Режимы резания жаропрочных сталей

Обновлено: 22.01.2025

Рабочие процессы в современных машинах характеризуются высокими значениями давлений, нагрузок, скоростей и температур. Обычные конструкционные стали в этих условиях недолговечны или вовсе непригодны, поэтому в машиностроении все большее распространение получают стали и сплавы с высокими показателями прочности, жаропрочности, жаростойкости, а также стойкости против коррозии.

Содержание

Введение……………………………………..……………….………………..…..2
1 Основные свойства и особенности обработки жаропрочных
и коррозионностойких сталей……………………………………. ……………4
2 Обрабатываемость жаропрочных и коррозионностойких сталей и сплавов
при различных видах обработки резанием….………………………. …….…12
точение.……….…………………………………….……………………12
Фрезерование…..…………………………..……………..………………16
Сверление…..…………………………………..…………………..……..21
Протягивание…..…………………………….………………………..….25
Заключение……. ……………..……. …………………………………….….28
Список литературы……….………

Работа содержит 1 файл

Спецчасть1.doc

Охлаждение углекислотой является наиболее эффективным, однако и более дорогим методом охлаждения. Жидкий углекислый газ, содержащий до 50% твердых частиц углекислоты снегообразной формы, под давлением подается в зону резания. В виде инея эти частицы с температурой -79 °С оседают на поверхность металла и вскипают, поглощая 158 ккал тепла на 1 кг углекислоты.

Методика назначения режимов резания при обработке деталей из жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов в основном такая же, как и при резании обычных конструкционных материалов. Необходимо только учитывать специфические особенности их резания.
При конструировании станков, инструментов и приспособлений для обработки деталей из труднообрабатываемых материалов необходимо обеспечивать:

повышенную жесткость механизмов для восприятия больших сил резания с минимальными деформациями;
высокую виброустойчивость системы станок – приспособление – инструмент - деталь в условиях резания со значительными ударными нагрузками;
незначительные зазоры в механизме подачи станка для равномерного резания упрочняющегося обрабатываемого материала;
достаточный запас мощности электродвигателя станка, так как при резании жаропрочных сплавов силы резания больше, чем при обработке обычных конструкционных материалов;
приспособления для обработки деталей должны быть прочными и жесткими, в них необходимо предусмотреть каналы для отвода стружки;
инструменты должны быть короткими и жесткими.

Кроме всего выше перечисленного добиться улучшения обрабатываемости жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов можно за счет:

воздействия на структуру и механические показатели материалов с помощью специальной термической обработки;
введения в зону резания ультразвуковых колебаний, облегчающих пластические деформации, снижающих коэффициент трения и повышающих температуру;
подогрева обрабатываемого материала в печах или с помощью газовых горелок на станках или путем электроиндуктивного или электроконтактного нагрева;
введения в зону резания слабых токов, что позволяет управлять механизмами электродиффузионного и окислительного износа режущего инструмента.

2. обрабатываемость жаропрочных и коррозионностойких сталей и сплавов при различных видах обработки резанием

Инструментальные материалы.

При точении коррозионностойких и жаропрочных сталей основным инструментальным материалом являются металлокерамические твердые сплавы. Лишь в определенных случаях (прерывистое резание с резкими изменениями нагрузки малой жесткости системы СПИД), когда не представляется возможным использовать твердосплавные резцы, применяют быстрорежущие стали, обладающие высокими режущими свойствами. В зависимости от структурного состояния обрабатываемых сталей, обусловленного режимом термической обработки, при точении этих сталей применяют различные твердые сплавы для оснащения резцов.

При черновом точении сталей 10Х15Н27Т3МР (ЭП-700), 16Х20К6Н2МВЫ (ЭП-768) резцы следует оснащать пластинами из твердого сплава ВК8 или ВК6М. При чистовом и получистовом точении указанных сталей резцы должны быть изготовлены из твердого сплава ВК6ОМ или Т15К6.

Геометрические параметры резцов.

Геометрические параметры режущей части резцов с пластинами из твердого сплава указаны в таблице 1.

Таблица 1- Геометрические параметры режущей части резцов

Элементы режима резания при точении.

Изыскание оптимальных режимов резания, при которых интенсивность износа инструмента имеет наименьшее значение, является важнейшей задачей при исследовании обрабатываемости резанием металлов. Проблема оптимального резания становится особенно актуальной в связи с появлением новых конструкционных материалов, обладающих специфическими физико-механическими характеристиками. Исследования влияния параметров режима резания на стойкость твердосплавных резцов ВК6ОМ при обработке сталей 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700), 16Х20К6Н2МВФ (ЭП768) и 11Х14К13М5НФБА (517К) позволило определить оптимальные значения этих параметров, которые можно рекомендовать для практического использования.

Наиболее рациональными параметрами режима резания при точении жаропрочной стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700) могут быть (см. рисунок 1): скорость резания v = 35…50 м/мин; подача s = 0,1…0,3 мм/об; глубина резания t=0,5…3 мм. Чистовому точению соответствуют максимальные значения 5скорости резания при минимальных подачах и глубине резания. Черновая обработка должна производиться при меньших скоростях резания и больших подачах и глубинах резания.

Рисунок 1 - Зависимость стойкости резцов из сплава ВК6ОМ от параметров режима резания при точении стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП-700):

1 – Т =f(v) при s=0,21 мм/об, t=1 мм;

1 – Т =f(s) при v=50 м/мин, t=1 мм;

3 – Т =f(t) при v=50 м/мин, s = 0,21 мм/об.

На основании анализа результатов исследования стойкостных зависимостей при точении коррозионностойкой стали 16Х20К6Н2МВФ (ЭП-768) от скорости резания, подачи и глубины резания можно рекомендовать как оптимальные следующие режимы резания (см. рисунок 2): v = 70…90 м/мин; s = 0,1…0,3 мм/об; t =0,5…З мм.

Рисунок 2 - Зависимость стойкости резцов из сплава ВК6ОМ от параметров режима резания при точении коррозионностойкой стали 16Х20К6Н2МВФ (ЭП-768):

1 – Т =f(s) при v=100 м/мин, t=1 мм;

3 – Т =f(t) при v=100 м/мин, s = 0,21 мм/об.

Состояние обрабатываемого материала.

При разработке технологических процессов изготовления деталей важным моментом является определение в нем места термической операции, что существенным образом влияет на производительность, качество обработки и себестоимость. На основании анализа результатов проведенных исследований можно рекомендовать следующие виды термической обработки при точении жаропрочной стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП-700), коррозионностойкой 16Х20К6Н2ВМФ (ЭП-768). При изготовлении деталей из жаропрочной стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП-700) черновое и получистовое точение следует производить в состоянии поставки (горячекованая), чистовые операции назначать после закалки и старения (закалка 100 °С - 3 ч, охлаждение в масле, старение при 750 °С - 16 ч, охлаждение на воздухе, старение при 50 °С - 10 ч, охлаждение на воздухе или закалка 1120 °С - 2 ч, охлаждение в масле, старение при 700 °С - 16 ч, охлаждение на воздухе, старение 650° С—10 ч, охлаждение на воздухе). Для коррозионностойкой стали 16Х20К6Н2МВФ (ЭП-768) рекомендуется следующий режим термообработки: закалка 1050 °С - 1 ч, охлаждение в масле, обработки холодом при t = -70° С - 2ч, нагрев на воздухе, отпуск при

630 °С - Зч. охлаждение на воздухе, отпуск при 600 °С - 3 ч, охлаждение на воздухе.

Черновые и получистовые операции точения при изготовлении деталей из высокопрочной стали 1Х14К13М5НФБА (517К) рекомендуется производить после следующего режима термообработки: нормализация 1050 °С - 1 ч, охлаждение на воздухе, двойной отжиг при 730 °С - 2ч, охлаждение на воздухе. Чистовое точение рекомендуется вести после термообработки: закалка 1150 °С - 1 ч, охлаждение в масле, обработка холодом при t =-70 °С - 2ч, нагрев на воздухе, отпуск при 550 °С - 2 ч, охлаждение на воздухе, отпуск при 640 °С - 1 ч, охлаждение на воздухе.

Инструментальные материалы .

Для рационального осуществления процесса торцового фрезерования жаропрочных, коррозионностойких и высокопрочных сталей в зависимости от их механических свойств и структуры, обусловленных режимов термической обработки, следует применять фрезы, оснащенные твердым сплавом. При обработке сталей 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700), 11Х14К13М5НФБА (517К), 16Х20К6Н2МВФ (ЭП768), 9Г28Ю9ВБМ (ДИ-38) и сталей группы КВК после закалки и последующего высокого отпуска следует применять фрезы, оснащенные твердым сплавом ВК8. Стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700) и 11Х14К13М5НФБА (517К) можно обрабатывать также фрезами, оснащенными сплавами ВК6 и ТТ10К8Б. При обработке высокопрочных сталей группы КВК, подвергнутых высокому отпуску или нормализации с последующим изотермическим отжигом, рекомендуется оснащать фрезы твердыми сплавами Т15К6, Т5К10 или ТТ10К8Б.

Применение быстрорежущей стали для изготовления режущей части фрез нецелесообразно, поскольку все быстрорежущие стали по сравнению с твёрдыми сплавами обладают низкими режущими свойствами и не позволяют осуществлять производительное фрезерование. Лишь при фрезеровании стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700) после ковки, возможно, применение фрез с режущей частью из быстрорежущих сталей Р12Ф5М и Р12ФЗКЮМЗ, которые показали хорошую работоспособность. В этом случае фрезерование следует вести при меньших скоростях резания и с большей величиной подачи на зуб. Обязательным условием обработки быстрорежущими фрезами является применение СОЖ.

Геометрические параметры режущей части фрез.

При выборе геометрических параметров режущей части фрез следует учитывать состояние заготовки (режимы термообработки), материал режущей части инструмента и вид фрезерования (черновое или чистовое). Для черновой обработки сталей 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700) и 16Х20К6Н2МВФ (ЭП768) торцовыми насадными фрезами со вставными ножами, оснащенными твердым сплавом ВК8, рекомендуются следующие геометрические параметры: главный передний угол = 5…10°; задние углы =15°; ₁ = 10…12°. При фрезеровании сталей 9Г28Ю9ВБД (ДИ-38), 11Х14К13М5НФБА (517К) и сталей группы КВ главный передний угол следует назначать несколько меньше =0…5° при значениях заднего угла = 15…17°. При черновой обработке сталей, а также при использовании двухкарбидных твердых сплавов рекомендуется на передней поверхности зуба фрезы, вдоль главной режущей кромки выполнять фаску f = 0,5…1 мм с углом _f = -5…0.

Элементы режима резания при фрезеровании.

Результаты исследования показывают значительную зависимость обрабатываемости сталей от их свойств и структуры, различие которых достигается термической обработкой. Вследствие этого выбор значений параметров режима резания должен производиться с учетом термической обработки заготовок. Для производительной и качественной обработки сталей осуществляет несимметричное фрезерование при попутной схеме (по подаче) с тем, чтобы толщина среза на выходе зуба были минимальной. Такой метод фрезерования позволяет повысить стойкость фрез и улучшить качество обработанной поверхности. Но необходимым условием этого метода является достаточная жесткость системы СПИД.

Рекомендуемые ниже режимы резания предназначены для обработки сталей по схеме попутного фрезерования торцовыми фрезами, оснащенными твердым сплавом ВК8, имеющими оптимальные геометрические параметры. Фрезерование стали 10Х15Н27ТЗМР (ЭП700) рекомендуется осуществлять при следующих режимах резания: v = 10…20 м/мин; t=1…2 мм; s_z= 0,054…0,15 мм/зуб.

Для получения заданной стойкости при глубине резания t = 1 мм и подаче s_z =0,08 мм/зуб скорость резания при фрезеровании заготовок, термообработанных по различным режимам можно определить по формулам:

Особенности обработки жаропрочных сталей и титановых сплавов

Вопрос обрабатываемости резанием жаропрочных сталей достаточно успешно разрешен, то жаропрочные сплавы на никелевой основе, сохраняя свои физико-механические свойства при высокой температуре и имея низкую теплопроводность и температуропроводность, не позволяют успешно производить обработку их резанием.

Развивающаяся высокая контактная температура на поверхностях режущего инструмента при большом удельном давлении способствует «слипаемости» (схватыванию) сходящей стружки с передней поверхностью режущего инструмента, что весьма ограничивает применение инструмента, оснащенного твердым сплавом, и совершенно исключает его применение при прерывистом резании.

В этих условиях процесс резания осуществляется только быстрорежущими инструментами из стали Р18 или быстрорежущей стали, легированной кобальтом.

Но так как, быстрорежущая сталь выдерживает температуру только до 600°, то обработку резанием (при прерывистом резании с ударами) ведут с ограниченной скоростью (до 7—10 м/мин). Повысить сколько-нибудь существенно скорость резания (против указанного) на сегодня не представляется возможным, поэтому исследователи этих процессов идут по пути увеличения стойкости, которая может быть осуществлена за счет:

1) геометрических параметров режущего инструмента;

2) применения смазочно-охлаждающих жидкостей;

3) способа их подвода;

4) изыскания метода термической обработки жаропрочных сплавов для получения структуры, наиболее легко поддающейся резанию.

В настоящее время ведутся изыскания новых инструментальных материалов для эффективной обработки жаропрочных сплавов резанием.

Титановые сплавы обладают малой пластичностью, что существенным образом сказывается на их деформации при резании.

Если характеризовать пластическую деформацию срезаемого слоя продольной усадкой стружки, то таковая может быть равна и даже меньше единицы. Это значит, что соприкосновение срезаемого слоя с передней поверхностью инструмента происходит по узкой контактной площадке и, принимая во внимание значительный предел прочности этих сплавов, значительный износ инструмента получается при наличии высокой температуры на контактной площадке.

Вследствие этого становится естественным применение режущего инструмента, оснащенного твердым сплавом. Так как твердые сплавы группы ТК более хрупкие, чем группы ВК, то при обработке титановых сплавов применяют сплавы группы ВК, т.е. так же, как вообще при обработке всех малопластичных материалов. Скорость резания при этом может быть до 100 м/мин и больше.

Существенное влияние на обрабатываемость резанием титановых сплавов оказывают, как упоминалось выше, различные газовые примеси, из которых наиболее активными являются Н2, 02, т.е. с повышением содержания их в титановых сплавах обрабатываемость резанием ухудшается.

Многочисленные исследования над обычными углеродистыми и легированными конструкционными сталями показали, что глубина наклепанного слоя, степень упрочнения, величина и знак (растяжение или сжатие) остаточных напряжений зависят от пластичности обрабатываемого металла, режимов резания, геометрии инструмента, смазочно-охлаждающих жидкостей, степени затупления инструмента и жесткости системы деталь — станок — инструмент.

Исследования показывают, что остаточные напряжения в слое под обработанной поверхностью появляются в результате воздействия тепла, образующегося:

1) от трения задних поверхностей инструмента об обработанную поверхность;

2) пластической деформации этого слоя.

