Каким резцом обрабатывать нержавейку

Каким резцом обрабатывать нержавейку

Нержавеющую сталь обрабатывают уже более 100 лет, но до сих пор эта процедура сопряжена с технологическими сложностями. Из нержавейки выполняют множество деталей, постепенно вытесняющих углеродистую сталь, которая уже не выдерживает возрастающие нагрузки: для современных механизмов порог прочности углеродистых сталей слишком низок. Прочность и стойкость нержавейки, которая не меняет своих свойств при высокой температуре, давлении и воздействии агрессивных сред, влечет за собой сложность ее механической обработки.

Особенности обработки нержавеющей стали

Твердость и предел растяжимости нержавеющей стали и углеродистой почти одинаковы. Однако совпадают лишь механические значения. Отличается микроструктура, способность к упрочнению во время обработки, устойчивость к коррозии.

При обработке резанием нержавейка сначала упруго деформируется, потом обрабатывается легко, после чего переходит в стадию упрочнения. На этой стадии резание возможно только при значительном увеличении усилий. Все эти стадии проходит во время обработки и обычная сталь, но высоколегированная упрочняется намного заметнее.

Главные проблемы при токарной обработке стали:

  • деформационное упрочнение;
  • удаление стружки;
  • ресурс рабочего инструмента.

Вязкость. Дополнительную сложность обработке придает пластичность сталей, особенно характерная для жаропрочных марок. Стружка не обламывается, как у углеродистой стали, а завивается длинной спиралью.

Низкая теплопроводность. Слабая теплопроводность нержавейки — ее преимущество при использовании, но недостаток при обработке. В месте резания температура значительно увеличивается, поэтому необходимо охлаждать металл с помощью специальных жидкостей. Они не только устраняют жар, но и предупреждают образование наклепа, облегчают обработку. Наклеп появляется на рабочем инструменте, изменяет его форму и приводит в негодность. Поэтому чаще всего легированные стали обрабатывают на невысоких скоростях и специальными инструментами.

Сохранение свойств. При воздействии жара сталь не теряет твердость и прочность. Это свойство наиболее выражено у жаропрочных сталей и в комбинации с наклепом оно вызывает скорейший вывод из строя резаков, не дает возможность работать на больших скоростях.

Абразивные соединения. В составе нержавеющей стали присутствуют карбидные и интерметаллические соединения микроскопической величины. Повышенная твердость делает их подобием абразива. Резаки стачиваются и требуют постоянной правки и переточки. Трение при токарной обработке нержавейки на порядок больше, чем во время точения углеродистых сплавов.

Неравномерное упрочнение. В процессе точения материал упрочняется неравномерно. Это не очень важно при обработке маленьких деталей. Но серьезно скажется на качестве вала или другой крупной детали.

Удаление стружки

Скопление длинных спиральных стружек нарушает процесс обработки. Поэтому, с учетом способности нержавейки к упрочнению во время деформации, разрабатываются особые конструкции стружколомов. Кроме этого, используется интенсивная обработка поверхности охлаждающей смазкой.

Смазка подается изнутри резака под высоким давлением чтобы:

  • быстро и заметно снизить температуру резака;
  • убрать стружку подальше от резака, чтобы не ускорять его износ;
  • раздробить стружку на небольшие частички, которые проще смыть из рабочей зоны.

При токарной обработке изделий из нержавеющей стали широко используется охлаждение под высоким напором. Распыляется раствор непосредственно в место обработки. Попадая на горячую поверхность, жидкость испаряется и отбирает часть тепла. Поверхность охлаждается. Минус этого способа — большой расход охлаждающей жидкости. Но зато срок использования инструмента увеличивается в шесть раз.

В оборонной и высокоточной промышленности сталь при обработке охлаждается углекислотой при температуре -78 градусов. Это дорогой и самый эффективный способ.

Форма стружколома также очень важна. Геометрия его должна быть положительной, чтобы снизить образование тепла. Передний угол с положительным значением уменьшает самоупрочнение материала и появление наплыва на поверхности резака, устраняя главные причины повреждений во время токарной обработки стали.

Стружколом следует использовать только специализированный, для легированных сталей, хотя стружколомы обычно выпускают универсальными, для работы с самыми разными металлами. Производятся специальные стружколомы и резаки для чистовой, черновой и получистовой резки нержавейки. Они выдают наилучшие результаты и увеличивают производительность труда.

Самоупрочнение стали во время деформации

Более склонен к самоупрочнению аустенитный тип нержавейки, что доставляет дополнительные сложности при любом виде его обработки. Чем сильнее упрочняется материал, тем быстрее изнашивается резак. Эта проблема менее выражена при использовании специальных режущих пластинок. Поверхности их изнашиваются дольше, а рабочие кромки острее обычных. Острые режущие поверхности успевают обработать деталь до самоупрочнения стали и появления наплывов.

Задача усложняется при работе в несколько этапов. Иногда за один подход невозможно выбрать достаточно металла. Тогда это делают поэтапно. Эффективнее за два подхода снять по 3 мм стали, чем за один 6 мм. Рекомендуется также снимать неодинаковый слой металла за первый и второй подходы, например, 4 мм и 2 мм.

Режущий инструмент

Эффект самоупрочнения приводит к быстрому износу резаков. Поэтому разрабатываются специальные формы кромок, переднего угла и особых материалов для резаков по нержавеющей стали.

Читайте также:  Стиральная машина аюко инструкция

Существует два вида специализированных режущих инструментов:

  • с химически осажденным покрытием режущей кромки (CVD);
  • с физически осажденным покрытием (PVD).

Инструменты с химически осажденными покрытиями (CVD) позволяют обрабатывать на токарных станках нержавейку на высоких скоростях, дольше не изнашиваются. Но эти резаки очень тяжело править.

Инструменты с физически осажденными покрытиями (PVD) применяются для аустенитных нержавеек. Они тоньше, чем CVD, с ровной поверхностью и острой режущей частью. Но изнашиваются они быстрее (так как толщина покрытия меньше), работают на меньших скоростях.

Виды резцов

Наивысшую износостойкость показывают резцы с покрытием TiC из твердых сплавов. В процессе производства их цианируют или азотируют. Дорогой и очень эффективный способ укрепления пластин — покрытие нитридом бора кубическим.

Твердосплавные резцы ВК3, Т15К6 и Т30К4 достаточно прочны, тверды и длительное время не изнашиваются. Большей вязкостью отличаются Т5 К110 и Т5К7, они изнашиваются быстрее. А вот для ударных нагрузок предпочтительнее использовать пластины с напайками высокой вязкости ВК8 и ВК6А.

Технологии обработки

Существуют приемы, позволяющие минимизировать отрицательные свойства нержавеющей стали:

  • минимизировать толщину снимаемого слоя металла и увеличить скорость вращения шпинделя — обработанная таким образом поверхность получится более шероховатая;
  • использовать кислоту в качестве смазки — значительно повышает износостойкость резаков, предотвращает появление наклепа, но приводит к быстрому разрушению токарного станка, а также плохо влияет на здоровье человека.

Видеоролик демонстрирует процесс изготовления штуцеров из нержавеющей стали:

Нержавеющую сталь начали обрабатывать с начала 1900-х годов, однако, и по сей день этот процесс представляет трудности.

«Самая главная трудность заключается в том, что производители традиционно обрабатывали нержавеющую сталь на малых скоростях, – отмечает Стив Джейсел, старший менеджер по продукции канадской компании Iscar Tools, расположенной в г. Оквилл. – Параметры резания были не столь агрессивны, как при обработке углеродистой и легированной марок стали, и производительность оставалась невысокой. Сегодня компании ищут более быстрые и экономичные способы повышения производительности. Производители режущего инструмента зачастую слышат пожелания по увеличению скорости, оптимизации контроля стружкоудаления, достижению наилучшего качества резки и сокращению общего времени на изготовление детали».

Механическая обработка нержавеющей стали сопряжена с тремя основными проблемами: стружкоудаление, деформационное упрочнение и ресурс режущей пластины. В то же время нужно помнить, что в зависимости от содержания никеля и хрома различные виды нержавеющей стали могут иметь разную обрабатываемость.

Основными видами нержавеющей стали являются аустенитная, ферритная/мартенситная/дисперсионно-твердеющая и дуплексная (аустенинто-ферритная) сталь.

«Аустенитные сплавы обладают высоким содержанием никеля, что повышает их прочность и вероятность образования нароста на режущей кромке», – поясняет Курт Людкинг, менеджер по токарному инструменту компании Walter USA, г. Уокешо, США. «В ферритных/мартенситных/дисперсионно-твердеющих марках стали содержание никеля ниже, а хрома – выше. Благодаря повышенному содержанию хрома данные сплавы отличаются прочностью и большей абразивностью, что вызывает быстрый и интенсивный износ режущей пластины».

«Более высоколегированные дуплексные марки стали довольно трудно обрабатывать, – добавляет Кевин Бертон, специалист по продукции канадского подразделения Sandvik Coromant, расположенного в г. Миссиссога, – особенно в плане тепловыделения, усилия реза и стружкоудаления». По словам Бертона, распространенными механизмами износа являются износ по задней поверхности и лункообразование, пластическая деформация, выкрашивание режущей кромки и образование проточин.

Выбор инструмента для работы по нержавеющей стали также зависит от сферы применения, как утверждает Алекс Ливингстон, менеджер по продукции Tungaloy Americas, г. Брантфорд, Канада. «Некоторые процессы включают переход от прерывистого точения к непрерывному, и в каждом случае могут потребоваться различные виды стружколомов и резцов из различных материалов. Эффективная обработка нержавеющей стали обеспечивается за счет жесткого крепления резца, поскольку жесткость – залог производительности инструмента».

Распространенной проблемой является использование инструмента, не предназначенного для нержавеющей стали. «Люди зачастую используют неподходящие комбинации материалов и геометрии, – поясняет Чед Миллер, менеджер по токарному инструменту американской компании Seco Tools, расположенной в г. Трой. – Существуют материалы и стружколомы, специально разработанные для токарной обработки нержавеющей стали. Они решают основные проблемы, связанные с обработкой данного сплава, такие как деформационное упрочнение и износ инструмента».

Контроль удаления стружки

При токарной обработке в силу ее характера образуется длинная витая стружка, а накапливание стружки, как известно, оказывает губительное влияние на процесс обработки. Учитывая склонность нержавеющей стали к самоупрочнению при деформации, для эффективного удаления стружки необходима сложная геометрия стружколома и максимальная подача смазочно-охлаждающей жидкости.

Например, в случае высоколегированных дуплексных сталей, по утверждению Бертона, «стружкоудаление и смазочно-охлаждающая жидкость играют важную роль в предотвращении пластической деформации». Он предлагает использование режущих инструментов с внутренней подачей смазочно-охлаждающей жидкости под высоким давлением по нескольким причинам:

  • это обеспечивает наиболее эффективное охлаждение режущей пластины вблизи горячей зоны обработки;
  • стружка быстро отводится от поверхности резца, препятствуя его износу;
  • стружка ломается на мелкие части для облегчения ее удаления из зоны резания.
Читайте также:  Как сшить японскую юбку

Важную роль играет конструкция стружколома. «По возможности следует использовать стружколом с положительной геометрией для уменьшения теплообразования, – советует Ливингстон. – Положительный передний угол стружколома снижает самоупрочнение и нарост на режущей кромке – основные факторы повреждения при обработке нержавеющей стали».

Самое важное, по мнению Джейсела – это использование стружколома, предназначенного для нержавеющей стали. Не так давно компания Iscar модифицировала всю свою линейку режущего инструмента для нержавеющей стали и представила новые инструменты для черновой, получистовой и чистовой обработки данного материала.

«Большинство стружколомов могут работать с широким спектром материалов. Отличительная черта наших новых моделей – нацеленность именно на нержавеющую сталь. Инструменты общего назначения не показывают таких результатов, как стружколомы, обладающие специализированными характеристиками, которые позволяют добиться высокой производительности и значительно облегчить выбор режущих инструментов для обработки нержавеющей стали».

Самоупрочнение при деформации

Аустенитная нержавеющая сталь как никакая другая склонна к самоупрочнению при деформации, что усложняет процессы ее черновой, получистовой и чистовой обработки. По мере упрочнения повышается степень износа режущей пластины. Для решения этой проблемы производители режущего инструмента разработали пластины с более острыми кромками и стойкими к износу поверхностями. «Острая режущая кромка позволяет избежать образования нароста и самоупрочнения, а покрытие повышает износостойкость», – уверяет Людкинг.

Проблема встает еще более остро, если обработка предполагает несколько проходов. «Если одного прохода недостаточно, можно изменить глубину резания. Например, чтобы снять слой материала толщиной 5 мм, лучше сделать два прохода по 2,5 мм. Однако в отношении данного материала предпочтительно делать проходы неравными. На мой взгляд, первый проход глубиной 3 мм и второй – 2 мм будет оптимальным решением проблемы упрочнения», – предлагает Миллер.

Ресурс режущей пластины

Самоупрочнение сокращает срок службы инструмента. Производители видят решение проблемы износа в оптимизации геометрии – более острой заточки кромок и использовании положительного переднего угла, а также в применении новых покрытий для работы на высоких скоростях и подачах.

«Создание режущих инструментов для нержавеющей стали – это всегда поиск компромисса, – поясняет Людкинг. – Толстые покрытия, нанесенные методом химического осаждения (CVD), повышают стойкость к износу и позволяют перейти к более высоким режимам резания, увеличивая тем самым производительность. В то же время такие покрытия сложнее поддаются заточке».

Покрытия, наносимые методом физического осаждения (PVD), используемые в основном для нержавеющих сталей аустенитного класса, имеют меньшую толщину, обеспечивая остроту кромки и гладкость поверхности. При этом режимы скорости и подачи ниже, и в связи с малой толщиной высока вероятность повреждения и быстрого износа инструмента.

Одни производители разрабатывают новые варианты покрытий CVD и PVD для решения упомянутых проблем, в то время как другие развивают процессы финишной обработки в целях повышения износостойкости.

«С применением нашей новой технологии пользователи отметили приближение параметров получистовой обработки нержавеющей стали к параметрам обработки углеродистых и легированных марок, – отмечает Джейсел. – Скорость резания значительно выросла: раньше она составляла 122-137 м/мин, теперь же достигает 274 м/мин».

Тем временем Tungaloy недавно представила новые модели инструментов для обработки нержавеющей стали. Данные инструменты имеют покрытие, наносимое методом химического и физического осаждения по технологии «PremiumTec», которое обладает высокой стойкостью к выкрашиванию и обеспечивает непревзойденную гладкость поверхности, как пояснил менеджер компании Алекс Ливингстон.

Ряд производителей предлагает использовать режущие пластины с геометрией Wiper, которые предоставляют высокое качество обработки поверхности на высоких скоростях подачи.

«Как правило, для достижения гладкой поверхности требуется подача на малых скоростях, – отмечает Миллер. – Но с помощью пластины Wiper обработка может осуществляться в три раза быстрее, при этом качество поверхности будет таким же, как и с использованием обычной пластины. Кроме того, при высокой скорости подачи обеспечивается лучший контроль стружкоудаления».

В то время как производители соревнуются в новых разработках, некоторые проблемы остаются неразрешенными. Одна из них – все растущая потребность в повышении скорости обработки.

«Производительность определяется скоростными возможностями, и здесь всегда присутствует простор для совершенствования», – утверждает Людкинг.

По его словам, еще одной сферой модификаций, возможно, станет развитие технологии стружколомов. Он предсказывает «непрерывное совершенствование геометрии для контроля стружкоудаления в расширенном диапазоне подач, что упростит для пользователя выбор режущих пластин при работе на низких и высоких скоростях».

Автор статьи-оригинала:
Mary Scianna

Коррозионностойкая сталь – материал, незаменимый для создания механизмов, изделий, конструкций, испытывающих высокие нагрузки и воздействие агрессивных сред. Однако механическая, в том числе токарная, обработка нержавеющих сталей – процесс, вызывающий определенные трудности. Полный перенос способов обработки обычных углеродистых сталей на коррозионностойкие марки невозможен. Поскольку это приведет к снижению производительности процесса и ухудшению качества конечного продукта. Основные проблемы в работе с нержавейкой – затрудненное удаление стружки, деформационное упрочнение, низкий ресурс режущего инструмента. Если ранее эти препятствия частично преодолевались с помощью резания на низких скоростях, то сегодня такое решение не удовлетворяет требованиям современных производств. Поэтому инженеры постоянно разрабатывают новые технологии и инструменты, облегчающие обработку нержавейки.

Читайте также:  Укв ип 2 переделка на фм диапазон

Способы улучшения стружкоудаления

Токарная обработка – это процесс, в результате которого образуется длинная витая стружка, накапливание которой затрудняет работу. Для удаления стружки нержавеющих сталей предлагается использовать режущий инструмент с внутренней подачей СОЖ под давлением, что особенно эффективно для высоколегированных сталей. Применение такого инструмента обеспечивает:

  • эффективное охлаждение режущей кромки;
  • ломку стружки на мелкие частицы, облегчающую ее быстрое удаление из зоны реза.

Минусом такого способа является большой расход охлаждающей жидкости. На высокоточных производствах и в военной промышленности применяют самый дорогой и эффективный метод – охлаждение с использованием углекислоты.

Важную роль в обработке нержавейки на токарном станке играет конструкция стружколома. Специализированный инструмент для коррозионностойких сталей должен иметь положительный внешний угол, который снижает самоупрочнение и нарост металла на режущей кромке.

Снижение самоупрочнения при деформации

Наиболее сильно самоупрочнению, усложняющему процессы черновой, получистовой и чистовой обработки, подвергаются стали аустенитного класса. Для минимизации этого фактора рекомендуется применение режущих пластин с острыми кромками и покрытиями, обладающими повышенной износостойкостью.

При необходимости снятия достаточно толстого слоя, требующего нескольких проходов резца, рекомендуется первый проход делать более глубоким. Второй и при необходимости третий снимаемые слои должны быть мельче.

Повышение ресурса режущей пластины

Увеличения срока службы резца можно добиться:

  • острой заточкой кромок;
  • использованием положительного переднего угла;
  • нанесением инновационных покрытий, позволяющих работать на высоких скоростях.

Современные покрытия разделяют на типы:

  • CVD – наносятся методом химического осаждения. Обеспечивают возможность работы на высоких скоростях, но усложняют процесс заточки.
  • PVD – наносятся способом физического осаждения и используются для сталей аустенитного класса. Для них характерны: небольшая толщина, гладкая поверхность, возможность повреждения при повышенных скоростях резания и мощных подачах.

Инновационным вариантом являются покрытия, наносимые методом PremiumTec. Они демонстрируют сочетание высокой стойкости к крошению и гладкой поверхности.

Еще один способ повышения износостойкости резцов – использование кислот в качестве смазки. Однако такой метод применяется редко из-за токсичности и вредного влияния на механизмы токарного станка.

Режущий инструмент для токарной обработки нержавеющей стали

Главным рабочим органом токарных станков является резец, дополнительно могут использоваться сверла, зенкеры, развертки, плашки.

Токарные резцы различают по назначению:

  • Проходные – прямые и отогнутые. Используются для получения цилиндрических поверхностей.
  • Подрезные – для обработки торцов.
  • Расточные – для получения отверстия требуемого диаметра.
  • Отрезные – применяются для резки заготовок из нержавеющей стали на мерные части.
  • Резьбонарезные – для получения внутренней и наружной резьбы.
  • Фасонные – для обработки фасонных поверхностей.

Для работы с коррозионностойкими сталями, а также твердыми металлами типа титана и его сплавов используют не только цельные, но и составные резцы. Одним из материалов, востребованных для изготовления вставок для резцов, является эльбор – искусственная альтернатива алмазу, представляющая собой кристаллы кубического бора. Используют обычно такие резцы на закаленных сталях. Эффект от их применения можно получить только при отсутствии вибраций и биения.

Также при изготовлении режущих пластин для работы по нержавейке применяют твердые сплавы следующих типов:

  • «износостойкие» – Т30К4, Т15К6;
  • более вязкие, но менее износостойкие, – Т5К7, Т5К10;
  • имеющие значительную вязкость и нечувствительность к ударам – ВК8, ВК6А.

Для чистовой и отделочной обработки используют минералокерамику.

Оборудование для работы с коррозионностойкими сталями

К токарным станкам, на которых планируется резать заготовки из нержавейки, предъявляется комплекс требований, таких как:

  • повышенная жесткость механизмов, позволяющая воспринимать большие силы резания;
  • высокая стойкость к вибрациям системы «станок – режущий инструмент – деталь» при значительных ударных нагрузках;
  • запас мощности станка для обеспечения значительной подачи.

Наибольшую точность размеров и минимальную шероховатость обеспечивают станки с ЧПУ, особенно они эффективны при обработке заготовок со сложной поверхностью с криволинейными образующими.

К современным технологическим приемам, применяемым при обработке нержавеющей стали на токарных станках, относится введение в зону реза:

  • ультразвуковых колебаний, уменьшающих силу трения;
  • слабых токов, позволяющих снизить электродиффузионный и окислительный износ инструмента.

Ссылка на основную публикацию
Какие обои подойдут к зеленому потолку
Сегодня, оформление потолка в зеленых цветах встретишь нечасто. Но и зря. Ведь данный вариант (зеленый потолок) неплохой для всех комнат...
Какие бывают углы канализационной 110 трубы
Деталь, без которой создать систему удаления стоков невозможно — канализационный отвод. Повороты в трубопроводе, присоединение источников грязной воды (моек, ванных,...
Какие обои подойдут к зеленому потолку
Сегодня, оформление потолка в зеленых цветах встретишь нечасто. Но и зря. Ведь данный вариант (зеленый потолок) неплохой для всех комнат...
Какие цвета пластилина смешать чтобы получить красный
При лепке из пластилина часто приходится смешивать разные цвета. Чтобы не ошибиться с выбором цвета, надо сначала попробовать смешать маленькие...
Adblock detector