабочих условий и других параметров может облегчить резку труднообрабатываемого материала.

Поскольку на обрабатываемость материала влияет множество различных факторов , обрабатываемость можно считать расплывчатым понятием, которое трудно определить количественно.

Однако инженеры и материаловеды пытались измерить обрабатываемость с помощью таких показателей, как энергопотребление (сколько энергии необходимая для резки материала), срок службы режущего инструмента (насколько быстро инструмент изнашивается при резке материала) и чистота поверхности разрезаемого материала.

• Потребляемая мощность: Обрабатываемость можно оценить по силам, необходимым для разрезания материала, измеренным с использованием стандартных показателей энергии.
• Срок службы режущего инструмента: обрабатываемость можно оценить по времени, как долго инструмент работает, при обработке данного материала.
• Чистота поверхности: обрабатываемость можно оценить, отметив степень нароста на кромке, образовавшейся во время обработки; материалы с высокой механической обработкой не образуют наростов.

К сожалению, ни один из этих методов не является полностью достоверным, поскольку независимые факторы могут влиять на энергопотребление, износ режущего инструмента и чистоту поверхности.

Американский институт чугуна и стали (AISI) также создал систему оценки обрабатываемости, основанную на токарных испытаниях. Эти рейтинги, выраженные в процентах, относятся к обрабатываемости стали 160 Brinell B1112 (выбранной произвольно), которая имеет рейтинг обрабатываемости 100%. Металлы с более высоким уровнем обрабатываемости, чем B1112, имеют рейтинг выше 100%, а металлы с худшей обрабатываемостью имеют рейтинг ниже 100%.

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎Инструкция по правильной резке алюминиевых листов и пластин»‎ и «‎Контроль дефектов пористости при литье под давлением»‎.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!