Труднообрабатываемые материалы широко применяются в ведущих отраслях машиностроения – авиационной, ракетной и космической технике, а также при производстве нагревательных и теплообменных установок, ядерных реакторов, турбин и других энергетических установок.
Несмотря на совершенствование заготовительных процессов, таких как точные виды литья, штамповки, порошковой металлургии, они до сих пор не обеспечивают заданных требований к точности, качеству поверхности и других эксплуатационных характеристик.
Поэтому обработка резанием является одним из основных технологических методов получения деталей из жаропрочных и нержавеющих сталей. Это обуславливает востребованность ленточно-отрезной технологии для получения заготовок под последующую обработку резанием.
С развитием техники происходит непрерывное совершенствование эксплуатационных характеристик материалов – их прочности, твердости, ударной вязкости, жаропрочности, стойкости к коррозии и др.
Появление новых материалов требует понимания и развития технологии их резки.
Поэтому практическая задача изучения процесса резания труднообрабатываемых материалов заключается в правильном выборе инструмента, оборудования и назначение таких условий обработки, при которых обеспечиваются заданное качество, наименьшая себестоимость изготавливаемых деталей, а также достигается максимально возможная производительность.
В данной статье затронем одну из групп труднообрабатываемых материалов - нержавеющие сплавы.
Нержавеющим называется материал, обладающий высоким сопротивлением коррозии в агрессивных средах, прежде всего в атмосфере воздуха, паров воды и кислот.
Нержавеющие сплавы обладают рядом физико-механических свойств, обуславливающих их технологические свойства по обрабатываемости резанием.
Сравнение значений механических характеристик нержавеющих сталей и сплавов со сталью 45 показывает, что, включая титановый сплав, значения истинного предела прочности Sк, предела прочности σв и твердости НВ при обычной температуре и отсутствии деформации (упрочнения), примерно равны.
Поэтому худшая обрабатываемость нержавеющих материалов определяется другими физико-механическими и химическими свойствами и прежде всего структурой, механическими характеристиками, определяющими их свойства не только в исходном, но и в упрочненном состоянии и при нагреве.
Основные особенности резания нержавеющих сталей и сплавов, затрудняющие их механическую обработку:
Выберем 2 типичные марки нержавейки 20Х13 и 12Х18Н10Т и из практического опыта резки ленточными пилами сформулируем ряд рекомендаций:
1. Резка сталей марки 12Х18Н10Т и аналогичных на небольших консольных станках связана с явлением снижения заданной подачи. Снижение подачи приводит к увеличению температуры и преждевременному износу режущей кромки. Снижение подачи связано с тем, что зачастую подача на консольных станках происходит под действием веса пильной рамы. В момент превышения сил резания над усилием подачи, заданная подача снижается. Причем, чем больше диаметр заготовки и хуже обрабатываемость, тем сильнее падение подачи.
Решениями данной проблемы могут быть: 1) принудительное увеличение веса пильной рамы, путем добавления грузов; 2) применение пил с большим передним углом и ступенчатой схемой разводки.
Для стали 20Х13 подобного явления не наблюдается, за исключением приближения момента критического износа пил.
2. Резка сталей марки 12Х18Н10Т и аналогичных, возможна 3 видами материалов режущих кромок: М42, М71 и твердым сплавом. Разница при работе указанными материалами будет заключатся в стойкости, производительности и качестве поверхности реза.
Выбор режущей кромки М42 целесообразен для небольшого объема нержавейки в номенклатуре производства с размером заготовок до 200 мм. Средняя стойкость при этом для пил М42 составляет 0,2 м2 на погонный метр пилы.
Выбор режущей кромки М71 целесообразен для средних объемов нержавейки в номенклатуре производства с размером заготовок до 400 мм. Средняя стойкость при этом для пил М71 составляет 0,6 м2 на погонный метр пилы.
Твердосплавные пилы обладают наибольшим ресурсом по стойкости и производительности, однако цена данных пил в несколько раз больше чем у биметаллических. Поэтому применение данных пил целесообразно на предприятиях по производству или торговле нержавеющими сталями. Для внедрения данных пил должен быть произведен экономический расчёт и обоснование. Средняя стойкость при этом для твердосплавных пил составляет 1,2 м2 на погонный метр пилы.
Резка стали 20Х13 не вызывает особых трудностей и успешно осуществляется пилами с зубом М42. Однако применение пил М71 или твердого сплава приводит к увеличению стойкости или появляется возможность увеличить производительность.
3. Кроме материала режущей кромки в конструкции пилы для резки нержавейки можно выбрать форму зуба, схему заточки и схему разводки.
Для биметаллических пил оптимальным значением величины переднего угла является +13° и выше. Чем больше передний угол, тем с меньшим усилием происходит процесс резания.
При этом нержавейки марок 08Х13, 20Х13 и др. можно эффективно резать пилами с передним углом +10°.
С точки зрения разводки для нержавейки эффективно применение ступенчатой схемы разведения зубьев, что приводит к разделению снимаемой стружки и снижение усилий резания.
Из твердосплавных ленточных пил для нержавейки необходимо выбирать варианты, имеющие групповую схему заточки зубьев обладающие разной шириной режущих кромок и разной высотой зубьев. При этом, чем большее число зубьев в группе, тем большую производительность резания можно обеспечить.
Так же специальные твердосплавные пилы для нержавейки имеют больший передний угол.
4. К специальным средствам увеличения эффективности резки нержавеющих сталей относят износостойкое покрытие и меркуризацию.
Износостойкое покрытие позволяет повысить стойкость пилы до 2 раз, при сохранении режимов резания или повысить производительность до 50% с сохранением стойкости.
Меркуризация пилы заключается в придании спинке полотна специального профиля. Это позволяет искусственно уменьшить ширину пропила путем наклона пилы относительно поверхности резания.
Данные способы повышения эффективности работы пилы применяются так же для резки титановых и никелевых сплавов, резка которых, как и для нержавейки связана со схожими трудностями.
5. Важно для резки нержавеющих сталей правильно выбрать режимы резания. Для этого можно воспользоваться кратким справочником специалиста ленточного пиления компании ВИ-МЕНС.
6. По причине низкой теплопроводности нержавеющих сталей и концентрации высоких температур на режущих кромках важно обеспечить максимальное их охлаждение.
Поэтому резка нержавейки требует применения только смазочно-охлаждающей жидкости (применение масляного тумана неэффективно). Концентрация СОЖ должна быть: для стали 20Х13 не менее 7%; для стали 12Х18Н10Т не менее 10%. Наиболее эффективной является схема подачи СОЖ в зону резания по 3 точкам: в начало, в конец и в середину заготовки.
По причине сильного налипания стружки нержавеющих сталей на зубья пилы целесообразно иметь щетки очистки стружки на станке и обеспечивать их эффективную работу.
Таким образом, общие рекомендации по резке нержавеющих сталей можно свести в одну схему:
В линейке ленточных пил VI-MENS можно выделить следующие пилы с кратким указанием их применимости:
- VI-MENS art. 108 М42 – стандартные пилы для резки профильных заготовок из нержавеющих сталей;
- VI-MENS art. 109 М42 – стандартные пилы для резки сплошных заготовок из нержавеющих сталей;
- VI-MENS art. 139 М42 – специализированные пилы для резки сплошных заготовок из нержавеющих сталей;
- VI-MENS art. 301 М71 – пилы повышенной стойкости для резки сплошных заготовок из нержавеющих сталей;
- VI-MENS art. 307 М71 – специализированные пилы повышенной стойкости для резки сплошных заготовок из нержавеющих сталей;
- VI-MENS art. 604 и VI-MENS art. 501 – твердосплавные ленточные пилы начального уровня для резки сплошных заготовок из нержавеющих сталей;
- VI-MENS art. 505 – высокопроизводительная твердосплавная ленточная пила для резки сплошных заготовок из нержавеющих сталей;
- VI-MENS art. 505 SV М71 – специализированная высокопроизводительная твердосплавная ленточная пила для резки сплошных заготовок из нержавеющих сталей.
Для более подробной информации обращаться по телефону +375 (29) 500-08-05 инженер-технолог Густяков Павел Вадимович.