Обрабатываемость в металлообработке

Понимание обрабатываемости различных типов материалов является ключом к получению наилучшего конечного результата, поскольку любая операция обработки не может одинаково хорошо работать с различными материалами. Необходимо вносить коррективы в методы и параметры резания в зависимости от обрабатываемого материала.

Понимание обрабатываемости материала помогает определить, как внести необходимые коррективы для достижения успеха.

Обрабатываемость — это показатель того, насколько легко материал поддается обработке.

Материалы, легко поддающиеся обработке, или материалы, обладающие "хорошей" обрабатываемостью, как правило, легче режутся, легко создают хорошую отделку поверхности и вызывают меньший износ режущего инструмента. Работа с материалами, обладающими хорошей обрабатываемостью, может быть полезной по нескольким причинам. К ним относятся:

• Материал с хорошей обрабатываемостью обычно можно обработать быстрее, увеличивая скорость удаления материала. Они также требуют меньшей мощности станка.
• Может потребоваться меньше операций для получения хорошей чистоты поверхности и более жестких допусков, что сокращает время работы на станке.
• Поскольку режущие инструменты изнашиваются не так быстро, цех может сэкономить на стоимости инструмента и времени его наладки.

Склонность материала к упрочнению, теплопроводность и упругость — это механические свойства, на которые влияют три фактора:

• Химический состав. Типы легирующих элементов в металле обычно являются основным фактором, влияющим на обрабатываемость материала.
• Легирующие элементы. Такие элементы, как никель, хром и титан, повышают теплостойкость и прочность на разрыв, что значительно затрудняет образование стружки, а также вызывает повышенное нагревание инструмента, что снижает его стойкость.
• Присадки. Металлы, содержащие присадки, такие как свинец или сера, обычно дают более мелкую стружку, которая легко образуется при обработке.

Материалы также классифицируются по твердости: очень твердые и очень мягкие материалы представляют определенные трудности.

Твердые материалы вызывают высокие силы резания и увеличивают износ режущего инструмента. Мягкие материалы часто бывают "липкими", что затрудняет образование стружки, и она также накапливается на кромке режущего инструмента.

Термическая обработка используется для повышения или понижения обрабатываемости материала. Отжиг — это процесс, при котором материал нагревается выше температуры рекристаллизации перед охлаждением, что снижает внутренние напряжения и твердость. В никелевых сплавах отжиг, как правило, позволяет улучшить обрабатываемость материала. С другой стороны, термическая обработка также используется для повышения прочности и твердости материала, что делает его более трудным для обработки.

Одним из наиболее часто обрабатываемых материалов является, конечно же, сталь. На обрабатываемость стали влияют несколько факторов, в том числе:

• Содержание углерода. Высокоуглеродистые стали более прочные и содержат карбиды, которые могут быть абразивными для кромки режущего инструмента, в то время как низкоуглеродистые стали более мягкие.
• Другие легирующие элементы, такие как хром, молибден и никель, часто добавляются в сталь для повышения ее прочности, что снижает ее обрабатываемость. Неметаллические включения также вызывают абразивный износ инструмента.
• Нержавеющие стали обладают плохой обрабатываемостью по сравнению с обычными углеродистыми сталями, поскольку они одновременно прочные и липкие. Некоторые нержавеющие стали, такие как сталь AISI 303, легче поддаются обработке, поскольку содержат добавки серы и фосфора.

Цветные металлы, такие как алюминий, очень мягкие и могут резаться с высокой скоростью удаления материала. Обрабатываемость цветных металлов обычно очень высока по сравнению с их черными аналогами.

Чугун имеет высокое содержание углерода и кремния и образует мелкую стружку, что делает его очень легким для обработки. Однако чугун вызывает высокий износ режущего инструмента. Метод изготовления чугуна может влиять на физические свойства материала и его обрабатываемость.

Жаропрочные суперсплавы и титановые сплавы — это высокопрочные материалы, известные тем, что их трудно обрабатывать. Поскольку суперсплавы невероятно жаропрочны, тепло остается в режущем инструменте, а не отводится стружкой. Это чрезмерное накопление тепла ускоряет износ.

Обрабатываемость может быть определена несколькими способами.

Первый — это метод ресурса инструмента, который измеряет обрабатываемость на основе продолжительности работы инструмента. Однако недостаток этого метода заключается в таких переменных, как материал и геометрия режущего инструмента, крепление инструмента и параметры резания.

Второй способ предполагает измерение силы резания и потребляемой мощности. Этот метод очень полезен при попытке полностью максимизировать производительность и определить, на какую скорость удаления материала способен станок в зависимости от материала. Материалы имеют "коэффициент К", который используется для расчета мощности, необходимой станку для их обработки.

Коэффициент K — это константа мощности, представляющая собой количество кубических дюймов металла в минуту, которое может быть удалено одной лошадиной силой.

Третий метод называется методом обработки поверхности. Мягкие материалы склонны образовывать на резце нарастающую кромку, которая создает тупое движение среза и оставляет плохую отделку. Легкообрабатываемые материалы, как правило, легче срезаются, оставляя чистую поверхность. Однако недостатком этого метода является то, что чистота поверхности может быть неважна, поскольку большая часть удаления материала часто происходит во время черновой обработки. Кроме того, чистовые проходы обычно выполняются для получения высокой степени точности, и параметры, обеспечивающие это, естественно, позволяют получить хорошую чистоту поверхности. Этот метод также может противоречить другим методам. Примером может служить титан, который хорошо обрабатывается по методу чистовой обработки поверхности, но не по методу стойкости инструмента.

Наиболее часто используемая система оценки обрабатываемости основана на испытаниях на токарную обработку, проводимых Американским институтом чугуна и стали (AISI). Рейтинги, выраженные в процентах, относятся к обрабатываемости стали B1112 с твердостью 160 по Бринеллю, обработанной при 180 футов поверхности в минуту, которая имеет рейтинг обрабатываемости 100%.

Понимание обрабатываемости важно при выполнении новых работ с использованием новых материалов, поскольку это влияет на затраты, связанные с производством. Оно также имеет решающее значение для понимания того, как правильно выбрать оборудование, оснастку и операции, необходимые для обработки конкретной детали.

Когда процесс обработки планируется в соответствии с обрабатываемостью материала, качество и производительность максимизируются.

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!