Материал заготовки - характеристики инсрументаВ соответствии с классификацией материалов по ISO, группа S включает жаропрочные суперсплавы (HRSA) и титановые сплавы. Термостойкость и прочность таких материалов позволяет широко применять их в авиакосмической промышленности, энергетике и других отраслях. Однако из-за этих свойств, в которых заключается преимущество сплавов, параметры обработки сплавов отличаются от традиционных параметров обработки чугуна и стали. Чтобы адаптироваться к таким отличиям, производители режущих инструментов разработали технологии, которые учитывают обрабатываемость материала и обеспечивают надежность, стабильность и сравнительную экономичность обработки сплавов группы S по ISO. Кроме того, производители режущих инструментов планируют проводить на предприятиях обучение работе с новыми инструментами и технологиями, чтобы убедить операторов отказаться от устаревших технологий обработки, которые неприменимы к современным материалам.

Факторы обрабатываемости

Термин «обрабатываемость» обозначает поведение материала в процессе обработки. Существует четыре основных фактора обрабатываемости: механическое усилие, вызываемое при механической обработке; стружкообразование и удаление стружки; теплообразование и теплопроводность; износ и разрушение режущего инструмента. Из-за чрезмерного воздействия всех или некоторых из этих факторов материал может считаться «труднообрабатываемым».

Обрабатываемость имеет значение с точки зрения срока службы инструмента, времени обработки, надежности и качества детали при попытке выполнить обработку заготовок из HRSA и титановых сплавов при помощи инструментов и технологий, применяемых в течение многих лет для обработки чугуна и стали. Только в последние несколько лет производители начали разрабатывать инструменты для обработки сплавов на основе никеля и титана. Обработка этих относительно новых материалов не обязательно является более трудоемкой — она лишь предполагает иные техники.

К примеру, традиционно обработку труднообрабатываемого материала выполняют аккуратно и применяют менее высокие режимы резания, включая пониженные скорости подачи, глубины резания и скорости. Однако при использовании режущих инструментов, разработанных специально для обработки этих материалов, главным образом применяются увеличенные глубины резания и скорости подачи. Инструменты, разработанные с учетом применения этих более сложных режимов, выполнены из мелкозернистых твердых сплавов, которые обеспечивают адгезию покрытия и прочность режущей кромки при высокой температуре. Кроме того, особое внимание уделяется стойкости к образованию бороздок при обработке заготовок из наклепанного материала. Для черновой и чистовой обработки этих высокоэффективных сплавов также были разработаны инструменты из таких материалов, как керамика и PCBN.

С точки зрения определенных факторов обрабатываемости HRSA обладают механическими свойствами, которые не слишком отличаются от свойств ковкого чугуна или сталей. Однако с точки зрения теплообразования и рассеяния тепла разница существенная. Теплообразование происходит при деформации материала заготовки во время резания, и образующаяся при этом стружка может поглощать тепло. Однако сегментная стружка, образующаяся при обработке таких материалов, зачастую не справляется с этой задачей. Кроме того, жаропрочные материалы сами по себе обладают плохой теплопроводностью. Температура в зоне резания может достигать 1100–1300 ˚C, и когда рассеяние тепла невозможно, она накапливается в инструменте и заготовке. Это сокращает срок службы инструмента и может привести к деформации заготовки и изменению ее металлургических характеристик.

Чтобы решить эту проблему, нужно иначе взглянуть на прочность режущего инструмента. Инструменты с острой режущей кромкой принято считать недостаточно прочными, тем не менее, одним из способов контролировать избыточную температуру инструмента является использование острых режущих кромок, которые режут материал, не деформируя, что сопряжено с меньшим теплообразованием. При такой стратегии необходимо использовать инструменты, разработанные с повышенными требованиями к прочности кромки, совместно со станками достаточной мощности, устойчивости и виброустойчивости.Материал заготовки - условия резания

Обработку HRSA также осложняет тенденция к упрочнению в результате наклепа и старения. При упрочнении в результате наклепа твердость материала в зоне резания повышается под воздействием напряжений и высоких температур при процессе резания. Сплавы на основе никеля и титана более склонны к упрочнению в результате наклепа по сравнению со сталями. При старении в материале заготовки образуются зоны повышенной твердости, когда под воздействием высоких температур в сплаве начинают выделяться дисперсные фазы. В обоих случаях структура материала может значительно измениться даже после одного прохода режущего инструмента, а во время второго прохода инструмент будет резать материал с гораздо более твердой поверхностью. Решить эту проблему можно, уменьшив количество проходов. Снять необходимые 10 мм материала можно не за два прохода при глубине резания 5 мм, а за один проход при глубине резания 10 мм. Часто обработка за один проход невозможна, но такова теоретическая задача.

Такой подход также требует переосмысления процесса чистовой обработки, который, как правило, требует нескольких проходов при малой глубине резания и низких скоростях подачи. Вместо этого операторам следует по возможности максимально усиливать режимы резания. Это может увеличить срок службы инструмента и улучшить шероховатость поверхности.

Слегка увеличенная глубина резания чистового прохода также позволит режущей кромке избежать контакта с зонами заготовки, подвергшимися механическому или дисперсионному упрочнению. Однако чрезмерная глубина чистового прохода может стать причиной вибраций и отрицательно сказаться на шероховатости поверхности. В данном случае задача в том, чтобы найти оптимальный баланс между агрессивными параметрами резания и мерами предосторожности.

Надежность и экономичность

Обработка с помощью современных инструментов и стратегий, разработанных специально для сплавов на основе никеля и титана, может выполняться без каких-либо технологических проблем. Задача состоит не в том, чтобы просто обработать заготовку, а в том, чтобы обработать ее за определенное время и с определенной стоимостью. Цель — повышение надежности процесса и экономичности производства.

Учитывая высокую стоимость современных материалов заготовки и изготовленных из них компонентов, процесс обработки должен быть полностью надежен. Производство бракованных деталей во время освоения надежного процесса обработки затратно для производителей. Использование подходящих инструментов и параметров обработки поможет обеспечить стабильные результаты.

Параметры обработки, а именно повышенная глубина резания и скорость подачи, влияют на производительность. Повышенная скорость резания может ускорить процесс обработки детали, но эту возможность необходимо использовать в полной мере. Скорости, применяемые при обработке сплавов на основе никеля и титана, ниже, чем при обработке сталей. Однако современные исследования направлены на разработку режущего инструмента, свойства которого позволят применять еще более высокие скорости резания без ущерба для срока службы инструмента.

Помимо режущего инструмента, повышению производительности могут способствовать остальные составляющие процесса металлообработки, например, использование системы направленной подачи СОЖ под высоким давлением (HPDC). Если скорость резания для материалов группы S по ISO составляет 50 м/мин, HPDC позволяет применять скорости резания 200 м/мин и повысить производительность в четыре раза.Материал заготовки - виды износа

Еще одной составляющей производительности является срок службы инструмента, который открывает новые перспективы при обработке HRSA. Традиционно срок службы инструмента считается в минутах резания до момента, когда необходима замена. Другая важная переменная — это затраты.

Если, к примеру, производство определенной заготовки занимает 2 часа, а замену инструмента требуется выполнять каждые 20 минут, то для обработки детали необходимо приобрести 6 инструментов. С этой точки зрения нужно стремиться к снижению стоимости инструмента и добиваться срока службы инструмента, равного 30 минутам, а не 20.

Стоимость инструмента, однако, является лишь небольшой составляющей общей стоимости деталей, если речь идет об обработке дорогостоящих компонентов, выполненных из сплавов HRSA или титановых сплавов. Более надежным показателем является коэффициент использования. Если при сопоставлении двух инструментов срок службы одного из них составляет 10 минут и за этот срок инструмент обрабатывает одну заготовку, его стоимость составляет один инструмент на заготовку. Срок службы другого инструмента, используемого в другом применении, может составлять только 5 минут, но за это время он обрабатывает две детали. Даже несмотря на то, что срок службы в минутах второго инструмента составляет половину срока службы первого, его результат в обрабатываемых деталях будет вдвое больше. Цель — обработать максимальное количество качественных заготовок за возможно более краткое время и по приемлемой цене. Принимая во внимание высокую стоимость деталей, выполняемых из HRSA, коэффициент использования инструмента является более эффективным показателем производительности.

Заключение

Как всегда, чтобы добиться максимальной прибыльности новейших технологий резания металлов, необходимо знать наилучший способ их применения для конкретной операции. По мере разработки новых высокопроизводительных материалов, таких как HRSA и сплавы на основе титана, производители инструментов будут разрабатывать новые способы повысить производительность процессов их обработки. Предприятия только выиграют благодаря наличию новых инструментов и исчерпывающим знаниям производителей инструментов о технологиях их применения.

Эволюция режущего инструмента

Нержавеющая сталь, запатентованная более 100 лет назад во всем многообразии, стала первым шагом к разработке современных HRSA. Первые нержавеющие стали были получены за счет легирования хромом, что обеспечивало стойкость к окислению и коррозии — минимальный процент содержания по массе хрома в основных марках нержавеющих сталей составляет 10,5. В дальнейшем нержавеющую сталь начали легировать никелем, чтобы улучшить такие свойства, как прочность и ударная вязкость. Процент содержания никеля увеличивался в зависимости от все более и более суровых условий применения стали, и в конце концов никель стал ее основным легирующим элементом. Суперсплав - сплав 718 от SecoДля современного жаропрочного суперсплава 718, более известного под коммерческим названием Inconel 718, процент содержания никеля составляет 50–55%, хрома — 17–21%, других элементов — 10%, остальную долю составляет железо. Современные HRSA и сплавы на основе титана обеспечивают превосходную прочность, жаропрочность, коррозионную стойкость и надежность.

При работе с этими новыми труднообрабатываемыми материалами производители поначалу пытаются применять более привычные проверенные методы обработки. Однако максимальную производительность им может обеспечить только внедрение инструментов и технологий, разработанных с учетом этих материалов и соответствующих операций.

К примеру, в середине 80-х годов компания Seco учредила внутреннюю рабочую группу инженеров и ученых под называнием Alpha Group, которая занималась вопросами производительности обработки нержавеющих сталей. В сотрудничестве с производителями нержавеющей стали группа разрабатывала новые сплавы и геометрии, а также особые методы обработки нержавеющей стали. В 90-х годах их сфера исследований распространилась на высокопроизводительные материалы HRSA.

Кроме твердых сплавов, покрытий и геометрий были разработаны новые инструменты, повышающие производительность при обработке HRSA на определенных этапах процесса резания. Сплав Seco CS100 из сеалоновой керамики, предназначенный для черновой обработки, к примеру, отличается химической инертностью, прочностью и износостойкостью, что обеспечивает длительность и стабильность срока службы инструмента. Стандартные режимы черновой токарной обработки включают в себя скорости резания от 150 м/мин до 305 м/мин, подачу от 0,2 об/мин до 0,4 об/мин и глубину резания от 0,5 мм до 3,75 мм.

Сплав CS100 дополняет Secomax CBN170, прочный и износостойкий сплав PCBN, разработанный для непрерывной чистовой токарной обработки суперсплавов на основе никеля.

В основе сплава CBN170 лежит керамика, армированная нитевидными кристаллами, что увеличивает срок службы инструмента и сокращает время простоя станка, необходимое для замены режущих кромок. Он предназначен для соблюдения жестких требований к шероховатости поверхности, допускам и длине резания при чистовой обработке суперсплавов на основе никеля. Инструменты из CBN170 разработаны для операций непрерывного резания с подачей СОЖ при глубине резания до 0,5 мм и скорости резания от 300 м/мин до 400 м/мин. Это сплав с содержанием CBN 65 при величине зерна 2 мкм. Применяются пластины с хонингованием кромки 25 мкм.

Другие разработки, направленные на увеличение срока службы и повышение производительности при обработке HRSA, включают в себя такие технологии, как, например, фирменная система направленной подачи СОЖ под высоким давлением (HPDC) Jetstream Tooling, которая обеспечивает подачу СОЖ близко к режущей кромке. Струя СОЖ удаляет стружку с задней угловой поверхности, что улучшает стружкообразование и позволяет работать на более высоких режимах. В некоторых случаях в результате быстрого охлаждения стружка становится более хрупкой и легче отламывается.

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