Режимы резания при обработке закаленных сталей

Скорость резания, м/мин, при нарезании кре­пежной резьбы резцами с пластинами из твердого сплава где i_x –число рабочих ходов.

Значения C _ʊ, х, у, m даны в табл. 4.39. Тангенциальная составляющая (Н) силы ре­зания при нарезании резьбы резцами

Крутящий момент (Н-м) при нарезании резь­бы метчиками, резьбовыми головками.

4.37. Значения коэффициента С_р и показателей степени при обработке конструкционной углеродистой стали с σ_в = 750 МПа

Значения подачи S_z на один зуб гребенчатой фрезы

4.39. Значения коэффициентов и. показателей степени в формулах для определения скорости резания для резьбовых инструментов при обработке конструкционной углеродистой стали с σ _В = 75О МПа

Примечание. Нарезание резьбы производится с применением СОЖ, рекомендованных для данного вида обработки.

4.40. Значения коэффициентов и показателей степени при нарезании резьбы в стали конструкционной углеродистой ( σ _в=750 МПа)

М_кр = 10 C_MD q F , где Р—шаг резьбы, мм; i — число рабочих ходов; D — номинальный диа­метр резьбы, мм.

Коэффициент k_p учитывает качество обраба­тываемого материала.

Значения С_р , С , у и q приведены в табл. 4.40.

Мощность, кВт, при нарезании резьбы: рез­цами Р = F_t ʊ/(1020-60), при нарезании метчи­ками, плашками и резьбовыми головками Р = Мп/975, где п= 1000ʊ/( πD ).

Протягивание осуществляется при продоль­ном движении многозубого инструмента. Элементами резания при протягивании являются периметр обрабатываемой поверхности — наи­большая суммарная длина лезвий всех одно­временно режущих зубьев (мм), подача на одни зуб S_z (мм/зуб) и скорость резания ʊ.

Периметр обрабатываемой поверхности сос­тавляет B_Zi / z_c . Здесь В —длина обрабатывае­мого контура заготовки; Z ₁— l / t — наибольшее число одновременно режущих зубьев, где l — длина обрабатываемой поверхности, мм; t — шаг режущих зубьев; z _с — число зубьев в сек­ции протяжки при прогрессивной схеме ре­зания. Вычисленное значение z ₁ округляют до ближайшего целого числа.

4.41. Параметры режима резания при шлифовании

*В — ширина круга, мм.

4.42. Значения коэффициента С _n и показателей степени r , х, у, q

Обозначения: СЗН — сталь закаленная и незакаленная; СЗ — сталь закаленная; СН — сталь незакаленная.

Шлифование осуществляется абразивным инструментом. Основными элементами резания при шлифовании являются: линейная скорость или скорость поступательного движения заго­товки ʊ_з, (м/мин), толщина снимаемого слоя t (мм), продольная подача S _{п p} . Она измеряется в направлении его оси в мм на один оборот за­готовки при круглом шлифовании или в мм на каждый ход стола при плоском шлифовании периферией круга.

Режимы резания при различных видах шли­фования конструкционных и инструментальных сталей приведены в табл. 4.41.

Эффективная мощность (кВт) при шлифова­нии периферией круга с продольной подачей Р = С _N ʊ r ₃ t x S y d q , при шлифовании торцом круга P = C_N ʊ r t x b r , где С _N — коэффициент, завися­щий от вида шлифования и диаметра шлифуе­мой поверхности; d — диаметр шлифования, мм; Ь — ширина шлифуемой поверхности, мм, рав­ная длине шлифуемого участка заготовки при круглом шлифовании и поперечному размеру поверхности заготовки при шлифовании торцом круга.

Значения параметров С_N r , х, у, q приведе­ны в табл. 4.42.

Режимы резания при обработке закаленных сталей

- иногда встречается в литературе еще один диапазон 65-70 HRC и до 90 HRA (это область применения PCBN инструментов)

Нас в большей степени будут интересовать первые три диапазона твердости закаленной стали. Кстати еще нужно оговорится, что и хим.состав закаленных сталей, тоже оказывает существенное влияние на обрабатываемость (но этот материал уже выходит за рамки данной статьи). Так же важно понимать вид термообработки и глубину закаленного слоя - либо это сквозная закалка стали, либо это варианты ХТО (цементация, нитроцементация, азотирование).

