Обработка нержавейки на токарном станке хитрости - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Обработка нержавейки на токарном станке хитрости

Конструктору и технологу

Меню навигации

Пользовательские ссылки

Информация о пользователе

Вы здесь » Конструктору и технологу » Тестовый раздел » Особенности обработки нержавеющей стали на токарных станках

Особенности обработки нержавеющей стали на токарных станках

Сообщений 1 страница 5 из 5

Поделиться12016-07-22 10:30:37

  • Автор: ДСВ
  • Администратор
  • Откуда: Горький
  • Зарегистрирован : 2014-11-08
  • Сообщений: 1540
  • Уважение: [+0/-0]
  • Позитив: [+0/-0]
  • Пол: Мужской
  • Возраст: 30 [1989-09-18]
  • Провел на форуме:
    6 дней 7 часов
  • Последний визит:
    2020-05-21 13:43:10

Особенности обработки нержавеющей стали на токарных станках

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.

Поделиться22016-07-22 10:32:55

  • Автор: ДСВ
  • Администратор
  • Откуда: Горький
  • Зарегистрирован : 2014-11-08
  • Сообщений: 1540
  • Уважение: [+0/-0]
  • Позитив: [+0/-0]
  • Пол: Мужской
  • Возраст: 30 [1989-09-18]
  • Провел на форуме:
    6 дней 7 часов
  • Последний визит:
    2020-05-21 13:43:10

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.


Обработка детали из нержавейки на токарном станке

Главные проблемы при токарной обработке стали:

1. деформационное упрочнение;
2. удаление стружки;
3. 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.

Поделиться32016-07-22 10:36:15

  • Автор: ДСВ
  • Администратор
  • Откуда: Горький
  • Зарегистрирован : 2014-11-08
  • Сообщений: 1540
  • Уважение: [+0/-0]
  • Позитив: [+0/-0]
  • Пол: Мужской
  • Возраст: 30 [1989-09-18]
  • Провел на форуме:
    6 дней 7 часов
  • Последний визит:
    2020-05-21 13:43:10

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:

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


Стружка нержавейки формирует длинные спирали.

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.

Заметка: 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.

Особенности обработки нержавеющей стали на токарных станках

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.

Читайте также:  Чем почистить нержавейку от темных пятен

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.

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:

Токарная обработка нержавеющей стали

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.

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.

ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Главная страница » Токарная обработка нержавеющей стали


Токарная обработка нержавеющей стали

Так как все нержавеющие стали обладают совершенно разной обрабатываемостью в силу разного химического состава, особенно хрома (Cr) и никеля (Ni), то и подходы к их обработке разные.

При обработке аустенитных сталей высокое содержание никеля (Ni) увеличивает прочность и повышает вероятность появление нароста. Также у супераустенитных сталей, где содержание никеля более 20%, для них обрабатываемость максимально низкая, смотрите график в прошлой статье.

Читайте также:  Как отличить нержавейку от других металлов

ВАЖНО ЗНАТЬ И ПРИМЕНЯТЬ:

1. Выбираем как можно больший радиус при вершине пластины.

2. Обязательно используем СОЖ с точным направлением в зону резания и желательно под давлением, и чем выше давление, тем лучше. Так как обработка нержавейки и особенно аустенитных сталей приводит к выделению большого количества тепла. Это ключевой фактор, негативно влияющий на обработку, тепло не отводится и передается на инструмент.

3. Используем круглые пластины или небольшой главный угол в плане (45 град), чтобы уйти от проточин на пластине, равной глубине резания.

4. Используем острые кромки и/или позитивную геометрию с положительным передним углом, чтобы уменьшить нарост, снизить наклёп, уменьшить образование тепла. Аустенитная сталь особенно хорошо поддается наклёпу и появлению нароста. Есть особо острые серии пластин по нержавеющей стали.
Особенно позитивная геометрия важна при точении тонкостенных деталей, нежестко закрепленных деталей, длинных тонких валов и т.д.

5. Используем только специальные стружколомы и только предназначенные для нержавеющей стали, чтобы уйти от сливной стружки, которая наматывается на резец и выводит пластину из строя. Даже стружколомы общего назначения не берем, они не дают такого результата, как специальные стружколомы по нержавеющей стали.

6. Выбираем глубину резания по возможности превышающую толщину упрочненного слоя.

7. Используем пластины с покрытием для повышения термостойкости и износостойкости. При этом учитываем, что CVD-покрытия более толще и они значительно повышают стойкость инструмента, а также позволяют повысить режимы резания и таким образом производительность. Хотя они не такие острые и трудно поддаются заточке.
PVD-покрытия более тонкие, они обеспечивают острую кромку пластины и гладкость поверхности. Правда есть риск быстрого износа и выхода из строя пластины. Тем не менее PVD-покрытия часто используются для обработки аустенитных сталей.
При отделении нароста, образованного при обработке нержавеющей стали, он может вырвать часть покрытия и частички режущей кромки, и таким образом вывести пластину из строя. Гладкость покрытия снижает возможность нароста. Но покрытие необходимо в том числе и для повышения стойкости от абразивных частиц нержавеющей стали.

8. Берем пластины с высокой температурной стойкостью. Может повторюсь, но отвод тепла очень плохой у нержавеющих сталей особенно аустенитных, и это практически ключевой момент. Т.к. стружка не отводит тепло, и оно передается инструменту, нужно применять СОЖ, но направить СОЖ точно в зону резания не всегда получается, поэтому пластины, хорошо реагирующие на температурный шок, были бы весьма кстати.

9. Берем мелкозернистый твердый сплав с покрытием PVD для финишной обработки нержавеющей стали, чтобы получить высокую точность и низкую шероховатость поверхности. Данный сплав даст высокую прочность и стойкость острой режущей кромки. Данные пластины пойдут даже при прерывистом резании и с термическим шоком. Но всё в соответствии со здравым смыслом и рекомендациями каталога.

10. Также можно присмотреться к кермету с PVD-покрытием для чистовой обработки нержавеющей стали только в хороших условиях. Наблюдается меньшее налипание.

12. Берем отрезное лезвие с внутренними каналами для подвода СОЖ в зону резания, так как узкое место не дает возможность направить наружную подачу СОЖ точно в зону резания, и это здорово сказывается на стойкости отрезной пластины.

13. Есть рекомендация увеличить глубину резания и режимы резания до максимально возможных значений. Идея в том, что больший объем стружки будет поглощать больше тепла даже при учете низкой теплопроводности нержавеющего металла. Это снизит количество проходов, но приведет к наклёпу, плохой шероховатости и необходимы жесткие, мощные станки. Необходимо пробовать – возможно не всегда это возможно.

14. Используем СОЖ с содержанием масла в водомасляной эмульсии не менее 8-9% (обычно 3-4%). Многие даже пробуют олеиновую (жирную) кислоту применять и добиваются отличных результатов.

15. Помним, что инструмент должен противостоять воздействию температур, химическому, адгезионному и абразивному износу. Поэтому выбираем пластину, имеющую геометрию (острую кромку, стружколом и т.д.), сплав и покрытие только по нержавеющей стали и с лучшим сочетанием всех этих составляющих.

16. Можно использовать разную глубину резания для равномерного износа пластин.

17. Иногда стоит провести предварительную термическую обработку нержавеющих заготовок для выравнивания структуры, если это допустимо.

Используя данные меры возможно добиться повышения скорости и подачи токарной обработки нержавеющих сталей и тем самым повысить производительность. Стараемся применить комплексно все эти рекомендации и таким образом повысить не только производительность, но и стойкость инструментов.

При обработке дуплексных нержавеющих сталей необходимо использовать резцы с внутренним подводом СОЖ под высоким давлением – это позволит снизить температуру, дробить стружку и быстро отводить её.
В феритных, мартенситных содержание никеля меньше, а хрома больше, повышение хрома ведет к увеличению прочности и большей абразивности, что ведет к быстрому износу пластин, учитываем этот фактор используем износостойкие покрытия.

Режимы резания токарной обработки нержавеющей стали

При выборе режимов резания стоит опираться на данные каталога конкретно подобранной пластины, но необходимо учитывать желаемую стойкость инструмента. Как правило в каталогах указаны максимальные значения режимов резания, соответствующие максимальной производительности, но также и минимальной стойкости.

Кроме того, режимы сильно зависят от реальных производственных условий, жесткости системы и т.д., поэтому оптимальные режимы необходимо подбирать индивидуально под каждый случай отдельно.

