Система анализа обрабатываемости Механическая обработка — непростой процесс. Взять, к примеру, кулинарию: одну и ту же муку можно использовать для разных рецептов. В области механической обработки ситуация складывается иначе: универсального материала заготовок не существует. Существенные различия свойств материалов обусловлены разными областями применения обрабатываемых деталей. К примеру, для валов автомобилей необходима прочность, которой обладают низколегированные стали. Для компонентов двигателей турбин требуется термостойкость никелевых сплавов.

Как указано в описании их технических характеристик, все виды материалов отличаются по уровням пяти основных физических свойств, к которым относятся абразивность, твердость, теплопроводность, а также тенденция к налипанию/деформации и упрочнение в результате наклепа. Соотношение индивидуальных свойств конкретного материала заготовки во многом определяет его обрабатываемость. Относительно мягкая низколегированная сталь демонстрирует выраженную тенденцию к налипанию, что может привести к образованию наростов на кромке и диффузионному износу, при этом плохая теплопроводность прочного никелевого сплава может стать причиной возникновения экстремальных температур резания, которые приводят к деформации и поломке инструмента.

Влияние свойств материала на результаты обработки

Теоретически знание состава конкретного материала заготовки можно использовать для определения выбора режущего инструмента и условий резания, которые обеспечат предсказуемый износ и хорошую производительность. Но на практике все иначе. Нередко режущий инструмент и параметры, рекомендуемые для обработки определенного материала, не дают полностью удовлетворительный результат.

Причина кроется в составе материала заготовки. Существует определенный диапазон предельных отклонений по химическому составу, который необходимо соблюдать при производстве материала заготовки.

Специалисты Seco изучили несколько образцов, номинально представляющих один и тот же материал, и определили значения всех пяти свойств, прежде чем выполнить обработку. Для некоторых образцов результаты совпали, но были и те, которые существенно от них отличались.

Если основные свойства заготовок отличаются, то и поведение режущего инструмента будет отличаться, а производительность ухудшится. Чтобы создать методику по определению этих отличий и соответствующему улучшению производительности, в начале 2000-х годов компания Seco приняла участие в совместном проекте с металлургическими предприятиями и компаниями, связанными с механической обработкой. Целью этого проекта было создание системы, позволяющей определять свойства заготовки и использовать их для прогнозирования обрабатываемости, вне зависимости от вида обработки (токарная обработка, фрезерование и сверление).

Система анализа обрабатываемости

Налипание и деформация
Система анализа обрабатываемости основана на количественных измерениях пяти свойств материала, перечисленных ранее. Твердость и теплопроводность измеряются при помощи стандартных методик. Анализ содержания углерода или распределения твердости дает представление об абразивности. Измерение удлинения стружки в месте ее отламывания дает количественное измерение склонности к налипанию, а формула, использующая предел прочности и предел текучести эталонного материала, позволяет измерить упрочнение в результате наклепа.

Точки, соответствующие данным о свойствах, нанесены на пятиугольную сетку (пентаграмму). Чем ниже значение, тем ближе оно к центру пентаграммы, соответственно, высокие значения расположены ближе к ее краям. Область, лежащая в пределах этих пяти точек, является суммарным графиком тенденций материала. Если последовательно соединить пять точек значений свойств, получится пятиугольник в пределах сетки.

Помимо общего графика соотношения свойств конкретного материала, система предоставляет рекомендации по каждому отдельному свойству в зависимости от режущего материала, геометрии и условий резания. Кроме того, система описывает типичные виды износа.

ТвердостьК примеру, если материал склонен к налипанию, для его обработки необходимо использовать прочный материал основы и прочное покрытие, радиус острого угла и высокий передний угол, а также условия резания, ориентированные на регулировку температуры (как правило, высокие скорости резания, при которых вязкая стружка поглощает тепло). Виды износа инструмента включают микровыкрашивание, нарост кромки, отслаивание, образование бороздок.

С другой стороны, инструменты, предназначенные для обработки твердых материалов, должны иметь твердую или прочную основу, в зависимости от используемых скоростей подачи, режущие кромки должны обладать малым передним углом и использоваться при низких скоростях подачи и малой глубине резания. Типичные виды износа: пластическая деформация, выкрашивание и поломка.

Тенденция к упрочнениюДля обработки материалов, склонных к упрочнению в результате наклепа, требуется инструмент, обладающий прочностью и малым радиусом вершины, а также специально разработанной геометрией режущей кромки, используемой при низких скоростях резания, большой подаче и глубине резания. Основные виды износа: пластическая деформация, выкрашивание и образование бороздок.

Обработка суперсплавов и похожих материалов, обладающих плохой теплопроводностью, требует использования инструментов с высокой прочностью на сжатие, высоким передним углом и прочной режущей кромкой. При этом, как правило, применяются низкие скорости резания и подачи. Такой инструмент подвержен пластической деформации или высокой степени износа.

ТеплопроводностьНаконец, инструмент, предназначенный для обработки абразивных заготовок, соответственно, должен иметь основу, устойчивую к истиранию, и прочную режущую кромку. Применимы низкие скорости подачи и резания, но уместна большая глубина резания. Типичные виды износа: образование трещин, лунок и канавок.

При анализе конкретного материала система выдает график соотношения свойств материала, отображающий их взаимное влияние.

Регулировка параметров процесса

Если результаты первоначальной обработки не соответствуют ожидаемым, такой комплексный подход может оказаться полезным, так как он позволяет выполнять регулировку инструментов и параметров резания, чтобы получить лучший результат. Например, если известно, что материал склонен к налипанию, можно сделать вывод, что он даст длинную стружку. АбразивностьОднако если стружка длиннее или короче, чем ожидается, это признак того, что склонность к налипанию выше или ниже прогнозируемой. Анализ пятиугольного графика или понимание влияния индикаторов производительности на другие свойства может помочь оператору отрегулировать характеристики инструмента и параметры резания в соответствии с фактическими свойствами заготовки. Это очень похоже на процесс подбора ингредиентов, если первый опыт приготовления блюда не оправдал ожидания.

Классификации материалов по химическому составу и структуре материала, например, классификации по ANSI в США или по ISO в Европе, несомненно, полезны. Но они являются только отправными точками для создания процессов обработки, поскольку свойства могут меняться в пределах одной классификации или для разных образцов. Например, нержавеющая сталь классифицируется как сплав, который состоит из хрома не менее чем на 12 процентов. Однако существуют нержавеющие стали с более высоким содержанием хрома или другими производственными отличиями по химическому составу. И хотя они по-прежнему будут являться нержавеющими сталями, при обработке различных по составу материалов поведение инструмента будет отличаться, так как отличаются химический состав и структура.

Оценка обрабатываемостиСистема пятиугольной сетки не просто классифицирует материалы — она дает практические рекомендации, которые наглядно демонстрируют операторам ожидаемую и фактическую производительность инструмента. Система не описывает материал заготовки как плохой или хороший, она показывает, как различные комбинации свойств могут повлиять на взаимодействие заготовки и режущей кромки. Главная задача — найти сочетание свойств инструмента, наилучшим образом соответствующих свойствам материала заготовки.

Заключение

Цель обработки — изготовить деталь и получить прибыль. Ключевое влияние на процесс обработки оказывают свойства материала детали. Поэтому конечная стоимость прямо или косвенно зависит от материала заготовки. Хорошее понимание свойств материала позволяет избежать многих проблем и повысить производительность обработки, а значит, получить более экономичный и прибыльный производственный результат.

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



Понравилась статья? Поделитесь: