Обработка нержавеющей стали на токарном станке

Особенности использования токарных станков для обработки нержавеющей стали

Из нержавейки сейчас производится немало различных деталей, а сам материал является более приспособленным к нагрузкам, нежели углеродистая сталь: если смотреть на современные механизмы, то у углеродистой стали чересчур низкий уровень прочности. Нержавейка имеет хорошее сопротивление высокой температуре и агрессивной среде, но именно из-за ее высокого уровня прочности и стойкости появляются некоторые сложности в процессе механической обработки на токарном станке.

Как обрабатывается сталь

Нержавеющая, наряду с углеродистой сталью, имеют практически одну и ту же твердость и предел растяжимости. Но идентичность характерна лишь для механических значений. Их отличия сводятся к микроструктуре, свойству упрочняться во время обработки и стойкости к воздействию ржавчины.

Если производится обработка резанием, то нержавеющая сталь сперва начнет упруго деформироваться, после чего обработка нержавеющей стали становится более простой, так как она переходит в стадию упрочнения. В этот момент резать ее можно лишь при увеличенных усилиях. Обычная сталь тоже может пережить эти стадии, но высокий уровень упрочнения характерен лишь высоколегированной.

Какие сложности возникают при токарной обработке нержавеющих сталей? Это касается деформационного упрочнения, удаления стружки и ресурса инструмента.

• Вязкость;
• низкий уровень теплопроводности;
• сохранение свойств;
• абразивные соединения;
• неравномерное упрочнение.

Определенные сложности во время обрабатывания сталей вызываются из-за того, что сталь относится к довольно пластичным материалам, в особенности это касается жаропрочной марки. То есть стружка не будет обламываться, а начнет завиваться в длинную спираль.

Воздействие температуры

В эксплуатационном плане теплопроводность играет на руку, но на обработку это накладывает некоторые сложности. В том месте, где производится резание, температура быстро увеличивается, поэтому появляется необходимость охлаждать материал, применяя особые жидкости. Они требуются для устранения жара, предупреждения образования наклепа и облегчения работы.

При обработке рабочим инструментом начинает проявляться наклеп, из-за которого тот быстрее портится. Поэтому для воздействия на легированные стали, предусматриваются высокие скорости и определенные инструменты.

Прочностные характеристики и твердость материала остаются теми же, и если на материал воздействуют высокие температуры. В особенности это касается жаропрочной марки стали. Нужно брать в расчет и образование наклепа, из-за которого инструменты портятся довольно быстро, что приводит не только к порче резаков, но и ограничивает скорость обработки.

Нержавейка характерна карбидными и интерметаллическими соединениями, величина которых микроскопическая. За счет повышенной прочности их можно сравнить с абразивом. Резаки во время работы попросту начинают стачиваться, поэтому их необходимо постоянно править и перетачивать. В момент токарной обработки стали производится большое трение, более чем при работе с углеродистым сплавом.

Под действием точения сплав начинает упрочняться неравномерно. Если обрабатываются небольшие детали, это не сильно на них сказывается. Однако, если обрабатывается вал или детали крупного размера, это может стать проблемой.

Как удаляется стружка

Обработка нержавейки становится более сложной процедурой, если скапливается длинная спиральная стружка. Так как материал становится более прочным во время деформации, это привело к разработке специальной конструкции инструментов. Можно также задействовать интенсивную обработку, характерную применением охлаждающей смазки.

Инструкции гласят, что смазку подают под высоким давлением изнутри резака, что приводит к следующему: практически моментально и значительно снижается температура резака, стружка убирается от инструмента (позволяет сохранить его состояние) и стружка попросту дробится на мелкие элементы, которые легко вымываются из зоны обработки.

Если речь идет о токарной обработке, то в этом плане сталь чаще охлаждается высоким напором. В области, где должна производиться обработка – распыляют раствор. Жидкость начнет испаряться, охлаждая тем самым материал, то есть «отнимая» у того лишнее тепло. Но для этого процесса требуется немало жидкости для охлаждения. При этом срок эксплуатации резака продлевается порядка в 6 раз.

Использование стружколома и охлаждения

Оборонная и высокоточная промышленность приняла следующее руководство: для охлаждения используется углекислота, температура которой -78 градусов. Данный способ хоть и является наиболее дорогостоящим, но и самым эффективным.