Режимы также отличаются для разной заточки, разной геометрии, поэтому первоисточником является каталог конкретного инструмента. Хотя для примера можно привести следующие варианты режимов резания, в качестве справки.

21.2. Особенности резания жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов

По своим физико-механическим свойствам жаропроч­ные, жаростойкие и нержавеющие стали и сплавы имеют много общего, что обусловливает их технологические качества. В зависимости от химического состава и с целью обеспечения удовлетворительной обрабатываемости реза­нием труднообрабатываемые стали и сплавы имеют раз­личную структуру: ферритную, мартенситно-ферритную, аустенитную и аустенитно-мартенситную. В связи с этим стали подразделяются на классы (табл. 11.7). Например, жаропрочные и жаростойкие стали чаще всего относятся к аустенитному классу. Структура таких сталей представ­ляет твердый раствор аустенита с гранецентрированной кристаллической решеткой. Кроме того, большая часть деформируемых жаропрочных сплавов относится к типу дисперсионно-твердеющих. Высокая дисперсность струк­туры повышает сопротивление ползучести сплавов и препятствует возникновению и развитию процессов скольжения.

Худшая обрабатываемость жаропрочных и нержавею­щих сталей и сплавов по сравнению со сталью 45 опреде­ляется их физико-механическими характеристиками, хи­мическими свойствами, структурой, теплофизическими показателями. Рассмотрим некоторые свойства жаропрочных и нержавеющих материалов, затрудняющие их механическую обработку.

К таким свойствам относятся следующие.

1. Высокое упрочнение материала в процессе его деформирования резанием. Жаропрочные и нержавеющие стали чаще всего относятся к сталям аустенитного класса, имеющим кристаллиты с гранецентрированной кристаллической решеткой. Поэтому сплавы аустенитного класса характеризуются низким пределом текучести при том же временном сопротивлении, т. е. они весьма пластич­ны. Чем более пластичен материал, и тем большие работу и силы резания надо затратить на снятие одного и того же объема такого материала.

Исследования микротвердости корней стружки пока­зали, что при точении стали Х18Н10Т она примерно в два раза больше, чем у недеформированного металла; относительное упрочнение для сплавов IV и V групп составляет 50. 60 %, что значительно ниже этих же значений при обработке конструкционных материалов.

2. Жаропрочные и нержавеющие стали и сплавы имеют низкую теплопроводность по сравнению с конструк­ционными материалами (табл. 11.8).

При их обработке выделяется значительное количество теплоты, резко возрастает уровень температур в зоне резания. Это способствует активизации адгезионных и диффузионных процессов, интенсифици­рует изнашивание рабочих поверхностей инструментов, снижает уровень VT. Как следствие, использование твердых сплавов в качестве инструмен­тального материала не всегда возможно, а применение быстрорежущих инструментов оправдано лишь при малых скоростях резания. При увеличении скорости температура резания превышает предел теплостойкости инструмен­тального материала и инструмент быстро выходит из строя. Повышению производительности обработки указан­ных материалов и уровня стойкости инструмента способ­ствует применение соответствующе подобранных СОЖ.

3. Способность рассматриваемых материалов сохра­нять исходную прочность и твердость при повышенных температурах приводит к тому, что в процессе резания инструмент испытывает высокие удельные нагрузки. Весьма слабое разупрочнение жаро­прочных и нержавеющих материалов при нагреве до высоких температур приводит к тому, что на передней поверхности режущего инструмента действуют высокие удельные нагрузки (до 5000. 9000 МПа), соответствую­щие нагрузкам, возникающим при обработке закаленных конструкционных сталей с 61. 65 HRC3. Этому обсто­ятельству способствуют значительно более высокие по сравнению с конструкционными сталями коэффициенты трения на контактных площадках, обусловленные интен­сивным адгезионным взаимодействием. Высокое химиче­ское сродство обрабатываемого и инструментального материалов вызывает их схватывание и даже разрушение контактных площадок. Наибольшую способность к адге-зии имеют металлы, обладающие повышенной пластич­ностью, с атомными диаметрами, различающимися не более чем на 15. 18 % (например, железо—хром, железо—медь).

