işlenebilirlik - Machinability

İşlenebilirlik , malzemenin düşük maliyetle tatmin edici bir yüzeyle çıkarılmasına izin veren bir metalin kesilebilme ( işlenebilme ) kolaylığıdır . İyi işlenebilirliğe sahip malzemeler ( serbest işleme malzemeleri) kesmek için çok az güç gerektirir, hızlı kesilebilir, kolayca iyi bir yüzey elde edilir ve takımları fazla aşındırmaz . Bir malzemenin performansını tipik olarak iyileştiren faktörler, genellikle işlenebilirliğini düşürür. Bu nedenle, bileşenleri ekonomik bir şekilde üretmek için mühendisler, performansa zarar vermeden işlenebilirliği iyileştirmenin yollarını bulmaya zorlanır.

İşleme çok fazla değişkene sahip olduğundan işlenebilirliği tahmin etmek zor olabilir. İki grup faktör, iş malzemelerinin durumu ve iş malzemelerinin fiziksel özellikleridir. İş malzemesinin durumu sekiz faktör içerir: mikro yapı, tane boyutu, ısıl işlem, kimyasal bileşim, imalat, sertlik, akma mukavemeti ve çekme mukavemeti. Fiziksel özellikler, elastisite modülü, termal iletkenlik , termal genleşme ve sertleştirme gibi bireysel malzeme gruplarının özellikleridir . Diğer önemli faktörler, çalışma koşulları, kesici takım malzemesi ve geometrisi ve işleme süreci parametreleridir.

Çeliklerin işlenebilirliği

Çelikler en önemli ve yaygın olarak kullanılan mühendislik malzemeleri arasındadır. İşlenebilirlikleri, serbest işleme araçları olarak adlandırılan kurşun ve kükürt eklenerek büyük ölçüde geliştirildi.

İşlenebilirliği ölçmek

İşlenebilirliği etkileyen birçok faktör vardır, ancak bunu ölçmek için yaygın olarak kabul edilen bir yol yoktur. Bunun yerine, işlenebilirlik genellikle duruma göre değerlendirilir ve testler belirli bir üretim sürecinin ihtiyaçlarına göre uyarlanır. Karşılaştırma için ortak metrikler arasında takım ömrü, yüzey kalitesi, kesme sıcaklığı ve takım kuvvetleri ve güç tüketimi bulunur.

Takım ömrü yöntemi

İşlenebilirlik, bir takımın ne kadar süre dayandığının ölçüsüne dayanabilir. Bu, benzer özelliklere ve güç tüketimine sahip malzemeleri karşılaştırırken faydalı olabilir, ancak bunlardan biri daha aşındırıcıdır ve bu nedenle takım ömrünü kısaltır. Bu yaklaşımın en büyük dezavantajı, takım ömrünün sadece işlendiği malzemeden daha fazlasına bağlı olmasıdır; diğer faktörler arasında kesici takım malzemesi, kesici takım geometrisi, makine durumu, kesici takım bağlama, kesme hızı, ilerleme ve kesme derinliği bulunur. Ayrıca, bir takım tipinin işlenebilirliği başka bir takım tipi ile karşılaştırılamaz (yani HSS takımından bir karbür takıma).

Takım kuvvetleri ve güç tüketimi yöntemi

Bir aletin bir malzemeyi kesmesi için gereken kuvvetler, tüketilen güçle doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle, takım kuvvetleri genellikle belirli enerji birimlerinde verilir. Bu, daha yüksek spesifik enerjilerin daha düşük işlenebilirliğe eşit olduğu bir derecelendirme yöntemine yol açar. Bu yöntemin avantajı, dış faktörlerin derecelendirme üzerinde çok az etkisi olmasıdır.

Yüzey bitirme yöntemi

Yüzey kalitesi bazen bir malzemenin işlenebilirliğini ölçmek için kullanılır. Yumuşak, sünek malzemeler yığılmış bir kenar oluşturma eğilimindedir . Yüksek gerinim sertleştirme kabiliyetine sahip paslanmaz çelik ve diğer malzemeler de yığılmış bir kenar oluşturmak ister. Alüminyum alaşımları, soğuk işlenmiş çelikler ve serbest işleme çeliklerinin yanı sıra yüksek kesme bölgesine sahip malzemeler yığılmış kenarlar oluşturma eğiliminde değildir, bu nedenle bu malzemeler daha işlenebilir olarak sıralanır.

Bu yöntemin avantajı, uygun ekipmanla kolayca ölçülebilmesidir. Bu kriterin dezavantajı, genellikle alakasız olmasıdır. Örneğin kaba bir kesim yaparken yüzey kalitesi önemli değildir. Ayrıca, son kesimler genellikle doğal olarak iyi bir yüzey kalitesi sağlayan belirli bir doğruluk gerektirir. Bu derecelendirme yöntemi de her zaman diğer yöntemlerle aynı fikirde değildir. Örneğin titanyum alaşımları, yüzey bitirme yöntemine göre iyi, takım ömrü yöntemine göre düşük ve güç tüketimi yöntemine göre orta derecelidir.

İşlenebilirlik derecesi

Bir malzemenin işlenebilirlik derecesi, çeşitli malzemelerin işlenebilirliğini ölçmeye çalışır. Yüzde veya normalleştirilmiş bir değer olarak ifade edilir . Amerikan Demir ve Çelik Enstitüsü (AISI) 180 dönüm testleri yaparak malzemelerin geniş bir yelpazede için işlenebilirlik dereceleri belirlendi dakikada yüzey fit (SFPM). Daha sonra 160 Brinell B1112 çeliğine keyfi olarak %100 işlenebilirlik derecesi atadı. İşlenebilirlik derecesi, her malzeme için normal kesme hızı, yüzey kalitesi ve takım ömrünün ağırlıklı ortalamaları ölçülerek belirlenir. İşlenebilirlik derecesi %100'den düşük olan bir malzemenin işlenmesinin B1112'ye göre daha zor olacağını ve %100'ün üzerinde bir değere sahip malzemenin daha kolay işleneceğini unutmayın.

İşlenebilirlik Derecesi= (İş parçasının 60 dakika takım ömrü vererek işleme hızı)/( Standart metalin işleme hızı)

İşlenebilirlik derecelendirme ile birlikte kullanılabilecek Taylor takım ömrü denklemi , sırayla hızları veya takım ömrü kesme belirlemek için. B1112'nin 100 sfpm kesme hızında 60 dakikalık bir takım ömrüne sahip olduğu bilinmektedir. Bir malzemenin işlenebilirlik derecesi %70 ise, yukarıdaki bilinenlerle, aynı takım ömrünü (60 dakika) korumak için kesme hızının 70 sfpm olması gerektiği (aynı takımın kullanıldığı varsayılarak) belirlenebilir.

Çelikler

Ayrıca bakınız: Çelik işleme serbest

Çeliğin karbon içeriği, işlenebilirliğini büyük ölçüde etkiler. Yüksek karbonlu çeliklerin işlenmesi zordur çünkü güçlüdürler ve kesici takımı aşındıran karbürler içerebilirler. Yelpazenin diğer ucunda, düşük karbonlu çelikler çok yumuşak oldukları için zahmetlidir. Düşük karbonlu çelikler "sakızlıdır" ve kesici takıma yapışarak takım ömrünü kısaltan yığılmış bir kenar oluşturur. Bu nedenle çelik, orta miktarda karbonla, yaklaşık %0.20 ile en iyi işlenebilirliğe sahiptir.

Çeliğe, mukavemetini artırmak için genellikle krom, molibden ve diğer alaşım metalleri eklenir. Bununla birlikte, bu metallerin çoğu işlenebilirliği de azaltır.

Çelikteki kalıntılar, özellikle oksitler kesici takımı aşındırabilir. İşlenebilir çelik bu oksitlerden arındırılmış olmalıdır.

katkı maddeleri

Kesilmesini kolaylaştırmak için çeliğe eklenebilecek hem metal hem de metal olmayan çeşitli kimyasallar vardır. Bu katkı maddeleri, takım-talaş arayüzünü yağlayarak, malzemenin kesme mukavemetini azaltarak veya talaşın kırılganlığını artırarak çalışabilir. Tarihsel olarak, kükürt ve kurşun en yaygın katkı maddeleri olmuştur, ancak çevresel nedenlerle bizmut ve kalay giderek daha popüler hale gelmektedir.

Kurşun, kesme bölgesinde dahili bir yağlayıcı görevi gördüğü için çeliğin işlenebilirliğini iyileştirebilir. Kurşunun düşük kesme mukavemeti olduğundan, talaşın kesme kenarını daha serbestçe geçmesine izin verir. Çeliğe küçük miktarlarda eklendiğinde, çeliğin mukavemetini önemli ölçüde etkilemeden işlenebilirliğini büyük ölçüde artırabilir.

Kükürt, kesme bölgesinde düşük kesme mukavemeti kapanımları oluşturarak çeliğin işlenebilirliğini artırır. Bu kapanımlar, çeliği zayıflatan ve daha kolay deforme olmasına izin veren stres yükselticilerdir.

Paslanmaz çelik

Paslanmaz çelikler, normal karbon çeliğine kıyasla daha zayıf işlenebilirliğe sahiptir çünkü daha sert, daha yapışkandırlar ve çok hızlı sertleşmeye eğilimlidirler. Çeliği hafifçe sertleştirmek yapışkanlığını azaltabilir ve kesmeyi kolaylaştırabilir. AISI 303 ve 416 kalitelerinin işlenmesi, kükürt ve fosfor ilavesi nedeniyle daha kolaydır.

Alüminyum

Alüminyum, çelikten çok daha yumuşak bir metaldir ve işlenebilirliğini geliştirme teknikleri genellikle onu daha kırılgan hale getirmeye dayanır. Alaşımlar 2007, 2011 ve 6020 çok iyi işlenebilirliğe sahiptir.

Diğer materyaller

Termoplastiklerin işlenmesi zordur çünkü termal iletkenlikleri düşüktür. Bu, kesme bölgesinde biriken, takım ömrünü azaltan ve plastiği yerel olarak eriten bir ısı oluşturur. Plastik eridiğinde, kesme kenarı tarafından çıkarılmak yerine, sadece kesme kenarının etrafından akar. İşlenebilirlik, yüksek yağlamalı soğutma sıvısı kullanılarak ve kesme alanında talaş oluşumundan uzak tutularak geliştirilebilir.

Kompozitler genellikle en kötü işlenebilirliğe sahiptir çünkü bir plastik reçinenin zayıf termal iletkenliği ile fiberin (cam, karbon vb.) malzemenin sert veya aşındırıcı niteliklerini birleştirirler.

Kauçuğun ve diğer yumuşak malzemelerin işlenebilirliği, sıvı karbon dioksit gibi çok düşük sıcaklıkta bir soğutucu kullanılarak iyileştirilir. Düşük sıcaklıklar kesmeden önce malzemeyi soğutur, böylece deforme olmaz veya kesme kenarına yapışmaz. Bu, takımlarda daha az aşınma ve daha kolay işleme anlamına gelir.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

Dış bağlantılar