Немалую роль играет также то, какая форма у стружколома. Чтобы тепла образовывалось как можно меньше, он должен иметь положительную геометрию. Благодаря переднему углу уменьшается самоупрочнение изделия и появляется наплыв на самом резаке.

Если осуществляется токарная обработка легированной стали, то требуется применять особый стружколом. Данный инструмент может быть и универсальным, способный воздействовать на разнообразные металлы. Так, резка сейчас следующая: чистовая, получистовая и черновая и в каждом случае используется та или иная модель стружколома.

Особенности самоупрочнения стали в процессе деформации

Более всего самоупрочняется аустенитная разновидность нержавеющей стали, а это накладывает некоторые сложности на процедуру ее обработки.

Ведь резак начинает быстро изнашиваться из-за упрочнения материала. Если применяются специальные режущие пластинки, то проблема носит уже более лояльный характер.

Такие пластины характерны более острыми рабочими кромками, что позволяет быстро обработать материал, не доводя до самоупрочнения стали и образования наплыва.

Процесс становится более трудоемким, если необходимо обработать в несколько этапов. Ведь не представляется возможным выбирание достаточного количества металла за один подход. Именно здесь и находит место поэтапная работа. Более эффективное решение: снимание по 3 мм за два подхода, нежели за один – все 6 мм. Специалисты утверждают, что требуется снимать неодинаковые слои – 4 и 2 мм.

Видео по теме: Как обрабатывать НЕРЖАВЕЙКУ на токарном станке

Укрощение нержавеющей стали

Новые технологии резки помогают преодолеть трудности механической обработки

Нержавеющую сталь начали обрабатывать с начала 1900-х годов, однако, и по сей день этот процесс представляет трудности.

«Самая главная трудность заключается в том, что производители традиционно обрабатывали нержавеющую сталь на малых скоростях, – отмечает Стив Джейсел, старший менеджер по продукции канадской компании Iscar Tools, расположенной в г. Оквилл. – Параметры резания были не столь агрессивны, как при обработке углеродистой и легированной марок стали, и производительность оставалась невысокой. Сегодня компании ищут более быстрые и экономичные способы повышения производительности. Производители режущего инструмента зачастую слышат пожелания по увеличению скорости, оптимизации контроля стружкоудаления, достижению наилучшего качества резки и сокращению общего времени на изготовление детали».

Механическая обработка нержавеющей стали сопряжена с тремя основными проблемами: стружкоудаление, деформационное упрочнение и ресурс режущей пластины. В то же время нужно помнить, что в зависимости от содержания никеля и хрома различные виды нержавеющей стали могут иметь разную обрабатываемость.

Основными видами нержавеющей стали являются аустенитная, ферритная/мартенситная/дисперсионно-твердеющая и дуплексная (аустенинто-ферритная) сталь.

«Аустенитные сплавы обладают высоким содержанием никеля, что повышает их прочность и вероятность образования нароста на режущей кромке», – поясняет Курт Людкинг, менеджер по токарному инструменту компании Walter USA, г. Уокешо, США. «В ферритных/мартенситных/дисперсионно-твердеющих марках стали содержание никеля ниже, а хрома – выше. Благодаря повышенному содержанию хрома данные сплавы отличаются прочностью и большей абразивностью, что вызывает быстрый и интенсивный износ режущей пластины».

«Более высоколегированные дуплексные марки стали довольно трудно обрабатывать, – добавляет Кевин Бертон, специалист по продукции канадского подразделения Sandvik Coromant, расположенного в г. Миссиссога, – особенно в плане тепловыделения, усилия реза и стружкоудаления». По словам Бертона, распространенными механизмами износа являются износ по задней поверхности и лункообразование, пластическая деформация, выкрашивание режущей кромки и образование проточин.

Выбор инструмента для работы по нержавеющей стали также зависит от сферы применения, как утверждает Алекс Ливингстон, менеджер по продукции Tungaloy Americas, г. Брантфорд, Канада. «Некоторые процессы включают переход от прерывистого точения к непрерывному, и в каждом случае могут потребоваться различные виды стружколомов и резцов из различных материалов. Эффективная обработка нержавеющей стали обеспечивается за счет жесткого крепления резца, поскольку жесткость – залог производительности инструмента».

Распространенной проблемой является использование инструмента, не предназначенного для нержавеющей стали. «Люди зачастую используют неподходящие комбинации материалов и геометрии, – поясняет Чед Миллер, менеджер по токарному инструменту американской компании Seco Tools, расположенной в г. Трой. – Существуют материалы и стружколомы, специально разработанные для токарной обработки нержавеющей стали. Они решают основные проблемы, связанные с обработкой данного сплава, такие как деформационное упрочнение и износ инструмента».

Контроль удаления стружки

При токарной обработке в силу ее характера образуется длинная витая стружка, а накапливание стружки, как известно, оказывает губительное влияние на процесс обработки. Учитывая склонность нержавеющей стали к самоупрочнению при деформации, для эффективного удаления стружки необходима сложная геометрия стружколома и максимальная подача смазочно-охлаждающей жидкости.

Например, в случае высоколегированных дуплексных сталей, по утверждению Бертона, «стружкоудаление и смазочно-охлаждающая жидкость играют важную роль в предотвращении пластической деформации». Он предлагает использование режущих инструментов с внутренней подачей смазочно-охлаждающей жидкости под высоким давлением по нескольким причинам:

• это обеспечивает наиболее эффективное охлаждение режущей пластины вблизи горячей зоны обработки;
• стружка быстро отводится от поверхности резца, препятствуя его износу;
• стружка ломается на мелкие части для облегчения ее удаления из зоны резания.

Важную роль играет конструкция стружколома. «По возможности следует использовать стружколом с положительной геометрией для уменьшения теплообразования, – советует Ливингстон. – Положительный передний угол стружколома снижает самоупрочнение и нарост на режущей кромке – основные факторы повреждения при обработке нержавеющей стали».

Самое важное, по мнению Джейсела – это использование стружколома, предназначенного для нержавеющей стали. Не так давно компания Iscar модифицировала всю свою линейку режущего инструмента для нержавеющей стали и представила новые инструменты для черновой, получистовой и чистовой обработки данного материала.

«Большинство стружколомов могут работать с широким спектром материалов. Отличительная черта наших новых моделей – нацеленность именно на нержавеющую сталь. Инструменты общего назначения не показывают таких результатов, как стружколомы, обладающие специализированными характеристиками, которые позволяют добиться высокой производительности и значительно облегчить выбор режущих инструментов для обработки нержавеющей стали».

Самоупрочнение при деформации

Аустенитная нержавеющая сталь как никакая другая склонна к самоупрочнению при деформации, что усложняет процессы ее черновой, получистовой и чистовой обработки. По мере упрочнения повышается степень износа режущей пластины. Для решения этой проблемы производители режущего инструмента разработали пластины с более острыми кромками и стойкими к износу поверхностями. «Острая режущая кромка позволяет избежать образования нароста и самоупрочнения, а покрытие повышает износостойкость», – уверяет Людкинг.

Проблема встает еще более остро, если обработка предполагает несколько проходов. «Если одного прохода недостаточно, можно изменить глубину резания. Например, чтобы снять слой материала толщиной 5 мм, лучше сделать два прохода по 2,5 мм. Однако в отношении данного материала предпочтительно делать проходы неравными. На мой взгляд, первый проход глубиной 3 мм и второй – 2 мм будет оптимальным решением проблемы упрочнения», – предлагает Миллер.

Ресурс режущей пластины

Самоупрочнение сокращает срок службы инструмента. Производители видят решение проблемы износа в оптимизации геометрии – более острой заточки кромок и использовании положительного переднего угла, а также в применении новых покрытий для работы на высоких скоростях и подачах.

«Создание режущих инструментов для нержавеющей стали – это всегда поиск компромисса, – поясняет Людкинг. – Толстые покрытия, нанесенные методом химического осаждения (CVD), повышают стойкость к износу и позволяют перейти к более высоким режимам резания, увеличивая тем самым производительность. В то же время такие покрытия сложнее поддаются заточке».

Покрытия, наносимые методом физического осаждения (PVD), используемые в основном для нержавеющих сталей аустенитного класса, имеют меньшую толщину, обеспечивая остроту кромки и гладкость поверхности. При этом режимы скорости и подачи ниже, и в связи с малой толщиной высока вероятность повреждения и быстрого износа инструмента.

Одни производители разрабатывают новые варианты покрытий CVD и PVD для решения упомянутых проблем, в то время как другие развивают процессы финишной обработки в целях повышения износостойкости.

«С применением нашей новой технологии пользователи отметили приближение параметров получистовой обработки нержавеющей стали к параметрам обработки углеродистых и легированных марок, – отмечает Джейсел. – Скорость резания значительно выросла: раньше она составляла 122-137 м/мин, теперь же достигает 274 м/мин».

