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

Обработка нержавеющей стали на токарном станке

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.

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

Самоупрочнение стали во время деформации

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

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

Режущий инструмент

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

Читайте также:  Гравировка на нержавейке в домашних условиях

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.
Читайте также:  Электросварка нержавейки инвертором

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.

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.

Читайте также:  Обработка нержавейки на токарном станке хитрости

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector