قابلية التشغيل الآلي

يمكن قياس قابلية التشغيل بناءً على عمر الأداة. وهذا مفيد عند مقارنة مواد ذات خصائص واستهلاك طاقة متشابهين، ولكن إحداها أكثر كشطًا، مما يقلل من عمر الأداة. لكن العيب الرئيسي في هذا النهج هو أن عمر الأداة لا يعتمد فقط على المادة التي تُشغّلها؛ بل يشمل عوامل أخرى مثل مادة أداة القطع، وهندستها، وحالة الماكينة، وتثبيت أداة القطع، وسرعة القطع، والتغذية، وعمق القطع. كما لا يمكن مقارنة قابلية التشغيل لنوع أداة بنوع آخر (مثل مقارنة أداة من الفولاذ عالي السرعة بأداة من الكربيد). ^{[ 6 ]}

${\displaystyle {\text{مؤشر قابلية التشغيل (}}\%{)}={\frac {\text{سرعة قطع المادة لمدة 20 دقيقة من عمر الأداة}}{\text{سرعة قطع الفولاذ الحر لمدة 20 دقيقة من عمر الأداة}}}\times 100}$

تتناسب القوى اللازمة لأداة القطع في المادة تناسبًا طرديًا مع الطاقة المستهلكة. ولذلك، غالبًا ما تُقاس قوى الأدوات بوحدات الطاقة النوعية . ويؤدي هذا إلى طريقة تصنيف حيث ترتبط الطاقة النوعية الأعلى بانخفاض قابلية التشغيل. وتكمن ميزة هذه الطريقة في أن العوامل الخارجية لا تؤثر بشكل كبير على التصنيف. ^{[ 6 ]}

تُستخدم جودة السطح أحيانًا لقياس قابلية تشغيل المادة. تميل المواد اللينة والمطيلة إلى تكوين حافة متراكمة . كما يميل الفولاذ المقاوم للصدأ والمواد الأخرى ذات القدرة العالية على التصلب بالتشكيل إلى تكوين حافة متراكمة. أما سبائك الألومنيوم والفولاذ المشكل على البارد والفولاذ سهل التشغيل، بالإضافة إلى المواد ذات منطقة القص العالية، فلا تميل إلى تكوين حواف متراكمة، لذا تُصنف هذه المواد على أنها أكثر قابلية للتشغيل. ^{[ 7 ]}

تتميز هذه الطريقة بسهولة قياسها باستخدام المعدات المناسبة. أما عيبها، فهو أنها غالبًا ما تكون غير ذات صلة. فعلى سبيل المثال، عند إجراء قطع خشن، لا تُعدّ جودة السطح مهمة. كما أن عمليات القطع النهائية تتطلب دقة معينة تُحقق بطبيعة الحال جودة سطح جيدة. ولا تتوافق هذه الطريقة في التقييم دائمًا مع الطرق الأخرى. فعلى سبيل المثال، تُصنّف سبائك التيتانيوم بدرجة جيدة وفقًا لطريقة جودة السطح، ودرجة منخفضة وفقًا لطريقة عمر الأداة، ودرجة متوسطة وفقًا لطريقة استهلاك الطاقة. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

يهدف تصنيف قابلية تشغيل المواد إلى تحديد مدى سهولة تشغيل مختلف المواد. ويُعبّر عنه كنسبة مئوية أو قيمة معيارية . وقد حدد المعهد الأمريكي للحديد والصلب (AISI) تصنيفات قابلية التشغيل لمجموعة واسعة من المواد بإجراء اختبارات الخراطة بسرعة 180 قدمًا سطحيًا في الدقيقة (sfpm). ^{[ 9 ]} ثم منح المعهد بشكل تعسفي فولاذ B1112 ذي صلابة برينل 160 تصنيف قابلية تشغيل بنسبة 100%. ^{[ 9 ]} ويُحدد تصنيف قابلية التشغيل بقياس المتوسطات المرجحة لسرعة القطع العادية، وجودة السطح، وعمر الأداة لكل مادة. ^{[ 9 ]} تجدر الإشارة إلى أن المادة ذات تصنيف قابلية تشغيل أقل من 100% ستكون أصعب في التشغيل من فولاذ B1112، بينما ستكون المادة ذات قيمة أعلى من 100% أسهل في التشغيل.

معدل قابلية التشغيل = (سرعة تشغيل قطعة العمل التي تعطي عمر أداة 60 دقيقة) / (سرعة تشغيل المعدن القياسي)

${\displaystyle {\text{معدل قابلية التشغيل (}}\%{)}={\frac {\text{سرعة تشغيل قطعة العمل لمدة 60 دقيقة من عمر الأداة}}{\text{سرعة تشغيل المعدن القياسي}}}}$

يمكن استخدام تصنيفات قابلية التشغيل بالتزامن مع معادلة تايلور لعمر الأداة ،${\displaystyle VT^{n}=C}$لتحديد سرعات القطع أو عمر الأداة، من المعروف أن عمر أداة القطع B1112 يبلغ 60 دقيقة عند سرعة قطع 100 قدم/دقيقة. إذا كانت قابلية تشغيل المادة 70%، فإنه يمكن تحديد، بناءً على المعطيات المذكورة أعلاه، أنه للحفاظ على نفس عمر الأداة (60 دقيقة)، يجب أن تكون سرعة القطع 70 قدم/دقيقة (بافتراض استخدام نفس الأداة). ^{[ 1 ]}

توجد مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية، المعدنية وغير المعدنية، التي يمكن إضافتها إلى الفولاذ لتسهيل عملية القطع. تعمل هذه الإضافات على تزييت سطح التلامس بين أداة القطع والرايش، أو تقليل مقاومة القص للمادة، أو زيادة هشاشة الرايش. تاريخيًا، كان الكبريت والرصاص أكثر الإضافات شيوعًا، لكن البزموت والقصدير يكتسبان شعبية متزايدة لأسباب بيئية.

يُحسّن الرصاص قابلية تشغيل الفولاذ لأنه يعمل كمادة تشحيم داخلية في منطقة القطع. ^{[ 12 ]} ونظرًا لضعف مقاومة القص للرصاص، فإنه يسمح للرايش بالانزلاق بحرية أكبر على حافة القطع. وعند إضافته بكميات صغيرة إلى الفولاذ، فإنه يُحسّن قابلية تشغيله بشكل كبير دون التأثير بشكل ملحوظ على قوته.

يُحسّن الكبريت قابلية تشغيل الفولاذ عن طريق تكوين شوائب ذات مقاومة قص منخفضة في منطقة القطع. تعمل هذه الشوائب كمُركّزات للإجهاد تُضعف الفولاذ، مما يسمح له بالتشوه بسهولة أكبر.

تتميز الفولاذات المقاومة للصدأ بصعوبة تشكيلها مقارنةً بالفولاذ الكربوني العادي، وذلك لصلابتها العالية، ومرونتها، وميلها إلى التصلب السريع أثناء التشغيل. ^{[ 5 ]} قد يؤدي تقوية الفولاذ قليلاً إلى تقليل مرونته وتسهيل عملية القطع. تُعدّ درجتا AISI 303 و416 أسهل في التشكيل نظرًا لإضافة الكبريت والفوسفور . ^{[ 13 ]}