Читайте также:  Каким сверлом сверлить нержавейку

4. Большая истирающая способность жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов обусловлена наличием в них, кроме фазы твердого раствора, еще и второй фазы, когда образуются интерметаллидные или карбидные включения. Последние, подобно абразиву, истирают инструмент, вызывая ускоренное изнашивание его кромок. В процессе пластической деформации жаропрочных и нержавеющих материалов происходит выделение карби­дов, твердость которых приближается к твердости твердых сплавов групп ВК и ТК. Вследствие этого резко возрастает истирающая способность жаропрочных и особенно литых на никелевой основе сплавов. Им присущи значительная разнозернистость и неравномерность выделения карбидов и интерметаллидной фазы после их ковки, прокатки и особенно литья. Наличие таких зон приводит к резкому возрастанию сил резания и температуры, что в значитель­ной степени сказывается на затуплении и разрушении режущих кромок инструмента.

При обработке сплавов предъявляются особые требо­вания к прочностным характеристикам и износостойкости режущего инструмента. Рабочие поверхности его лезвий должны быть тщательно доведены и подвергнуты спе­циальной химической обработке с целью образования на них прочных пленок, снижающих коэффициент трения.

5. Пониженная виброустойчивость при резании нержа­веющих и жаропрочных материалов обусловлена их высо­кой упрочняемостью при неравномерной пластичной деформации. Возникновение вибраций приводит к микро-и макровыкрашиванию режущих кромок инструментов. Эти явления усиливаются из-за наличия схватывания сходящей стружки с передней поверхностью.

Учитывая рассмотренные особенности, физическую сущность процесса резания нержавеющих и жаропрочных материалов можно свести к следующему: вначале инструмент врезается в неупрочненный металл и под его воздействием происходит пластическая деформация слоя металла, сопровождаемая поглощением прикладываемой извне энергии. Срезаемый слой металла при этом упрочняется и становится хрупким, а затем происходит сдвиг и образование элемента стружки. Ввиду малой теплопроводности обрабатываемого материала теплота резания концентрируется в зоне снятия стружки и спо­собствует активизации процессов адгезии и диффузии, вызывая тем самым разрушение режущих кромок инстру­мента. Указанные явления наряду с повышенными абра­зивными и механическими свойствами нержавеющих и жаропрочных материалов при высокой температуре, а также переменное воздействие этих факторов, обуслов­ленное вибрациями, интенсифицируют процесс изнашива­ния режущих инструментов.

Указанные особенности жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов резко ухудшают их обрабатываемость резанием по сравнению с обычными конструкционными сталями и чугунами. Скорость резания с повышением

жаропрочности труднообрабатываемых сталей и сплавов снижается до 10…20 раз по сравнению с обработкой обычной конструкционной стали 45 (см. табл. 11.7). При этом в 1,5—2,5 раза возрастают силы резания, что является причиной более высоких температур в зоне реза­ния, а также небольших периодов стойкости режущего инструмента.

При повышении уровня легирования рассматриваемых материалов их обрабатываемость резко ухудшается. Если скорость резания при обработке нержавеющей стали 20X13 твердосплавным и быстрорежущим инстру­ментами соответственно не превышает 150 и 30 м/мин, скорость резания при обработке сплава ЖС6К. на никеле­вой основе твердосплавным инструментом не больше 10. 20 м/мин, а быстрорежущим 0,5. 1 м/мин.

Для повышения обрабатываемости этих сплавов используется предварительная термообработка загото­вок — отжиг или отпуск, в результате чего из твердого раствора выделяются вторичные фазы и уменьшается интенсивность упрочнения материалов.

Весьма эффективно также использование технологи­ческих сред (табл. 11.9, 11.10).

Правильный выбор СОТС может повысить период стойкости инструмента в 1,5—3 ра­за, снижает высоту микронеровностей до 1,5 раза.

Преобладающим видом изнашивания инструментов при обработке сталей и сплавов IV и V групп является адгезионно-усталостное. В этом случае необходимо приме­нять СОТС с повышенной смазывающей способностью. При обработке сплавов VI группы преобладает абразивное изнашивание и, как следствие, часто применяются более дешевые и гигиенические водные СОТС.

Токарная обработка стали

Токарная обработка стали — метод обработки, при котором с поверхности заготовки послойно удаляется металл до получения требуемых показателей (шероховатость, форма, размер).

Путем токарной обработки осуществляют:

  • нанесение резьбы;
  • сверление, растачивание, развертывание, зенкерование отверстий;
  • отрезание частей заготовок;
  • вытачивание канавок и др.

Современные токарные станки позволяют добиться высокой точности обработки стали. С их помощью выпускают кольца, гайки, втулки, валы, муфты, зубчатые колеса, шкивы и другие детали.

Краткое описание технологии:

  1. Заготовка устанавливается в шпиндель и вращается вокруг своей оси.
  2. К заготовке подводится резец для точения, которое выполняется при создании суппортом поперечного усилия.

Токарная обработка нержавеющей стали

Свойства «нержавейки» мало изменяются при повышенных температурах, воздействии агрессивных сред и высоком давлении. По этой причине ее механическая обработка связана с рядом сложностей:

  • Деформационное упрочнение. Во время резания легированная сталь упруго деформируется, затем легко поддается обработке, после чего происходит упрочнение. В результате резание можно осуществить при условии повышения усилия. Наиболее заметно упрочняется высоколегированная сталь.
  • Неравномерное упрочнение. Сталь упрочняется неравномерно во время точения. Это не критично во время обработки небольших деталей, однако, влияет на качество крупных валов и других габаритных деталей.
  • Сложность удаления стружки. Из-за пластичности нержавеющей стали стружка при обработке не обламывается, а завивается в спираль большой длины. Высокая вязкость препятствует простой обработке «нержавейки», так как приводит к накоплению стружки. Для решения проблемы поверхность обрабатывают охлаждающей смазкой и применяют стружколомы.
  • Перегрев рабочего инструмента. Из-за низкой теплопроводности в месте обработки существенно повышается температура, что требует охлаждения особыми жидкостями. Если охлаждение неэффективно, рабочий инструмент приходит в негодность из-за образовавшегося наклепа и деформации в результате перегрева. Как правило, нержавеющую сталь обрабатывают на небольших скоростях.
  • Быстрое стачивание резаков. «Нержавейка» содержит интерметаллические и карбидные соединения, свойства которых из-за высокой твердости аналогичны свойствам абразива. Во время работы резаки постоянно стачиваются и требуют переточки, поскольку трение во время обработки легированной стали намного больше трения при резании углеродистой.

Особенности удаления стружки

Образование длиной витой стружки — один из наиболее проблемных факторов токарной обработки нержавеющей стали. Эффективное удаление стружки достигается благодаря:

  • сложной геометрии стружколома;
  • максимальной подаче жидкости для смазки и охлаждения.

Эффективно применение режущих инструментов с внутренней подачей жидкости, которая идет под высоким давлением. Такой прием гарантирует:

  • достаточную степень охлаждения режущей пластины возле горячей зоны обработки;
  • быстрый отвод стружки от токарного резца, что способствует сохранению его качеств;
  • эффективное измельчение стружки, что обеспечивает ее простое и быстрое удаление от места резания.

Оптимизация процесса обработки

Токарную обработку стали можно оптимизировать. Вот несколько способов:

  • повышается скорость вращения шпинделя с одновременным уменьшением снимаемого слоя. Благодаря этому обрабатываемая поверхность становится более шероховатой;
  • для увеличения износостойкости токарных резцов в качестве смазки применяется кислота;
  • чтобы управлять электродиффузионным и окислительным износом инструментов, в область обработки подаются слабые токи;
  • чтобы снизить пластические деформации и уменьшить коэффициент трения, на область резания воздействуют ультразвуковыми колебаниями.

Виды резцов для обработки стали

Для токарной обработки нержавеющего сплава применяются резцы, сверла, развертки, зенкеры и плашки. Токарные резцы бывают:

  • подрезные. Используются для обработки торцов;
  • проходные. Они в свою очередь делятся на прямые и отогнутые. Применяются при получения цилиндрических поверхностей;
  • расточные. Необходимы для создания отверстий определенного диаметра;
  • отрезные. Используются для резки заготовок на мерные фрагменты;
  • резьбонарезные. Необходимы для создания резьбы с внутренней и наружной части детали;
  • фасонные. Применяются для обработки фасонных поверхностей.

Резцы бывают цельными и составными. Последние применяются для работы с коррозионностойкими сталями и сплавами высокой твердости. Зачастую вставки для резцов изготавливают из эльбора (кристаллы кубического бора, которые являются искусственной альтернативой алмаза). Резцы со вставками из эльбора обычно используют для работы с закаленными сталями. Но инструмент эффективен только при отсутствии биения и вибрации.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector