Классификация материалов по ISO

Классификация материалов по ISO

В соответствии с классификацией материалов по ISO, группа P включает в себя металлы, называемые сталями. Стали не представляют таких очевидных сложностей при обработке, как, например, жаропрочные сплавы для аэрокосмической промышленности, однако стальные сплавы и чугуны являются материалами, широко используемыми во всех областях. В результате такой широты применения было разработано множество стальных сплавов с различными физическими свойствами, и, как следствие, возникло множество трудностей, связанных с обработкой металла. Из-за этих трудностей, а также экономических факторов, обусловленных высокими объемами производства, обработка сталей группы P по ISO становится очень непростой задачей как для производителей деталей, так и для производителей инструментов для их обработки.

Система ISO

В соответствии с системой классификации по ISO обрабатываемые материалы делятся на 6 групп. Группа K включает чугуны. К группе S относятся жаропрочные суперсплавы, в том числе сплавы на основе никеля и титана. Основной характеристикой материалов группы H является их твердость, поэтому она объединяет в основном стали, упрочненные до 45-65 HRc. Нержавеющие стали – сплавы с содержанием хрома более 12% – составляют группу M. Категория N включает цветные металлы, главным образом, алюминий, медь и латунь. Наконец, группа P объединяет нелегированные, низколегированные и высоколегированные стали, включая сплавы, упрочненные до 400 HB, и нержавеющие стали с содержанием хрома не более 12%, а также некоторые ковкие чугуны с длинной стружкой.

Классификация основана, главным образом, на основных физических свойствах различных материалов. Эти свойства во многом определяют поведение материала во время обработки и особенности процесса обработки. Для металлов группы K характерна высокая абразивность, что повышает износ инструмента. Жаропрочные сплавы группы S, как правило, обладают низкой теплопроводностью, приводящей к концентрации тепла в зоне резания, что может стать причиной деформации режущего инструмента. Твердость металлов группы H приводит к высокому давлению на инструмент, а также к теплообразованию. Отличительной чертой группы M является образование наклепа, при котором материал заготовки становится тверже в результате деформации в процессе резания. Повышенное давление резания и теплообразование могут привести к образованию бороздок и другим проблемам. Металлы группы N демонстрируют тенденцию к налипанию, что приводит к образованию наростов на кромке, низкому качеству обработки поверхности и поломке режущего инструмента.

Поскольку каждая из пяти групп ISO, указанных выше, имеет более или менее выраженное отличительное физическое свойство, при разработке режущих инструментов можно до определенной степени предусмотреть средства, компенсирующие негативное воздействие материала на инструмент. Например, инструменты для обработки материалов группы H обладают высокими прочностными свойствами, а инструменты для обработки металлов категории N отличаются остротой и конструкцией, максимально предотвращающей налипание при сходе стружки.

Обработка материалов, относящихся к группе P по классификации ISO, однако, представляет собой более сложную задачу. Стали в целом и разнообразные стальные сплавы в частности могут демонстрировать множество свойств (или все), которые негативно сказываются на режущих инструментах, хотя, как правило, не критически. Это создает непростые условия для разработки инструмента, например, часто инструмент с острой кромкой, разработанный с высокой устойчивостью к налипанию при обработке низколегированной стали, может не соответствовать условиям обработки стали другого состава из-за ее абразивности. Кроме того, разработка специализированных стальных сплавов продолжает развиваться, так как производители создают материалы, соответствующие определенным требованиям к производительности деталей.

Суть обработки металла

При обработке стальных сплавов искать эффективный баланс свойств, обеспечивающих производительность инструмента, – все равно что удерживать равновесие на тонком канате. Этот процесс требует понимания природы обработки металла и взаимодействия материала заготовки с режущим инструментом.

Обработка металла резанием не похожа на резание обычным ножом. При обработке металла инструмент давит на материал заготовки до его деформации и схода в виде стружки. Процесс резания сопровождается многими побочными эффектами. Механические усилия, необходимые для надлежащей деформации материала, обеспечивают достаточное давление и тепло, в результате чего возникает температура около 800-900 ˚C. Прерывистое резание или обработка деталей с твердыми включениями подвергают режущий инструмент ударам. Помимо механических факторов, высокие температуры и давление могут вызывать химические реакции между материалом режущего инструмента и материалом заготовки, что приводит к химическому износу в виде диффузии или лункообразования. И наконец, обработка металла резанием подразумевает высокий уровень трения. Стружка формируется и взаимодействует с инструментом, при этом возникает трение и так называемые трибологические эффекты (трибология изучает поверхности, взаимодействующие друг с другом при определенных температурах и давлении, и определяет степень их взаимного влияния). Все эти силы и взаимодействия дают различные результаты, из которых наиболее важным является, пожалуй, износ инструмента.

Разные стали, разные инструменты

Особенности обработки стальных заготовок отличаются в зависимости от состава стального сплава и технологии его производства. Нелегированные стали с содержанием углерода менее 0,25%, к примеру, были разработаны для производства деталей, например, автомобильных валов, для которых важны такие свойства, как прочность, ударная прочность и стойкость к образованию трещин. При обработке этих катаных или кованых заготовок, полученных из сплавов, образуется стружка, которая с трудом отламывается и контактирует с поверхностью режущего инструмента, что приводит к лункообразованию и налипанию. Для материалов с таким составом разработан режущий инструмент с острой кромкой, обеспечивающей эффективность резания, и покрытием, устойчивым к химическому износу и обеспечивающим гладкость поверхности.

С другой стороны, высоколегированные стали с примесью легирующих более 5% (включая марганец) могут подвергаться термической обработке. Это необходимо для производства из них компонентов, требующих износостойкости и жесткости, например, компонентов гидравлического оборудования и деталей станков. При обработке таких сплавов стружка, как правило, формируется и отламывается без труда, но при этом инструмент подвержен воздействию высокого давления и температур. Если методом ковки или литья была получена необработанная заготовка, черновая поверхность и возможные включения, попавшие из формы, потребуют использования режущего инструмента, обладающего прочностью и устойчивостью к абразивному износу.

WNMG08

Пример пластины, разработанной для токарной обработки стали: WNMG080404-MF2,TP1500

Экономические факторы

Как правило, главной целью операций обработки является производство большего количество деталей за меньшее время, что требует применения самых высоких режимов резания. Однако на эту простую цель влияют и другие условия. Экономические факторы играют важную роль в выборе параметров резания. Объемы производства таких деталей, как компоненты для аэрокосмической промышленности, изготавливаемые из редких сплавов, чаще всего невелики. Скорость обработки таких деталей на производстве обусловлена обеспечением максимальной надежности процесса и экономией дорогостоящего материала заготовки и времени производства. В результате скорость и подача, применяемые для обработки современных материалов заготовки, обеспечивают производительность, но являются устаревшими.

Пластина LOEX080404TR-M08 F40M

Пример пластины, разработанной для фрезерования стали: LOEX080404TR-M08, F40M

Методы обработки стальных компонентов часто различаются. Многие стальные детали производятся в больших объемах и с предельной возможной скоростью, чтобы максимально увеличить окупаемость затрат на обработку относительно простых деталей, изготовленных из менее дорогостоящих материалов. Увеличение скорости резания – традиционный способ повышения производительности – требует применения материала основы режущего инструмента, способного сохранять прочность при повышенных температурах. С учетом расширения ассортимента стальных сплавов производителям и техническим специалистам может потребоваться консультация производителей инструмента, чтобы узнать, какая геометрия и какой сплав пластины лучше всего подойдет для того или иного применения. Современные разработки направлены на создание инструмента, который справится с многочисленными проблемами, возникающими при обработке стальных сплавов. Производителям нужен инструмент, который будет острым и прочным, а варианты его геометрии и покрытия выдержат воздействие температур и давления, а также будут стойкими к химическому износу и налипанию.

Забота об окружающей среде

Этот относительно недавний фактор также влияет на выбор параметров обработки стальных материалов. В настоящее время многие производители поддерживают инициативу экологически безопасной или «зеленой» обработки. Она подразумевает сокращение расхода энергии и минимизацию брака. И если при обработке редких материалов на первом месте остается решение сложных технологических задач, то при обработке сталей возрастает актуальность экологического фактора.

Одним из способов сократить расходы энергии является применение пониженных скоростей резания. В большинстве случаев операторы могут обеспечивать производительность, пропорционально повышая скорость подачи и глубину резания. Такой подход может не только обеспечить экономный расход энергии, но и увеличить срок службы инструмента. Это снижает процент брака, так как сокращается расход режущих кромок и изнашиваемых пластин на обработку определенного количества деталей. Применение пониженных скоростей резания обеспечивает меньшее тепловыделение, а значит, сокращает нежелательный расход СОЖ при обработке металла. Удельная энергия при сьеме металла - график

Заключение

Поскольку стали группы P по классификации ISO считаются хорошо изученными и широко применяются для производства обычных деталей, операции обработки сплавов не являются предметом интенсивного анализа. Однако когда производители поймут, что обработка сталей связана с множеством сложных задач, которые можно решить за счет правильного выбора инструмента, при увеличении объемов производства даже небольшие улучшения производительности обработки могут стать важными факторами эффективности производства и даже сохранения окружающей среды.

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

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

Компания Seco Tools, штаб-квартира которой находится в г.Фагерста, Швеция, заслужила мировую репутацию за развитие инновационных решений по металлообработке и за тесное сотрудничество с заказчиками, позволяющее лучше понять и удовлетворить их потребности. В штате компании работает более 5000 человек в 50 странах мира. Мы расширяем возможности наших сотрудников путем обучения, развития, программ по признанию достижений сотрудников, а также путем создания открытой среды общения. Наши сотрудники привержены трем основным ценностям — энтузиазм в помощи клиенту, семейный дух и личная вовлеченность. Эти ценности определяют наш подход к бизнесу и то, как мы взаимодействуем друг с другом, с нашими клиентами, поставщиками и другими партнерами. Узнать больше о нашей компании можно на сайте www.secotools.com.



Понравилась статья? Поделитесь: