Lavorabilità dei metalli: significato, valutazione e fattori

Dopo aver letto questo articolo imparerai a conoscere: - 1. Significato della lavorabilità 2. Valutazione (quantificazione o misure) di lavorabilità 3. Fattori che influenzano 4. Lavorabilità di materiali comuni 5. Additivi per migliorare la lavorabilità.

Significato della lavorabilità:

Il termine lavorabilità si riferisce alla facilità con cui un metallo può essere lavorato per ottenere una finitura superficiale accettabile. Murphy ha definito la lavorabilità come "la capacità di un materiale da lavorare in determinate condizioni di taglio".

I materiali con buona lavorabilità richiedono poca energia per tagliare. può essere tagliato velocemente, ottenere facilmente una buona finitura superficiale e non indossare molto gli utensili. Si dice che tali materiali siano lavorabili a macchina libera.

La lavorabilità può essere difficile da prevedere esattamente perché il processo di lavorazione ha così tante variabili. I materiali robusti e resistenti sono solitamente più difficili da lavorare, poiché è necessaria una forza maggiore per tagliarli.

Altri importanti fattori che influiscono sulla lavorabilità sono:

io. Parametri di lavoro (composizione chimica, durezza microstruttura)

Parametri dell'utensile (geometria utensile, materiale utensile, durata utensile)

ii. Parametri di lavorazione (velocità di taglio, avanzamento, profondità di taglio, lubrificazione, ecc.)

Si afferma che il materiale A è più lavorabile del materiale B, questo può avere tre diversi significati, come;

iii. Un tasso di usura più basso si ottiene con il materiale A, o

iv. Una finitura superficiale migliore può essere ottenuta con il materiale A o

v. Minor potenza necessaria per lavorare il materiale A.

Pertanto è importante notare che la lavorabilità è sempre definita con un particolare insieme di condizioni.

Per esempio:

Condizione impostata 1:

(Migliore finitura superficiale) Il materiale A (acciaio ad alto tenore di carbonio) ha più lavorabilità del materiale B (acciaio dolce).

Condizione impostata 2: (usura dell'utensile e consumo di energia):

Ora il risultato potrebbe essere invertito. Il materiale B (acciaio dolce) ha più lavorabilità del materiale A (acciaio al carbonio alto).

Considerando lo strumento HSS comune per entrambi i set di condizioni.

Valutazione (quantificazione o misure) di lavorabilità:

Ci sono molti fattori che influenzano la lavorabilità, ma non esiste un modo ampiamente accettato per quantificarlo. Invece, la lavorabilità è generalmente misurata su base base caso per caso. I vari test condotti per quantificare la lavorabilità sono fatti su misura per giustificare la necessità di uno specifico impianto di produzione.

Le misure di quantificazione comuni includono:

(i) Durata dell'utensile.

(ii) Finitura superficiale.

(iii) Forze di taglio e consumo di energia.

(iv) Indice di valutazione della lavorabilità.

(v) Controllo del truciolo.

(i) Durata dell'utensile:

La durata dell'utensile è generalmente considerata una misura importante di lavorabilità. Maggiore è la durata dell'utensile è la lavorabilità di un materiale di lavoro. Sono disponibili alcune tabelle e grafici standard che forniscono un riferimento per confrontare la lavorabilità di diversi materiali. Queste tabelle di solito misurano la lavorabilità in termini di velocità di taglio per una data vita utensile. I valori di lavorabilità sono basati su una durata utensile di T = 60 minuti.

(ii) Finitura superficiale:

La finitura superficiale del materiale lavorato è anche un'importante misura della lavorabilità, specialmente in caso di operazioni di finitura. Più è la finitura superficiale ottenuta; più sarà la lavorabilità del materiale di lavoro.

(iii) Forze di taglio e consumo di energia:

È anche una misura di lavorabilità più diffusa, specialmente nelle operazioni di sgrossatura.

(iv) Indice di lavorabilità (valutazione):

Il punteggio di lavorabilità / indice di materiali diversi viene preso rispetto all'indice standard. L'indice di lavorabilità dell'acciaio da taglio libero è considerato come indice standard e fissato al 100%. L'indice di lavorabilità è basato su una vita utensile di T = 60 minuti.

L'indice di lavorabilità di qualsiasi altro materiale può essere trovato usando la seguente relazione:

L'indice di macchinabilità per alcuni materiali comunemente usati è riportato nella Tabella 9.12:

Importanza dell'indice di lavorabilità:

I valori di lavorabilità sono basati su una durata utensile di T = 60 minuti. Il materiale standard è l'acciaio A1S1, che dà una valutazione di 100. Significa che, per una durata utensile di 60 minuti, questo acciaio deve essere lavorato a una velocità di taglio di 100 ft / min (30 m / min). Velocità più elevate riducono la durata dell'utensile mentre la velocità ridotta lo aumenta. Ad esempio, l'acciaio 3140 ha un indice di lavorabilità 55, significa che quando viene lavorato a una velocità di taglio di 55 piedi / min (17 m / min), la durata dell'utensile sarà di 60 minuti.

(v) Controllo Chip:

In alcuni casi, la facilità di controllo del truciolo è anche una misura della lavorabilità. Per quanto riguarda il controllo del truciolo, i trucioli lunghi e arricciati, se non si rompono, possono influenzare seriamente il processo di taglio arricciato attorno al tagliente dell'utensile.

Fattori che influenzano la lavorabilità:

In generale, si considera che la lavorabilità è una proprietà che dipende principalmente dalla microstruttura e dalle proprietà del materiale di lavoro, ma è anche molto influenzata da altri fattori.

Alcuni fattori importanti e responsabili che influiscono sulla lavorabilità sono i seguenti:

(i) Parametri del materiale di lavoro.

(ii) Parametri dello strumento.

(iii) Parametri di lavorazione.

(i) Parametri del materiale di lavoro:

Include:

io. Durezza.

ii. Microstruttura.

iii. Composizione chimica.

iv. Forma e dimensioni

v. Rigidità di tenuta.

VI. Resistenza alla trazione.

(ii) Toot Parameters:

Include:

io. Geometria dello strumento.

ii. Materiale dello strumento

iii. Rigidità della tenuta dell'utensile.

iv. Selezione dello strumento appropriato.

v. Processo di rettifica degli utensili.

VI. Temperatura dell'interfaccia dello strumento chip.

(iii) Parametri di lavorazione:

Include:

io. Velocità di taglio

ii. Alimentazione.

iii. Profondità di taglio

iv. Fluido da taglio

v. Natura del processo di taglio (intermittente o costante).

VI. Rigidità della tenuta dello strumento di lavoro.

vii. Facilità di smaltimento dei trucioli.

Lavorabilità di materiali comuni:

Discuteremo uno dopo l'altro della lavorabilità meccanica di alcuni materiali comunemente utilizzati come acciai, acciai inossidabili, alluminio, materiali termoplastici, materiali compositi, ecc.

(i) Acciai:

Il contenuto di carbonio dell'acciaio influisce notevolmente sulla sua lavorabilità. Gli acciai ad alto tenore di carbonio sono difficili da lavorare perché sono resistenti e possono contenere carburi. I carburi presenti in acciaio abrasano l'utensile da taglio. D'altra parte, gli acciai a basso tenore di carbonio sono fastidiosi perché sono troppo morbidi. Gli acciai a basso tenore di carbonio sono "gommosi" e aderiscono all'utensile da taglio, risultando in un bordo integrato che riduce la durata dell'utensile. Pertanto, l'acciaio al carbonio medio (avente carbonio circa lo 0, 2%) è la scelta per la migliore lavorabilità.

Il cromo, il molibdeno e altri elementi di lega vengono spesso aggiunti all'acciaio per migliorare la sua resistenza. Tuttavia, la maggior parte di questi elementi riduce la lavorabilità. Inclusioni (ossidi) presenti se presenti, diminuiscono la loro lavorabilità.

(ii) Acciai inossidabili:

Gli acciai inossidabili hanno una scarsa lavorabilità rispetto al normale acciaio al carbonio perché sono più resistenti, gommosi e tendono a lavorare molto rapidamente. Un leggero indurimento dell'acciaio può diminuire la sua gofosità e renderlo più facile da tagliare. AISI -303 e 416 sono più facili da lavorare grazie all'aggiunta di zolfo e fosforo.

(iii) Alluminio:

L'alluminio è generalmente molto facile da lavorare. Sebbene, i gradi più morbidi tendono a formare un bordo integrato, con conseguente scarsa finitura superficiale. Per una lavorabilità corretta sono consigliate elevate velocità di taglio, angoli di spoglia elevati e angoli di alto rilievo. Le leghe 2007, 2011 e 6020 hanno una lavorabilità particolarmente buona.

(iv) Materie termoplastiche:

I materiali termoplastici sono difficili da lavorare perché hanno una scarsa conduttività termica. Questo crea calore che si accumula nella zona di taglio, che degrada la vita dell'utensile e scioglie localmente la plastica.

(v) materiali compositi:

I materiali compositi hanno spesso la peggiore lavorabilità, poiché combinano la scarsa conduttività termica di una resina plastica con una matrice ceramica resistente o abrasiva.

Additivi per migliorare la lavorabilità:

Gli additivi riducono il contatto metallico tra l'utensile e il materiale di lavoro, quindi riducono l'attrito e il tasso di usura degli utensili. Ci sono una varietà di prodotti chimici, sia metallici che non metallici, che possono essere aggiunti a metalli ferrosi e non ferrosi per migliorare la lavorabilità. Questi additivi possono funzionare lubrificando l'interfaccia dell'utensile, diminuendo la resistenza al taglio del materiale o aumentando la fragilità del chip.

Storicamente, lo zolfo e il piombo sono stati gli additivi più comuni, ma il bismuto e lo stagno sono sempre più popolari per motivi ambientali.

Di seguito sono riportati alcuni additivi con metalli per migliorare la lavorabilità: