可加工性
材料的可加工性是機械加工的一個重要工程參數，它是材料在塑性變形過程中不發生破壞的變形能力。材料的可加工性分為兩個獨立的部分，即應力狀態可加工性和內在可加工性。應力狀態可加工性主要通過施加的應力與變形區的幾何形狀來控制。因此，它主要針對於機械加工過程，而與材料特性無關。內在可加工性則依賴於合金成分以及先前加工歷史決定的微觀組織和在加工過程中對溫度、應變速率和應變等參數的響應。 [1]
- 中文名:可加工性
- 外文名:processibility
- 實 質:切削工件材料時的難易程度
- 影響因素:材料化學成分、機械物理性能等
- 分 級:共分為12個等級
目錄
簡介
可加工性這個詞用於多種意義；沒有一個確切的定義。然而總之是指切削工件材料時的難易程度。換句話說，是指材料容易被切削的程度。
利用材料物理的、化學的或機械的性質之一，來表徵製品的性能，因此材料的性質優良，製成的工業製品其質量當然也好。然而，現代工業是立足於大量生產基礎上的，生產率不高的材料作為工業製品是不合適的。除以上的性能外，材料機械製造的難易程度，是不能忽視的性質，即機械製造的難易程度在表徵材料的性能方面是件重要的事。
在這種機械製造的難易程度中，有表示鑄造難易程度的可鑄造性，關於變形加工的變形性能等，而對於切削加工來說，則為可加工性。機械零件的大部分是在任意形狀下接受切削加工的，因此可加工性對於一般工業材料來說是個重要的問題。
所謂可加工性雖具有上述的意義，但通常是考慮表示如下的性質：
1）刀具磨損要小，可在高的切削速度下進行切削。
2）切削力要小。
3）切削表面必須良好。
4）切削溫度要低。
5）切屑必須長而不連續，容易處理。
具備上述所有性能的材料，才是可加工性好的材料。然人們的解釋是不同的，有的以1、 2、3或1、3，6表示可加工性，最簡單的則僅以第1項表示材料的可加工性。
然而，不管以什麼來表示可加工性，最重要的則是第1項的刀具磨損要小，可在高的切削速度下進行切削，通常狹義地作為可加工性來說，往往只重視這一項。可加工性作為材料的性質，最近已廣泛地被認為是重要的，試驗可加工性的方法，或者可加工性優良的材料，即易切鋼及易切合金的研究，已經取得了成果。 [2]
影響材料可加工性的因素
材料機械、物理性能
硬度 材料常溫硬度越高，可加工性越差，例如白口鑄鐵比灰鑄鐵難加工就是這個原因；材料高溫硬度高，可加工性顯著變差，例如耐熱鋼難加工就屬此種；材料加工硬化越嚴重，可加工性越差，例如奧氏體不鏽鋼難加工的原因之一就是加工硬化嚴重，使刀具磨損加劇。
強度 可加工性隨材料強度的提高而降低，特別是高溫強度越高，可加工性越差。例如，45鋼在室溫下的強度比20CrMo鋼高，但在600℃時20CrMo鋼的強度反而比45鋼高，因此20CrMo鋼的可加工性比45鋼差。
塑性 材料塑性大，切削變形大，切削溫度高，且易產生積屑瘤，使可加工性變差。
韌性 材料韌性越高，切削力越大，切削溫度越高，加工越困難。此外，材料韌性對斷屑也有顯著影響，當強度相近時，韌性高的材料比韌性低的材料難斷屑。
導熱性 材料導熱係數愈小，切削熱愈不容易傳出，切削溫度增高，刀具磨損嚴重，可加工性愈差。 材料化學成分
碳 碳素鋼的強度、硬度隨含碳量的增加而提高，而塑性、韌性卻隨含碳量的增加而降低。低碳鋼的塑性、韌性較高， 高碳鋼的強度、硬度較高，都給切削加工帶來一定的困難。中碳鋼的強度、硬度、塑性和韌性適中，所以可加工性較好。
鉻、鎳、釩、鉬、鎢、錳 它們是組成合金鋼的主要元素，都能提高鋼的強度和硬度，有些還能提高鋼的韌性。這些合金元素含量越多，可加工性越差。因此，在硬度相同的情況下，合金鋼的可加工性比碳素鋼差。
硫、磷、硒、鉛、鉍 將這些元素少量加入鋼中，能降低鋼的強度和塑性。硫與鋼中的錳和鐵生成MnS及FeS，質地很軟，與金屬基體結合力很弱，能降低切削力，並有一定潤滑作用．可降低刀具磨損及表面粗糙度Ra值。鉛、硒、鉍也有硫的類似作用。磷能降低鐵素體的塑性，使切屑易於折斷。這些都促使可加工性大為改善。
改善材料可加工性的途徑
材料可加工性對切削加工的生產率和零件表面質量有很大影響，因此在滿足零件使用要求的前提下，應儘量選用可加工性較好的材料。同時還應看到，材料可加工性不是一成不變的，而是可在一定範圍內、一定程度上人為地進行改善，其改善途徑有：
調整化學成分
由前述可知，在鋼中加入少量硫、磷、硒、鉛、鉍等元素可改善鋼的可加工性。人們利用這種方法冶煉出一類名為「易切削鋼」的材料。易切削鋼的強度雖略有降低，但刀具耐用度高，容易斷屑，且能獲得好的表面質量。易切削鋼多用於自動機床上的標準件生產。
鑄鐵可加工性的好壞主要決定於游離石墨的多少。當含碳量一定時，游離石墨越多，則滲碳體越少，可加工性就越好。常在鑄鐵中添加適當的促進石墨化的元素，如硅、鋁、鎳、銅、鈦等，來改善鑄鐵的可加工性。
選擇相應的熱處理工藝
通過熱處理可將材料中不利於切削加工的金相組織轉變成有利於切削加工的金相組織，達到改善材料可加工性的目的。例如，低碳鋼因塑性大、硬度低而可加工性差，可通過正火處理降低塑性，提高硬度，改善其可加工性；高碳鋼因硬度高而可加工性差。可採用球化退火處理，將其網狀或片狀的滲碳體組織轉變成球狀，使可加工性得到改善；白口鑄鐵因硬度極高而可加工性極差，可進行退火處理，將其滲碳體分解為絮狀石墨，使其可加工性顯著改善。[3]
可加工性評價
可加工性評價主要針對零件的可加工性進行評價，零件的可製造性指標主要包括經濟指標和技術指標兩個方面，對於工程技術人員來說，可加工性是DFM最直接的內容，也是影響產品技術指標的主要內容，同時還是設計與製造之間協同的最基本的內容，零件設計過程就是從特徵庫中選取所需的特徵（包括非幾何信息），通過布爾運算，得到由特徵組成的零件模型，根據影響可製造性的因素，可製造性評價可細分為特徵關係評價、單元特徵評價和零件總體評價3個部分，在特徵關係評價中有公差關係評價、尺寸關係評價；在單元特徵評價中有特徵尺寸精度評價、表面粗糙度評價和特徵形狀評價；在零件總體評價中有總體結構工藝性評價、總體尺寸精度評價和總體質量要求評價。這些評價給出了並行設計中製造對設計的約束，並為設計階段的評價使能工具開發提供了參考模型，對上述評價因素可以採用基於規則的技術，在規則庫、工藝信息數據庫、製造資源數據庫、特徵信息數據庫等的支持下，通過匹配和推理來判定設計方案是否符合製造的需求，並給出反饋信息，從而對是否進行重新設計作出決策，同時為保證該系統的有效性，需定期組織專家，利用專家知識對評價結果進行校驗，如發現校驗結果不一致，則需調整或完善相應信息庫中的內容，以達到校驗結果的一致性。 [4]
可加工性分級
在金屬切削加工中把常用材料中影響切削加工性的幾個主要性能指標（硬度、抗拉強度、延伸率、衝擊值、導熱係數）按量的變化分成12級（見下表），用以綜合衡量切削加工性的好壞。根據具體材料的力學、物理性能，從表中可查出該材料的切削加工性級號，找出影響加工性的主要因素，從而採取解決問題的措施。
工件材料的可加工性直接影響到切削用量的選擇，尤其對切削速度的影響更為顯著，下表為工件材料的可加工性與許用切削速度的關係。 [5]