Wat is ‘bewerkbaarheid’ en hoe wordt het gemeten?

Het fabricageproces van bewerking is een veelzijdige en effectieve manier om metaal en kunststof te snijden. Het kan zeer fijne details creëren met nauwe toleranties, en het is zeer kosteneffectief voor het maken van prototypes en kleine batches onderdelen.

Verspanen werkt echter niet voor alle materialen even goed. Omdat het proces gebruik maakt van een krachtig roterend snijgereedschap om delen van het materiaal te verwijderen, moet het materiaal zacht genoeg zijn om het snijgereedschap erin te laten dringen - anders zal het gereedschap zelf beschadigd raken en zal de kwaliteit van het onderdeel eronder lijden. Als het echter te zacht is, zal het materiaal op ongewenste manieren vervormen bij contact met het snijgereedschap, wat leidt tot kromgetrokken en ineffectieve onderdelen.

Het gemak waarmee een metaal kan worden gesneden met een snijgereedschap staat bekend als bewerkbaarheid . Maar omdat er veel factoren zijn die de bewerkbaarheid van een metaal bepalen, is het kenmerk moeilijk te kwantificeren. Dit artikel gaat over de basisprincipes van bewerkbaarheid:wat het is, welke materialen het meest bewerkbaar zijn, hoe bewerkbaarheid kan worden vergroot en hoe bewerkbaarheid wordt gemeten.

Wat is bewerkbaarheid?

Bewerkbaarheid is een maat voor het gemak of de moeilijkheid waarmee een materiaal kan worden gesneden met een snijgereedschap . Een materiaal dat met minimale kracht kan worden gesneden, zonder vervorming van de omliggende gebieden te veroorzaken, is beter bewerkbaar dan een materiaal dat meer inspanning vereist en meer vervorming veroorzaakt.

In de praktijk levert het gebruik van materialen met een goede bewerkbaarheid op korte en lange termijn voordelen op . Op korte termijn kan het gebruik van bewerkbare materialen leiden tot betere onderdelen met nauwe toleranties, minimale vervorming en een goede oppervlakteafwerking. Ze kunnen ook sneller worden gemaakt dan onderdelen die zijn gemaakt van moeilijk te bewerken materialen. Op de lange termijn leidt het gebruik van bewerkbare materialen tot minder slijtage van het gereedschap en een langere standtijd , wat uiteindelijk geld bespaart voor machinewerkplaatsen.

Dus waarom gebruiken machinisten niet altijd alleen de meest bewerkbare materialen? Het probleem is dat bewerkbaarheid vaak ten koste gaat van materiaalprestaties , en vice versa. Sterke materialen zijn doorgaans moeilijker te snijden dan zwakke materialen, dus ingenieurs moeten vaak een afweging maken tussen bewerkbaarheid en prestaties.

De bewerkbaarheid van een bepaald materiaal is afhankelijk van zowel de wetenschappelijke fysische eigenschappen van de materiaalgroep (uit welke elementen het bestaat) en de voorwaarde van het specifieke werkmateriaal (hoe het is gemaakt). De fysieke eigenschappen van een materiaal liggen vast, maar de toestand van een werkstuk kan sterk variëren.

Fysieke eigenschappen zijn onder meer:

• Werk harden
• Thermische uitzetting
• Thermische geleidbaarheid
• Elasticiteitsmodulus

Conditiefactoren zijn onder meer:

• Microstructuur
• Korrelgrootte
• Warmtebehandeling
• Hardheid
• Treksterkte

Bewerkbare materialen

Aluminium

Een van de meest geschikte materialen voor machinale bewerking, aluminium is relatief goedkoop en wordt vervaardigd in een aantal veel voorkomende legeringen. 6061 is de standaard hardmetaalsoort voor machinale bewerking, hoewel minder gebruikelijke legeringen zoals aluminium 2011 en 8280 zijn nog beter bewerkbaar en produceren zeer kleine spanen en een uitstekende oppervlakteafwerking.

Staal

Staalsoorten zijn doorgaans moeilijker te bewerken dan aluminiumlegeringen, maar soorten met een matig koolstofgehalte zoals 303 roestvrij staal is het meest bewerkbaar (te veel koolstof maakt het staal te hard; te weinig en het wordt gomachtig). Het gebruik van lood als additief kan staal beter bewerkbaar maken en de spaanafvoer verbeteren. Zwavel kan ook de bewerkbaarheid van staal verhogen.

Andere metalen

Andere bewerkbare metalen omvatten verschillende messing legeringen, die vrij zacht zijn maar een goede treksterkte hebben. Evenzo, koper heeft een goede bewerkbaarheid en eigenschappen zoals elektrische geleidbaarheid.

Kunststoffen

Thermoplasten kunnen moeilijk te bewerken zijn, omdat de warmte die door het snijgereedschap wordt gegenereerd ervoor kan zorgen dat het plastic smelt en aan het gereedschap blijft kleven. Met dat in gedachten, omvatten enkele van de beste bewerkingskunststoffen ABS , nylon , acryl , en Delrin .

Bewerkbaarheid van materialen verbeteren

Hoewel metalen vaste fysieke eigenschappen hebben, kan de toestand van een werkstuk worden gewijzigd om het bewerkbaarder te maken. Additieven kunnen ook aan legeringen worden toegevoegd om de bewerkbaarheid te verbeteren.

• Aditieven: Een manier om de bewerkbaarheid van een bepaald materiaal te verbeteren, is door elementen van andere materialen op te nemen die het beter geschikt maken voor snijden. Bij het bewerken van bijvoorbeeld staal kan de toevoeging van lood en zwavel het werkstuk gemakkelijker te snijden maken.
• Warmtebehandeling: Metalen ondergaan vaak verwarming en afkoeling om hun eigenschappen te veranderen, en een warmtebehandeling kan de hardheid van een metaal verminderen om het machinaal te bewerken. Het uitgloeien van legeringen op nikkelbasis kan bijvoorbeeld leiden tot een betere bewerkbaarheid.
• Externe factoren :Bewerking kan eenvoudiger worden gemaakt zonder daadwerkelijk het werkstukmateriaal te veranderen. Door bijvoorbeeld het materiaal van het snijgereedschap, de snijsnelheid, snijhoek, bedrijfsomstandigheden en andere parameters aan te passen, kan het gemakkelijker worden om door moeilijk te bewerken materiaal te snijden.

Hoe bewerkbaarheid wordt gemeten

Omdat zoveel verschillende factoren de bewerkbaarheid beïnvloeden van een materiaal, kan bewerkbaarheid worden beschouwd als een vaag begrip dat moeilijk te kwantificeren is.

Ingenieurs en materiaalwetenschappers hebben echter geprobeerd de bewerkbaarheid te meten via statistieken zoals stroomverbruik (hoeveel energie is nodig om het materiaal te snijden), levensduur snijgereedschap (hoe snel het gereedschap verslijt bij het snijden van het materiaal), en oppervlakteafwerking (resulterende gladheid van het gesneden materiaal).

• Stroomverbruik :Bewerkbaarheid kan worden beoordeeld aan de hand van de krachten die nodig zijn om door het materiaal te snijden, gemeten met behulp van standaard energiestatistieken.
• Levensduur snijgereedschap :Bewerkbaarheid kan worden beoordeeld door te bepalen hoe lang een gereedschap meegaat wanneer het door een bepaald materiaal snijdt.
• Oppervlakteafwerking :Bewerkbaarheid kan worden beoordeeld aan de hand van de mate van snijkantopbouw die tijdens de bewerking wordt geproduceerd; zeer bewerkbare materialen produceren geen randopbouw.

Helaas is geen van deze methoden volledig betrouwbaar, omdat onafhankelijke factoren het energieverbruik, de slijtage van het snijgereedschap en de oppervlakteafwerking kunnen beïnvloeden.

Het American Iron and Steel Institute (AISI) heeft ook een bewerkbaarheidsbeoordelingssysteem created gebaseerd op draaiproeven. Deze beoordelingen, uitgedrukt als een percentage, hebben betrekking op de bewerkbaarheid van 160 Brinell B1112-staal (willekeurig gekozen), dat een bewerkbaarheidsbeoordeling van 100% heeft. Metalen met een hogere bewerkbaarheid dan B1112 hebben een beoordeling van meer dan 100%, terwijl metalen met een slechtere bewerkbaarheid een beoordeling van minder dan 100% hebben.