Каким резцом обрабатывать нержавейку

Нержавеющую сталь обрабатывают уже более 100 лет, но до сих пор эта процедура сопряжена с технологическими сложностями.

Из нержавейки выполняют множество деталей, постепенно вытесняющих углеродистую сталь, которая уже не выдерживает возрастающие нагрузки: для современных механизмов порог прочности углеродистых сталей слишком низок.

Прочность и стойкость нержавейки, которая не меняет своих свойств при высокой температуре, давлении и воздействии агрессивных сред, влечет за собой сложность ее механической обработки.

Особенности обработки нержавеющей стали

обработка детали из нержавейки на токарном станке

Твердость и предел растяжимости нержавеющей стали и углеродистой почти одинаковы. Однако совпадают лишь механические значения. Отличается микроструктура, способность к упрочнению во время обработки, устойчивость к коррозии.

При обработке резанием нержавейка сначала упруго деформируется, потом обрабатывается легко, после чего переходит в стадию упрочнения. На этой стадии резание возможно только при значительном увеличении усилий. Все эти стадии проходит во время обработки и обычная сталь, но высоколегированная упрочняется намного заметнее.

Главные проблемы при токарной обработке стали:

• деформационное упрочнение;
• удаление стружки;
• ресурс рабочего инструмента.

Вязкость. Дополнительную сложность обработке придает пластичность сталей, особенно характерная для жаропрочных марок. Стружка не обламывается, как у углеродистой стали, а завивается длинной спиралью.

Низкая теплопроводность. Слабая теплопроводность нержавейки — ее преимущество при использовании, но недостаток при обработке. В месте резания температура значительно увеличивается, поэтому необходимо охлаждать металл с помощью специальных жидкостей.

Они не только устраняют жар, но и предупреждают образование наклепа, облегчают обработку. Наклеп появляется на рабочем инструменте, изменяет его форму и приводит в негодность.

Поэтому чаще всего легированные стали обрабатывают на невысоких скоростях и специальными инструментами.

Сохранение свойств. При воздействии жара сталь не теряет твердость и прочность. Это свойство наиболее выражено у жаропрочных сталей и в комбинации с наклепом оно вызывает скорейший вывод из строя резаков, не дает возможность работать на больших скоростях.

Абразивные соединения. В составе нержавеющей стали присутствуют карбидные и интерметаллические соединения микроскопической величины. Повышенная твердость делает их подобием абразива. Резаки стачиваются и требуют постоянной правки и переточки. Трение при токарной обработке нержавейки на порядок больше, чем во время точения углеродистых сплавов.

Неравномерное упрочнение. В процессе точения материал упрочняется неравномерно. Это не очень важно при обработке маленьких деталей. Но серьезно скажется на качестве вала или другой крупной детали.

Удаление стружки

стружка нержавейки формирует длинные спирали

Скопление длинных спиральных стружек нарушает процесс обработки. Поэтому, с учетом способности нержавейки к упрочнению во время деформации, разрабатываются особые конструкции стружколомов. Кроме этого, используется интенсивная обработка поверхности охлаждающей смазкой.

Смазка подается изнутри резака под высоким давлением чтобы:

• быстро и заметно снизить температуру резака;
• убрать стружку подальше от резака, чтобы не ускорять его износ;
• раздробить стружку на небольшие частички, которые проще смыть из рабочей зоны.

При токарной обработке изделий из нержавеющей стали широко используется охлаждение под высоким напором. Распыляется раствор непосредственно в место обработки. Попадая на горячую поверхность, жидкость испаряется и отбирает часть тепла. Поверхность охлаждается. Минус этого способа — большой расход охлаждающей жидкости. Но зато срок использования инструмента увеличивается в шесть раз.

В оборонной и высокоточной промышленности сталь при обработке охлаждается углекислотой при температуре -78 градусов. Это дорогой и самый эффективный способ.

Форма стружколома также очень важна. Геометрия его должна быть положительной, чтобы снизить образование тепла. Передний угол с положительным значением уменьшает самоупрочнение материала и появление наплыва на поверхности резака, устраняя главные причины повреждений во время токарной обработки стали.

Стружколом следует использовать только специализированный, для легированных сталей, хотя стружколомы обычно выпускают универсальными, для работы с самыми разными металлами. Производятся специальные стружколомы и резаки для чистовой, черновой и получистовой резки нержавейки. Они выдают наилучшие результаты и увеличивают производительность труда.

Самоупрочнение стали во время деформации

Более склонен к самоупрочнению аустенитный тип нержавейки, что доставляет дополнительные сложности при любом виде его обработки. Чем сильнее упрочняется материал, тем быстрее изнашивается резак.

Эта проблема менее выражена при использовании специальных режущих пластинок. Поверхности их изнашиваются дольше, а рабочие кромки острее обычных.

Острые режущие поверхности успевают обработать деталь до самоупрочнения стали и появления наплывов.

Задача усложняется при работе в несколько этапов. Иногда за один подход невозможно выбрать достаточно металла. Тогда это делают поэтапно. Эффективнее за два подхода снять по 3 мм стали, чем за один 6 мм. Рекомендуется также снимать неодинаковый слой металла за первый и второй подходы, например, 4 мм и 2 мм.

Режущий инструмент

резцы для обработки нержавейки

Эффект самоупрочнения приводит к быстрому износу резаков. Поэтому разрабатываются специальные формы кромок, переднего угла и особых материалов для резаков по нержавеющей стали.

Существует два вида специализированных режущих инструментов:

• с химически осажденным покрытием режущей кромки (CVD);
• с физически осажденным покрытием (PVD).

Инструменты с химически осажденными покрытиями (CVD) позволяют обрабатывать на токарных станках нержавейку на высоких скоростях, дольше не изнашиваются. Но эти резаки очень тяжело править.

Инструменты с физически осажденными покрытиями (PVD) применяются для аустенитных нержавеек. Они тоньше, чем CVD, с ровной поверхностью и острой режущей частью. Но изнашиваются они быстрее (так как толщина покрытия меньше), работают на меньших скоростях.

Виды резцов

Наивысшую износостойкость показывают резцы с покрытием TiC из твердых сплавов. В процессе производства их цианируют или азотируют. Дорогой и очень эффективный способ укрепления пластин — покрытие нитридом бора кубическим.

Твердосплавные резцы ВК3, Т15К6 и Т30К4 достаточно прочны, тверды и длительное время не изнашиваются. Большей вязкостью отличаются Т5 К110 и Т5К7, они изнашиваются быстрее. А вот для ударных нагрузок предпочтительнее использовать пластины с напайками высокой вязкости ВК8 и ВК6А.

Технологии обработки

Существуют приемы, позволяющие минимизировать отрицательные свойства нержавеющей стали:

• минимизировать толщину снимаемого слоя металла и увеличить скорость вращения шпинделя — обработанная таким образом поверхность получится более шероховатая;
• использовать кислоту в качестве смазки — значительно повышает износостойкость резаков, предотвращает появление наклепа, но приводит к быстрому разрушению токарного станка, а также плохо влияет на здоровье человека.

Видеоролик демонстрирует процесс изготовления штуцеров из нержавеющей стали:

Обработка нержавеющей стали на токарном станке

Рабочие процессы в современных установках и агрегатах проходят при значительных нагрузках на все конструктивные элементы. Эксплуатация деталей при высоких скоростях, давлении и температурах приводит к тому, что элементы, выполненные из обычных конструктивных сталей, быстро выходят из строя.

Для работы в таких условиях необходимы особые сплавы, к числу которых относится нержавеющая сталь. Высокая прочность, жаростойкость и хорошие антикоррозийные свойства – основные характеристики нержавейки.

Однако эти свойства сплавов имеют и отрицательные стороны: прочностные характеристики нержавеющей стали не изменяются под воздействием давления и температур, что влечёт за собой сложность механической обработки.

Особенности обработки нержавеющей стали

Предел растяжимости и показатели твёрдости у нержавеющей и углеродистой стали почти одинаковые. Но важно учитывать, что схожи лишь механические значения, а вот микроструктура, устойчивость к коррозии, способность к упрочнению во время обработки различны. Поэтому обработка нержавейки на токарном станке имеет свои особенности.

Можно выделить три основные проблемы, которые необходимо учесть при обработке нержавейки:

• деформационное упрочнение;
• ограниченный ресурс рабочего инструмента;
• удаление стружки.

При резании сплав сначала упруго деформируется и подвергается обработке, после чего он быстро переходит в стадию упрочнения. На этом этапе резание можно выполнять только при значительных усилиях. Такие же процессы протекают и при обработке обычных сталей, но упрочнение занимает больше времени.

Низкая теплопроводность нержавеющей стали является её преимуществом в процессе эксплуатации, но при механической обработке доставляет дополнительные неудобства. В области резания температура значительно повышается, что может привести к образованию наклёпа.

Наклёп на инструменте способен изменить форму режущей части, поэтому токарная обработка нержавеющей стали выполняется с использованием специального инструмента. Скорость резания при этом невысока. Все токарные операции должны проводиться с подачей охлаждающих жидкостей.

Данные составы не только удаляют жир, но и препятствуют образованию наклёпа. Процесс обработки протекает значительно легче.

Нержавейка отлично сохраняет прочность и твёрдость даже под воздействием высоких температур. Данные свойства в комбинации с образовавшимся наклёпом не позволяют осуществлять обработку при высоких скоростях, а рабочий инструмент быстро приходит в негодность.

Кроме того, в составе нержавеющих сталей присутствуют карбидные и интерметаллические соединения, которые делают сплавы более прочными. Трение в процессе обработки нержавейки значительно выше, чем при аналогичных операциях с углеродистыми сплавами.

Абразивные соединения способствуют быстрому стачиванию резцов, инструмент необходимо постоянно править и затачивать.

Этим хитрости обработки нержавейки на токарном станке не ограничиваются. Дополнительную трудность может вызвать вязкость стали.

Из-за этого стружка не отламывается, как при снятии с углеродистых сталей, а завивается в длинную спираль. Скопление длинных спиралей мешает процессу точения.

Предотвратить это позволяет использование специальных стружколомов и интенсивная обработка поверхности охлаждающими составами.

При токарной обработке деталей из нержавейки обычно применяется охлаждение под высоким давлением. Жидкость подаётся непосредственно в место обработки, охлаждая и саму деталь, и инструмент. Это позволяет увеличить эксплуатационный ресурс резцов до 6 раз, но есть у данного способа и один минус – большой расход охлаждающей жидкости.

При токарной обработке используется специализированный стружколом с положительной геометрией. Такая форма стружколома уменьшает самоупрочнение сплава и препятствует образованию наплыва на поверхности резака.

Самоупрочнение нержавеющей стали и выбор режущего инструмента

Самоупрочнение – важнейшая характеристика нержавейки, способная вызвать дополнительные трудности при обработке. Чем сильнее упрочняется материал, тем быстрее изнашивается инструмент. При использовании специальных режущих пластинок эта проблема не так ярко выражена: их рабочие кромки острее обычных, а поверхности изнашиваются дольше.

Минимизировать воздействие самоупрочнения можно путём поэтапного снятия слоёв металла. Наиболее эффективный способ – снятие за два подхода по 3 мм стали. Часто специалисты рекомендуют снимать неодинаковые слои в первом и втором подходе.

Как уже было сказано выше, самоупрочнение приводит к быстрому износу резаков. В целях увеличения эксплуатационного ресурса инструментов разрабатываются специальные формы кромок для нержавейки. Используются два типа режущих инструментов:

• резцы с покрытой CVD) алмазом;
• резцы с кромкой, покрытой инструмент с физически охлаждённой кромкой (PVD) алмазом.

Наивысшей износостойкостью отличаются твёрдосплавные резцы с пластинами, покрытыми нитритом бора.

Скорость резания нержавеющей стали устанавливается по такой же методике, что и при обработке обычных конструкционных сплавов. Однако при расчётах необходимо учесть ряд особенностей обработки нержавейки.

Способы оптимизации процесса обработки нержавейки

В производственных условиях применяется ряд методик, позволяющих минимизировать отрицательное влияние характеристик нержавейки на процесс её обработки. Это:

• увеличение скорости вращения шпинделя и уменьшение снимаемого слоя, благодаря чему обработанная поверхность получается более шероховатой;
• использование в качестве смазки кислоты, которая на порядок повышает износоустойчивость резцов;
• введение в зону обработки слабых токов, что позволит управлять процессами электродиффузионного и окислительного износа инструмента;
• воздействие на зону резания ультразвуковых колебаний, что снижает пластические деформации и коэффициент трения.

Воздействовать на структуру и механические характеристики материала можно при помощи специальной термической обработки.

Обработка нержавеющей стали на токарном станке

Способы улучшения стружкоудаления

Токарная обработка – это процесс, в результате которого образуется длинная витая стружка, накапливание которой затрудняет работу. Для удаления стружки нержавеющих сталей предлагается использовать режущий инструмент с внутренней подачей СОЖ под давлением, что особенно эффективно для высоколегированных сталей. Применение такого инструмента обеспечивает:

• эффективное охлаждение режущей кромки;
• ломку стружки на мелкие частицы, облегчающую ее быстрое удаление из зоны реза.

Минусом такого способа является большой расход охлаждающей жидкости. На высокоточных производствах и в военной промышленности применяют самый дорогой и эффективный метод – охлаждение с использованием углекислоты.

Читать также: Регулирование уровня воды в баке

Важную роль в обработке нержавейки на токарном станке играет конструкция стружколома. Специализированный инструмент для коррозионностойких сталей должен иметь положительный внешний угол, который снижает самоупрочнение и нарост металла на режущей кромке.

  Токарный станок 1м63н технические характеристики

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.

Снижение самоупрочнения при деформации

Наиболее сильно самоупрочнению, усложняющему процессы черновой, получистовой и чистовой обработки, подвергаются стали аустенитного класса. Для минимизации этого фактора рекомендуется применение режущих пластин с острыми кромками и покрытиями, обладающими повышенной износостойкостью.

При необходимости снятия достаточно толстого слоя, требующего нескольких проходов резца, рекомендуется первый проход делать более глубоким. Второй и при необходимости третий снимаемые слои должны быть мельче.

Повышение ресурса режущей пластины

Увеличения срока службы резца можно добиться:

• острой заточкой кромок;
• использованием положительного переднего угла;
• нанесением инновационных покрытий, позволяющих работать на высоких скоростях.

Современные покрытия разделяют на типы:

• CVD – наносятся методом химического осаждения. Обеспечивают возможность работы на высоких скоростях, но усложняют процесс заточки.
• PVD – наносятся способом физического осаждения и используются для сталей аустенитного класса. Для них характерны: небольшая толщина, гладкая поверхность, возможность повреждения при повышенных скоростях резания и мощных подачах.

Инновационным вариантом являются покрытия, наносимые методом PremiumTec. Они демонстрируют сочетание высокой стойкости к крошению и гладкой поверхности.

Еще один способ повышения износостойкости резцов – использование кислот в качестве смазки. Однако такой метод применяется редко из-за токсичности и вредного влияния на механизмы токарного станка.

Рабочие процессы в современных установках и агрегатах проходят при значительных нагрузках на все конструктивные элементы. Эксплуатация деталей при высоких скоростях, давлении и температурах приводит к тому, что элементы, выполненные из обычных конструктивных сталей, быстро выходят из строя.

Для работы в таких условиях необходимы особые сплавы, к числу которых относится нержавеющая сталь. Высокая прочность, жаростойкость и хорошие антикоррозийные свойства – основные характеристики нержавейки.

Однако эти свойства сплавов имеют и отрицательные стороны: прочностные характеристики нержавеющей стали не изменяются под воздействием давления и температур, что влечёт за собой сложность механической обработки.

Самоупрочнение нержавеющей стали и выбор режущего инструмента

Самоупрочнение – важнейшая характеристика нержавейки, способная вызвать дополнительные трудности при обработке. Чем сильнее упрочняется материал, тем быстрее изнашивается инструмент. При использовании специальных режущих пластинок эта проблема не так ярко выражена: их рабочие кромки острее обычных, а поверхности изнашиваются дольше.

Минимизировать воздействие самоупрочнения можно путём поэтапного снятия слоёв металла. Наиболее эффективный способ – снятие за два подхода по 3 мм стали. Часто специалисты рекомендуют снимать неодинаковые слои в первом и втором подходе.

Как уже было сказано выше, самоупрочнение приводит к быстрому износу резаков. В целях увеличения эксплуатационного ресурса инструментов разрабатываются специальные формы кромок для нержавейки. Используются два типа режущих инструментов:

• резцы с покрытой CVD) алмазом;
• резцы с кромкой, покрытой инструмент с физически охлаждённой кромкой (PVD) алмазом.

Наивысшей износостойкостью отличаются твёрдосплавные резцы с пластинами, покрытыми нитритом бора.

Скорость резания нержавеющей стали устанавливается по такой же методике, что и при обработке обычных конструкционных сплавов. Однако при расчётах необходимо учесть ряд особенностей обработки нержавейки.