Все эти положения относятся и к жаропрочным сплавам. Исследования, произведенные для установления влияния упрочнения на выносливость деталей, изменение предела усталостной прочности деталей углеродистых и легированных конструкционных сталей, показывают, что во многих случаях упрочнение повышает выносливость деталей, вследствие чего появились и различные упрочняющие методы.

Сказанное в той или иной степени относится к жаропрочным и титановым сплавам, но также следует, что наличие остаточных растягивающих напряжений отрицательно сказывается на прочностных свойствах жаропрочных и титановых сплавов. Если детали тонкостенные, как, например, лопатки турбин, когда наклепанный после обработки слой материала может быть значительным по отношению ко всей толщине детали, то в этих случаях возможно рекомендовать производить обработку резанием так, чтобы наклеп (упрочнение) был бы минимальным.

При механической обработке сплавов на основе титана (например ВТЗ и ВТ5) выделяется меньшее количество тепла. На этом основании можно было бы ожидать, что среднеинтегральная температура в деформированной зоне указанных сталей и никелевых сплавов должна быть выше, чем у сплавов на основе титана. Однако,результаты температурных исследований при резании титановых сплавов, проведенные в широком диапазоне режимов резания, при сравнении с температурными данными для сталей показывают обратное. Например, температура резания титанового сплава достигает 800° С уже при скорости резания v = 40 м/мин, подаче s = 0,ll мм/об и глубине резания V=1,5 мм; при резании же стали 45 аналогичная температура развивается при значительно более высоком режиме: v = 100 м/мин; s = 0,29 мм/об и t = 2 мм.

В зоне резания возникает сложное деформированное и напряженное состояние при наличии пластических деформаций сжатия, сдвига и растяжения, которые распространяются далеко впереди резца и под обработанную поверхность.

Характер изменения деформаций и напряжений по длине и толщине зоны стружкообразования остается одним и тем же как для жаропрочных и титановых сплавов, так и для углеродистых сталей. Имеет место лишь количественное различие.

Наибольшей величины при резании жаропрочных сплавов и углеродистых сталей достигают деформации сжатия, а при резании титановых сплавов—деформации сдвига.

При высоких температурах, возникающих в процессе резания титановых сплавов, проявляется свойство активности титана к кислороду и азоту воздуха. Это приводит к изменению структуры и физико-механческих свойств поверхностного слоя обработанной детали, что по всей вероятности может быть причиной снижения ее усталостной прочности.

Жаропрочные сплавы склонны к образованию налипов на передней поверхности резца, что вызывает необходимость применения смазывающе-охлаждающих жидкостей, обладающих высокой смазывающей способностью.

При обработке жаропрочных сплавов выделяется большое количество тепла, которое повышает температуру детали и вызыва¬т изменение её размеров и формы. Во избежание этого требуется обильный подвод охлаждающей жидкости.

Большая склонность жаропрочных сплавов к наклепу. Так, на многих производствах, жаропрочный сплав после получения наклепа не поддается обработке резанием; рекомендует перед обработкой резанием этот материал предварительно подвергнуть термической обработке.

Большие силы резания, в 3—4 раза превышающие силы при резании обычных конструкционных сталей, и высокий коэффициент трения требуют применения инструментов с высокой чистотой рабочих поверхностей и острой режущей кромкой.

Большинство жаропрочных сплавов вследствие особенностей кристаллографической структуры их фазовых составляющих являются весьма абразивными, поэтому применяемые для их обработки инструментальные материалы должны сопротивляться этому воздействию либо по своей природе, либо в результате соответствующей специальной обработки и созданных условий работы.

Жаропрочные сплавы сохраняют значительную твердость и прочность при кратковременном повышении температуры при резании. При внезапном повышении температуры и последующей быстровозникающей деформации предел прочности сплава оказывается более высоким, а вязкость более низкой.

Сплавы титана обрабатываются несколько хуже нержавеющих сталей, но лучше жаропрочных сплавов. Сравнительно быстрое изнашивание режущих кромок инструмента при обработке титановых сплавов зависит от высокой химической активности титана, легко вступающего в соединения со всеми соприкасающимися с ним металлами. Эта особенность титана при его низкой теплопроводности и небольшой поверхности контакта между резцом. И стружкой приводит к развитию высокой температуры в зоне резания. Титановые сплавы часто содержат включения в виде окислов нитридов и карбидов, которые обладают высокими абразивными свойствами и способствуют ускоренному износу режущего инструмента. Наклеп не оказывает существенного влияния на износ режущего инструмента.

Обработка титановых сплавов

Для охлаждения применяют сульфурированные или хлорированные масла.

Для нарезания резьбы применяют метчики со спиральными канавками; метчики для нарезания резьбы до б мм и шагом менее 1,25 мм делаются двухканавочными; для более крупных резьб трехканавочными. Режущие и калибрующие зубья метчиков рекомендуется затыловать. Резьбу следует нарезать не полную; уменьшение высоты резьбы с 75 до 65% способствует повышению срока службы метчиков в 2—3 раза.

При нарезании резьбы в технически чистом нелегированном титане применяется скорость резания v = 12 м/мин. При нарезании резьбы в сплавах титана v=7,6 м/мин. Для охлаждения метчиков применяются сульфурированные и хлорированные масла.

При протягивании технически чистого нелегированного титана скорость резания, допускаемая протяжками из быстрорежущей стали v = 7,6 м/мин.

При протягивании титановых сплавов v = 4,6 м/мин.

Обработка сплавав с твердостью HRC>37 связана со значительными трудностями ввиду быстрого износа протяжек.

При обработке титановых сплавав следует следить за состоянием протяжки и не допускать налипания титана на зубья.

Охлаждение: обильной струей сульфурированного или хлорированного масла. Зубья протяжек выполняются с передним углом 8°; с задними углами 3° — для черновых протяжек и 2° — для чистовых.

Разрезка титана

Разрезка пруткового материала диаметром 50-90 мм успешно производится ножевками из быстрорежущей стали. Шаг зубьев полотен зависит от твердости разрезаемого материала. При НВ 275—350 шаг зубьев 4,2—6,2 мм; при НВ 350— 6,2 мм; при НВ >350—8,4 мм.

Натяжение полотен должно быть постоянное и достаточное.

Сплавы титана режутся при 45—70 двойных ходах ножовки в минуту с подачей 0,15—0,23 мм на двойной ход. Для охлаждения применяют сульфурированное или хлорированное масло.

Хорошие результаты при разрезке титана дает дисковая пила со вставными зубьями. Передний угол зубьев пилы —5°. Для удаления стружки, прилипшей к зубьям пилы, применяют стружкоулавливатель.

В настоящее время начинают широко использовать резку титана абразивными кругами с применением охлаждающих жидкостей.

Точение жаропрочных сплавов

При изготовлении деталей из жаропрочных сплавов применяется как прерывистое, так и непрерывное точение. Прерывистое резание наиболее употребительно при обтачивании спинки лопаток, а непрерывное при поперечном обтачивании турбинных дисков. Эти две операции имеют свои специфические особенности, поэтому их целесообразно рассмотреть отдельно.

При точении жаропрочных сплавов необходимо обеспечивать условия для повышения жесткости системы станок — приспособление — инструмент — деталь.

Для продольного прерывистого точения жаропрочных сплавов применяют призматические резцы из быстрорежущей стали марки Р18 твердостью HRC62—65. Карбидная неоднородность должна быть не выше 3-го балла.

Критерий затупления h₃ = 0,5 мм. При прерывистом точении жаропрочных сплавов применение охлаждающе-смазывающих жидкостей обязательно.

Обработка жаропрочных сплавов на никелевой основе типа нимоник производится быстрорежущими резцами со скоростью v = 6 -9 м/мин, подачей s = 0,07- 0,38 мм/об при глубине резания t 2,5 мм. Передний угол резца около 5°.

В настоящее время наибольшее распространение в нашей промышленности при обтачивании спинки турбинных лопаток получили двухшпиндельные вертикальные токарно-копировальные полуавтоматы типа МК54 и МК56. В станках МК за один цикл одновременно обрабатывается четыре лопатки, закрепленные на двух оправках.

Для обработки лопаток большой интерес представляют станки, разработанные швейцарской фирмой G. Fischer. На копировальных станках этой фирмы типа KDMS производится обтачивание по копиру профиля пера турбинных лопаток длиной 80—120 мм одновременно двумя противоположно расположенными резцами по выпуклой и вогнутей поверхности пера. Такая схема обработки обеспечивает уравновешивание нагрузок при резании. За одну операцию, кроме спинки и корыта, обрабатываются и поверхности сопряжений профиля пера у замка и бандажной части сопловой лопатки. После обтачивания на этом станке требуется лишь полирование поверхности пера. Ориентировочная производительность станка 6 лопаток в час.

Непрерывное (безударное) точение. При непрерывном точении жаропрочных сплавов, как продольном, так и поперечном, целесообразно применять резцы, оснащенные твердым сплавом.

Следует указать некоторые средства повышения производительности при изготовлении, дисков РД. При поперечном обтачивании дисков компрессора и турбины за рубежом получают применение специальные станки с автоматическим циклом работы. Станки оснащаются гидрокопировальными устройствами для обработки сложных поверхностей по копиру, электронными устройствами, сохраняющими постоянную скорость резания по мере приближения резца от периферии к центру диска. Станки с постоянной скоростью резания при поперечном точении выпущены фирмами Хеймин енштадт или Ле-Блонд-Машин-Тулз (Цинциннати, США). Такие станки позволяют повысить производительность при обработке дисков в 1,5—2 паза. При обработке дисков турбины и компрессора с малой толщиной стенок (1,6 мм и менее) фирмой Дженерал Электрик (США) проведены опыты и установлено, что поперечное обтачивание наиболее целесообразно проводить одно: временно с двух сторон по копирам двумя противоположно расположенными резцами. При этом деформация диска получается минимальной: 0,025 мм на длине 203 мм. Аналогичный станок разработан и фирмой Макс-Мюллер.

Обработка нержавеющих и жаропрочных сталей

Нержавеющим называют сплав, который способен длительное время противостоять воздействию химически активной среды, это могут быть и неблагоприятные атмосферные условия, и кислотная или щелочная среда в химическом производстве. В последнее время во многих узлах, машинах и механизмах углеродистые марки стали применяются все реже, а и их постепенно вытесняют элементы из специальных сталей. Связано это с тем, что обычная сталь имеет определенный порог — предел, выше которого становится невозможным её использование в условиях возрастающих нагрузок, например, при высоких температурах, давлении или же в присутствии агрессивных сред. В этом случае, их с успехом заменяют жаропрочные и стойкие нержавеющие стали и легированные сплавы с эксклюзивными свойствами, которые будут хорошо работать там, где обычная сталь не справится.

Достоинства нержавеющих сталей

Жаропрочность. Жаропрочным называют материал, который может выдержать воздействие высоких температур, не теряя при этом своей механической прочности. Жаропрочные стали еще относят и у группе дисперсионно твердеющих, с выделением легирующего элемента, отличного от основы стали, в мелкодисперсной форме, и его распределение по всему объему металла. Жаростойкость характеризует материал, который не теряет коррозионной стойкости при нагревании. Сочетанием этих качеств обладают легированные коррозионностойкие стали. Высокая прочность и вязкость данным материалов относит их к классу труднообрабатываемых, что особенно проявляется при резании, снятием стружки. Для этого требуется специальный инструмент, режим резания, подбор СОЖ, и решение др. немаловажных деталей.

При сравнении физико-механических качеств легированной стали и обычной было выяснено, что такие показатели, как предел прочности при растяжении, твердость у них примерно равны. Но у легированных и обычных сталей совпадают только механические показатели, тогда как другие качества могут существенно отличаться, особенно это касается микроструктуры, коррозионной стойкости, а также способности упрочняться при механическом воздействии. Вспомним диаграмму растяжения — сжатия, хорошо известную из курса сопромата. Диаграмма начинается с участка упругой деформации, когда материал, после снятия нагрузки возвращается в исходное состояние, не деформируясь. Увеличение нагрузки приводит в зону, так называемой «текучести» когда материал начинает деформироваться без значительного роста приложенной силы. На графике это практически горизонтальная линия. После чего наступает резкое упрочнение — и для дальнейшей деформации приходится значительно увеличивать силу воздействия. Тот же самый процесс происходит и при обработке металлов резанием, только в поверхностном слое металла — это связано с изменениями к кристаллической решетки под действием механической нагрузки. При обработке обычной стали такое тоже характерно, но упрочнение легированных сталей выражено гораздо сильнее. И не стоит забывать различия в таких качествах, как теплопроводность, температура плавления и др., которые также оказывают значительное влияние на процесс обработки.

Обработка резанием

Итак, при обработке резанием, показатели упрочнения легированной стали достаточно высоки, что требует приложения значительных сил. Кроме того, большинство легированных сталей, особенно это касается жаропрочных, весьма пластичны, что также затрудняет обработку резанием. Показатель пластичности определяется отношением условного предела текучести, к пределу прочности. Чем меньше соотношение, тем материал пластичнее, тем он, более упрочняется при механической нагрузке. А нержавеющие стали относятся к высокопластичным. Кроме того, есть еще одна сторона пластичности, так называемая «вязкость» материала. При обработке легированной стали на токарном станке стружка не ломается, как например, при обработке углеродистых сталей той же твердости, а вьётся длинной лентой. Это причиняет массу неудобств и осложняет ее обработку в автоматическом режиме.

Вторая особенность легированной стали при обработке резанием — малая теплопроводность, что приводит к повышению температур в рабочей зоне, и требует оптимального подбора охлаждающей жидкости, которая кроме эффективного удаления тепла, должна облегчать резку и предотвращать наклеп. Наклеп возникает на рабочей кромке режущей пластины, приводит к изменению геометрии резца, и в конечном итоге — к его досрочному выходу из строя. Как правило, при обработке легированных жаропрочных сталей не рекомендуются высокие скорости обработки — это приводит к удорожанию детали. Решить эту проблему можно, используя специальные режущие пластины, предназначенные исключительно для легированных сталей и специальные СОЖ.

Третья особенность — сохранение прочности и твердости под воздействием высоких температур. Это особенно характерно для жаропрочных марок сталей, что, в сочетании с наклёпом приводит к ускоренному износу режущего инструмента и не позволяет использовать высокие обороты.

Четвертое — наличие в составе стали твердого раствора второй фазы с чрезвычайно твердыми интерметаллическими и карбидными соединениями, которые, несмотря на свои микроскопические размеры, действуют на поверхность режущего инструмента, как абразивный материал. Инструмент стачивается и тупится намного быстрее, что приводит к необходимости его частой переточки и правке геометрии режущих кромок. Как показывает практика, коэффициент трения, при обработке легированных сталей на порядок больше, чем при обработке обычных углеродистых сталей.

Пятое. Низкая виброустойчивость возникает по причине неравномерности процессов упрочнения детали по мере резания — поскольку процесс пластической деформации при обработке протекает по-разному, вначале и в середине обработки. Если обрабатывается небольшая по размерам деталь, то в принципе, этим явлением можно и пренебречь. Когда же речь идет об обработке длинной детали — например — вала, то тут уже могут быть сложности.

Все эти явления требуют особого подхода к обработке легированных сталей резанием, особенно, если обработка идет в полностью автоматическом режиме — например, на автоматах продольного точения и станках с ЧПУ с автоматической подачей прутка. Как можно снизить влияние 'негативных факторов — рассмотрим на примере токарной обработки — как наиболее распространенной. Токарная обработка подразумевает снятие слоя припуска в виде стружки с вращающейся вокруг своей оси детали. Движение резца в данном случае происходит по двум координатам в горизонтальной плоскости. Под воздействием сил резания происходит частичное смещение кристаллической решетки — возникает наклеп — поверхностное упрочнение. При этом значительная часть энергии трения инструмента переходит в тепловую. а как мы помним — материал имеет низкую теплопроводность. Поверхность детали неравномерно нагревается, возникает вибрация, вследствие чего негативное действие перечисленных факторов усугубляется.

Чтобы инструмент не так быстро тупился, можно уменьшить слой снимаемого припуска и подачу инструмента, а также повысить обороты шпинделя. В результате поверхность будет получаться с боле высоким классом шероховатости. Неплохо зарекомендовали себя способы обработки легированных сталей с применением кислоты — это позволяет снизить степень возникновения таких явлений, как ускоренный износ инструмента, и наклеп, однако, это чрезвычайно негативно сказывается на токарном оборудовании и самом токаре. Оптимизация обработки легированных сталей — это прежде всего, оптимальный подбор режущего инструмента, повышенной стойкости, выбор оптимальных режимов резания, и правильный выбор СОЖ и ее оптимальная подача.

Твердый сплав Т30К4, Т15К6, ВК3 обладают высокой твердостью и устойчивостью к износу. Износостойкие напайки Т5К7, Т5К110 — более вязки, но менее износостойкие. И, наконец, ВК6А, ВК8 отличаются пониженной износостойкостью, но повышенной вязкостью — они хорошо зарекомендовали себя при ударных нагрузках.

Твердосплавные пластина с покрытием — TiC

Они отличаются высокой износоустойчивостью. Существенное влияние на режущие свойства твердосплавных пластин оказывают различные способы обработки таких материалов — например, азотирование и цианирование. Покрытие кубическим нитридом бора — достаточно дорогое, но обладающее поистине уникальными свойствами — такое покрытие многократно повышает твердость инструмента, его стойкость и износоустойчивость.

Обработка жаропрочных сталей

Применяются такие марки твердых сплавов как р14Ф4, Р10К5Ф5, Р9Ф5, Р9К9. Буква Р — в обозначении указывает на принадлежность данного твердого сплава к быстрорежущим. В такие сплавы добавляют кобальт и ванадий, что существенно повышает механическую стойкость режущего инструмента. Применение быстрорежущий сплавов позволяет существенно ускорить обработку легированных сталей, сократить расход инструмента. Но у таких сплавов есть и слабое место — они боятся перегрева. Если при обработке стали инструментом с такой режущей пластиной произойдет перебой с подачей СОЖ — то инструмент в подавляющем большинстве случаев приходит в негодность и его приходится либо утилизировать, либо напаивать новую пластину.

Это одно из условий обработки легированных сталей. СОЖ необходимы, прежде всего, для предотвращения преждевременного износа инструмента, улучшения характеристик резания, получения более качественной поверхности обрабатываемой детали и повышение точности обработки. Для каждого типа обрабатываемой стали, вида режущей пластины, подбирается своя охлаждающая жидкость, способ ее подачи в область резания.

Наиболее эффективным считается такой метод, который способствует максимальному отводу тепла из зоны резания. Тут хорошо себя зарекомендовали — высоконапорная подача СОЖ преимущественно на заднюю поверхность рабочей пластины режущего инструмента, распыление СОЖ и — достаточно редко встречающееся, в основном на оборонных предприятиях — охлаждение углекислотой.

Выбор способа охлаждения

Зависит от условий обработки и технологических возможностей оборудования. Наиболее распространено высоконапорное охлаждение — оно может применяться при токарной обработке, фрезерной многоинструментальной, при шлифовании, и др. Такой способ характерен для многих производителей оборудования, как отечественных, так и зарубежных. Жидкость подаётся распылением точно в область резания. При соприкосновении с нагретым металлом она быстро испаряется, забирая тепло и эффективно охлаждая рабочую поверхность. К недостатку описанного метода можно отнести высокие потери СОЖ. Применение данного метода позволяет увеличить период стойкости инструмента почти в 6 раз — естественно это отражается на стоимости детали в конечном итоге.

Более эффективным является одновременная подача СОЖ в область резания и в область образования стружки, однако, технически это не всегда бывает возможно — может потребовать доработок технологического оборудования. Данный способ охлаждения подходит для среднесерийного и мелкосерийного производства.

Самый эффективный, сточки зрения отвода тепла из зоны обработки, является конечно же охлаждение углекислотой, при котором температура в области резания составляет порядка минус 79 °C. Однако данный способ наиболее дорогостоящий, применим только в единичном производстве. Используется, как правило, в оборонной промышленности, при изготовлении небольших партий высокоточных и ответственных деталей, которые изготавливаются из легированных сталей со специальными свойствами.

Основные требования к обработке

Для обработки легированных сталей сам станок и система СПИД (станок — приспособление — инструмент — деталь) должны обладать рядом качеств. Это, прежде всего повышенная жесткость всей системы. Ведь легированные стали при обработке способны вызвать вибрацию, которая передается всей системе. При низкой жесткости системы СПИД это может привести к браку и повышенному износу инструмента. Во-вторых, система должна быть рассчитана на значительные механические нагрузки, возникающие в процессе обработки — а они намного выше, чем при обработке черных металлов. Третье — минимальные люфты в узлах и механизмах металлообрабатывающего оборудования.

Электродвигатель должен иметь значительный запас прочности, поскольку обработка легированных сталей предполагает повышенные нагрузки. По этой же причине необходимо перед началом обработки стали проверить состояние клиноременной передачи, состояния ремней и самих шкивов. Приспособления и инструменты должны быть по возможности максимально жесткими и короткими, чтобы уменьшить влияние сил резания на конечный результат.

Оптимизировать обработку легированных сталей, можно за счет использования ультразвуковых колебаний, слабых токов, предварительного подогрева деталей — но эти способы все слишком дороги, требуют специального дополнительного оборудования и редко применяются. Чаще всего на практике используются специальные кислоты. Иногда опытные токари используют самый обычный лук, а вернее его сок, который, как это ни удивительно, заметно улучшает чистоту поверхности детали, облегчает процесс резания и увеличивает срок службы инструмента.

На складе ООО «" в наличии разнообразный ассортимент нержавеющего проката. Мы ценим время своих клиентов, поэтому всегда готовы помочь с оптимальным выбором. К вашим услугам опытные менеджеры-консультанты. Качество продукции гарантируется строгим соблюдением норм производства. Сроки выполнения заказов минимальные. Оптовые покупатели получают льготные скидки.

Особенности обработки нержавеющей стали

Упрочнение или наклеп обрабатываемой поверхности, приводящие к увеличению сил резания и снижению стойкости инструмента.

Повышенная температура в зоне резания, обусловленная низким коэффициентом теплопроводности нержавеющей стали, который ухудшает теплоотвод и способствует перегреву режущего инструмента при обработке нержавеющей стали.

Снижение качества чистовой обработки за счет образования нароста на передней поверхности приводящего адгезионному износу режущей хромки.

Выкрашивание режущей кромки вызванная диффузионным износом, происходящим пои высокой температуре в результате взаимодействия однородных элементов обрабатываемой поверхости и режущего инструмента при обработке нержавеющей стали.

Общие рекомендации для обработки нержавеющей стали

1) Применяйте инструмент, обеспечиваюший улучшенный теплоотвод из зоны резания за счет его теплопроводности и геометрии.

2) Используйте положительную геометрию инструмента, которая способствует снижению сил резания и препятствует мзростообразовамию.

3) Выбирайте рациональные режимы резания для обработки нержавеющей стали.

4) Выбирайте рациональныейинструмент, который обеспечивает высокую теплостойкость, механическую прочность, твердость, и низкий коэффициент трения стружки о его переднюю поверхность.

Дополнительная информация

Заказчик: Организация
Статус: Выполнено
Срок сдачи проекта после оплаты аванса: 12.02.2014
ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: Подскажите основные отличия нержавеющей стали от других материалов, и хотябы общие рекомендации по ее обработке

6 комментарии

На днях напишу, деньги если понравится переведете

Теперь понятно откуда у меня такие проблемы при обработке нержавейки

Интересный пример обработки нержавеющей стали

Скажите какой фрезой лучше обрабатывать нержавеющую сталь

нержавейку обычно группой ВК обрабатывают (ВК8, ВК6-ОМ).
400 об/мин на диаметре 125 мм - скорость в пределах 160 м/мин - а не многовато для отечественного инструмента - обычно раза в 2-2,5 меньше (и смотря какая жесткость и твердость), а подача в зависимости от вида обработки и требований чертежа (для черновой 0,1-0,2 мм/зуб при хорошей жесткости СПИД).

Станочек отечественный - следовательно уже видимо под изношен - смысла не вижу навороченные бренды ставить (сам корпус фрезы будет в пределах 20-40 тыс.руб и пластины от 300 до 700 руб в зависимости от бренда - а использовать его на полную вы не сможете. )

Если уж хотите чем-то импортным работать возьмите или Korloy или Vertex фрезы под квадратные или треугольные пластины типа SPCN1204PPN и TPCN2204PPN - пластины распространенные, с задним углом, есть со сружкломом, есть почти у каждого бренда (подходят любые - можно экспериментировать в пределах бюджета от дешевых (отечественных) до самых дорогих).
Да и корпуса фрез как правило имеют кассетный тип и ремонтопригодны в случае чего (причем цена у них у Vertex в пределах 10 тыс.руб, у Korloy в пределах 15-20 тыс.руб). Можно такие и отечественные поискать или у СКИФ-М купить (но совет - берите под универсальную пластину)

Читайте также: