Co wpływa na skrawalność ?

Skrawalność materiału uwarunkowana jest przez wiele czynników zarówno w etapie przygotowania półfabrykatu, jak i w etapie obróbki skrawaniem.

Rys.Czynniki wpływające na skrawalność.

Powyższy schemat czynników mających wpływ na skrawalność sporządzony został na podstawie publikacji J. Kaczmarka [1]. Uwzględnia on wpływ istotnych czynników już w fazie przygotowania półfabrykatu. Odpowiedzialne są za to warunki cieplno-dynamiczne, w których własności fizyczne i wytrzymałościowe odkształconej warstwy skrawanej, wiórów i materiału obrabianego różnią się w większym lub mniejszym stopniu od własności przed obróbką. W zależności od wielkości tych różnic rozmaicie mogą kształtować się wskaźniki skrawalności.

Oznacza to, ze ten sam materiał w różnych warunkach obróbki może wykazywać różną skrawalność.

Niemniej jednak do najbardziej istotnych czynników, mających wpływ na skrawalność, należy stan wyjściowy materiału obrabianego, uzależniony od sposobu i warunków przygotowania materiału.

Wpływ składu chemicznego, struktury oraz własności wytrzymałościowych na skrawalność stali (według [1]).

Składniki chemiczne.

• Węgiel wywołuje dwojakie działanie. Przy zwiększaniu zawartości węgla podwyższa się właściwości wytrzymałościowe stali, co powoduje pogorszenie trwałości ostrza i wzrost siły skrawania. Z drugiej strony przy zwiększeniu zawartości węgla zwiększa się kruchość i niweluje wpływ miękkiego i ciągliwego ferrytu, co powoduje polepszenie takich wskaźników skrawalności, jak gładkość powierzchni i trwałość ostrza Tak więc stal konstrukcyjna o zawartości 0,1-0,15% C obrabia się źle ze względu na gładkość powierzchni. Natomiast zwiększenie węgla do zawartości 0,35%, prowadzące do zwiększenia kruchego perlitu, ułatwia oddzielanie się wióra, dzięki czemu stal węglowa o tym składzie obrabia się lepiej.

• Mangan wywiera wpływ podobny jak węgiel. Zwiększając zawartość manganu zwiększamy zarazem własności wytrzymałościowe i kruchość stali. Stale niskowęglowe (C mniejsze od 0,2% ) wykazują polepszenie swych własności skrawalnych przy zwiększeniu zawartości manganu do 1,5%. Zwiększenie zawartości węgla i manganu poza te granice wpływa ujemnie na skrawalność stali, bowiem własności wytrzymałościowe stali wtedy wzrastają, a jej ciągliwość zmniejsza się.

• Krzem w ilości do 1% może wpływać dodatnio na skrawalność, zmniejszając plastyczność stali. Ujemne działanie krzemu może być wywołane skupieniami krzemionki, która wybitnie skraca trwałość ostrza przez swoje działanie ścierne.

• Siarka jest od dawna znanym składnikiem polepszającym skrawalność pod względem zwiększenia łamliwości wióra i poprawienia gładkości powierzchni. Działanie swoje wywołuje przez tworzenie siarczku manganu, rozsianego w całej masie metalu. Przerywając ciągłość plastycznego ferrytu, umożliwia tworzenie krótkiego, łatwo łamliwego wióra.

• Fosfor wywiera działanie podobne jak węgiel i mangan, zwiększając twardość stali i zmniejszając plastyczność przez powiększenie ziaren ferrytu. Stosowany bywa do przedmiotów gwintowanych w ilości do 0,3% , polepszając wygląd powierzchni i zmniejszając skłonność materiału do zadzierania ostrzem.

• Ołów dodawany w ilości do 0,2% do stali martenowskich spełnia podobną rolę jak siarka w stali besemerowskiej. Korzystne działanie ołowiu należy przypisać temu, że przez swoje równomierne rozmieszczenie w masie ferrytu przerywa jego ciągłość, ale równocześnie tworzy czynnik smarujący w czasie skrawania, zmniejszając tarcie wióra o ostrze, a tym samym zwiększając trwałość ostrza.

• Cynk jako dodatek stopowy powoduje rozdrobnienie ferrytu, a w czasie skrawania zmniejsza tarcie. Korzystne jego działanie na skrawalność jest widoczne przy dodatku w granicach 0,1-0,5%. Do składników dodatnio oddziałujących na skrawalność należą również srebro, bizmut, selen.

• Nikiel pogarsza własności skrawne, zwłaszcza przy zwiększaniu jego zawartości powyżej 0,3%. Podobne działanie wywołuje wanad, chrom, molibden. Składniki te tworzą węgliki, roztwory z ferrytem i zmniejszają ziarnistość stali.

Składniki strukturalne.

 Ferryt obniża opór skrawania. Jest on jednak miękki i ciągliwy, co sprzyja zjawisku tzw. narostu na ostrzu i bardzo ujemnie odbija się na gładkości powierzchni.

 Cementyt jest składnikiem twardym i kruchym. Nie daje się skrawać, a w czasie obróbki stali wykrusza się pod działaniem ostrza.

 Perlit pasemkowy jest składnikiem o bardzo dobrej skrawalności, szczególnie stali o średniej zawartości węgla. Perlit gruby ułatwia oddzielanie się wióra, ale psuje gładkość powierzchni, dlatego też stale do obróbki wykańczającej bardzo dokładnej powinny mieć strukturę drobnoziarnistą.

 Sorbit i austenit są składnikami o złej skrawalności. Powodują one wzrost własności wytrzymałościowych, twardości i ciągliwości. Odbija się to ujemnie na wszystkich użytkowych wskaźnikach skrawalności.

Własności mechaniczne.

Wymagania dotyczące własności mechanicznych stali ze względu na jej skrawalność są przeciwne niż wymagania ze względu na jej własności eksploatacyjne.

Ze względu na skrawalność pożądane są stale o małej wytrzymałości, małej ciągliwości i małej ścierności. Natomiast dla użytkownika i konstruktora najlepszym materiałem jest taki, który wykazuje dużą wytrzymałość, wysoką ciągliwość i niewielką ścieralność.

Spośród własności mechanicznych najczęściej przyjmuje się za czynnik charakteryzujący skrawalność - twardość materiału. Ocena skrawalności na podstawie twardości stali może być jednak przeprowadzana tylko w obrębie określonych grup stali, jak np. węglowych, chromowych, manganowych itp. Podwyższenie twardości powoduje na ogół pogorszenie skrawalności (opory skrawania wzrastają, trwałość ostrza maleje). Odstępstwo od tego stwierdza się w zakresie małych twardości ( HB =120,Rr=320-420 MPa. Stale takie wykazują gorszą skrawalność niż stale o wytrzymałości Rr=500-650 MPa.

Podsumowując, mamy tutaj do czynienia ze sprzecznością interesów technologa, dla którego niskie wskaźniki wytrzymałościowe są udogodnieniem pozwalającym na podwyższenie parametrów obróbki, i użytkownika wymagającego aby wyrób finalny odznaczał się wysokimi parametrami użytkowymi.