1.8 Skärbarhet

Ett materials skärbarhet anger hur det beter sig vid spånavverkande bearbetning. Skärbarhet är en sammansatt egenskap, som beror av flera faktorer, och det finns följaktligen flera olika skärbarhetskriterier. De viktigaste är:

• Verktygsförslitning vid svarvning med
  • hårdmetallverktyg
  • snabbstålsverktyg
  • skärkeramik
• Skärmotstånd (skärkrafter)
• Spånbrytning
• Löseggsbildning
• Kladdning

Det är viktigt att man skiljer mellan de olika skärbarhetsegenskaperna. Ett material kan ha god skärbarhet enligt en mätmetod och dålig enligt en annan.

Den skärande bearbetningen utförs mer och mer i mycket dyra, högproduktiva maskiner. Bearbetningsekonomin kräver därför att skärdata hålls på en hög nivå, i synnerhet som maskinerna ofta går på skift och ibland är obemannade i perioder. En hög och framförallt jämn skärbarhet hos materialet är då ett måste.

Först några enkla begrepp enligt Figur 34.

Skärhastigheten, v, är arbetsstyckets periferihastigbet i m/min.
Matningen, s, är verktygets längd- eller tvärförflyttning i mm/varv.
Skärdjupet, a, är tjockleken på det materialskikt som verktyget avverkar vid varje varv eller skär. Anges i mm.
Skärkraften, som påverkar situationen vid eggen, delas upp i tangential-, radial- och axialkrafter. Dessa kraftkomponenter är relativt lätta att mäta.

Av de nämnda skärbarhetskriterierna är verktygsförslitningen den man vanligen mäter. I produktionsprov är också spånbrytningen, det vill säga möjligheten att undvika långa sega, spånor, en viktig faktor. Löseggsbildning respektive kladdningstendenser följs också upp. Vid laboratorieprovning av olika material används dock nästan enbart verktygsförslitningen som ett mått på skärbarhet. Det finns många varianter av dessa prov. Här ska nämnas ett för hårdmetallverktyg och ett för snabbstål.

Mekanförbundets längdsvarvningsprov
Provet utförs i princip så som visas i Figur 34, men endast med längdmatning. För varje provmaterial körs ett antal förslitningskurvor vid olika skärhastigheter. Den tid det tar att uppnå en viss fastställd förslitningsgrad, till exempel 0,5 mm fasförslitning, mäts upp och prickas in i ett v/T-diagram, se Figur 34. Vid detta prov används oftast ett standardiserat hårdmetallskär.

Vid den högsta hastigheten v₁ får man den kortaste utslitningstiden T₁, vid v₂ den längre tiden T₂ och så vidare. Linjen, som sammanbinder de tre punkterna, beskriver provets skärbarhet. Prover från andra material ger räta linjer med andra lägen och lutningar i diagrammet.

Ju längre linjen ligger åt höger desto bättre skärbarhet. Ju brantare linjen står desto mer hastighetsberoende är verktygsförslitningen.

SFA-provet
Provet är också ett standardiserat prov, i detta fall för fräsning med snabbstålsverktyg.
Provstycket utgörs av en 50 mm rund stång, vars ändyta fräses ned 1 mm åt gången enligt skiss i Figur 35.

Bearbetningen pågår tills fasförslitningen är 0,7 mm. Avverkad materialvolym prickas in i ett diagram. Man får för varje prov en krökt linje. Ju längre åt höger desto bättre skärbarhet. Detta anges av ett så kallat B-tal, som fås av skärningen mellan kurvan och den räta linjen.

• kemisk sammansättning
• struktur
• hårdhet
• makroslagger
• mikroslagger.

Sammansättning
Några bra och några sämre ämnen kan nämnas, som påverkar skärbarheten:

Bly ingår i vissa automatstål och har en smörjande effekt. Pb-legerade stål tillverkas inte i Sverige. Svavel, i form av mangansulfider, verkar också smörjande. Effekten av ämnena i den ”sämre” kolumnen är i hög grad beroende av stålets struktur.

Struktur
En strukturs nötande förmåga har störst inflytande på snabbstålsverktyg. Främst är det karbider, därav kols inverkan, som i form av perlit eller olika legerade karbider bryter ned eggarna

Mycket lågkolhaltiga stål, som består av enbart ferrit, kan ge löseggs- eller kladdningsproblem.

I sätthärdningsstål får man lätt en så kallad bandad struktur av ferrit och perlit, som är svårsvarvad. Kontrollerad svalning eller viss värmebehandling kan eliminera bandigheten.

Stål med kol över 0,3-0,5 % behöver värmebehandlas för att få acceptabel skärbarhet. Vid hårdmetallverktyg kan normalisering ge goda resultat annars etappglödgar man eller mjukglödgar, det senare alltid vid kol över 0,8 %.

Hårdhet
Hårdmetallverktyg påverkas negativt av hårdheten hos arbetsmaterialet. Hårdhet, som beror på kallvalsning, kan vara positiv vid svarvning med snabbstålsverktyg.

Slagger
Makroslagger, med längd över 0,5 mm, har ofta hög hårdhet och sliter snabbt verktygen om de förekommer i stor mängd. De ger dessutom fula svarvytor.

Oxidiska mikroslagger ger också en snabb förslitning av snabbstålsverktyg. Genom metallurgiska knep, bland annat kalciumbehandling, kan man få fram blandslagger som mjuknar vid de temperaturer som råder vid hårdmetallsvarvning. Då verkar dessa smörjande, ungefär som MnS vid lägre temperatur och förbättrar alltså skärbarheten.