Einführung in die Bearbeitbarkeit, Einflussfaktoren, Verbesserung und Messung

Die Leichtigkeit des Schneidens von Metall mit einem Schneidwerkzeug wird als Bearbeitbarkeit bezeichnet. Aufgrund der vielen Faktoren, die die Bearbeitbarkeit von Metallen bestimmen, ist es jedoch schwierig, diese Eigenschaft zu quantifizieren. Dieser Artikel stellt die Grundlagen der Bearbeitbarkeit vor:was es ist, Faktoren, die die Bearbeitbarkeit beeinflussen, Diagramm der Bearbeitbarkeit von Metall, wie man die Bearbeitbarkeit verbessert und wie man die Bearbeitbarkeit misst.

Was ist Bearbeitbarkeit?

Die Bearbeitbarkeit ist ein Maß dafür, wie einfach es ist, ein Material mit einem Schneidwerkzeug zu schneiden, oder wie einfach es ist, Metall zu schneiden. Definiert, wie einfach ein Material (hauptsächlich Metall) geschnitten oder geformt werden kann, während eine zufriedenstellende Oberflächenbeschaffenheit erzielt wird. Materialien mit guter Bearbeitbarkeit erfordern sehr wenig Kraft zum Schneiden, wodurch eine glatte Oberfläche erzeugt und der Werkzeugverschleiß minimiert wird. Im Gegensatz dazu erfordern weniger zerspanbare Materialien höhere Schnittkräfte, haben eine schlechte Oberflächenbeschaffenheit und verschleißen die Werkzeuge. Daher sind Materialien mit schlechter Bearbeitbarkeit teurer in der Verarbeitung.

Das American Iron and Steel Institute (AISI) hat eine Bearbeitbarkeitsbewertung von 100 % relativ zur Bearbeitbarkeit von 160 Brinell B1112-Stahl für verschiedene Materialien festgelegt. Metalle mit höherer Bearbeitbarkeit als B1112 werden mit über 100 % bewertet, während Metalle mit geringerer Bearbeitbarkeit mit unter 100 % bewertet werden. Die Bearbeitbarkeitsbewertung wird bestimmt, indem der gewichtete Durchschnitt der normalen Schnittgeschwindigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Standzeit für jedes Material gemessen wird.

Tabelle der Metallbearbeitbarkeit

(Quelle von:https://www.cnclathing.com/guide/cnc-machining-material-machinability-chart-machinability-of-metals-and-plastics-cnclathing)

Einflussfaktoren auf die Metallbearbeitbarkeit

1) Faktoren in Bezug auf Werkstückeigenschaften

Härte des Metalls:

Wenn das Metall hart ist, erfordert es mehr Stromverbrauch und erzeugt hohe Temperaturen. Daher kann es zu Werkzeugverschleiß kommen, was zu einer schlechten Bearbeitbarkeit führt.

Chemische Zusammensetzung:

Bei der Bearbeitung von reinen Metallen sind Schnittkräfte und Werkzeugverschleiß sehr hoch. Wenn dem Stahl jedoch geringe Mengen an Kohlenstoff, Mangan, Blei, Schwefel und Phosphor zugesetzt werden, kann die Bearbeitbarkeit verbessert werden. Produktivität und Oberflächenbeschaffenheit werden ebenfalls verbessert.

Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, die 0,01 % bis 0,15 % Kohlenstoff enthalten, weisen aufgrund ihrer hohen Duktilität und Zähigkeit eine schlechte Bearbeitbarkeit auf.

Wenn der Kohlenstoffgehalt höher ist (dh von 0,25 % bis 0,3 %), zeigt es eine gute Bearbeitbarkeit.

Die Zugabe von 1 % Mangan und 0,15 % Phosphor verbessert die Zerspanbarkeit von Metallen.

Wenn Schwefel und Phosphor im Metall vorhanden sind, neigen die Bearbeitungsspäne aufgrund von Sprödigkeit zum Brechen.

Einige dem Stahl zugesetzte Metalle wie Silizium, Nickel, Chrom, Vanadium und Molybdän wirken sich jedoch nachteilig auf die Bearbeitbarkeit aus.

Mikrostruktur:

Metalle weisen eine schlechte Bearbeitbarkeit auf, wenn sie abrasive Einschlüsse und eine ungleichmäßige Struktur sowie große, verzerrte Körner enthalten.

Umgang mit Metallen:

Kaltverformter Stahl weist eine bessere Bearbeitbarkeit auf, da er die Standzeit des Werkzeugs erhöht und mit hohen Schnittgeschwindigkeiten bearbeitet werden kann.

Die Bearbeitbarkeit von Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt kann durch Warmumformung verbessert werden.

Verschiedene Wärmebehandlungen wie Normalglühen, Glühen, Anlassen usw. tragen zur Verbesserung der Zerspanbarkeit bei.

2) Werkzeugbezogene Faktoren

Die verschiedenen schneidwerkzeugbezogenen Faktoren, die die Bearbeitbarkeit von Metall beeinflussen, sind unten aufgeführt.

Werkzeugmaterial

Werkzeuggeometrie

Schneiden der Natur

Werkzeugsteifigkeit

3) Faktoren im Zusammenhang mit den Schnittbedingungen

Nachfolgend sind verschiedene Faktoren im Zusammenhang mit den Schnittbedingungen aufgeführt, die die Metallbearbeitbarkeit beeinflussen.

Schnittgeschwindigkeit

Vorschub und Schnitttiefe

Schnitttemperatur

Schneidflüssigkeit

4) Maschinenbezogene Faktoren

Werkzeugmaschinen, die für Bearbeitungsvorgänge verwendet werden, sollten für eine bessere Bearbeitbarkeit des Werkstücks steif und stark sein.

Verbesserung der Bearbeitbarkeit von Materialien

Obwohl Metalle feste physikalische Eigenschaften haben, kann der Zustand eines Werkstücks geändert werden, um es leichter zu bearbeiten. Der Legierung können auch Additive zugesetzt werden, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern.

Zusatzstoffe:Eine Möglichkeit, die Bearbeitbarkeit eines bestimmten Materials zu verbessern, besteht darin, Elemente aus anderen Materialien hinzuzufügen, um sie leichter schneiden zu können. Beispielsweise kann bei der Bearbeitung von Stahl das Hinzufügen von Blei und Schwefel das Werkstück leichter schneiden lassen.

Wärmebehandlung:Metalle werden oft erhitzt und gekühlt, um ihre Eigenschaften zu ändern. Die Wärmebehandlung verringert die Härte des Metalls und erleichtert die Bearbeitung. Beispielsweise kann das Glühen von Legierungen auf Nickelbasis die Bearbeitbarkeit verbessern.

Äußere Faktoren:Erleichtern die Bearbeitung, ohne das Werkstückmaterial tatsächlich zu ändern. Beispielsweise erleichtert das Anpassen von Werkzeugmaterial, Schnittgeschwindigkeit, Schnittwinkel, Betriebsbedingungen und anderen Parametern das Schneiden schwer zu bearbeitender Materialien.

Bearbeitbarkeitsmessung

Da es viele verschiedene Faktoren gibt, die die Bearbeitbarkeit eines Materials beeinflussen, kann die Bearbeitbarkeit als ein vages Konzept angesehen werden, das schwer zu quantifizieren ist.

Ingenieure und Materialwissenschaftler versuchen jedoch, die Bearbeitbarkeit durch Metriken wie den Stromverbrauch (wie viel Energie zum Schneiden des Materials benötigt wird), die Standzeit des Schneidwerkzeugs (wie schnell sich das Werkzeug beim Schneiden des Materials abnutzt) und die Oberflächengüte (das Ergebnis) zu messen Glätte des geschnittenen Materials) .

Stromverbrauch:Die Bearbeitbarkeit kann anhand der zum Schneiden des Materials erforderlichen Kraft beurteilt werden, gemessen mit Standard-Energiemetriken.

Lebensdauer des Schneidwerkzeugs:Die Bearbeitbarkeit kann beurteilt werden, indem berechnet wird, wie lange das Werkzeug beim Schneiden eines bestimmten Materials hält.

Oberflächenbeschaffenheit:Die Bearbeitbarkeit kann anhand des Grades der Aufbauschneide beurteilt werden, die sich während der Bearbeitung entwickelt, gut zerspanbare Materialien entwickeln keine Aufbauschneide.