Как обрабатывать нержавейку 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.

Рекомендуем:  Как на ноутбуке включить инсерт на ноутбуке

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.

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.

Рекомендуем:  Как определить какая у вас видеокарта

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:

Источник

Особенности использования токарных станков для обработки нержавеющей стали

Из нержавейки сейчас производится немало различных деталей, а сам материал является более приспособленным к нагрузкам, нежели углеродистая сталь: если смотреть на современные механизмы, то у углеродистой стали чересчур низкий уровень прочности. Нержавейка имеет хорошее сопротивление высокой температуре и агрессивной среде, но именно из-за ее высокого уровня прочности и стойкости появляются некоторые сложности в процессе механической обработки на токарном станке.

Как обрабатывается сталь

Нержавеющая, наряду с углеродистой сталью, имеют практически одну и ту же твердость и предел растяжимости. Но идентичность характерна лишь для механических значений. Их отличия сводятся к микроструктуре, свойству упрочняться во время обработки и стойкости к воздействию ржавчины.

Если производится обработка резанием, то нержавеющая сталь сперва начнет упруго деформироваться, после чего обработка нержавеющей стали становится более простой, так как она переходит в стадию упрочнения. В этот момент резать ее можно лишь при увеличенных усилиях. Обычная сталь тоже может пережить эти стадии, но высокий уровень упрочнения характерен лишь высоколегированной.

Какие сложности возникают при токарной обработке нержавеющих сталей? Это касается деформационного упрочнения, удаления стружки и ресурса инструмента.

  • Вязкость;
  • низкий уровень теплопроводности;
  • сохранение свойств;
  • абразивные соединения;
  • неравномерное упрочнение.

Определенные сложности во время обрабатывания сталей вызываются из-за того, что сталь относится к довольно пластичным материалам, в особенности это касается жаропрочной марки. То есть стружка не будет обламываться, а начнет завиваться в длинную спираль.

Воздействие температуры

В эксплуатационном плане теплопроводность играет на руку, но на обработку это накладывает некоторые сложности. В том месте, где производится резание, температура быстро увеличивается, поэтому появляется необходимость охлаждать материал, применяя особые жидкости. Они требуются для устранения жара, предупреждения образования наклепа и облегчения работы.

При обработке рабочим инструментом начинает проявляться наклеп, из-за которого тот быстрее портится. Поэтому для воздействия на легированные стали, предусматриваются высокие скорости и определенные инструменты.

Прочностные характеристики и твердость материала остаются теми же, и если на материал воздействуют высокие температуры. В особенности это касается жаропрочной марки стали. Нужно брать в расчет и образование наклепа, из-за которого инструменты портятся довольно быстро, что приводит не только к порче резаков, но и ограничивает скорость обработки.

Нержавейка характерна карбидными и интерметаллическими соединениями, величина которых микроскопическая. За счет повышенной прочности их можно сравнить с абразивом. Резаки во время работы попросту начинают стачиваться, поэтому их необходимо постоянно править и перетачивать. В момент токарной обработки стали производится большое трение, более чем при работе с углеродистым сплавом.

Рекомендуем:  Бойлер косвенного нагрева bosch wstb 200 схема подключения

Под действием точения сплав начинает упрочняться неравномерно. Если обрабатываются небольшие детали, это не сильно на них сказывается. Однако, если обрабатывается вал или детали крупного размера, это может стать проблемой.

Как удаляется стружка

Обработка нержавейки становится более сложной процедурой, если скапливается длинная спиральная стружка. Так как материал становится более прочным во время деформации, это привело к разработке специальной конструкции инструментов. Можно также задействовать интенсивную обработку, характерную применением охлаждающей смазки.

Инструкции гласят, что смазку подают под высоким давлением изнутри резака, что приводит к следующему: практически моментально и значительно снижается температура резака, стружка убирается от инструмента (позволяет сохранить его состояние) и стружка попросту дробится на мелкие элементы, которые легко вымываются из зоны обработки.

Если речь идет о токарной обработке, то в этом плане сталь чаще охлаждается высоким напором. В области, где должна производиться обработка – распыляют раствор. Жидкость начнет испаряться, охлаждая тем самым материал, то есть «отнимая» у того лишнее тепло. Но для этого процесса требуется немало жидкости для охлаждения. При этом срок эксплуатации резака продлевается порядка в 6 раз.

Использование стружколома и охлаждения

Оборонная и высокоточная промышленность приняла следующее руководство: для охлаждения используется углекислота, температура которой -78 градусов. Данный способ хоть и является наиболее дорогостоящим, но и самым эффективным.

Немалую роль играет также то, какая форма у стружколома. Чтобы тепла образовывалось как можно меньше, он должен иметь положительную геометрию. Благодаря переднему углу уменьшается самоупрочнение изделия и появляется наплыв на самом резаке.

Если осуществляется токарная обработка легированной стали, то требуется применять особый стружколом. Данный инструмент может быть и универсальным, способный воздействовать на разнообразные металлы. Так, резка сейчас следующая: чистовая, получистовая и черновая и в каждом случае используется та или иная модель стружколома.

Особенности самоупрочнения стали в процессе деформации

Более всего самоупрочняется аустенитная разновидность нержавеющей стали, а это накладывает некоторые сложности на процедуру ее обработки.

Ведь резак начинает быстро изнашиваться из-за упрочнения материала. Если применяются специальные режущие пластинки, то проблема носит уже более лояльный характер.

Такие пластины характерны более острыми рабочими кромками, что позволяет быстро обработать материал, не доводя до самоупрочнения стали и образования наплыва.

Процесс становится более трудоемким, если необходимо обработать в несколько этапов. Ведь не представляется возможным выбирание достаточного количества металла за один подход. Именно здесь и находит место поэтапная работа. Более эффективное решение: снимание по 3 мм за два подхода, нежели за один – все 6 мм. Специалисты утверждают, что требуется снимать неодинаковые слои – 4 и 2 мм.

Видео по теме: Как обрабатывать НЕРЖАВЕЙКУ на токарном станке

Источник

Adblock
detector