Тем временем Tungaloy недавно представила новые модели инструментов для обработки нержавеющей стали. Данные инструменты имеют покрытие, наносимое методом химического и физического осаждения по технологии «PremiumTec», которое обладает высокой стойкостью к выкрашиванию и обеспечивает непревзойденную гладкость поверхности, как пояснил менеджер компании Алекс Ливингстон.

Ряд производителей предлагает использовать режущие пластины с геометрией Wiper, которые предоставляют высокое качество обработки поверхности на высоких скоростях подачи.

«Как правило, для достижения гладкой поверхности требуется подача на малых скоростях, – отмечает Миллер. – Но с помощью пластины Wiper обработка может осуществляться в три раза быстрее, при этом качество поверхности будет таким же, как и с использованием обычной пластины. Кроме того, при высокой скорости подачи обеспечивается лучший контроль стружкоудаления».

В то время как производители соревнуются в новых разработках, некоторые проблемы остаются неразрешенными. Одна из них – все растущая потребность в повышении скорости обработки.

«Производительность определяется скоростными возможностями, и здесь всегда присутствует простор для совершенствования», – утверждает Людкинг.

По его словам, еще одной сферой модификаций, возможно, станет развитие технологии стружколомов. Он предсказывает «непрерывное совершенствование геометрии для контроля стружкоудаления в расширенном диапазоне подач, что упростит для пользователя выбор режущих пластин при работе на низких и высоких скоростях».

Автор статьи-оригинала:
Mary Scianna

Токарная обработка стали

Токарная обработка стали — метод обработки, при котором с поверхности заготовки послойно удаляется металл до получения требуемых показателей (шероховатость, форма, размер).

Путем токарной обработки осуществляют:

• нанесение резьбы;
• сверление, растачивание, развертывание, зенкерование отверстий;
• отрезание частей заготовок;
• вытачивание канавок и др.

Современные токарные станки позволяют добиться высокой точности обработки стали. С их помощью выпускают кольца, гайки, втулки, валы, муфты, зубчатые колеса, шкивы и другие детали.

Краткое описание технологии:

1. Заготовка устанавливается в шпиндель и вращается вокруг своей оси.
2. К заготовке подводится резец для точения, которое выполняется при создании суппортом поперечного усилия.

Токарная обработка нержавеющей стали

Свойства «нержавейки» мало изменяются при повышенных температурах, воздействии агрессивных сред и высоком давлении. По этой причине ее механическая обработка связана с рядом сложностей:

• Деформационное упрочнение. Во время резания легированная сталь упруго деформируется, затем легко поддается обработке, после чего происходит упрочнение. В результате резание можно осуществить при условии повышения усилия. Наиболее заметно упрочняется высоколегированная сталь.
• Неравномерное упрочнение. Сталь упрочняется неравномерно во время точения. Это не критично во время обработки небольших деталей, однако, влияет на качество крупных валов и других габаритных деталей.
• Сложность удаления стружки. Из-за пластичности нержавеющей стали стружка при обработке не обламывается, а завивается в спираль большой длины. Высокая вязкость препятствует простой обработке «нержавейки», так как приводит к накоплению стружки. Для решения проблемы поверхность обрабатывают охлаждающей смазкой и применяют стружколомы.
• Перегрев рабочего инструмента. Из-за низкой теплопроводности в месте обработки существенно повышается температура, что требует охлаждения особыми жидкостями. Если охлаждение неэффективно, рабочий инструмент приходит в негодность из-за образовавшегося наклепа и деформации в результате перегрева. Как правило, нержавеющую сталь обрабатывают на небольших скоростях.
• Быстрое стачивание резаков. «Нержавейка» содержит интерметаллические и карбидные соединения, свойства которых из-за высокой твердости аналогичны свойствам абразива. Во время работы резаки постоянно стачиваются и требуют переточки, поскольку трение во время обработки легированной стали намного больше трения при резании углеродистой.

Особенности удаления стружки

Образование длиной витой стружки — один из наиболее проблемных факторов токарной обработки нержавеющей стали. Эффективное удаление стружки достигается благодаря:

• сложной геометрии стружколома;
• максимальной подаче жидкости для смазки и охлаждения.

Эффективно применение режущих инструментов с внутренней подачей жидкости, которая идет под высоким давлением. Такой прием гарантирует:

• достаточную степень охлаждения режущей пластины возле горячей зоны обработки;
• быстрый отвод стружки от токарного резца, что способствует сохранению его качеств;
• эффективное измельчение стружки, что обеспечивает ее простое и быстрое удаление от места резания.

Оптимизация процесса обработки

Токарную обработку стали можно оптимизировать. Вот несколько способов:

• повышается скорость вращения шпинделя с одновременным уменьшением снимаемого слоя. Благодаря этому обрабатываемая поверхность становится более шероховатой;
• для увеличения износостойкости токарных резцов в качестве смазки применяется кислота;
• чтобы управлять электродиффузионным и окислительным износом инструментов, в область обработки подаются слабые токи;
• чтобы снизить пластические деформации и уменьшить коэффициент трения, на область резания воздействуют ультразвуковыми колебаниями.

Виды резцов для обработки стали

Для токарной обработки нержавеющего сплава применяются резцы, сверла, развертки, зенкеры и плашки. Токарные резцы бывают:

• подрезные. Используются для обработки торцов;
• проходные. Они в свою очередь делятся на прямые и отогнутые. Применяются при получения цилиндрических поверхностей;
• расточные. Необходимы для создания отверстий определенного диаметра;
• отрезные. Используются для резки заготовок на мерные фрагменты;
• резьбонарезные. Необходимы для создания резьбы с внутренней и наружной части детали;
• фасонные. Применяются для обработки фасонных поверхностей.

Резцы бывают цельными и составными. Последние применяются для работы с коррозионностойкими сталями и сплавами высокой твердости. Зачастую вставки для резцов изготавливают из эльбора (кристаллы кубического бора, которые являются искусственной альтернативой алмаза). Резцы со вставками из эльбора обычно используют для работы с закаленными сталями. Но инструмент эффективен только при отсутствии биения и вибрации.

Форум Машиностроителей

Токарная обработка стали 12Х18Н10Т

• Нравится
• Не нравится

denchik 03 сен 2015

Уважаемые форумчане! На протяжении нескольких месяцев сталкиваюсь со следующей проблемой: при токарной обработке корпуса из стали 12Х18Н10Т (габариты детали Максимальный диаметр 1080 мм, высота 1400 мм) выбивает режущую кромку на пластине, причём выше места контакта пластины с поверхностью заготовки. Изменение режима резания никаких результатов не приносит (пробовал скорость резания от 30 м/мин до 100 м/мин, с подачей особо не поэкспериментируешь, т. к. нужно обеспечивать шероховатость). Единственное что понял, если глубина резания меньше радиуса при вершине пластины, то выше описанного явления не происходит. Так вот, я допускаю, что причиной данного явления может быть то, что стружка, возможно, ставшая твёрже чем материал заготовки, сходя по передней поверхности и выбивает часть свободной кромки. Я перепробовал следующие марки пластин, и из них почти все стружколомы и марки сплавов (TaeguTec, Korloy), и ещё пробовал Walter и Sandvik, правда в наличии были только пластины по углероду. Посоветуйте, что можно предпринять, может кто-то сталкивался. Заранее спасибо!

• Нравится
• Не нравится

ingenerkons 03 сен 2015

Подачу можно уменьшить, хуже не будет, только по времени дольше, качество наоборот выше будет, Второй момент была похожая проблема оказались контрафактные пластины, тут уже нужно договор с поставщиком смотреть, если что приглашать показывать и составлять акт.

• Нравится
• Не нравится

Galant 03 сен 2015

• Нравится
• Не нравится

denchik 03 сен 2015

Глубина резания составляет по торцам 1 мм, по диаметрам 0,5 мм на сторону, подача 0,15 — 0,2 мм/об. По поводу того чтобы уменьшить подачу, куда ещё меньше, при чём проверено, что подача на это явление не особо влияет, пробовал ставить 0,5 мм/об и результат тот же что и при 0,15 мм/об. А по поводу углов, какие именно отрицательные углы. На сколько я знаю отрицательным может быть только передний угол и угол наклона главной режущей кромки, который влияет только на направление схода стружки. И подвох в том, что невозможно применить резец с меньшим главным углом в плане (45 или 60), только ромб с главным углом в плане 95 градусов, так как точение идёт в упор.

• Нравится
• Не нравится

denchik 03 сен 2015

По пластинам контрафакт вряд ли, с Taegutec-ом возможно, но по поводу Walter и Sandvik очень сомневаюсь. Тем более что пластины Walter и Sandvik на фрезы просто изумительные по этой нержавке. И, кстати, сегодня попробовал токарную пластину Sandvik по нержавке: та же история((

• Нравится
• Не нравится

Galant 03 сен 2015

Глубина резания составляет по торцам 1 мм, по диаметрам 0,5 мм на сторону, подача 0,15 — 0,2 мм/об. По поводу того чтобы уменьшить подачу, куда ещё меньше, при чём проверено, что подача на это явление не особо влияет, пробовал ставить 0,5 мм/об и результат тот же что и при 0,15 мм/об. А по поводу углов, какие именно отрицательные углы. На сколько я знаю отрицательным может быть только передний угол и угол наклона главной режущей кромки, который влияет только на направление схода стружки. И подвох в том, что невозможно применить резец с меньшим главным углом в плане (45 или 60), только ромб с главным углом в плане 95 градусов, так как точение идёт в упор.

• Нравится
• Не нравится

denchik 03 сен 2015

В ссылке показан передний угол. А как известно при чистовой обработке отрицательное значение этого угла применять не рекомендуется, т. к. значительно возрастает сила резания, ведь лезвие резца не срезает слой металла, а больше сдирает, а учитывая то, что эта нержавка очень вязкая будет иметь место пластическая деформация и вообще ничего хорошего с этого не выйдет. Да и вообще на сколько я знаю отрицательный передний угол используется при обработке хрупких металлов, чугуна или бронзы, например. Как я говорил выше, допускаю, что кромку выше поверхности заготовки выбивает стружка и думаю, что это именно так и есть, просто больше не вижу факторов, которые могли бы на это влиять. Вопрос в том, как с этим бороться и возможно ли вообще с этим что-то сделать.

Режимы резания при токарной обработке

При токарной обработке с заготовки за определенное число проходов снимается лишний металл, называемый припуском. В результате получается изделие заданной формы с требуемыми размерами и классом шероховатости поверхностей. В общем виде операция точения детали на токарном станке выглядит следующим образом: резец последовательно перемещается с заданной подачей вглубь металла вращающейся заготовки, при этом его режущая кромка за каждый оборот удаляет с заготовки заданную толщину металла.

Режимы резания при токарной обработке определяют на основании ряда технических показателей, среди которых самые значимые — это подача инструмента и частота вращения детали, закрепленной в шпинделе станка. Правильный выбор и применение режимов обработки гарантируют не только геометрическую точность и экономичность изготовления, но и сохранность детали, инструмента и оборудования, а также безопасность станочника.

Основные параметры

Одна из главных задач технологической подготовки производства при токарных работах — это определение рациональных режимов резания. При их расчете должны учитываться особенности обрабатываемого изделия и возможности станочного парка, а также наличие соответствующего инструмента, приспособлений и оснастки. Компоновка узлов и агрегатов токарного станка позволяет реализовать два определяющих вида движения, которые формируют заданную конфигурацию поверхностей детали: вращение заготовки (главное движение) и перемещение резца вглубь и вдоль поверхности детали (подача). Поэтому основными технологическими параметрами для токарного оборудования являются:

• глубина резания;
• подача и обороты шпинделя;
• скорость резания.

Существует взаимовлияние режимов резания и основных элементов производственной экономики. Среди них самые значимые — это:

• производительность оборудования;
• качественные показатели производства;
• стоимость выпускаемых изделий;
• износ оборудования;
• стойкость инструмента;
• безопасность труда.

Понятие о режимах резания

Точение на предельных режимах повышает производительность токарного оборудования. Однако такая работа станков не всегда возможна и целесообразна, т.к. существуют ограничения в виде предельной мощности главного привода, жесткости и прочности обрабатываемых изделий, а также технологических параметров инструмента и оснастки.

Еще одним ограничением являются характеристики отдельных материалов. К примеру, титан и нержавеющая сталь для токарной обработки являются одними из наиболее сложных материалов и требуют особого подхода при определении параметров технологической операции.

При неправильном расчете или подборе технологических параметров работа на высоких скоростях может вызвать повышенную вибрацию и разбалансировку отдельных механизмов токарного станка. Это приводит к понижению точности и повторяемости размеров изделий. Кроме этого повышается риск поломки инструмента и выхода из строя станка.

Припуск — это толщина металла, удаляемого токарным резцом с заготовки до достижения ею чистового размера. При обточке и расточке он удаляется поэтапно за заданное число резов. Толщина металла, удаляемого за единичный проход резца, в механообработке носит название глубина резания и измеряется в миллиметрах. В технологических расчетах и таблицах этот параметр обозначают буквой t.

