Forgácsolhatóság

A forgácsolhatóság az anyag azon tulajdonsága, hogy milyen könnyen lehet forgácsolással megmunkálni. Ez a gépipari anyagok egyik legfontosabb paramétere. A DIN 6583 a forgácsolhatóságot úgy határozza meg, hogy "[...] egy adott munkadarab vagy anyag azon tulajdonsága, hogy adott körülmények között mennyire lehet forgácsolással megmunkálni". [Ennek megfelelően az önthetőség, alakíthatóság és hegeszthetőség alatt az öntéssel, alakítással vagy hegesztéssel feldolgozható anyagok tulajdonságait értjük.

A forgácsoló megmunkálás, például esztergálás, marás és fúrás, megváltoztatja a munkadarabok alakját. A könnyen forgácsolható anyagok megmunkálás után sima felületet mutatnak, olyan forgácsokat képeznek, amelyek nem akadályozzák a gyártási folyamatot, a megmunkálási erők alacsonyak és a szerszám élettartama hosszú. Gyakran egyes kritériumok könnyen elérhetőek, mások kevésbé.

Az, hogy egy anyag könnyen megmunkálható-e, a követelményektől is függ. Az acél és az öntöttvas magas felhasználása miatt az acél forgácsolhatóságának és az öntöttvas forgácsolhatóságának nagy jelentősége van. Mindkettő esetében a konkrét anyagminőségtől függ a forgácsolhatóság, a leggyakoribb típusokat (szerkezeti acél és öntöttvas lamellás grafittal) könnyű forgácsolni.

A forgácsolhatóságot befolyásoló tényezők

Az anyag forgácsolhatósága sok paramétertől függ. Általában a szilárdság és a szívósság fontos tényező. Például a nagy szilárdságú anyagokat kevésbé könnyű megmunkálni, mert a forgácsoláshoz nagyobb vágási erőkre és így nagyobb energiára van szükség.

Más tényezők, például az anyag hővezető képessége is fontos. Emiatt az alacsony hővezető képességű anyagokat, például a műanyagokat kevésbé könnyű megmunkálni, mert a súrlódási hőt nem lehet elég gyorsan eloszlatni.

A forgácsolhatóság mennyiségi értékelése nehéz, mert nemcsak az anyagtól, hanem a megmunkálási körülményektől is függ. Ez a forgácsméreteket és a forgácsolási paramétereket jelenti, a fogásmélységet és szélességet, valamint a forgácsoláó sebességet és a szerszámanyagot. A hűtő kenőanyagok használata szintén befolyásolja. Ezenkívül a különböző gyártási folyamatok eltérő forgácsolási körülményeket is igényelnek.

A forgácsolhatóság számszerűsítése

Nemcsak a forgácsolhatóságot befolyásoló változók bonyolultak, hanem maga a forgácsolhatóság számszerűsíthetősége sem triviális. Számos paraméter használható a megmunkálhatóság kvantitatív leírására.

Szerszám élettartama

A szerszám élettartama az az idő, amely alatt egy szerszám adott körülmények között megmunkálhatja az anyagot, mielőtt ki kellene cserélni. Ipari méretben a szerszám élettartama azért fontos, mert befolyásolja a szerszámfogyasztást, és ezáltal a megmunkálás költségeit. A szerszám élettartama azonban nem abszolút mértéke az anyag forgácsolhatóságának, mert nemcsak az anyagtól, hanem a megmunkálási körülményektől (elsősorban a forgácsoló sebességtől) és a szerszámtól is függ.

Szerszámkopás

A forgácsolhatóság megítélésének másik kritériuma a szerszám kopása. Közvetlenül befolyásolja az élettartamot. De a forgácsoló erőt a szerszám kopása is befolyásolja, mivel a kopott, tompa szerszám nagyobb forgácsoló erőt igényel. Az anyag felületi minősége is csökken a szerszám kopásával. A kopásnyom szélessége vagy súrolási mélysége a szerszám kopásának mérésére szolgál.

Forgácsolóerő

A forgácsoló erő fontos a vágási folyamat jövedelmezősége szempontjából, mivel közvetlenül kapcsolódik az energiafogyasztáshoz. A gépek  teljesítménye, amely a forgácsoló erő és a tényleges sebesség szorzata, korlátozott. Minél nagyobbak az erők, annál alacsonyabbnak kell lennie a forgácsoló sebességnek, ami hosszabb megmunkálási időhöz vezet.

Felületminőség 

A kész munkadarab fontos minőségi kritériuma a felületminőség. Mérésének szokásos paramétere a felületi érdesség. 

Forgácsalak

A forgács alakja lehetővé teszi következtetések közvetlen levonását a szerszám kopását és a felület minőségét befolyásoló megmunkálási folyamatról. Legjobb a középút a rövid, kompakt, egyszerűen távozó forgács, és a hosszú, egyenletes, jó felületminőséget adó forgács között. Ha a forgács túl hosszú lesz, fennáll a veszélye, például fúráskor, az elakadásának, ami szerszámtöréshez vagy legalábbis a szerszám túlzott kopásához vezet. A spirálban tekeredő forgács kedvezőbb, mint a leporello alakban összecsukódó, mivel az utóbbiak nagy elakadási kockázattal járnak.

A megmunkálási feltételek hatása

Forgácsolási sebesség és előtolás

Alapvetően kívánatos a lehető legnagyobb sebességgel és nagy előtolással forgácsolni. Ez lehetővé teszi a ciklusidők minimalizálását. A gyenge forgácsolhatóság azonban néha megköveteli ezen sebességparaméterek drasztikus csökkentését, ha a túl nagy sebesség elfogadhatatlanul magas szerszámkopást, ezáltal rövid élettartamot és nem megfelelő felületi minőséget eredményez.

Hűtő kenőanyag

A forgácsolhatóság minden értékelési kritériuma javítható hűtő kenőanyag használatával. A hűtő kenőanyag fő feladata a hűtés és a forgácsolási folyamat kenése. A hűtés megakadályozza a szerszám és a munkadarab túlmelegedését. Ez a csökkent vágási hőmérséklet kevesebb kopáshoz vezet. A kenés kisebb forgácsoló erőket eredményez és kevesebb energiafogyasztáshoz vezet. Ezenkívül a kenés javítja a felület érdességét.

Egyes anyagok megmunkálhatósága

Vasanyagok

A vasanyagok olyan anyagok, amelyek túlnyomórészt vasat tartalmaznak. Különbséget tesznek acél és öntöttvas között.

Acélok

Az acél a leggyakrabban megmunkált anyag. Az öntöttvas mellett a vasanyagok csoportjába tartozik, és 2% alatti széntartalom jellemzi. Az acélok forgácsolhatósága elsősorban a szerkezetüktől függ, ami viszont a pontos széntartalomtól és a hőkezelés állapotától függ. Számos ötvözőelem is szerepet játszik. Egyeseket szándékosan adnak az ötvözethez a forgácsolhatóság javítása érdekében, másokat az olyan tulajdonságok növelése érdekében, mint a szilárdság, amikor a forgácsolhatóság romlása elfogadható a jobb teljesítmény érdekében. Más elemek, például a foszfor, valójában nem kívánatosak, de javítják a forgácsolhatóságot.

Öntöttvas

Az öntöttvas olyan vasanyag, amelyet 2% feletti széntartalom jellemez. Az öntöttvasat gyakran használják, nagyon jól önthető, de nem alakítható. Az alakítás tehát főleg öntéssel és az azt követő finom megmunkálással történik forgácsolással. A forgácsolhatóság erősen függ a grafit szerkezetétől. A nagy mennyiségű cementitet tartalmazó öntöttvas típusokkal nagyon nehéz dolgozni. Más, ferritet vagy perlitet tartalmazó típusokat a beágyazott grafit miatt könnyebben megmunkálhatónak tekintenek, mivel az anyagot a grafit megszakítja, és ezért kisebb szilárdságú, ami alacsonyabb forgácsoló erőket és könnyebb forgácstörést eredményez. Ezenkívül a grafit kenő hatást fejt ki a forgácsolási zónában, és ezáltal védőréteget képez, ezáltal a szerszám élettartama hosszqabb lehet.

Színesfémek

Alumínium és alumíniumötvözetek

Az alumínium és az alumíniumötvözetek könnyen megmunkálhatók. Különösen az űriparban és a járműgyártásban fontos anyag, jól alkalmazható könnyű szerkezetekhez. A nyers alumínium mintegy 90% -át forgácsolják. A kis szilárdságú alumíniu minőségek azonban hosszú forgácsokat alkothatnak, és hajlamosak a vágóélhez tapadni. A forgácsoló erők általában alacsonyak, a kopás a szövetszerkezettől függ. Az alumínium és ötvözetei kiválóan alkalmasak nagy sebességű megmunkálásra. A fellépő hőmérséklet csak 300 ° C körül van, ami nagyon kevés az acélnál előforduló hőmérsékletekhez képest, de viszonylag magas az alumíniumötvözetek olvadáspontjához képest (580 °C és 660 °C között). A forgácsolási sebesség széles határok között változhat, lefelé korlátozza élrátét képződés, felfelé pedig az olvadási hőmérséklet. Az alacsony forgácsolóerők ellenére a nagy forgácsolási sebesség miatt körülbelül ötször akkora hajtás-teljesítményre van szükség, mint az acél megmunkálásához.

A forgácsolhatóság nagymértékben függ az ötvözettől. A lágy alumínium hosszú forgácsot és élrátét kialakulását eredményezi. A felület minősége meglehetősen gyenge, ami nagy forgácsolási sebességnél javítható. Ha lehetséges, az ilyen anyagokat hidegalakítás után forgácsolják. Erősebb anyagokat, például edzett kovácsolt alumínium ötvözeteket, általában könnyebb megmunkálni. Az öntött ötvözetek gyakran tartalmaznak szilíciumot, amelynek koptató hatása van. Minél nagyobb a szilíciumtartalom, annál nagyobb a szerszám kopása. 

Titán és titánötvözetek

A titánt és a titánötvözeteket nehéz megmunkálni. Szilárdsága viszonylag magas, a tömegarányos szilárdság még nagyobb, mint az acél vagy alumínium esetében, ezért jól alkalmazható könnyű szerkezetekhez, a repülőgépiparban és a sportban. Biológiailag kompatibilis, ezért alkalmas implantátumokhoz is. A titán hővezető képessége nagyon alacsony, ami azt jelenti, hogy a hő 80% -át el kell vezetni a szerszám segítségével. Acélnál ez csak körülbelül 20%. Titánpor száraz megmunkálás során keletkezhet. Mivel ez nagyon gyúlékony (gyulladási hőmérséklet 33 °C), a titánpor felrobbanhat. A gépek ezért szén-dioxid-oltórendszerekkel vannak felszerelve. A nedves vágáshoz hűtő kenőanyagot használnak, amely  alacsony vágási sebességnél olaj alapú. Foszfort és klórt tartalmazó kenőanyagokat is használnak, de a klórkoncentrációnak csak 0,01% -nak kell lennie, különben a felület túl rossz lesz. Nagyobb forgácsolási sebességnél vízbázisú hűtő kenőanyagokat használnak, amelyek jobban el tudják vezetni a hőt. A titán speciális forgácsképződéssel rendelkezik, fűrészfog-forgácsokkal, amely a nagysebességű forgácsoláséhoz hasonlít. Szerszámanyagként általában keményfémet használnak. A kerámia kémiailag reagál a titánnal, ezért nagyon gyorsan elkopik.

Magnézium és magnéziumötvözetek

A magnéziumot és a magnéziumötvözeteket alacsony sűrűségük miatt gyakran használják könnyű szerkezetekhez. Leginkább fröccsöntéssel dolgozzák fel őket; A homoköntés vagy kovácsolt ötvözetek ezért csak másodlagos jelentőségűek. A magnézium hatszögletű rácsszerkezetben van 225 °C alatt, amelynek csak két csúszási síkja van, ezért törékeny. Ezen hőmérséklet felett köbös rácsszerkezet van, és az anyag képlékeny lesz. A magnézium hajlamos lamellás forgácsot alkotni. A lamellák közötti távolság attól függ, hogy milyen frekvenciával változik a forgácsolóerő. Befolyásolhatja az anyag-szerszámanyag párosítás és a forgácsolási zóna tribológiája, amelyet az előtolás és a vágósebesség befolyásol. A szerszám dinamikus terhelése tehát a forgácsolási értékek megfelelő megválasztásával a teherbírásához igazítható. A vágóél geometriája hasonló az alumínium megmunkálásához használt geometriához. Finom megmunkálás során a munkadarab merevsége korlátozhatja a forgácsolási értékeket. A magnéziumötvözetek csak néhány koptató komponenst tartalmaznak, ezért az élettartam hosszú. Ez vonatkozik a munkadarabok peremzónáira is, mivel ezek többnyire fröccsöntéssel készültek. A tapadás, vagyis az anyag hajlama arra, hogy a vágóélhez tapadjon, alacsony. Ezért ritkán fordulnak elő élrátét. Mivel az olvadás hőmérséklete 420 ° C és 435 ° C között van, a szerszámra ható hőmérséklet kisebb. 

Réz és rézötvözetek

A réz és a rézötvözetek a légkondicionálásban, az épületgépészeti berendezésekben, az élelmiszer-technológiában, a vegyi rendszerekben és készülékekben, valamint a szerelvényekben használatosak. A rézötvözetek legalább 50% rézből állnak, és általában könnyen megmunkálhatóknak tekinthetők. A legfontosabb ötvöző elemek: ón (bronz), cink (sárgaréz), alumínium (alumínium bronz), nikkel és szilícium. A speciális ötvözetek, mint az autómataacél, kis mennyiségben tartalmaznak ólmot, ként, szelént és tellúrt, amelyek elsősorban a forgácstörést segítik elő. A rézötvözeteket általában megmunkált ötvözetekre (formázásra) és öntött ötvözetekre osztják. A két csoporton belül a felosztást általában az ötvöző elemek szerint végzik. Mivel azonban az azonos összetételű csoportok megmunkálhatóságuk szempontjából nagyban eltérhetnek, ez a séma nem megfelelő. Ehelyett megkülönböztetik a következő három csoportot:

• Tiszta réz és ötvözetei cinkkel, ónnal, nikkelrel és alumíniummal, amennyiben csak homogén vegyes kristályt alkotnak. Ez főleg a sárgarézet tartalmazza. Ezeket az ötvözeteket nagy alakíthatóságuk jellemzi, hidegen alakíthatók. A megmunkálhatóságot meglehetősen gyengének tartják.
• Cink-, ón-, nikkel-, alumínium- és szilíciumötvözetek, amelyek egy második vegyes kristályt alkotnak, de forgácstörő adalékok nélkül. Ezek az ötvözetek keményebbek és erősebbek, kevésbé alakíthatók és könnyebben megmunkálhatók. Ebbe a csoportba tartozik különösen a német ezüst, amely réz-ón-cink vagy réz-nikkel-cink.
• Automata ötvözetek, amelyek ólmot, ként, szelént és tellúrot tartalmaznak a forgácstörés javítása érdekében. Nagyon könnyen megmunkálhatók.

Az öntött munkadarabok öntött héja nagyon nehezen megmunkálható. Az alapanyag viszont általában nagyon jól megmunkálható. A hidegen alakított kovácsolt ötvözetek megnövelt szilárdsággal rendelkeznek, ami pozitív hatással van a forgácstörésre. A kéregedzhető ötvözetek többnyire lágy állapotban vannak megmunkálva. Csak a finom megmunkálás csiszolással vagy polírozással történik edzett állapotban. Alacsony hőmérsékleten és folyamatos forgácsképződés esetén beépített élek fordulhatnak elő, amelyek fokozott kopáshoz vezetnek.

A nikkelezüst nagy keménysége és nagy alakíthatósága miatt az élettartama rövidebb, mint a sárgaréznél, ami szintén tapadásra és élrátétre hajlamos. A K10 / 20  keményfémeket használják HSC maráshoz. A tapadásra hajlamos típusokat, mint például a tiszta réz, olcsón megmunkálhatjuk gyémánttal, mint vágóanyaggal, mivel ez lehetővé teszi a magas felületi minőség elérését is. A kerámia viszont alkalmatlan, mert hajlamos ragadni. A forgácsolóerő lényegesen alacsonyabb az acélnál, és a vágósebesség növekedésével csökken. 5 m / min-ről 160 m / min-re növekedve körülbelül 33% -ra csökken. A további növekedés csak a forgácsolóerő enyhe csökkenéséhez vezet. Mivel a gyakorlatban a vágósebesség meghaladja a 160 m / min-t, a vágósebesség hatása elhanyagolható. Mivel a rézanyagok csak kis rugalmassági modulussal rendelkeznek, a vékony falú munkadarabok megvetemedhetnek, ami mérethibákhoz és belső feszültségekhez is vezethet.

A nikkelezüst forgácsformái az ötvözőelemektől és azok tartalmától függően nagyban változnak, de többnyire megfelelőek. A tiszta réz általában hosszú szalagcsipeket állít elő. A automata ötvözetek viszont rövidre tört forgácsot alkotnak.

Faanyagok 

A legtöbb fa jól megmunkálható. Különösen igaz ez, ha szálirányában történik az anyagleválasztás. A szálírányra merőleges vágás törésekhez vezethet.

Műanyag

→ A műanyag forgácsolhatósága