  Трубы ППУ изоляции: 4 главных особенности материала

Способы оптимизации процесса обработки нержавейки

В производственных условиях применяется ряд методик, позволяющих минимизировать отрицательное влияние характеристик нержавейки на процесс её обработки. Это:

• увеличение скорости вращения шпинделя и уменьшение снимаемого слоя, благодаря чему обработанная поверхность получается более шероховатой;
• использование в качестве смазки кислоты, которая на порядок повышает износоустойчивость резцов;
• введение в зону обработки слабых токов, что позволит управлять процессами электродиффузионного и окислительного износа инструмента;
• воздействие на зону резания ультразвуковых колебаний, что снижает пластические деформации и коэффициент трения.

Воздействовать на структуру и механические характеристики материала можно при помощи специальной термической обработки.

Источник: https://m-ser.ru/articles/tokarnaya-obrabotka-nerzhaveyushchey-stali/

Режущий инструмент для токарной обработки нержавеющей стали

Главным рабочим органом токарных станков является резец, дополнительно могут использоваться сверла, зенкеры, развертки, плашки.

Токарные резцы различают по назначению:

• Проходные – прямые и отогнутые. Используются для получения цилиндрических поверхностей.
• Подрезные – для обработки торцов.
• Расточные – для получения отверстия требуемого диаметра.
• Отрезные – применяются для резки заготовок из нержавеющей стали на мерные части.
• Резьбонарезные – для получения внутренней и наружной резьбы.
• Фасонные – для обработки фасонных поверхностей.

Для работы с коррозионностойкими сталями, а также твердыми металлами типа титана и его сплавов используют не только цельные, но и составные резцы.

Одним из материалов, востребованных для изготовления вставок для резцов, является эльбор – искусственная альтернатива алмазу, представляющая собой кристаллы кубического бора. Используют обычно такие резцы на закаленных сталях.

Эффект от их применения можно получить только при отсутствии вибраций и биения.

Также при изготовлении режущих пластин для работы по нержавейке применяют твердые сплавы следующих типов:

• «износостойкие» – Т30К4, Т15К6;
• более вязкие, но менее износостойкие, – Т5К7, Т5К10;
• имеющие значительную вязкость и нечувствительность к ударам – ВК8, ВК6А.

Для чистовой и отделочной обработки используют минералокерамику.

Режущий инструмент

Эффект самоупрочнения приводит к быстрому износу резаков. Поэтому разрабатываются специальные формы кромок, переднего угла и особых материалов для резаков по нержавеющей стали.

Существует два вида специализированных режущих инструментов:

• с химически осажденным покрытием режущей кромки (CVD);
• с физически осажденным покрытием (PVD).

Инструменты с химически осажденными покрытиями (CVD) позволяют обрабатывать на токарных станках нержавейку на высоких скоростях, дольше не изнашиваются. Но эти резаки очень тяжело править.

Инструменты с физически осажденными покрытиями (PVD) применяются для аустенитных нержавеек. Они тоньше, чем CVD, с ровной поверхностью и острой режущей частью. Но изнашиваются они быстрее (так как толщина покрытия меньше), работают на меньших скоростях.

Виды резцов

Наивысшую износостойкость показывают резцы с покрытием TiC из твердых сплавов. В процессе производства их цианируют или азотируют. Дорогой и очень эффективный способ укрепления пластин — покрытие нитридом бора кубическим.

Оборудование для работы с коррозионностойкими сталями

К токарным станкам, на которых планируется резать заготовки из нержавейки, предъявляется комплекс требований, таких как:

• повышенная жесткость механизмов, позволяющая воспринимать большие силы резания;
• высокая стойкость к вибрациям системы «станок – режущий инструмент – деталь» при значительных ударных нагрузках;
• запас мощности станка для обеспечения значительной подачи.

Наибольшую точность размеров и минимальную шероховатость обеспечивают станки с ЧПУ, особенно они эффективны при обработке заготовок со сложной поверхностью с криволинейными образующими.

  Болт М12 (Вес, размеры и чертеж в сборе)

К современным технологическим приемам, применяемым при обработке нержавеющей стали на токарных станках, относится введение в зону реза:

• ультразвуковых колебаний, уменьшающих силу трения;
• слабых токов, позволяющих снизить электродиффузионный и окислительный износ инструмента.

Особенности обработки нержавеющей стали

• Упрочнение или наклеп обрабатываемой поверхности, приводящие к увеличению сил резания и снижению стойкости инструмента.
• Повышенная температура в зоне резания, обусловленная низким коэффициентом теплопроводности нержавеющей стали, который ухудшает теплоотвод и способствует перегреву режущего инструмента при обработке нержавеющей стали.
• Снижение качества чистовой обработки за счет образования нароста на передней поверхности приводящего адгезионному износу режущей хромки.
• Выкрашивание режущей кромки вызванная диффузионным износом, происходящим пои высокой температуре в результате взаимодействия однородных элементов обрабатываемой поверхости и режущего инструмента при обработке нержавеющей стали.

Обрабатываемость нержавеющих сталей (теоретические основы и практические рекомендации)

Ферритные нержавеющие стали имеют обрабатываемость, схожую с низколегированными сталями, мартенситные нержавеющие стали более склонны к упрочнению в процессе резания и вызывают очень высокие силы резания.

Более высокая скорость резания и более прочный сплав в сочетании с усиленной режущей кромкой способствуют повышению стабильности. У многих производителей инструмента (в частности Sandvik, Walter и т.д.

ферритные и мартенситные нержавеющие стали отнесены в группу материалов Р, исходя из схожести свойств при обработке (инструмент для их обработки также следует выбирать для сталей группы Р).

У ферритных и мартенситных нержавеющих сталей нормальное содержание хрома составляет от 12 до 18%. Другие легирующие элементы представлены в незначительном количестве. Мартенситные нержавеющие стали содержат относительно высокое количество углерода, что позволяет подвергать их закалке.

Ферритные стали обладают магнитными свойствами. Способность к сварке и у ферритных, и у мартенситных сортов стали достаточно низкая, а стойкость к коррозии – от средней до низкой и может быть улучшена за счёт добавления хрома.

В процессе их обработки в основном возникает износ по задней поверхности и реже образование лунок и наростов.

Аустенитные стали образуют основную группу нержавеющих сталей. Самый распространённый состав – 18% хрома и 8% никеля (например, сталь 18/8, тип 304). При добавлении 2–3% молибдена получается более стойкая к коррозии сталь, которую часто называют кислотостойкой (тип 316).

Эта группа MC включает также супераустенитные сорта нержавеющей стали с содержанием никеля более 20%. Дисперсионно-твердеющие аустенитные стали (PH) имеет аустенитную структуру в закалённом состоянии, содержание хрома составляет> 16%, никеля> 7% и алюминия – около 1%.

Механическое упрочнение способствует увеличению твёрдости поверхности и стружки, что в свою очередь ведёт к образованию проточин. Кроме этого, оно провоцирует адгезию и, как следствие, образование наростов. Относительная обрабатываемость составляет 60%.

При обработке в закалённом состоянии возможен отрыв покрытия и материала основы от режущей кромки, что в результате ведёт к выкрашиванию и ухудшению качества обработанной поверхности. Аустенитные стали дают прочную и длинную сливную стружку, которая плохо ломается.

Добавление серы способно улучшить обрабатываемость и одновременно снизить стойкость к коррозии. Используйте пластины с положительной геометрией и острыми кромками. Выполняйте резание на глубину больше упрочнённого слоя и поддерживайте её на постоянном уровне.

Помните, что при обработке выделяется большое количество тепла.

Дуплексные нержавеющие стали получаются при добавлении никеля в ферритную хромистую нержавеющую сталь формируется структура/матрица со смешанной основой, содержащая и феррит, и аустенит. Дуплексные стали имеют высокую прочность на растяжение и очень высокую стойкость к коррозии.

Названия «супердуплексная» и «гипердуплексная» указывают на более высокое содержание легирующих элементов и ещё большую стойкость к коррозии. Как правило, в дуплексной стали содержание хрома колеблется от 18 до 28%, а никеля – от 4 до 7%. При этом доля феррита составляет 25–80%.

При комнатной температуре ферритная и аустенитная фазы обычно находятся в равном соотношении.

Относительная обрабатываемость достаточно низкая – всего 30%, что связано с высоким пределом текучести и высокой прочностью на растяжение. Высокое содержание феррита – более 60% – улучшает обрабатываемость.

При обработке образуется прочная стружка, которая может стать причиной повреждения нерабочей режущей кромки, а также возникают высокие силы резания. В процессе резания выделяется большое количество тепла, что ведёт к пластической деформации и интенсивному лункообразованию.

Небольшие главные углы в плане предпочтительны, так как они позволяют избежать образования проточин и заусенцев. Важное значение имеет жёсткость закрепления инструмента и заготовки.

Итак, основные проблемы при обработке нержавеющих сталей:

— вязкость (характерна для аустенитных и дуплексных марок) – сложность в контроле за стружкообразованием и налипание на кромку инструмента, склонность к возникновению вибраций;

— низкая теплопроводность и высокая температура в зоне резания – необходимо эффективная система подачи СОЖ для охлаждения инструмента, в противном случае возможно возникновение термотрещин, либо вести обработку при более низких режимах резания, предъявляются особые требования по термостойкости к инструментальным материалам и типам покрытий;

— сохранение прочностных свойств – склонность к самоупрочнению в широком диапазоне температур, образование наклёпа;

— абразивный износ – легирующие элементы, наличие карбидов и интерметаллических соединений в структуре материала вызывают повышенный износ инструмента;

— стружкодробление – особое значение имеет выбор стружколомов, нанесение типов покрытий на режущую кромку инструментов (как правило, для аустенитных типов нержавеющих сталей применяются большие положительные передние углы заточки инструмента (снижение сил резания, предотвращение налипаний и образования наклепа), покрытие типа PVD (для сохранения остроты режущей кромки и снижения налипаний)

— повышенные требования к жесткости оборудования и применяемого инструмента и оснастки – при низкой жесткости СПИД склонность к вибрациям значительно возрастает, что существенно затрудняет процесс обработки и снижает стойкость инструмента (одной из интересных тем исследования является применение ультразвуковых преобразователей, которые позволяют снизить силы резания и облегчить процесс обработки).

Говоря про применение современных износостойких покрытий при обработке нержавеющих сталей стоит отметить:

— CVD покрытия, как правило более толстые, многослойные, лучше сопротивляются износу, но имеют менее острую кромку (скругленная) – в большей степени их применение обосновано при обработке ферритной, мартенситной нержавеющей стали, иногда и аустенитной, но как правило с применением положительных передних углов на стружколомах и в основном при черновой обработке (обдирке)

— PVD покрытия более тонкие, более острая режущая кромка – в основном при чистовых и получистовых работах и для обработки более вязких (липких) сортов нержавеющих сталей.

Работа по усовершенствованию физико-химических состав износостойких покрытий ведется постоянно, совершенствуется их состав, прочностные и термические свойства, увеличение однородности, направленности структуры покрытий, снижения коэффициента трения и т.д.

В качестве примера приведём описание свойств покрытий для токарных пластин производителем Sumitomo, при этом прослеживаются свойства и параметры, определяемые тем или иным типом покрытий и твердосплавной основы.

Особенности токарной обработки нержавейки – Интек-М

Большинство современных установок и агрегатов эксплуатируются под высокими нагрузками, поэтому для обеспечения их длительной работоспособности предпочтение отдается комплектующим, выполненным из нержавеющей стали.

В отличие от углеродистой стали свойства этого материала позволяют выдерживать значительные механические нагрузки, высокую и низкую температуру, длительное воздействие воды.

Но эти же характеристики являются главными негативными факторами, усложняющими процесс обработки детали из нержавейки на токарном станке, так как ее прочностные характеристики остаются неизменными под воздействием высокой температуры и давления.

К наиболее распространенным и сложно решаемым проблемам токарной обработки этого материала относится самоупрочнение, происходящее в процессе деформации, и затруднение отвода стружки, которые не только снижают качество результата, но и значительно сокращают рабочий ресурс режущей оснастки.

Самоупрочнение при деформации

Самой важной особенностью токарной обработки нержавеющей стали и ее главной проблемой является упрочнение металла во время его деформации под воздействием режущего инструмента. Сильнее всего задача резки усложняется при необходимости ее проведения в несколько этапов.

При каждом надавливании режущей кромки резца на заготовку, сталь в области воздействия фрезы приобретает более высокую твердость, которая уменьшается по мере удаления от места деформации. В зависимости от количества прохождений, прочность в одной точке воздействия может увеличиться на 100%.

Наиболее эффективным решением в данном случае является снятие материала разной толщины в два подхода – сначала более толстый слой, например в 4 мм, а затем остаточный – например, 2 мм. 

