Токарная обработка различных материалов

Токарные работы – это широкий спектр процедур по механической обработке металлических деталей. Для получения высококачественных деталей при точении следует учитывать различные свойства обрабатываемых материалов и особенностей их обработки.

Токарная обработка стали

Рекомендации по токарной обработке стали меняются в зависимости от ее вида. Сталь делится на следующие виды: нелегированная, низколегированная и высоколегированная.

Точение нелегированной стали

Обозначается в классификаторе по стандарту iso как P1.1. Содержание углерода в нелегированной стали составляет до 0,55%. Низкоуглеродистая сталь (содержание углерода <0,25%) требует особого внимания из-за сложности контроля над дроблением стружки и проблемы налипания (образование нароста на режущей кромке пластины). Для дробления и удаления стружки нужно обеспечить большую подачу.

Необходимо устанавливать более высокую скорость резания, чтобы избежать нароста на пластине, которые могут повлиять на качество поверхности. Острые кромки и геометрии для ненагруженного резания уменьшают склонность к налипанию материалов и предупреждают деструкцию кромки.

Точение низколегированной стали

Обозначается в классификаторе по стандарту iso как P2.x. Обработка низколегированной стали обусловлено содержанием легирующих элементов и термической обработкой (твердости). Для материалов этой классификации самыми вероятными механизмами износа являются лункообразование и износ по задней поверхности. Поскольку твердые материалы выделяют в зоне резания больше тепла, пластическая деформация также является распространенным механизмом износа.

Для низколегированной стали в незакаленном состоянии в первую очередь выбирают серию сплавов и геометрию для стали. Для токарной обработки упрочненных материалов лучше использовать более твердые сплавы (сплавы для чугуна, керамику и CBN).

Точение высоколегированной стали

Обозначается в классификаторе по стандарту iso как P3.x. К высоколегированным относятся углеродистые стали с содержанием легирующих элементов более 5%. В эту группу входят как мягкие, так и упрочненные материалы. Обрабатываемость таких материалов снижается с ростом содержания легирующих элементов и твердости.

Что касается низколегированных сталей, то в первую очередь выбирают сплавы и геометрии для стали.

К стали с содержанием легирующих элементов более 5% и твердостью более 450 HB предъявляются дополнительные требования стойкости к пластической деформации и прочности кромки. Необходимо использовать более твердые сплавы (сплавы для чугуна, керамику и CBN).

Токарная обработка нержавеющей стали

Нержавеющие стали можно разделить на ферритную/мартенситную, аустенитную и дуплексную (аустенитную/ферритную), каждая из которых имеет свои собственные рекомендации по токарной обработке.

Точение ферритной и мартенситной нержавеющей стали

Обозначается в классификаторе по стандарту iso как P5.1. Этот вид нержавеющей стали классифицируется как сталь, отсюда классификация P5.x. Общей рекомендацией по обработке этого вида стали является использование сплавов и геометрий для нержавеющей стали.

Мартенситные стали можно обрабатывать в упрочненном состоянии, но в этом случае предъявляются повышенные требования в плане стойкости режущих кромок к пластической деформации. Попробуйте использовать сплавы CBN, HRC = 55 и выше.

Точение аустенитной нержавеющей стали

Обозначается в классификаторе по стандарту iso как M1.x и M2.x. Аустенитная нержавеющая сталь – наиболее распространенный тип нержавеющей стали. К этой группе относятся и так называемые супераустенитные сорта стали – нержавеющая сталь с содержанием никеля более 20%.

Рекомендуемые сплавы и геометрии – ассортимент сплавов CVD и PVD для нержавеющей стали.

Для прерывистого резания, а также там, где основным механизмом износа является повреждение стружкой или пакетирование стружки, используйте сплавы PVD.

На что еще следует обратить внимание:

• Рекомендуется всегда использовать СОЖ для уменьшения лункообразования и пластической деформации и выбирать максимально возможный радиус при вершине пластины. 
• Во избежание образования проточин необходимо использовать круглые пластины или небольшой главный угол в плане.
• Обычно возникают тенденции к налипанию металла и образованию нароста на режущей кромке. И то и другое отрицательно сказывается на качестве обработанной поверхности и стойкости инструмента. Чтобы этого избежать следует использовать острые кромки и/или геометрии с положительным передним углом.

Точение дуплексной (аустенитной/ферритной) нержавеющей стали

Обозначается в классификаторе по стандарту iso как M3.4. Для дуплексных нержавеющих сталей с более высоким содержанием легирующих элементов используются такие обозначения, как супер- и гипердуплексная нержавеющая сталь. Более высокая механическая прочность усложняет обрабатываемость материала, особенно когда речь идет о нагреве, силах резания и контроле над дроблением стружки.

На что еще следует обратить внимание:

• Для улучшения контроля над дроблением стружки и предотвращения пластической деформации следует применять СОЖ.
• Рекомендуется использовать небольшой главный угол в плане для предотвращения образования проточин и заусенцев.

Токарная обработка чугуна

Существует пять основных типов чугуна:

• Серый чугун — GCI
• Чугун с шаровидным графитом — NCI
• Ковкий чугун — MCI
• Чугун с вермикулярным графитом — CGI
• Отпущенный ковкий чугун — ADI

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом (более 2%) и кремнием (1–3%). Чугун дает короткую стружку, дробление стружки хорошо контролируется при большинстве условий.

При обработке большинства чугунов рекомендуется использовать сплавы и геометрии для обработки чугуна. Для серого чугуна при высоких скоростях резания рекомендуется использовать сплавы из керамики и CBN.

Токарная обработка жаропрочных сплавов (HRSA)

Жаропрочные сплавы имеют отличную механическую прочность и стойкость к пластической деформации (медленному смещению или деформации под нагрузкой) при высоких температурах. Жаропрочные сплавы также обладают хорошей стойкостью к коррозии и окислению. Жаропрочные сплавы можно поделить на четыре группы:

• На основе никеля (например, инконель)
• На основе железа
• На основе кобальта
• На основе титана (титан может быть чистым либо с альфа- и бета-структурами)

Как жаропрочные, так и титановые сплавы характеризуются плохой обрабатываемостью, особенно при старении, что предъявляет особые требования к режущим инструментам. Важно использовать острые кромки для предотвращения так называемых белых слоев с неравномерной твердостью и остаточным напряжением.

Жаропрочные сплавы: При точении жаропрочных сплавов часто используются сплавы PVD и сплавы из керамики. Рекомендуется использовать геометрии, оптимизированные для жаропрочных сплавов.

Титановые сплавы: В основном следует использовать сплавы без покрытия и PVD. Рекомендуется использовать геометрии, оптимизированные для жаропрочных сплавов.

Общим критерием износа и для титана, и для жаропрочных сплавов является образование проточин. Для обеспечения оптимальных характеристик следует придерживаться следующих рекомендаций:

• Необходимо использовать главный угол в плане менее 45°
• Необходимо использовать подходящее соотношение между диаметром пластины/радиусом при вершине и глубиной резания
• При врезании под углом или многопроходной обработке рекомендуется глубина резания более 0,25 мм
• СОЖ при точении жаропрочных и титановых сплавов должна подаваться постоянно, независимо от того, какие пластины используются – твердосплавные или керамические. Объем СОЖ должен быть большим, а струя – точно направленной. 
• При использовании керамических сплавов рекомендуется предварительная обработка фасок – для минимизации риска образования заусенцев при входе и выходе пластины и получения оптимальной производительности.

Токарная обработка алюминия и других цветных металлов

В эту группу входят цветные металлы и их сплавы – алюминий, медь, бронза, латунь, металломатричные композиты (MMC) и магний. Обрабатываемость зависит от составляющих сплав элементов, термообработки и метода получения заготовки (поковка, отливка и пр.).

Точение алюминия

Обозначается в классификаторе по стандарту iso как N1.2. Необходимо всегда использовать пластины с задними углами и острыми кромками. Первым выбором являются сплавы без покрытия и PCD.

Для точения сплавов на основе алюминия с содержанием кремния более 13% следует использовать пластины с PCD, поскольку стойкость твердых сплавов резко снижается.

СОЖ при обработке алюминия в основном используется для эвакуации стружки.

Токарная обработка стали высокой твердости

Точение стали твердостью 55–65 HRc – экономичная альтернатива шлифованию. Точение материалов высокой твердости повышает гибкость процесса, сокращает время подготовки производства и позволяет получить более высокое качество.

Но самым оптимальным материалом для точения сталей после цементации и индукционной закалки являются сплавы на основе кубического нитрида бора (CBN). Для сталей твердостью менее 55 HRC рекомендуется использовать керамические или твердосплавные пластины.

Для точения материалов высокой твердости следует использовать оптимизированные сплавы с CBN.

• Должны быть обеспечены высокая стабильность станка и надежное закрепление заготовки
• Необходимо использовать как можно меньшую глубину резания для получения небольшого главного угла в плане и правильную обработку кромок для повышения стойкости инструмента

Компания «Сварог» специализируется на комплексной механической обработке от проектирования до изготовления изделий. Производственный участок компании оснащен широким спектром современного ЧПУ оборудования, обеспечивающего возможность обработки высокоточных изделий на заказ. Компания имеет технические возможности для обработки таких металлов как: нержавеющие и конструкционные стали, алюминий, титановые сплавы, латунь, медь, бронза, свинец.