Was bedeutet Bearbeitbarkeit?
Die maschinelle Bearbeitbarkeit ist die Leichtigkeit, mit der ein Metall bearbeitet werden kann. Er wird in Prozent im Verhältnis zu einem Referenzmetall angegeben. Ein kleinerer Wert bedeutet, dass das Metall schwieriger zu bearbeiten ist. Sehr schwer zu bearbeitende Materialien können einen Zerspanungsgrad von 10-20% haben, während sehr leicht zu bearbeitende Materialien 200-400% erreichen können.
Inhaltsübersicht
Warum ist die Bearbeitbarkeit ein wichtiger Parameter?
Metalle mit hoher Zerspanbarkeit weisen einen geringen Widerstand gegen die Zerspanung auf, während Metalle mit geringer Zerspanbarkeit einen hohen Widerstand aufweisen. Ein höherer Bearbeitungswiderstand bedeutet einen schnelleren Verschleiß der Schneidwerkzeuge, was zu langsameren Schnittgeschwindigkeiten führt, die die Zykluszeit erhöhen. Dies hat einen enormen Einfluss auf den Preis des Produkts. Der Ingenieur, der ein neues Teil entwirft, muss die erforderlichen Eigenschaften des Metalls (wie Festigkeit, Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit) mit den Kosten des Teils in Einklang bringen. Wie bei vielen Dingen im Leben gehen bessere mechanische und chemische Eigenschaften meist mit einer schlechteren Bearbeitbarkeit einher.
Wie wird die Bearbeitbarkeit berechnet?
Die Zerspanbarkeit wird im Verhältnis zu den Ergebnissen bewertet, die bei Stahl SAE 1112 mit einer Härte von 160 Brinell erzielt werden.
\( \large \frac {\text{Score of a material}}{\text{Score of SAE 1112 }} \large \times 100 \)
Daher beträgt die Bearbeitbarkeit von SAE 1112 immer 100%.
Verschiedene Parameter beeinflussen den „Score“ eines jeden Materials. Die Wahl der zu verwendenden Parameter und deren Gewichtung variiert zwischen den Institutionen, die Daten zur Bearbeitbarkeit bereitstellen. Einige Parameter, die verwendet werden können, sind:
- Standzeit des Werkzeugs: Die Standzeit des Schneidwerkzeugs ist der wichtigste Faktor bei der Bewertung der Bearbeitbarkeit eines Werkstoffs. Ein leicht zu bearbeitendes Metall führt im Allgemeinen zu einer längeren Standzeit der Werkzeuge.
- Werkzeugverschleiß: Die Verschleißgröße an der Schneide nach einer bestimmten Bearbeitungszeit ist ein weiteres deutliches Zeichen. Materialien, die einen schnellen Werkzeugverschleiß verursachen, sind schwieriger zu bearbeiten.
Werkzeugstandzeit und Werkzeugverschleiß sind austauschbare Parameter. Die Einrichtung, die den Test durchführt, wählt einen der beiden Parameter als Leitparameter aus.
- Schnittkräfte: Die zum Schneiden des Materials erforderliche Kraft ist ein ergänzender Parameter zur Werkzeugstandzeit oder zum Werkzeugverschleiß.
- Zerspanungsleistung: Die zum Schneiden des Materials benötigte Energie ist ein weiterer ergänzender Parameter zu Werkzeugstandzeit oder Werkzeugverschleiß.
- Spänebrechbarkeit: Die Art und die Eigenschaften der bei der Bearbeitung entstehenden Späne sind ein wesentlicher Faktor für die Bearbeitbarkeit. Materialien, die lange, zähe Späne erzeugen, sind schwieriger zu bearbeiten als Materialien, die kurze, brüchige Späne erzeugen.
Achtsam sein
Die Bearbeitbarkeit ist keine eindeutige formale Größe wie die Härte oder die Dichte, und es gibt keine offizielle Norm, wie sie zu messen ist. Sie finden unterschiedliche Methoden und unterschiedliche Zerspanungsgrade für Materialien von verschiedenen Quellen!
Bestimmung der Schnittgeschwindigkeit
In den seltensten Fällen wollen wir den Wert der Bearbeitbarkeit herausfinden, nur um zu erfahren, wie hoch er ist. In den meisten Fällen sind wir am Wert der Bearbeitbarkeit interessiert, um die Schnittgeschwindigkeit abzuschätzen, die wir für ein bestimmtes Material verwenden können. Die Schnittgeschwindigkeit hängt von vielen Faktoren ab, z. B. von der Stabilität, der gewünschten Oberflächengüte und den Fähigkeiten der CNC-Maschine (um nur einige zu nennen). Daher sind die Empfehlungen für Geschwindigkeit und Bearbeitbarkeit sehr allgemein gehalten, und nur der Bediener kann die endgültige Entscheidung in Abhängigkeit von allen Faktoren treffen. Die zuverlässigste Information, die wir aus den Bearbeitbarkeitsdiagrammen gewinnen können, ist das Verhältnis zwischen den Werten verschiedener Materialien aus der selben Tabelle. Daher empfehlen wir das folgende Verfahren:
- Wählen Sie ein Material, mit dem Sie vertraut sind und bei dem Sie relativ sicher sind, dass Sie die Schnittgeschwindigkeit für eine entsprechende Anwendung verwenden würden. Wir werden dies unser Referenzmaterial nennen.
- Wählen Sie vorzugsweise ein Referenzmaterial aus, das zur gleichen Materialgruppe gehört. (Liste der Materialgruppen).
- Berechnen Sie das Verhältnis der Zerspanbarkeit zwischen diesen beiden.
- Multiplizieren Sie das Verhältnis mit der Bezugsschnittgeschwindigkeit.
- Achten Sie darauf, dass die Zerspanbarkeit für jedes Material bei einer bestimmten Härte angegeben ist.
- Um die Genauigkeit der Schätzung zu erhöhen, sollten Sie auch die Zerspanbarkeit entsprechend dem Faktor zwischen der Härte Ihres spezifischen Materials und der Härte des Materials im geglühten Zustand normalisieren (es sei denn, eine spezifische Härte ist in der Zerspanbarkeitstabelle aufgeführt).
Berechnungsbeispiel:
Sie müssen Edelstahl 15-5PH mit einem Härtegrad von 38 HRC bearbeiten und sind sich nicht sicher, welche Schnittgeschwindigkeit geeignet ist. Sie wissen jedoch, dass für dieselbe Anwendung mit rostfreiem 304, würden Sie mit 360 SFM (110 m/min) fahren.
Daten für die Berechnungen:
- Aus der Tabelle der Bearbeitbarkeit: 304 hat MR=43%, und 15-7PH hat MR=47%.
- 17-4PH hat eine Härte von 20 HRC im Zustand A. Unser spezielles Material hat eine Härte von 38 HRC.
- Die Schnittgeschwindigkeit für SS 304 in einer ähnlichen Anwendung beträgt 360 SFM (110/ m/min).
Berechnung der Schnittgeschwindigkeit:
Was sind die wichtigsten Faktoren, die die Bearbeitbarkeit beeinflussen?
- Chemische Zusammensetzung: Der Gehalt an bestimmten Elementen wie Kohlenstoff, Nickel und Blei (und vielen anderen) hat einen erheblichen Einfluss. Beispielsweise verringert ein höherer Nickelgehalt (Ni) die Zerspanbarkeit, während ein höherer Bleigehalt (Pb) die Zerspanbarkeit erhöht. Die Wirkung ist jedoch komplex, und jedes Element kann im Zusammenspiel mit anderen Elementen eine andere Wirkung entfalten.
- Mikrostruktur: Nichtmetallische Einschlüsse können einen enormen Einfluss haben.
- Größe der Körner: Kleine und gut geordnete Körner sind leichter zu schneiden. Große ungeordnete Körner sind schwieriger zu schneiden.
- Härte: Sowohl sehr harte als auch sehr weiche Materialien haben eine geringe Bearbeitbarkeit. Harte Materialien führen zu einem schnellen Verschleiß der Schneideinsätze, während weiches Material dazu neigt, gummiartig zu sein und an der Schneide zu kleben. Bei mittlerer Härte werden die besten Ergebnisse erzielt.
- Wärmebehandlung: Wärmebehandlungsverfahren können verschiedene Eigenschaften verändern. Die, die Zerspanbarkeit beeinflussen: Zähigkeit, Härte, Mikrostruktur und Spannung.
- Herstellungsverfahren: Verschiedene Herstellungsverfahren wie Warmwalzen, Kaltwalzen, Kaltziehen, Gießen oder Schmieden beeinflussen Eigenschaften wie Korngröße, Gleichmäßigkeit, Härte und Zähigkeit.
Bearbeitbarkeit Bereich der Materialgruppen
Stahl – ISO P
Es gibt eine Vielzahl von Stahlwerkstoffen, die bei der Bearbeitung verwendet werden. Die Bandbreite der Bearbeitbarkeit ist groß und reicht von von etwa 40 % für schwer zu bearbeitende Stähle, wie z. B. Lagerstähle Stahl(SAE 52100 / DIN 100Cr6) bis hin zu Ledloy Automatenstahl (SAE 12L14 / DIN 9SMnPb36), der einen Zerspanungsgrad von etwa 170% aufweist.
Die Bearbeitbarkeit wird hauptsächlich beeinflusst durch:
- Kohlenstoff (C): 0,3-0,5% ist ideal. Ein geringerer Gehalt führt zu einem weichen und gummiartigen Material, das schwer zu bearbeiten ist. Ein höherer Gehalt erhöht die Festigkeit und ist außerdem schwer zu bearbeiten.
- Die Zugabe von Legierungselementen wie Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Nickel (Ni ) verändert die Stahleigenschaften und verringert die Bearbeitbarkeit.
Erfahren Sie mehr über die Bearbeitbarkeit von Stahl
Rostfreier Stahl – ISO M
Nichtrostender Stahl wird im Allgemeinen als ein Material auf Eisenbasis (Fe) mit einem Chromgehalt (Cr) von mehr als 12 % definiert und ist in der Regel schwerer zu bearbeiten als Stahl.
Zusätzliche Legierungselemente wie Nickel (Ni), Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Niob (Nb) und Titan (Ti) sorgen für unterschiedliche Eigenschaften, wie Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit. Ein höherer Chrom- und Nickelgehalt verringert tendenziell die Bearbeitbarkeit.
Einer der beliebtesten Werkstoffe in dieser Gruppe ist 316, dessen Zerspanbarkeit nur 36 % beträgt. Andere gebräuchliche Sorten wie SAE 303 und die 400er-Serie haben jedoch eine Zerspanbarkeit von über 60 %.
Erfahren Sie mehr über die Bearbeitbarkeit von rostfreiem Stahl
Gusseisen – ISO K
Gusseisen ist ein stahlähnliches Material mit einem Kohlenstoffgehalt (C) von mehr als 2 % und einem Siliziumgehalt (Si) von 1-3 %. Gusseisen erzeugt sehr kleine Späne und ist daher sehr gut zu bearbeiten. Andererseits ist es sehr abrasiv und verursacht einen hohen Verschleiß. Die wichtigsten Faktoren, die die physikalischen Eigenschaften und die Bearbeitbarkeit der verschiedenen Gusseisensorten beeinflussen, sind die Herstellungsmethoden. (kugelig, grau, verformbar) und Härte.
Erfahren Sie mehr über die Bearbeitbarkeit von Gusseisen
Nichteisenmetalle – ISO N
Eine Gruppe von Metallen, die kein Eisen (Fe) enthalten. Die meisten von ihnen sind sehr weich, mit einer Härte unter 150 HB. Die beliebtesten Materialien in dieser Gruppe sind Aluminium- und Kupferlegierungen. Die Zerspanbarkeit ist im Vergleich zu Eisenwerkstoffen sehr hoch und liegt in der Regel zwischen 200 und 400 %. Aus diesem Grund sind die Produktionskosten eines aus diesen Materialien hergestellten Bauteils gering. Sie sind attraktiv, solange ihre minderwertigen mechanischen Eigenschaften für ein bestimmtes Teil akzeptabel sind.
Erfahren Sie mehr über die Bearbeitbarkeit von Aluminium
Titan – ISO S
Titan und hitzebeständige Legierungen (HRSA) haben nichts gemeinsam, außer dass sie sehr teuer und sehr schwer zu bearbeiten sind.
Titanlegierungen haben ein sehr gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Dies bedeutet, dass es möglich ist, Teile zu entwerfen, die im Vergleich zu anderen Metallen viel weniger wiegen (und sehr stabil sind). Aus diesem Grund wird das Material in der Luft- und Raumfahrtindustrie gerne für Bauteile verwendet, die keiner Hitze ausgesetzt sind. Titan besitzt außerdem eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und chemische Stabilität und ist daher ein beliebtes Material für medizinische Implantate. Die am häufigsten verwendete Sorte ist Ti-6Al-4V mit einem Zerspanungsgrad von 20 %.
Erfahren Sie mehr über die Bearbeitbarkeit von Titan
Hitzebeständige Superlegierungen (HRSA) – ISO S
Eine Gruppe von Metallen auf Nickel- (Ni), Kobalt- (Co) und Eisenbasis (Fe). Ihr Hauptmerkmal ist die Fähigkeit, die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit auch bei sehr hohen Temperaturen zu erhalten. Sie werden hauptsächlich in Düsentriebwerken, Turbinen und Turboladern eingesetzt. Das am häufigsten verwendete HRSA-Material ist Inconel 718, das eine Zerspanbarkeit von 10 % aufweist.
Erfahren Sie mehr über die Bearbeitbarkeit von Superlegierungen
Bearbeitbarkeit gängiger Materialien
Bearbeitbarkeitstabelle (200 Werkstoffe)
(Durchsuchen Sie die Tabelle nach Materialstandards oder filtern Sie sie nach Materialgruppen)
- Tabelle mit mehr als 100 Materialien.
- Filter nach Materialgruppe (P/M/K/N/S)
- Oder Suche nach DIN / SAE / Wnr
FAQ’S
Was bedeutet Bearbeitbarkeit?
Die maschinelle Bearbeitbarkeit ist die Leichtigkeit, mit der ein Metall bearbeitet werden kann. Er wird in Prozent im Verhältnis zu einem Referenzmetall angegeben. Ein kleinerer Wert bedeutet, dass das Metall schwieriger zu bearbeiten ist. Sehr schwer zu bearbeitende Materialien können eine Quote von 10-20% erreichen, während sehr leicht zu bearbeitende Materialien 200-400% erreichen können.
Welche Faktoren beeinflussen die Bearbeitbarkeit?
1. Wärmebehandlung.
2. Mikrostruktur.
3. Korngröße.
4. Härte.
5. Qualität der Herstellung