При операциях обточки она равна 1/2 разности диаметров перед и после обточки детали и вычисляется по формуле:

где t – глубина резания; D — диаметр заготовки; d – заданный диаметр детали.

При операциях подрезки — это размер слоя металла, удаляемого с торца заготовки за единичный проход резца, а при проточке и отрезке — глубина канавки.

В идеальном случае на удаление припуска требуется один проход резца. Но в реальности токарный процесс, как правило, включает в себя черновой и чистовой этап обработки (а для поверхностей с повышенной точностью – и получистовой). При хороших характеристиках и форме заготовки обе эти операции выполняются за два-три прохода.

Подача при токарной обработке — это длина пути при поперечном перемещении режущей кромки резца, совершаемом ей за единичный оборот шпинделя. Ее измеряют в мм/об, в технологической документации обозначают буквой S и подбирают по технологическим справочникам. Величина подачи зависит от мощности главного привода, значения t, габаритов и физических свойств обрабатываемой заготовки. При точении она рассчитывается по формуле:

Производительность токарного оборудования напрямую связана с величиной подачи.

При операции точения подача на токарном станке должна устанавливаться на максимально возможное число, но с учетом технологических параметров станка и применяемого инструмента. При операциях по черновому точению она зависит от мощности главного привода и устойчивости детали. А при чистовом точении основным критерием является заданный класс шероховатость поверхности.

Скорость резания при токарной обработке — это суммарная траектория режущей кромки резца за единицу времени. Ее размерность — в м/мин, а в таблицах и расчетах ее обозначают буквой v и подбирают по технологической документации или рассчитывают по формулам. В последнем случае расчет происходит в следующей последовательности:

• вычисляется величина t;
• по справочнику выбирается значение S;
• определяется табличное значение vт;
• рассчитывается уточненное значение vут (умножением на корректирующие коэффициенты);
• с учетом скорости вращения шпинделя выбирается фактическое значение vф.

Этот параметр является одной из основных характеристик производительности металлорежущего оборудования и напрямую влияет на эксплуатационные режимы работы токарного станка, износ инструмента и качество обрабатываемой поверхности.

Выбор режима на практике

Расчет режимов резания при токарной обработке производится специалистами отдела главного технолога предприятия или технологического бюро цеха. Полученные результаты заносят в операционную карту, в которой приводится последовательность этапов, перечень инструмента и режимы изготовления требуемой детали на конкретном токарном станке. Заводские и цеховые технологи рассчитывают параметры технологического процесса и выбирают соответствующие инструмент и оснастку, используя конструкторские чертежи, эмпирические формулы и табличные показатели из технологических справочников. Но на практике реальные условия точения могут отличаться от нормативных по следующим причинам:

• снижение точности оборудования в результате износа;
• отклонения в геометрических размерах и физических характеристиках заготовки.
• несоответствие характеристик материала расчетным.

Элементы резания при токарной обработке

Поэтому для уточнения расчетных технологических режимов применяют метод пробных проходов: точение небольших участков поверхности с подбором режимов и последующим замером геометрии и качества поверхности. Главные недостатки такой отладки технологического процесса — это возрастание трудозатрат и сверхнормативное использование производственных ресурсов. Поэтому его используют только в особых случаях:

• единичное изготовление без операционной карты;
• определение точности работы токарного оборудования перед запуском партии;
• работа с неполноценными заготовками (брак и неточность размеров);
• обточка литейных и кованых заготовок, не прошедших предварительную обдирку;
• запуск в производство изделий из новых материалов.

При первом запуске в производство нового изделия, обрабатываемого на автоматизированном оборудовании, также производят пробное точение и подбирают вручную режимы резания. Токарный станок с ЧПУ выполняет все операции по программе, поэтому оператор не всегда может корректировать параметры его работы.

Кроме углеродистых сталей на токарном оборудовании обрабатывают такие металлы как легированная сталь, чугун, титан, сплавы алюминия, бронза и другие сплавы меди. Помимо этого, такую обработку используют для точения материалов с низкой температурой плавления и воспламенения, таких как пластики и дерево. При работе с пластмассами токарные станки чаще всего применяют при обработке деталей из фоторопласта, полистирола, полиуретана, оргстекла, текстолита, а также эпоксидных и карбомидовых композитов. Все перечисленные группы материалов имеют свои особенности расчета и практического применения режимов точения. Это хорошо видно на примере токарной обработки нержавейки — самого распространенного после углеродистой стали конструкционного материала.

Нержавеющая сталь характеризуется низкой теплопроводностью, вязкостью, коррозионной стойкостью, сохранением прочности и твердости при высоких температурах, а также неравномерным упрочнением. Кроме того, в состав некоторых сортов нержавеющей стали входят легирующие добавки повышенной твердости с абразивными характеристиками. Поэтому при работе с ней на практике применяют специальные режимы точения и методы охлаждения и смазки детали.

Обработка нержавейки ведется на повышенных оборотах при уменьшенной подаче. Высокая вязкость этого материала способствует созданию непрерывной вьющейся стружки.

Для решения этой проблемы применяют резцы со стружколомом. Для отвода тепла и смазки обрабатываемой поверхности в рабочую зону подается специальная СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) на основе олеиновой кислоты. Это уменьшает нагрев заготовки и снижает износ резца. В последнее время все чаще применяют современные методы, которые также уменьшают износ инструмента: направление в рабочую зону ультразвуковых волн и подвод к металлу слаботочных импульсов.

Вычисление скорости резания

Время точения металла (tосн, основное время) — самая затратная составляющая в суммарном времени изготовления единичного изделия. Поэтому от скорости выполнения этой технологической операции напрямую зависит экономическая эффективность использования токарного оборудования. Правильный расчет скорости резания при токарной обработке важен не только с точки зрения стоимостных показателей производственной операции. Ошибки в расчете и применении этого параметра может привести не только к браку детали, но и к повреждению токарного оборудования, оснастки и инструмента. Далее приводится последовательность расчета этого показателя для самой распространенной операции — обточки цилиндрической поверхности.

Основные факторы, влияющие на скорость резания

Скорость резания v имеет размерность м/мин и в общем виде вычисляется по формуле:

где D — диаметр заготовки в мм; n — скорость шпинделя в об/мин.

Но на токарном оборудовании невозможно количественно задать v в качестве параметра управления. При работе на токарных станках предусмотрена регулировка только оборотов шпинделя и подачи инструмента, которые зависит не только от значения v, но и от ряда других факторов: материала детали, мощности главного привода, вида точения и характеристик режущего инструмента. Поэтому при расчете режимов в первую очередь определяют расчетные обороты шпинделя:

На основании полученного результата по таблицам справочной литературе выбирают соответствующее значение v, которое зависит глубины точения, подачи, материала, типа резца и вида операции.

Для расчета теоретической глубины резания t на основании чертежа определяют размерные характеристики детали и заготовки, а затем с учетом геометрических параметров инструмента вычисляют ее по формуле:

где D — диаметр заготовки; d – конечный диаметр детали.

После вычисления величины t по справочникам определяют табличное значение подачи S в мм/об. В справочных таблицах учтены: вид материала (различные стали, бронза, чугун, титан, алюминиевые сплавы), тип точения (черновое, чистовое), параметры резца и геометрия его подхода к обрабатываемой поверхности. Затем по технологическим таблицам на основании полученных величин t и S определяют vτ — табличное значение скорости резания.

Далее vτ должна быть скорректирована в соответствии с реальными условиями точения, к которым относят: период стойкости и технические параметры резца, прочностные характеристики материала, физическое состояние обрабатываемых поверхностей, геометрия резания.

Корректировка vт осуществляется с помощью группы поправочных коэффициентов:

где v_ут — уточненная скорость резания; K1 — коэффициент, зависящий от времени работы резца; K2, K4 — коэффициенты, зависящие от технических параметров резца; K3 — коэффициент, зависящий от состояния обрабатываемой поверхности; K4 — коэффициент, зависящий от материала резца; K5 — коэффициент, зависящий от геометрии обработки.

После расчета vут вычисляют уточненную скорость вращения шпинделя nут по следующей формуле:

Значение nут должно лежать в диапазоне паспортных скоростей главного привода станка, которые приведены в заводской документации токарного оборудования. Если полученная в результате расчетов nут не имеет точного соответствия в таблицах станка, то необходимо применить ближайшее самое меньшее число.

Формулы для токарной обработки

На последнем этапе рассчитывают фактическую скорость резания v_ф:

V_ф напрямую связана с мощностью главного двигателя станка. Поэтому она является основным параметром при выборе конкретного типа токарного станка для обработки требуемой детали.