А дело в том, что незначительное увеличение твердости по шкале HRC вызывает значительное увеличение нагрузки на режущую кромку инструмента. И это важно, в выборе геометрии режущей части инструмента. Ниже, для наглядности, представлена информация с сайта Hoffmann Group.

Уильям Дж. Ховард-младший, менеджер по продукции для вертикальных обрабатывающих центров Makino, написал книгу по твердому фрезерованию - «Решения для высокоскоростного твердого фрезерования» от Hanser Gardner Publications.

Если в цехе есть действительно высокопроизводительный станок с более производительным инструментом, и при отсутствии рекомендаций экспертов, предлагающих более конкретные параметры, диапазоны и уравнения, представленные ниже рекомендации, должны дать хорошую отправную точку для применения твердого фрезерование более эффективно.

Использование концевой фрезы с шаровой головкой для твердого фрезерования сложных поверхностей штампа и пресс-формы только делает потребность в высокой скорости более вероятной. Когда шарообразный инструмент режет на небольшой осевой глубине резания, инструмент не режет на весь свой диаметр.

Чтобы определить значение частоты вращения, необходимое для достижения необходимого значения sfm с таким инструментом, используйте эффективный диаметр инструмента, который рассчитывается по формуле на рисунке

Нагрузка на кромку или скорость подачи в мм на зуб можно приблизительно определить как функцию от фактического диаметра инструмента. В качестве отправной точки для подачи жесткого фрезерования используйте следующие диапазоны:

Глубина резания зависит от твердости материала - до определенной степени. Более важным фактором, влияющим на ступенчатость (или радиальную глубину резания), может быть желаемая чистота поверхности детали. Это максимальная глубина резания, которая должна использоваться при твердом фрезеровании.

Эти максимальные значения продлевают срок службы инструмента. Однако, когда целью твердого фрезерования является также гладкость поверхности, может потребоваться еще меньшая радиальная глубина.

Само требование к чистоте поверхности может быть использовано для расчета этого более легкого перехода. Это потому, что значение шероховатости поверхности является показателем высоты неровностей между проходами, а высота неровностей между соседними проходами может быть математически определена по радиусу шара.

Формула, связывающая радиальную глубину резания с чистотой поверхности с помощью сферического инструмента, показана на рисунке. Термин косинус отражает возможность обработки углов уклона или конических или наклонных поверхностей. «А» - это средний угол зацепления между инструментом и наклонной поверхностью.

Скорость подачи также влияет на качество поверхности. Проход каждой режущей кромки по мере продвижения инструмента создает собственный «острие». Следовательно, если целью является гладкая поверхность, то то же значение, вычисленное как предел радиальной глубины, также должно применяться в качестве верхнего предела скорости подачи инструмента в мм на зуб.

Ключом к стойкости инструмента и качеству обработки при фрезеровании, и особенно высокоскоростном фрезеровании закаленной стали, является поддержание постоянной стружкодробной нагрузки на режущие кромки фрезерного инструмента.

Нагрузка на кромку широко варьируется; если нагрузка слишком мала или слишком велика, инструмент либо изнашивается слишком быстро, либо выкрашивается, либо ломается. Многочисленные проходы с высокой скоростью и подачей с небольшой глубиной резания - лучший способ обеспечить качество продукции.

Одна и таже фреза при одинаковых . станок, деталь, оснастка, скорость резания. но работая по разным составленным управляющим ЧПУ программам дает различную стойкость.

В первом случае это были обычные проходы фрезой (по сути строчками), при этом стойкость инструмента составила в пределах 20-25 минут рабочего времени.

Во втором случае это была изменена программа, с траекторией движения инструмента обеспечивающий плавный вход по дуге в заготовку, постоянство припуска (нагрузки) на режущей кромке, сглаживание траектории движения и отсутствие выводов инструмента из материала до конца обработки. при этом стойкость инструмента составила более часа рабочего времени.

Одна и таже фреза при одинаковых. станок, деталь, режимы. но зажатая в различной шпиндельной оснастке (применялась стратегия скоростной обработки)

В первом случае это была термооправка, и на фрезе, довольно быстро, появлялись микросколы на кромке и требовалась коррекция по скорости резания (хотя казалось бы, термооправка, хорошая жесткость закрепления). Во втором случае это был цанговый патрон ER типа повышенной точности, при этом фреза работала даже спокойнее, чем в первом случае, при умеренных режимах.

И в третьем случае, это был гидропластовый патрон, его применение позволило даже увеличить скорости резания (а следовательно и производительность), улучшило не только стойкость инструмента, но и чистоту обработанной поверхности.

Обработка с применением ВСО стратегии накладывает свои требования и на инструмент, и на оборудование, и на управляющие программы

И это тоже отчасти верное утверждение в определенных случаях . Если Вы работаете на невысоких режимах при хорошей СПИД , и температура в зоне резания не высока, и при этом в обработке материал по твердости близкий к 60 HRC, то зачастую пластины с многослойным СVD покрытием, в составе которого есть толстый слой типа Al2O3 и ультрамелкозернистой основой дадут вполне хороший результат. Для материалов 40-55 HRC предпочтительна более острая кромка инструмента и PVD покрытие.

Применение скоростной стратегии обработки инструментом с универсальным покрытием малоэффективна, т.к. температура в зоне резания может быть близка или даже выше 600-800 градусов, и стойкость подобного покрытия (и самого инструмента) будет крайне не высокой.

Для понимания сути проблемы хорошо бы иметь наглядность, какой тип износа преобладает с повышением температуры в зоне резания.

Различные виды покрытий имеют не только разный хим.состав, толщину, коэф.трения и т.д., но разную износостойкость при определенной температуре резания. При этом для обработки закаленных сталей покрытие должно не только хорошо работать на износ при высокой температуре, но и воспринимать знакопеременные нагрузки, перепады температур и иметь малую склонность к диффузии.

Чисто для примера типы покрытий из каталогов Silmax (Италия) и HGT (Тайвань) для монолитного инструмента.

Назревает вопрос: "А какой и чей инструмент тогда целесообразно применять для фрезерования закаленных материалов?"

Вот тут советы раздавать сложно, не хочется плохо говорить о любых производителях инструмента, но выделить более интересных видимо стоит.

Фрезерные тв.сплавные пластины производителя тоже хорошо справляются с материалами твердости выше 60HRC+

Производителей осевого монолитного инструмента для фрезерования закаленных сталей довольно много, можно применять даже фрезы китайского фабричного или тайваньского производств. Но вот когда речь заходит о высокой производительности процесса, высокой технологической повторяемости, то многие такие дешевые инструменты становятся не целесообразны.

Говоря про корпусные фрезы со сменными тв.сплавными пластинами, нужно отметить, что не все фрезы и формы и геометрии пластин подходят для обработки закаленных сталей. Наибольшей популярностью пользуются круглые пластины и пластины для фрез для больших подач. Но при этом для обработки закаленных материалов такие пластины имеют соответствующую геометрию режущей кромки, сплав и износостойкое покрытие.

Но как бы не совершенствовались тв.сплавные инструменты, какие бы покрытия не применялись. но применение инструментов из PCBN и керамики, на материалах с твердостью выше 60 HRC наиболее целесообразно с точки зрения повышения производительности обработки (но при этом дополнительно накладываются требования более высокой жесткости СПИД), а на материалах с твердостью выше 63-65 HRC керамика и PCBN являются единственным возможным решением данной проблемы.

Из-за высокого уровня энергии, необходимого для создания стружки в закаленной стали, и абразивного действия заготовки, нужен инструмент из ультрамелкозернистой тв.сплавной заготовки с минимальным содержанием кобальта, чтобы выдерживать высокие нагрузки и температуры, наблюдаемые при сухой обработке.

Карбиды с покрытием обеспечивают хороший компромисс между термостойкостью и износостойкостью, а также между прочностью и вязкостью. Керамика и PCBN определенно обладают хорошими тепловыми и износостойкими свойствами, но они более хрупкие, когда дело касается ударов и неблагоприятных условий резания.

Керамика плохо себя чувствует в ситуациях, когда возникает вибрация (чрезмерный вылет инструмента и менее жесткие шпиндели или приспособления). Повреждения инструмента из керамики обычно носит механический характер. Даже при нормальных условиях фрезерования керамический инструмент изгибается при входе в резание и выходе из него.Этот изгиб вызывает скалывание режущей кромки на микроскопическом уровне. То, что выглядит как износ по задней поверхности, на самом деле является микросколом, вызванным прогибом и усилиями, действующими на инструмент. По мере распространения микросколов инструмент в конечном итоге выходит из строя.

Однако, несмотря на это, керамика широко применяется для фрезерования закаленных сталей, чугуна и жаропрочных сплавов. Это связано с тем, что кобальтовая связка карбида начинает размягчаться при температуре около 800 ° С, в то время как керамика может эффективно работать при температурах примерно до 2000 ° С. «Керамика и PCBN появляются там, где карбид исчезает», чем выше твердость, тем больше тепло, выделяемое во время обработки.

Поскольку керамика более безразлична к нагреву, скорость резки может быть намного выше. Во многих случаях твердость карбидов позволяет увеличить нагрузку на зуб, но значительное увеличение скорости с применением керамических инструментов, обеспечивает более высокую производительность. Все сводится к экономике.

Керамическими могут быть не только пластины для фрез, но сами монолитные фрезы (при этом они обеспечивают стойкость по времени соразмерную с тв.сплавными фрезами, но ведут обработку на скорости в 10-15 раз выше, чем тв.сплавные фрезы). Повышение температуры в зоне резания позволяет вести скоростную обработку при меньших силах резания.

Перлит , в свою очередь, осложняет процесс резания следующими факторами: сильный абразивный износ; повышенные силы резания.

Обрабатываемость резанием сталей с содержанием C < 0,25 % в значительной мере обусловлена вышеназванными свойствами феррита. При низких скоростях резания на режущей кромке образуются наросты. С повышением скорости резания износ инструмента постепенно увеличивается, при этом возрастает и температура резания. Учитывая эти факторы, следует выбирать инструмент по возможности с положительным передним углом. Поверхности низкого качества и с множеством заусенцев образуются прежде всего при низких скоростях резания, обусловленных технологией обработки.

Для углеродистых сталей с содержанием C от 0,25 до 0,4 % свойства перлита влияют на обрабатываемость резанием следующим образом: снижаются склонность к налипанию и образование наростов на режущей кромке; вследствие повышенной нагрузки на зону контакта возрастает температура резания и увеличивается износ инструмента; структура материала положительно влияет на чистоту обработки поверхности, на количество и форму стружки.

При дальнейшем повышении содержания углерода (0,4 % < C < 0,8 %) доля перлита увеличивается, а при 0,8 % C перлит остается единственной структурной составляющей. В целом стали считаются материалом, хорошо поддающимся резанию, только с точки зрения образования стружки и чистоты обработки поверхности. Вследствие повышенной твёрдости и прочности надлежит считаться с интенсивным износом. Для уменьшения износа следует работать с пониженной скоростью или с использованием СОЖ.

В заэвтектических углеродистых сталях (C > 0,8 %) при медленном охлаждении на воздухе также образуются феррит и цементит . В отличие от доэвтектических углеродистых сталей ферритовая решетка не образуется, феррит присутствует только в качестве раствора в перлите. Образование перлита начинается непосредственно от границ зерна аустенита. При содержании углерода значительно выше 0,8 % на границах зерна происходит осаждение цементита, т.е. даже свободный цементит образует оболочку вокруг зерен аустенита или перлита. Подобные стали при обработке резанием вызывают очень сильный износ. Наряду с интенсивным абразивным воздействием твёрдых и хрупких структурных составляющих, возникающие высокие давления и температуры даже при

сравнительно низких скоростях резания вызывают сильный износ по передней и задней поверхностям. В связи с этим надлежит работать с низкими скоростями резания и большими поперечными сечениями стружки, а также с прочными режущими кромками.

В инструментальных, легированных и быстрорежущих сталях увеличение легирующих элементов всегда приводит к ухудшению обрабатываемости (до Коб = 0,6) и росту шероховатости обработанной поверхности вследствие образования твердых карбидов. При этом, как правило, повышаются предел прочности σв при растяжении и твердость сталей, возрастает сопротивление сталей обработке резанием. Наихудшую обрабатываемость имеют структуры: сорбитообразный перлит, сорбит и тростит после закалки и отпуска. Наилучшей по обрабатываемости структурой инструментальных сталей является зернистый перлит с равномерно распределенными мелкими карбидами после тщательной проковки и сфероидизирующего отжига. В целом же в зависимости от химического состава у высоколегированных сталей коэффициент обрабатываемости снижается от Коб = 0,65 (хромистые, коррозионностойкие стали) до Коб = 0,3 (хромоникелевые жаростойкие стали).

Низкоуглеродистая сталь … такая как Ст. 3, Сталь 20… (содержание углерода <0,25%) требует особого внимания из-за сложностей со стружкодроблением и тенденции к налипанию (наростообразование на режущей кромке). Для дробления и отвода стружки необходимо обеспечить как можно большую подачу. Необходимо использовать высокую скорость резания для предотвращения наростообразования на режущей кромке пластины, которое может отрицательно сказываться на качестве обработанной поверхности. Применение пластин с острыми кромками и геометриями для ненагруженного резания уменьшают тенденции к налипанию материалов и предотвращают разрушение кромки.

При чистовой обработке таких сталей рекомендуется применение острых полированных геометрий пластин из кермета, при этом скорость резания должна быть в пределах от 150 до 450 м/мин (в зависимости от условий обработки и производителя пластин значение скорости резания может доходить до 500-700 м/мин). Кермет обеспечивает не только превосходную остроту режущей кромки, но способствует минимальному взаимодействию материала инструмента и обрабатываемого материала, что в свою очередь способствует получению высокого качества обрабатываемых поверхностей. Кермет как правило плохо работает на скоростях ниже 100 м/мин, качество обработки и стойкость пластин заметно снижаются.

Применение высококачественных СОЖ для чистовой обработки так же способствует улучшению обрабатываемости низкоуглеродистых сталей.

При фрезеровании низкоуглеродистых сталей основной проблемой так же является образование наростов и заусенцев. Одним из вариантов решения проблемы является применение скоростной обработки, применение инструментов с острой геометрией, применение качественных СОЖ.

Обрабатываемость низколегированной стали зависит от содержания легирующих элементов и термообработки (твёрдости). Для всех материалов в этой группе наиболее распространёнными механизмами износа являются лункообразование и износ по задней поверхности. Поскольку упрочнённые материалы выделяют в зоне резания больше тепла, распространённым механизмом износа также является пластическая деформация. Для низколегированной стали в неупрочнённом состоянии первым выбором будет серия сплавов и геометрий для стали. Для точения упрочнённых материалов предпочтительно использовать более твёрдые сплавы, пластины с многослойными износостойкими покрытиями (в определенных случаях керамику и CBN).

Высоколегированные стали с общим содержанием легирующих элементов более 5%. В эту группу входят и мягкие, и упрочнённые материалы. Обрабатываемость снижается с ростом содержания легирующих элементов и твёрдости. Что касается низколегированных сталей, то первым выбором будут сплавы и геометрии для стали. Сталь с содержанием легирующих элементов более 5% и твёрдостью более 450 HB предъявляет дополнительные требования в плане стойкости к пластической деформации и прочности кромки. Часто для сталей, в состав легирующих элементов которой входят хром, титан, марганец - рекомендуется применение прочных сплавов пластин с многослойными износостойкими покрытиями подобными для обработки чугунов, поскольку преобладающим становится износ по задней поверхности, выкрашивания.

При фрезеровании сталей высокой твёрдости важное значение приобретает взаимное расположение заготовки и фрезы для предотвращения выкрашивания режущей кромки (во избежание излишнего увеличения толщины стружки на выходе, а также по возможности проводить черновую обработку без применения СОЖ).

Нужно заметить, что в каталогах различных производителей инструмента мартенситные нержавеющие стали (типа 20Х13, 40Х13, 65Х13, 14Х17Н2, 95Х18 и др.) часто вносят в таблицы раздела группы Р. При обработке подобных материалов назначаются инструменты (марки сплавов) соответствующие для обработки сталей из раздела ISO группы Р. Мартенситная структура твердая, и вызывает в основном износ по задней поверхности. Применение твердых сплавов с многослойными износостойкими покрытиями, которые в сочетании обеспечивают и хорошую термостойкость, и высокую износостойкость позволяют вести обработку таких сталей без особых сложностей. Коэффициент обрабатываемости таких сталей в отожженном состоянии, или в закаленном и отпущенном состоянии при твердости 270-340HB для твердого сплава составляет Кʋтв.спл.=0,6-0,8.

