Пластина CNMG Duratomic

Пластина CNMG Duratomic

Нержавеющая сталь — универсальный материал, который находит широкое применение в областях, где важны такие свойства, как прочность, коррозионная стойкость и жаропрочность. Однако именно эти свойства, выгодно отличающие нержавеющую сталь от других конструкционных материалов, осложняют процесс обработки выполняемых из нее деталей. Тщательно выверенное, сбалансированное сочетание свойств и геометрий режущего инструмента с высокими режимами резания может существенно повысить производительность обработки нержавеющих сталей.

Эволюция материала

Основными видами нержавеющих сталей являются ферритные и мартенситные стали. Ферритные стали содержат 10-12 % хрома и не являются упрочняемыми. Мартенситные стали отличаются более высоким содержанием хрома и углерода, чем ферритные, и легированы марганцем и кремнием, в результате чего получается материал, который может быть упрочнен при термической обработке. В настоящее время ферритные и мартенситные стали редко используются в промышленности — из них, как правило, изготавливают кухонные принадлежности или садовые инструменты. 

По мере их освоения нержавеющие стали чаще всего применялись там, где необходима механическая прочность и коррозионная стойкость. Чтобы повысить прочность стали, металлурги легировали ее никелем. Сплав превратился из железохромового в железохромоникелевый. Такие материалы называются аустенитными нержавеющими сталями, их часто используют в таких отраслях промышленности, где необходимы прочность, коррозионная стойкость и жаропрочность. Как правило, это нефтехимическая обработка, пищевая промышленность, где в соответствии с санитарно-эпидемиологическими нормами применяются повышенные требования к коррозионной стойкости, и общее машиностроение с эксплуатацией в тяжелых условиях. 

Материалы детали

Повышение производительности таких материалов, как нержавеющая сталь, неизбежно ставит дополнительные задачи при их обработке. Коррозионная стойкость ферритных и мартенситных нержавеющих сталей зависит в основном от химического состава, поэтому их обработка лишь немногим труднее обработки простой стали. Однако в аустенитных нержавеющих сталях наличие никеля и других легирующих элементов обеспечивает твердость, прочность, деформационную устойчивость и термические свойства, снижающие обрабатываемость.

Понимание процесса

До недавнего времени не было правильного понимания процесса обработки аустенитной нержавеющей стали. Операторы считали, что для обработки материалов с повышенной прочностью необходимы более высокие механические усилия резания, что потребует применения более прочного инструмента с негативной геометрией при пониженных параметрах резания. Однако такой подход привел к сокращению срока службы инструмента, образованию длинной стружки и многочисленных заусенцев, неудовлетворительной шероховатости поверхности и появлению нежелательных вибраций. 

На самом деле механические усилия резания, применяемые при обработке аустенитной нержавеющей стали, ненамного выше усилий резания, типичных для обработки простых сталей. Чрезмерный расход энергии при обработке аустенитной нержавеющей стали во многом объясняется ее термическими свойствами. Резание металлов подразумевает деформацию, а при обработке аустенитной нержавеющей стали, устойчивой к деформации, выделяется избыточное количество тепла.Материалы детали

Отвод этого тепла из зоны резания имеет первостепенную важность. К сожалению, аустенитная нержавеющая сталь обладает не только устойчивостью к деформации, но и низкой теплопроводностью. Стружка, образующаяся при обработке простой стали, поглощает и отводит тепло, но стружка аустенитной нержавеющей стали поглощает лишь ограниченное количество тепла. А поскольку сама заготовка обладает плохой теплопроводностью, избыточное тепло приходится на режущий инструмент, что сокращает срок службы. 

Производители инструмента разрабатывают твердосплавные основы, которые обеспечивают достаточную термостойкость для эксплуатации при повышенных температурах, возникающих при обработке нержавеющих сталей. Не менее важным фактором, чем химический состав основы, является острота режущей кромки. Режущий инструмент с более острой кромкой режет нержавеющую сталь, а не деформирует ее, что означает меньшее теплообразование.

Высокие режимы резания

С точки зрения отвода тепла из зоны резания самым эффективным способом обработки нержавеющих сталей является применение максимально возможной глубины резания и скорости подачи. Цель — максимальный отвод тепла при помощи стружки. Поскольку низкая теплопроводность нержавеющей стали ограничивает количество поглощаемого тепла на куб. мм стружки, решением может быть увеличение размера стружки: больший объем (куб. мм) будет поглощать больше тепла. Увеличение глубины резания также позволит сократить количество проходов, необходимых для обработки одной детали, — важный фактор, так как аустенитная нержавеющая сталь подвержена упрочнению в результате наклепа в процессе обработки. Токарная обработка нержавеющих сталей

У таких высоких режимов резания существуют ограничения. Например, требования к шероховатости поверхности ограничивают максимальную скорость подачи. Мощность станка, как и прочность режущего инструмента и заготовки, также ограничивают применение высоких режимов резания.

Стратегии использования СОЖ

Из-за непростых термических свойств аустенитных нержавеющих сталей подача СОЖ почти всегда является крайне важной составляющей их обработки. СОЖ должна быть высокого качества, с содержанием масла в водомасляной эмульсии не менее 8–9 % против содержания масла 3–4 %, характерного для большинства операций обработки. 

Не менее важен метод подачи СОЖ. Чем выше давление, при котором СОЖ подается в зону резания, тем выше ее эффективность. Наиболее эффективны специализированные системы подачи, такие как Seco Jetstream Tooling®, которая обеспечивает направленную подачу СОЖ под высоким давлением напрямую в зону резания.

Покрытие инструмента и износ

Твердое покрытие, наносимое на поверхность материала основы инструмента, усиливает термостойкость поверхности и улучшает срок службы инструмента при эксплуатации при повышенных температурах. Однако толщина покрытия должна быть достаточной, чтобы защитить основу от термического воздействия, а ее нанесение на геометрии с большой остротой затруднительно. Производители режущего инструмента работают над созданием покрытий, которые могли бы обеспечить защиту от термического воздействия при небольшой толщине. 

Аустенитные нержавеющие стали обладают высокой пластичностью и могут налипать на режущий инструмент. Нанесение покрытия может привести к адгезионному износу, при котором материал заготовки налипает на режущую кромку и образует наросты. При удалении налипшего материала с ним могут отделиться частицы режущей кромки, что приведет к неудовлетворительной шероховатости и поломке инструмента. Покрытие может обеспечить гладкость, которая снизит адгезионный износ; применение повышенных скоростей резания тоже поможет сократить влияние этого фактора. Фрезерование нержавеющих сталей

Некоторые аустенитные стали содержат твердые абразивные включения, поэтому повышение износостойкости инструмента за счет твердого покрытия позволит увеличить срок службы инструмента.

Образование бороздок обусловлено склонностью материала к упрочнению в результате наклепа при обработке. Образование бороздок можно описать как крайнюю степень износа материала на некоторых участках в результате трения. Степень такого износа можно уменьшить за счет нанесения соответствующего покрытия или иными методами, например, изменив глубину резания, чтобы распределить зоны износа по режущей кромке.

Разработка инструментов

В настоящее время усилия производителей инструмента направлены на поиск баланса свойств инструмента, обеспечивающих оптимальную производительность при обработке конкретных материалов заготовки. Целью исследований твердых сплавов является баланс твердости и прочности, чтобы твердость инструмента не приводила к образованию трещин и в то же время обеспечивала устойчивость к деформации. Аналогичным образом, предпочтительно использовать режущие кромки острой геометрии, хотя в механической прочности они уступают скругленным. Следовательно, целью разработки геометрии кромки является создание инструмента, в котором будут максимально сбалансированы такие характеристики, как прочность и острота кромки. 

В ходе исследований производители инструмента пересматривают инструкции по применению инструмента. Актуальные рекомендации по параметрам обработки основаны, главным образом, на таких характеристиках обыкновенных сталей, как прочность и твердость, без учета термических факторов, которые играют важную роль при обработке аустенитных нержавеющих сталей и других высокопроизводительных сплавов. Не так давно производители инструмента начали сотрудничать с научными учреждениями в целях пересмотра методик испытаний инструмента с учетом термических характеристик определенных материалов. 

Новые инструкции включают новые эталонные материалы. Как правило, стандарты обрабатываемости устанавливались по одному эталонному материалу (легированной стали) и основывались на механических нагрузках, возникающих при обработке. Теперь для аустенитных нержавеющих сталей существует отдельный эталонный материал, для которого установлены нормативные значения скорости, подачи и глубины резания. В соответствии с этим эталонным материалом применяются коэффициенты калибровки и балансировки, позволяющие определить отклонения от нормативных значений, которые обеспечат оптимальную производительность материалов с разными характеристиками обработки.

Особая геометрия для особых материалов

Большая часть режущих инструментов обеспечивает неплохую производительность обработки многих материалов в широком диапазоне условий резания и параметров обработки. Такие инструменты — экономичный вариант для выполнения разовых задач со средними требованиями к производительности и качеству. Однако чтобы достичь максимальной производительности, разработчики инструментов постоянно ищут и испытывают сочетания элементов, чтобы создать режущий инструмент с максимальной производительностью и надежностью обработки особых материалов заготовки. 

Основными элементами режущего инструмента являются материал основы, покрытие и геометрия. Каждый из них важен, и в идеальном инструменте они представляют собой систему, которая превосходит результаты, демонстрируемые отдельно взятыми элементами.

Каждый из элементов режущего инструмента выполняет свою задачу. Основа и покрытие играют пассивную роль, они обеспечивают баланс твердости и прочности, защиту от воздействия высоких температур и устойчивость к химическому, адгезионному и абразивному износу. Геометрия инструмента выполняет активную роль, так как в зависимости от изменения геометрии изменяется количество металла, снимаемого за определенное время, а также теплообразование, стружкообразование и обеспечиваемая шероховатость.

В качестве основного примера влияния изменения геометрии на производительность можно привести традиционные геометрии пластин Seco для токарной обработки, M3 и M5, которые обладают негативной геометрией режущей кромки (задний угол 0˚) и T-образными фасками между режущей кромкой и задней угловой поверхностью инструмента. Геометрия M3 — это универсальная геометрия средней шероховатости, которая обеспечивает хороший срок службы инструмента и стружколомание при обработке широкого диапазона материалов. Геометрии M5 применяются для выполнения черновых операций с высокой подачей в сложных условиях и объединяют в себе высокую прочность режущей кромки и относительно низкие усилия резания. 

Несмотря на свою универсальность, геометрии M3 и M5 являются прочными, но недостаточно острыми, и приводят к повышенному теплообразованию за счет деформации при обработке аустенитной нержавеющей стали. Более эффективными для обработки нержавеющих сталей могут быть геометрии Seco MF4 и MF5, которые обладают острыми позитивными геометриями с более узкими позитивными T-образными фасками, которые являются опорой режущих кромок и обеспечивают остроту. Эти открытые геометрии с высокими режущими свойствами разработаны для выполнения получерновых и чистовых операций обработки стали и нержавеющей стали. Геометрия MF5 особенно эффективна для обработки с высокой подачей.

Источник новости – пресс-релиз от
ООО «Секо Тулс», г.  Москва

Автор материала:
Патрик де Вос (Patrick de Vos),
Менеджер по корпоративному техническому обучению компании Seco Tools

Скачать каталоги инструмента Seco и получить информацию о данном производителе вы можете по этой ссылке: Seco Tools, каталоги инструмента Секо



Понравилась статья? Поделитесь: