Обрабатываемость — это термин, используемый для описания легкости, с которой материал может быть подвергнут механической обработке для достижения желаемых технических характеристик. Это включает в себя различные процессы, такие как резка, сверление, фрезерование и токарная обработка. Обрабатываемость материалов — это фундаментальная концепция в производстве, которая напрямую влияет на основные инженерные решения, такие как выбор материала, параметров резки и составление бюджета.
В этой статье мы рассмотрим, что такое обрабатываемость, как она измеряется и какие факторы на нее влияют.
Что такое обрабатываемость?
Давайте начнем с главного вопроса: что такое обрабатываемость? Если вкратце, обрабатываемость означает простоту резки (обработки) материалов для достижения желаемого качества детали. Под качеством деталей в данном случае понимаются такие характеристики, как точность размеров, допуски и гладкость поверхности.
Материалы с высокой обрабатываемостью обычно требуют меньше времени и энергии для обработки, имеют меньший износ инструмента и лучшее качество поверхности. Понятно, что с точки зрения производства материалы с высокой обрабатываемостью всегда пользуются большей популярностью. Однако это не всегда соответствует взглядам дизайнеров, стремящихся к высокой прочности, эксплуатационным характеристикам и термостойкости, что не всегда характерно для легко обрабатываемых материалов.
Измерение Обрабатываемости
Скорость резания:
Это скорость, с которой режущий инструмент перемещается относительно обрабатываемой детали. Более высокая скорость резания часто указывает на лучшую обрабатываемость, поскольку может привести к повышению производительности. Однако она должна быть сбалансирована с долговечностью инструмента и свойствами материала.
Срок службы инструмента:
Продолжительность использования режущего инструмента до того, как потребуется его замена или повторная заточка, является критическим фактором. Считается, что материалы, которые позволяют инструменту прослужить дольше без чрезмерного износа, обладают хорошей обрабатываемостью.
Понятно, что материалы с высокой обрабатываемостью не вызывают сильного износа инструмента и термических повреждений, поэтому срок службы инструмента длительный. С другой стороны, труднообрабатываемые материалы, такие как сталь, быстро изнашивают инструмент.
Отделка поверхности:
Качество поверхности, получаемой после механической обработки, является важным показателем. Лучшая чистота поверхности указывает на более высокую обрабатываемость, поскольку она отражает эффективное режущее действие и минимальное трение инструмента. Например, твердые материалы обладают низкой обрабатываемостью и шероховатой поверхностью из-за сколов и трения.
потребляемая мощность
Из-за силы резания обработка требует больших затрат энергии. Для обработки труднообрабатываемых материалов требуется большее усилие. Следовательно, они потребляют больше энергии. Для материалов, которые легко режутся, ситуация обратная.
Благодаря очень прямой зависимости между технологичностью и энергопотреблением, это широко используемый показатель технологичности материала.
Силы резания:
Еще одним показателем является усилие, необходимое для выполнения операции обработки. Меньшее усилие резания свидетельствует о лучшей обрабатываемости, что приводит к снижению энергопотребления и износа инструментов.
Образование стружки:
Характер стружки, образующейся при обработке, также может отражать обрабатываемость. Короткая, легко поддающаяся обработке стружка обычно указывает на хорошую обрабатываемость, в то время как длинная, волокнистая стружка может свидетельствовать о трудностях в процессе.
Факторы, влияющие на обрабатываемость
Свойства материала:
Наиболее важным набором характеристик, влияющих на обрабатываемость, являются свойства материала. Из-за уникальных характеристик каждого материала инженеры должны понимать влияние каждой характеристики на обрабатываемость, чтобы принимать обоснованные решения.
1.1 Твердость
Твердость является ключевым фактором, определяющим обрабатываемость материалов, поскольку она определяет сложность обработки поверхностей. В связи с тем, что обрабатывающие инструменты в основном взаимодействуют с поверхностью обрабатываемой детали, твердость является важной характеристикой обрабатываемости.
Обычно для резки более твердых материалов, таких как инконель, требуется большая мощность, поскольку инструмент требует большего усилия. Кроме того, при обработке твердых материалов инструменты изнашиваются быстрее. Короче говоря, высокая твердость означает низкую обрабатываемость.
1.2 Устойчивость
Упругость — еще один ключевой параметр, определяющий обрабатываемость. Материалы с высокой прочностью, такие как высокоуглеродистая сталь, хорошо поглощают усилия резания и сопротивляются деформации, что требует более высоких усилий резания и более прочных инструментов.
Кроме того, из-за высокой ударной вязкости материала образуется длинная и вязкая стружка. Хотя это и полезно для обеспечения плавного резания и эффективной теплоотдачи, длинная стружка часто обтекает инструмент, что приводит к задержке резания и поверхностному износу заготовки.
1.3 Теплопроводность
В процессе обработки выделяется тепло из-за сдвига материала. Поэтому регулирование температуры поверхности резания имеет решающее значение для эффективного процесса резки. Что касается теплопередачи, то она в значительной степени зависит от теплопроводности материала.
Труднообрабатываемые материалы, как правило, имеют более низкую теплопроводность, что означает, что тепловая энергия, вырабатываемая на поверхности резания, не рассеивается быстро. Это может привести к различным негативным последствиям, таким как термическое размягчение заготовок и инструментов, сокращение срока службы инструмента и снижение точности размеров. Типичным примером такого материала является титан, у которого есть все эти проблемы.
Низкая теплопроводность также препятствует использованию высоких скоростей резания и подачи, поскольку выделяемое тепло передается неэффективно.
Условия резания:
Скорость и скорость подачи: Оптимальное сочетание скорости резания и скорости подачи может улучшить обрабатываемость. Различные материалы лучше реагируют на определенные скорости.
Использование охлаждающей жидкости:
Машинисты часто наносят охлаждающие жидкости и смазочные материалы на поверхность раздела инструмент-заготовка, чтобы улучшить обрабатываемость материалов. Это улучшает теплоотвод и фрикционные свойства материала, что приводит к более плавному резанию, улучшению качества обработки поверхности и увеличению срока службы инструмента. Применение охлаждающей жидкости может снизить трение и нагрев, что повышает срок службы инструмента и общую обрабатываемость.
Способ механической обработки:
Различные процессы обработки (например, токарная обработка, фрезерование, сверление) могут быть более или менее подходящими для определенных материалов. Выбор метода может существенно повлиять на эффективность и качество обработки. В большинстве случаев уравнение простое. Более высокие скорости, подачи и глубина резания снижают обрабатываемость, и наоборот.
Например, отрицательный угол наклона режущей кромки снижает нагрузку при резании и улучшает образование стружки, что является признаком высокой обрабатываемости. Однако это также ослабляет работу инструмента.
Термическая обработка:
Процессы термической обработки, применяемые к материалу, могут изменить его твердость и обрабатываемость. Например, отжиг может улучшить обрабатываемость за счет размягчения материала.
Геометрия обрабатываемой детали:
Форма и сложность обрабатываемой детали также могут повлиять на обрабатываемость. Для сложных конструкций может потребоваться специальная оснастка, что влияет на производительность.
Вывод
Понимание обрабатываемости имеет важное значение для оптимизации производственных процессов. Измеряя такие факторы, как скорость резания, стойкость инструмента, чистота поверхности, усилие резания и образование стружки, производители могут оценивать и совершенствовать свои операции обработки. Кроме того, учет различных факторов, влияющих на обрабатываемость, позволяет лучше выбирать материалы и планировать технологические процессы, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности производства и повышению качества продукции. Уделяя особое внимание этим элементам, производители могут внедрять инновации и поддерживать конкурентоспособность на быстро развивающемся рынке.