Обрабатываемость многих сталей улучшается в результате отжига и отпуска , которые приводят к снижению действительного предела прочности при максимальном выделении из твердого раствора и максимальной коагуляции карбидов. Плохо обрабатываются стали и как с очень низкой твердостью, так и с высокой.

- мартенситные стали, которые имеют в качестве основной структурной составляющей мартенсит. Они содержат от 12 до 17 % Cr (хромистые стали) и имеют достаточно высокое содержание углерода (C), что позволяет подвергать такие сплавы закалке.

- мартенситно-ферритные сплавы имеют структуру, в которой, кроме мартенсита, содержится более 10 % феррита. Они включают от 13 до 18 % Cr (хромистые стали).

- ферритные стали отличаются структурой, основанной на феррите. В их составе есть от 13 до 30 % Cr (хромистые стали). Такие сплавы отличаются магнитными свойствами. Они имеют доступную себестоимость, что обусловлено низким содержанием никеля.

- аустенито-мартенситные стали имеют структуру, состоящую из аустенита и мартенсита в определенных пропорциях. Они включают от 12 до 18 % Cr и от 4 до 9 % Ni (хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые стали).

- аустенито-ферритные сплавы имеют структуру, включающую аустенит и минимум 10 % феррита (хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые стали).

- аустенитные стали имеют структуру, основанную на аустените (хромоникелевые стали, хромомарганцевоникелевые стали).

В сравнении с обычными сталями, высоколегированные коррозионно-стойкие и жаростойкие стали обладают худшей обрабатываемостью, так как содержат в больших количествах легирующие элементы: хром (15. 18 %), никель (8. 11 %), марганец (1.. .2 %). Иногда в них входят в небольших количествах титан, вольфрам, молибден, ниобий при некотором снижении содержания хрома и никеля.

Снижение обрабатываемости этих сталей связано с изменением их механических и теплофизических свойств. Например, жаростойкие (окалино-стойкие) и жаропрочные стали аустенитного класса отличаются высокой упрочняемостью при резании. Некоторые марки сталей в процессе пластического деформирования склонны к структурным превращениям, заключающимся в переходе аустенита в мартенсит. Эти стали, как правило, имеют низкую теплопроводность, что затрудняет отвод теплоты из зоны резания в стружку и заготовку. При этом повышаются температура резания и интенсивность износа инструментов, возможно образование термических трещин на кромках инструмента (пластин).

Стоит заметить, в определенных случаях предварительная термическая обработка на структуру - способствует улучшению обрабатываемости многих типов нержавеющих сталей.

При обработке нержавеющих сталей затруднен контроль над стружкообразованием, наиболее плохой контроль над стружкодробленим происходит при обработке аустенитных и дуплексных нержавеек, относительно хороший при обработке ферритной и мартенситной нержавеющих сталей. Обработка нержавеющих сталей сопровождается высокими силами резания и высокой температурой в зоне резания, липкие сорта склонны к налипанию на режущую кромку (образование наростов при невысоких скоростях обработки), склонны к упрочнению. Для снижения вероятности образования наростов рекомендуется обработка на скоростях более 100-120 м/мин. При черновой обработке, в случае, когда подача СОЖ строго в зону резания затруднена даже с применением высокого давления СОЖ через инструмент (державку) – рекомендуется работа без применения СОЖ для снижения вероятности возникновения термотрещин. При чистовой обработке применение СОЖ обязательно (при этом стоит заметить, что качество обработанных поверхностей, стойкость инструмента во многом зависит от качества СОЖ и схемы его подачи). Подача СОЖ под высоким давлением четко в зону резания может снизить износ инструмента до 2-5 раз. Нужно упомянуть и положительный опыт при охлаждения зоны резания углекислотой до температуры минус 50-70 градусов по Цельсию.

При работе на универсальных станках в качестве смазки (СОЖ) при обработке нержавеющих сталей часто применяют олеиновую кислоту, сало, иногда специализированные смазки (см .приложение 1 ).

Обработка твердых материалов

Вопрос финишной обработки закаленной стали решается в современном производстве в основном абразивной обработкой. До последнего времени это объяснялось разным уровнем оборудования для шлифования и лезвийной обработки. Токарные станки не могли гарантировать ту же точность, что достигалась на шлифовальных станках. Но сейчас современные станки с ЧПУ имеют достаточную точность перемещений и жесткость, поэтому доля токарной и фрезерной обработки твердых материалов постоянно расширяется во многих отраслях. Точение закаленных заготовок стало применяться в автомобильной промышленности с середины восьмидесятых годов прошлого века, но сегодня в этом виде обработки начинается новая эра.

Множество стальных деталей требует термообработки или поверхностного упрочнения для приобретения дополнительной износостойкости и способности выдерживать значительные нагрузки. К сожалению, высокая твердость негативно отражается на обрабатываемости таких деталей. Детали зубчатых передач и различные валы и оси – типичные закаленные детали, обрабатываемые точением, фрезерованию в закаленном виде подвергаются штампы и пресс-формы. Термообработанные детали – тела качения, как правило, требуют чистовой и финишной обработки, которая убирает погрешности формы и обеспечивает требуемую точность и качество поверхностей. Что касается деталей штампов и пресс-форм, то сейчас есть тенденция к их обработке в закаленном состоянии уже на стадии черновой обработки. Это приводит к значительному сокращению времени изготовления штампа.

Обработка твердых материалов

Обработка деталей после термообработки – вопрос, требующий гибкого подхода. Диапазон решений зависит от типа инструментального материала, выбранного для обработки. Для инструмента способность обрабатывать твердые материалы означает – высокую термостойкость, высокую химическую инертность, стойкость к абразивному износу. Такие требования к инструментальному материалу определяются самим процессом обработки. При резании твердых материалов на режущую кромку оказывается высокое давление, что сопровождается выделением большого количества тепла. Большие температуры помогают процессу, приводя к разупрочнению стружки, тем самым, снижая силы резания, но отрицательно влияют на инструмент. Поэтому далеко не все инструментальные материалы подходят для обработки термообработанных деталей.

Твердые сплавы используются для обработки материалов твердостью до 40HRc. Для этого рекомендуются мелкозернистые твердые сплавы с острой режущей кромкой, хорошо сопротивляющиеся абразивному износу и обладающие высокой термостойкостью и стойкостью к пластической деформации. Такие свойства имеют твердые сплавы без покрытий, например H13A производства фирмы Sandvik Coromant. Но также можно успешно использовать сплавы с износостойкими покрытиями для чистовой обработки и областью применения P05 и К05, например GC4015, GC3005.

Кубический нитрид бора (КНБ) рекомендуется для твердости от 50-ти до 70HRc. Керамика применяется в том же диапазоне твердости заготовки.

Самая неудобная для обработки резанием заготовка – это заготовка с твердостью 40…50HRc. Твердые сплавы при работе в этом диапазоне уже не устраивают по своей термостойкости. В то же время, КНБ и керамика быстро изнашивается, т.к. из-за недостаточной твердости обрабатываемого материала на передней поверхности инструмента образуется нарост, вызывающий сколы режущей кромки при его срыве. Поэтому проблема выбора инструментального материала для работы в этом диапазоне твердости решается на основе экономических соображений. В зависимости от серийности производства приходится либо мириться с низкой производительностью и размерной точностью при работе твердым сплавом, либо более производительно работать керамикой и КНБ, но с риском поломки пластины.

При более высокой твердости 50-70HRс выбор однозначно склоняется в сторону обработки с использованием инструмента с режущей частью из керамики или кубического нитрида бора. Керамика позволяет производить даже прерывистую обработку, но обеспечивает несколько большую шероховатость поверхности, чем КНБ. При обработке КНБ может быть достигнута шероховатость до 0,3Ra, в то время как керамика создает поверхность шероховатостью 0,6Ra. Это объясняется различными моделями износа инструментального материала: КНБ имеет в нормальных условиях равномерный износ по задней поверхности, а на керамике образуются микровыкрашивания. Таким образом, КНБ сохраняет линию режущей кромки непрерывной, что позволяет получать лучшие значения шероховатости обработанной поверхности. Режимы резания при обработке закаленных материалов варьируется в довольно широких пределах. Это зависит от материала заготовки, условий обработки и требуемого качества поверхности. При обработке заготовки с твердостью 60HRc новыми марками кубического нитрида бора СВ7020 или СВ7050 скорость резания может достигать 200 м/мин. СВ7020 рекомендуется для финишной обработки с непрерывным резанием, а СВ7050 для чистовой обработки термообработанных материалов в неблагоприятных условиях, т.е. с ударами. Пластины из указанных марок выпускаются с тонким покрытием из нитрида титана. По мнению фирмы Sandvik Coromant данная мера позволяет значительно проще контролировать износ пластин. Фирмой также выпускаются пластины из аналогичных марок кубического нитрида бора CB20 и CB50, но без покрытия.

Для обработки закаленных сталей обычно используются различные сорта керамики. Фирма Sandvik Coromant в настоящее время выпускает все виды керамики и активно ведет разработки новых марок. Оксидная керамика СС 620 выпускается на основе оксида алюминия с небольшими добавками оксида циркония для повышения прочности. Она обладает самой высокой износостойкостью, однако может использоваться только хороших условиях из-за невысокой прочности и теплопроводности. Более универсальна смешанная керамика СС650 на основе оксида алюминия с добавками карбида кремния. Она обладает более высокой прочностью и хорошей теплопроводностью, что позволяет использовать ее даже при прерывистой обработке. Наибольшей прочностью обладает так называемая вискеризованная керамика СС670. В состав которой, также входит карбид кремния, но в виде длинных кристаллических волокон, которые пронизывают основной материал. Основная область применения этой марки керамики – обработка жаропрочных сплавов на никелевой основе, но вследствие высокой прочности она применяется и для обработки закаленной стали в неблагоприятных условиях. Режимы резания при использовании пластин из керамики также как и в случае в кубическим нитридом бора варьируются в широких пределах. Это объясняется в большей степени не различиями в свойствах инструментального материала, а разнообразием условий обработки, когда достигается достаточный нагрев в зоне резания и соответственно снижение усилий и износа. Обычно оптимальная скорость резания лежит в диапазоне 50-200 м/ мин. Причем не обязательно снижение скорости резания приводит к повышению стойкости, как в случае с твердым сплавом.

Производительность при обработке закаленных материалов до сего момента достигалась за счет изменения конструкции инструмента и усовершенствования оборудования. Сейчас, новые инструментальные материалы позволяют работать с высокими скоростями, а геометрия режущей части достигать высоких значений рабочих подач. Кроме того, возможность обработки деталей за один установ при токарной или фрезерной обработке дает значительное снижение вспомогательного времени.

Величина подачи зависит от геометрии вершины режущего инструмента. Для инструментов с вершиной оформленной по радиусу, подача оказывается жестко связанной с требованием обеспечения заданного качества поверхности. Обычное значение подачи 0,05…0,2 мм/об. Но сейчас на рынке появились пластины, именуемые Wiper, которые позволяют увеличить её. При обработке такими пластинами значение подачи на практике может быть увеличено вдвое, причем качество поверхности не пострадает. Эффект Wiper возникает за счет модификации вершины пластины и создания специальной зачистной режущей кромки большого радиуса, которая является продолжением основного радиуса скругления. Зачистная режущая кромка обеспечивает при работе пластины минимальный вспомогательный угол в плане, что позволяет увеличивать рабочую подачу без потери качества обработанной поверхности. При увеличении подачи вдвое сокращается и путь резания, а соответственно и износ пластины. Революционность этого решения в том, что повышение производительности достигается одновременно с увеличением ресурса инструмента.

Пластины Wiper были впервые предложены фирмой Sandvik Coromant и сейчас находят все большее распространение. Так, для пластин из КНБ и керамики уже существует два варианта геометрии Wiper. Геометрия WH – основная геометрия позволяющая достигнуть максимальной производительности. Дополнительная геометрия WG создаёт низкие усилия резания и применяется для высокоскоростной обработки при высоких требованиях к качеству обработанной поверхности.

Пластины Wiper из КНБ и керамики выводят чистовую и финишную обработку закаленных материалов на новые уровни производительности.

Основные преимущества обработки закаленных материалов точением:
высокая производительность за счет высоких скоростей резания и снижения вспомогательного времени;
высокая гибкость применения;
процесс проще, чем шлифование;
нет прижогов;
минимальные коробления заготовки;
дополнительное повышение производительности за счет высоких значений подачи при использовании пластин Wiper;
возможность унификации оборудования для полной обработки детали;
безопасный и экологически чистый процесс обработки.

Читайте также:

  
• Стальные двери 2 мм
  
• Рулонная и листовая сталь
  
• Гост конвекторы отопительные стальные
  
• Сталь 40х характеристики применение
  
• Армейская сталь что это