Bearbeitbarkeit verstehen

Das Verständnis der Bearbeitbarkeit verschiedener Materialtypen ist der Schlüssel zur Erzielung des besten Endergebnisses, da nicht jeder Bearbeitungsvorgang bei verschiedenen Materialien gleich gut funktioniert. Anpassungen der Schneidmethoden und -parameter müssen je nach zu bearbeitendem Material vorgenommen werden.

Das Verständnis der Bearbeitbarkeit von Materialien hilft dabei, die für den Erfolg erforderlichen Anpassungen vorzunehmen.

Die Bearbeitbarkeit ist ein Maß dafür, wie leicht sich ein Material bearbeiten lässt.

Frei zerspanbare Werkstoffe oder Werkstoffe mit „guter“ Bearbeitbarkeit lassen sich in der Regel leichter schneiden, erzeugen leicht gute Oberflächengüten und verursachen weniger Verschleiß an Schneidwerkzeugen. Die Arbeit mit Materialien, die sich gut bearbeiten lassen, kann in mehrfacher Hinsicht von Vorteil sein. Diese beinhalten:

Die Verfestigungstendenzen, die Wärmeleitfähigkeit und die Elastizität eines Materials sind allesamt mechanische Eigenschaften, die von drei Faktoren beeinflusst werden:

Materialien werden auch nach ihrer Härte bewertet, wobei sehr harte und sehr weiche Materialien jeweils eine Herausforderung darstellen.

Harte Materialien verursachen hohe Schnittkräfte und erhöhen den Verschleiß der Schneidwerkzeuge. Weiche Materialien sind oft „gummiartig“, was die Bildung von Spänen erschwert, und sie bilden sich auch an der Schneide eines Schneidwerkzeugs.

Durch Wärmebehandlung wird die Bearbeitbarkeit eines Materials erhöht oder verringert. Glühen ist ein Prozess, bei dem ein Material vor dem Abkühlen über seine Rekristallisationstemperatur erhitzt wird, wodurch innere Spannungen und Härte reduziert werden. Bei Nickellegierungen ermöglicht das Glühen des Materials typischerweise eine bessere Bearbeitbarkeit. Andererseits dient die Wärmebehandlung auch dazu, die Festigkeit und Härte eines Materials zu erhöhen, wodurch es schwieriger zu bearbeiten ist.

Einer der am häufigsten bearbeiteten Werkstoffe ist natürlich Stahl. Mehrere Faktoren beeinflussen die Bearbeitbarkeit von Stahl, darunter:

Nichteisenmetalle wie Aluminium sind sehr weich und können mit hoher MRR geschnitten werden. Die Bearbeitbarkeit von Nichteisenmetallen ist im Vergleich zu ihren Gegenstücken aus Eisen typischerweise sehr hoch.

Gusseisen hat sowohl einen hohen Kohlenstoff- als auch einen hohen Siliziumgehalt und erzeugt winzige Späne, wodurch es sehr leicht zu bearbeiten ist. Gusseisen verursacht jedoch einen hohen Verschleiß an Schneidwerkzeugen. Die Herstellungsmethode von Gusseisen kann die physikalischen Eigenschaften und die Bearbeitbarkeit des Materials beeinflussen.

Hitzebeständige Superlegierungen (HRSA) und Titanlegierungen sind beide hochfeste Materialien, die dafür bekannt sind, dass sie schwer zu bearbeiten sind. Da HRSAs unglaublich hitzebeständig sind, bleibt die Wärme im Schneidwerkzeug und wird nicht vom Chip abgeleitet. Diese übermäßige Wärmeentwicklung beschleunigt den Verschleiß.

Die Bearbeitbarkeit kann auf verschiedene Arten quantifiziert werden.

Die erste Methode ist die Werkzeugstandzeitmethode, die die Bearbeitbarkeit anhand der Lebensdauer eines Werkzeugs misst. Der Nachteil dieser Methode liegt jedoch in Variablen wie Schneidwerkzeugmaterial und -geometrie, Werkzeughaltung und Schneidparametern.

Die zweite Möglichkeit besteht in der Messung von Schnittkräften und Stromverbrauch. Diese Methode ist sehr nützlich, wenn Sie versuchen, die Produktivität vollständig zu maximieren und anhand des Materials zu bestimmen, zu welcher MRR eine Maschine in der Lage ist. Materialien haben einen „K-Faktor“, der zur Berechnung der Leistung verwendet wird, die eine Maschine für ihre Bearbeitung benötigt.

Der K-Faktor ist eine Leistungskonstante, die die Anzahl Kubikzoll Metall pro Minute angibt, die mit einer PS entfernt werden können.

Eine dritte Methode wird als Oberflächenfinish-Methode bezeichnet. Weiche Materialien neigen dazu, am Fräser eine Aufbauschneide (BUE) zu bilden, die zu einer stumpfen Scherbewegung führt und ein schlechtes Finish hinterlässt. Automatenmaterialien neigen dazu, leichter zu scheren und hinterlassen ein sauberes Finish. Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, dass die Oberflächenbearbeitung irrelevant sein kann, da der Großteil des Materialabtrags häufig beim Schruppen erfolgt. Außerdem werden Schlichtdurchgänge in der Regel durchgeführt, um ein hohes Maß an Genauigkeit zu erzielen, und die Parameter, die dies erreichen, sorgen natürlich für eine gute Oberflächengüte. Diese Methode kann auch im Widerspruch zu anderen Methoden stehen. Ein Beispiel hierfür ist Titan, das bei der Oberflächenbearbeitungsmethode gut abschneidet, bei der Werkzeugstandzeitmethode jedoch nicht.

Das am häufigsten verwendete System zur Bewertung der Zerspanbarkeit basiert auf einem Drehtest des American Iron and Steel Institute (AISI). Diese Bewertungen beziehen sich auf die Bearbeitbarkeit von B1112-Stahl bei einer Brinell-Härte von 160, gedreht bei 180 SFM, der die Benchmark-Bewertung von 100 Prozent erhielt.

Die Bearbeitbarkeit anderer Materialien wird durch die Messung der Durchschnittswerte der normalen Schnittgeschwindigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Werkzeugstandzeit für jedes Material bestimmt. Metalle, die leichter zu bearbeiten sind als B1112-Stahl, haben eine Bewertung von mehr als 100 Prozent, während schwieriger zu bearbeitende Materialien eine Bewertung von unter 100 Prozent haben(siehe Abbildung 1).

Wenn Sie neue Aufträge mit neuen Materialien annehmen, ist es wichtig, die Bearbeitbarkeit zu verstehen, da sie sich auf die bei der Herstellung anfallenden Kosten auswirkt. Es ist auch wichtig zu verstehen, wie man die richtige Ausrüstung, das richtige Werkzeug und die richtigen Vorgänge für die Bearbeitung eines bestimmten Teils auswählt.

Wenn ein Bearbeitungsprozess entsprechend der Bearbeitbarkeit eines Materials geplant wird, werden Qualität und Produktivität maximiert.

Adam Dimitroff ist regionaler Vertriebsmitarbeiter für MC Machinery Systems Canada, 50 Vogell Rd., Unit #1, Richmond Hill, Ontario. L4B 3K6, 905-737-1265, www.mcmachinery.com.