Кроме сложности выполнения операции, упрочнение провоцирует и такую проблему, как быстрый износ режущего инструмента в результате появления наплывов во время подачи резца и необходимости резки слишком прочных поверхностей.

Ее можно решить, используя специальные режущие пластинки, предназначенные для работы с нержавеющей сталью.

Их кромки способны обработать деталь на высокой скорости до образования упрочнения материала, без появления наплывов и износа режущей части.

Удаление стружки

Дополнительная сложность точения нержавейки заключается в плохом удалении образующейся стружки. Это обусловлено вязкостью и пластичностью, характерными для любых видов сталей и особенно для нержавеющей.

При работе с коррозионностойким металлом этого типа стружка не обламывается, а на протяжении обработки постоянно завивается, образуя длинные спирали.

Их скопление нарушает процесс обработки, снижает качество обрабатываемой заготовки и значительно увеличивает время производственного процесса.

Исправить эту ситуацию позволяет применение стружколомов. Основная масса приспособлений этого типа представлена универсальными вариантами, но для нержавейки рекомендуется использовать специализированное устройство, предназначенное для легированных сталей и имеющее особую конструкцию.

Для того чтобы добиться максимальной эффективности токарной обработки, необходимо использовать стружколомы в комбинации с набором резцов, позволяющих поэтапно производить черновую, получистовую и чистовую резку. Также, следует правильно выбирать форму стружколома.

Для уменьшения степени упрочнения металла и образования наплыва на кромке резца, лучше остановить выбор на устройстве, передний угол которого имеет положительное значение.

Кроме стружколома для быстрого отвода стружки используется подача специальных смазочно-охлаждающих жидкостей и эмульсий, решающих сразу несколько задач:

• удаление стружки для продления срока службы режущей оснастки;
• быстрое снижение температуры резака;
• отведение из рабочей зоны мелких металлических частиц.

Режимы обработки нержавейки на токарном станке

На мелкосерийных и крупносерийных производствах применяют ряд режимов резания при токарной обработке нержавейки, позволяющих снизить ее негативные особенности и минимизировать отрицательное воздействие на экономическую составляющую технологии и процесса производства в целом, за счет следующих мероприятий:

• Применения в качестве смазочного и охлаждающего материала углекислоту, способную остудить металл до -78°С. Но, этот способ имеет существенный минус – дороговизну из-за стоимости химического вещества и необходимости его большого расхода, поэтому применяется преимущественно в высокоточной и оборонной промышленности.
• Повышение скорости резания и вращения шпинделя станка с ЧПУ при условии уменьшения толщины удаляемого слоя. Единственный недостаток этого режима работы – получение шероховатой поверхности.
• Воздействие на зону обработки металла дополнительный факторов – ультразвуковых колебаний или термической обработки. Ультразвук позволяет снизить коэффициент трения и степень пластических деформаций, а температура меняет механические свойства и структуру металла, что позволяет снизить скорость упрочнения материала.
• Введение в область воздействия режущего инструмента слабых токов. Они снижают степень окислительного и электродиффузионного износа рабочей оснастки и продлевают срок ее службы.

Каким резцом обрабатывать нержавейку?

Так как эффект упрочнения металла приводит к значительному сокращению рабочего ресурса инструмента станка с числовым программным управлением, каждого кто занимается токаркой нержавеющей стали интересует, какой марки резец лучше? Для обработки нержавейки были специально разработаны два вида резцов:

• CVD – с покрытием режущей кромки химического осаждения. 
• PVD – с покрытием физического осаждения.

Первые отличаются высокой износостойкостью и востребованы для обработки нержавейки на высоких скоростях. Единственный их минус – сложность правки и восстановления остроты кромки. Резцы второго типа тоньше, чем первые, но с более острой режущей частью. Их применяют для работы на низкой скорости с аустенитной нержавейкой.

На производства наиболее высокую износостойкость показала оснастка со специальным твердосплавным покрытием карбидом титата TiC, получаемого путем цианирования и азотирования, и укрепления рабочих пластин нитридом бора кубическим. Такие резцы характеризуются повышенной твердостью, прочность, износостойкостью. 

Кроме этого, производители видят эффективное решение проблем, возникающих при обработке нержавеющей стали в использовании оснастки с оптимизированной геометрией – положительным передним углов и более острой заточкой режущей части.