עבידות

עבידות מתייחסת לקלות בה יכול חומר להגיע לגימור פני שטח רצוי באמצעות מכונות. "עבידות טובה" מייצגת חומרים שדרוש מעט כח יחסית לשבבם (מלשון "עיבוד שבבי"), הם נחתכים במהירות, מאפשרים גימור טוב בקלות יחסית ואינם שוחקים מאד את כלי העבודה שמשבבים אותם.

לעיתים קרובות, פאקטורים שמשבחים את החומר למשימות מסוימות דווקא מפחיתים את טיב העבידות שלו, ולכן לשם ייצור חסכוני, מהנדסים מחפשים דרכים לשפר עבידות מבלי לפגוע באיכויות החומר הדרושות.

עבידות קשה לחיזוי מאחר שלמכונות משתנים רבים מאוד. במרבית המקרים, החוזק והקשיות של החומר הם פאקטורים מהותיים. באופן טבעי, חומרים עם רמות גבוהות של חוזק וקשיות קשים יותר לשיבוב מהסיבה הפשוטה שנדרש כוח רב יותר לשם עיבודם. חיסכון באנרגיה הוא מטרה נוספת של יצרנים כיום לשם הוזלת עלויות הייצור ועמידה בתקנים סביבתיים, בהתאם למדינה בה הייצור מתבצע.

פאקטורים חשובים נוספים הם הרכבו הכימי, המוליכות התרמית והמבנה המטלורגי של החומר המעובד. כך גם הגאומטריה של כלי החיתוך ופרמטרים שונים של המכונה עצמה.

לפעמים, בעיקר כשמדובר בחומרים אל-מתכתיים, גורמים משניים הופכים למהותיים. לדוגמה, חומרים רכים כמו פלסטיק עשויים להיות קשים לעיבוד בשל מוליכות חום גרועה שלהם.

מדידת עבידות

בעבר, לא הייתה דרך מקובלת אחת למדידת עבידות. עבידות נמדדה לרוב על בסיס כל מקרה לגופו, והחומרים מבחנים ייעודיים לצורכי תהליך מיכון מסוים. מטריצות נפוצות להשוואה כוללות את אורך חיי הכלי, גימור פני שטח, טמפרטורת חיתוך, וכן כוחות כלים וצריכת אנרגיה.

אורך חיי הכלי מבוסס על כמות הזמן שהכלי ממשיך לעבד את החומר עד להפיכתו ללא שמיש. בדיקה זו יעילה כאשר משווים בין חומרים בעלי תכונות דומות וצריכת אנרגיה דומה, אך אחד מהם שוחק יותר מהשני, וכך מקצר את אורך חיי הכלי. החיסרון של שיטה זו נעוץ בעובדה שאורך חיי הכלי תלוי בגורמים רבים נוספים מלבד החומר המעובד. גורמים לשחיקת הכלי עשויים להיות גם החומר ממנו עשוי הכלי, הגאומטריה שלו, מצב המכונות, חוזק קליבת הכלי בתושבתו, מהירות החיתוך, כמות החומר המוסרת ועומק השיבוב. אגב כך, העבידות עבור סוג אחד של כלי אינה ניתנת להשוואה עם כלי אחר, מן הסתם.

כוחות כלים וצריכת אנרגיה הכוח הדרוש לכלי על מנת לשבב את דרכו דרך חומר אחר קשור ישירות לכמות האנרגיה הנצרכת על ידי המכונה. זאת הסיבה שבגינה כוחות הכלים מסומנים לפעמים ביחידות של אנרגיה. כך נוצרה שיטת דירוג שבה צריכת אנרגיה גבוהה פרושה עבידות נמוכה. היתרון בשיטה זו הוא שלגורמים חיצוניים יש פחות השפעה על התוצאה.

גימור פני-שטח חומרים רכים, אלסטיים, נוטים ליצור גרדים, שינון גס על פני השטח. פלדות בלתי-מחלידות וחומרים נוספים שלהם יכולת הקשיית מעוותים גבוהה גם הם שואפים לייצר גרדים. סגסוגות אלומיניום, פלדות מעובדות בקור וחומרים שמעובדים היטב תחת כוחות גזירה לא נוטים ליצור גרדים בולטים ולכן הם נחשבים לחומרים שעבידותם טובה יותר.

היתרון של שיטה זו הוא שניתן למדוד אותה בקלות עם המכשור המתאים. החיסרון הוא שהקריטריון הזה אינו רלוונטי במקרים רבים. לדוגמה, בחיתוך גס אין שום עניין בגימור טוב. ובכל מקרה, שיבוב לגימור טוב בכל מקרה מצריך דיוק רב וכיוון נכון של המכונה.

השיטות סותרות זו את זו פעמים רבות. לדוגמה, סגסוגות טיטאניום יקבלו דירוג גבוה בשיטת גימור פני-השטח, דירוג נמוך בשיטת אורך-חיי הכלי ובינוני בכל הנוגע לצריכת אנרגיה.

דירוג עבידות דירוג העבידות הוא השיטה המקובלת כיום להערכת חומרי גלם. דירוג זה מנסה לכמת את העבידות של חומרים שונים על ידי השוואתם לחומר אחד מסוים. הדירוג כתוב באחוזים, או במספר עשרוני (100%=1). ה-AISI (המכון האמריקאי לברזל ופלדה) קבע דירוג עבידות למגוון רחב של חומרים על ידי ביצוע מבחנים ב-180 SFPM; כך נבחרה פלדת B1112 (עם חוזק של 160BNL) כבעלת עבידות של מאה אחוז. את הדירוג בחרו על פי ממוצע משוקלל של מהירות חיתוך נורמלית, טיב פני השטח ואורך חיי הכלי בהתייחס לכל חומר. מכאן והלאה כל שנותר היה לערוך השוואה בין כל החומרים ולייחס לכל חומר את אחוז העבידות שלו ביחס ל- B1112: חומרים שלהם דירוג עבידות גבוה יותר ממאה, הם חומרים בעלי עבידות טובה יותר, ולכן קלים יותר לשיבוב. ככל שהאחוז יורד, כך הופך החומר לפחות קל לעיבוד.

מתכות

אחוז הפחמן בפלדה משפיע מאד על עבידותה. פלדות עשירות פחמן קשות לעיבוד מאחר שהן קשות וכן מאחר שהן מכילות קרבידים השוחקים את הכלי. מצד שני, פלדות דלות פחמן בעייתיות אף הן לשיבוב מאחר שהן רכות מדי. לעיתים קרובות הן ניתכות על הכלי עצמו ויוצרות הצטברות חומר המקצרת את חיי הכלי. לכן לפלדות עם אחוז ממוצע של פחמן (0.20 לערך) הן פלדות שעבידותן טובה.

כרום, מוליבדן ומסגסגים אחרים מוספים לפלדות פעמים רבות על מנת לשפר את תכונותיהן. יחד עם זאת, הם מורידים את טיב העבידות. מתכות באופן כללי, ובעיקר האוקסידיות, עשויות לשחוק את הכלי. מתכות לעיבוד במכונה צריכות להיות חופשיות מאותם אוקסידים (תחמוצות).

תוספי שימון

מגוון רחב של כימיקלים, מתכתיים ואל-מתכתיים, מוספים לפלדות על מנת להפכן לקלות יותר לשיבוב. תוספים אלה יוצרים שימון בנקודות המגע של הכלי והחומר, מנמיכים את עמידות החומר בכוחות גזירה או מגביהים את שבירות השבב. היסטורית, עופרת וגופרית היו התוספים הנפוצים ביותר. כיום נהוג להשתמש בביסמות או בבדיל ממניעים סביבתיים.

עופרת משפרת עבידות מאחר שהיא פועלת כלובריקנט פנימי באזור השיבוב. מאחר שעופרת נגזרת בקלות יחסית, היא מאפשרת לשבב לנוע בחופשיות אל מעבר לכלי החיתוך. כאשר היא מוספת בכמויות קטנות לפלדה היא משפרת את עבידותה תוך פגיעה מינימאלית בחוזקה.

גופרית משפרת עבידות על ידי הורדת העמידה בכוחות גזירה באזור החיתוך. בנקודות אלה עולה המתח והחומר נחלש, מה שמאפשר את עיוותו ביתר קלות.

פלדות בלתי מחלידות

לפלב"מ עבידות גרועה ביחס לפלדות פחמן רגילות מאחר שהן חזקות יותר, גמישות ונוטות להתקשות במהירות. הקשיית הפלב"מ במעט מנמיכה את גמישות החומר והופכת אותו קל יותר לשיבוב. AISI 303 ו- 416 קלים יותר לשיבוב בשל תוספת גופרית וזרחן.

אלומיניום

אלומיניום רך בהרבה מפלדה וטכניקות להטבת עבידותו לרוב עוסקות בהפיכתו לפריך יותר. שגשגות אלומיניום 2007, 2011 ו- 6020 הן שגשוגות אלומיניום שעבידותם טובה.

חומרים אחרים

חומרים תרמופלסטיים (שניתנים להתכה מחדש) קשים למיכון בשל מוליכות חום גרועה. תכונה זו מביאה לבניית חום גבוה באזור השיבוב שמתיך את הפלסטיק מקומית וגורם לו לפלוט גזי כלור המזיקים לעמידות כלי העבודה. כשהפלסטיק נמס הוא פשוט מצטבר לאורך קו החיתוך במקום להיות מוסר על ידו. ניתן להיטיב את העבידות עם שימוש בנוזלי קירור בשימון גבוה ושמירה על שטח הפנים חופשי ממבני שבבים שהתאחו.

לחומרים מרוכבים העבידות הגרועה ביותר מאחר שהם משלבים את מוליכות החום הגרועה של השרפים הפלסטיים עם האיכויות השוחקות של חומר המטריצה.

עבידותם של גומי וחומרים רכים דומים משתפרת תוך שימוש בנוזלי קירור קרים מאוד, כגון פחמן דו-חמצני נוזלי. הטמפרטורה הנמוכה מקפיאה את החומר בנקודת החיתוך כך שאין לו אפשרות להתעוות או להידבק לקו החיתוך. כך ניתן להפחית את הבלאי לכלי ולהקל על המכונה.