Методы улучшения обрабатываемости

1. Подбор оптимальных составов технологической среды. Известно что технологическая среда снижает температуру в зоне резания, трение на площадках контакта, охрупчивает металл в зоне пластической дефор­мации и т.д. Правильно подбирая состав технологической среды, можно резко снизить интенсивность изнашивания и улучшить качество обработанной поверхности.

2. Подвод в зону резания дополнительной энергии. Этот способ широко применяется при резании труднообра­батываемых материалов. В частности, производится их обработка в нагретом состоянии, с наложением электрических и магнитных полей, принудительных колебаний строго определенной частоты и т.д. Вследствие этого изменяется интенсивность изнашивания режущих кромок и период стойкости возрастает в несколько раз.

3. Регулирование микроструктуры за счет подбора режи­мов термической обработки. Для каждой группы материа­лов можно подобрать такой режим термообработки, который обеспечивает получение строго определенной микроструктуры и уровня механических свойств.

Так, например, стали для хорошей обрабатываемости должны иметь следующую микроструктуру: 1) малоугле­родистые (С < 0,3 %) – пластинчатый перлит и феррит. Резко выраженная строчечность феррита и крупные скопления его ухудшают обрабатываемость;
2) со средним содержанием углерода (С = 0,35...0,55 %) – пластинча­тый перлит и феррит в виде сетки или некрупных зерен; 3) высокоуглеродистые конструкционные (С > 0,55 %) и инструментальные стали – зернистый перлит.

Соответствующим образом подбираются виды термо­обработки (нормализация, отжиг) и их режимы.

Обрабатываемость чугуна можно улучшить графитизирующим или сфероидизирующим отжигом, исключаю­щим появление сетки карбидов и обеспечивающим округлую форму зерен.

Термообработка труднообрабатываемых материалов определяет фазовый состав, процентное содержание фаз, их дисперсность и распределение, а также размеры зерен твердого раствора. При этом
требуется выдерживать на строго определенном уровне число упрочняющих избы­точных фаз, поскольку от них зависит и об­раба­тываемость, и жаропрочность материала. Для термообработки реко­мендуется использовать двойную закалку с последующим высокотемпературным старением.

4. Введение в состав обрабатываемого материала специальных присадок. Известны два механизма действия присадок, способствующих улучшению обрабатываемости. В первом случае снижается коэффициент трения на контактных площадках и интенсивность изнашивания, поскольку присадки образуют в металле твердые смазоч­ные вещества (сульфиды, селениды, сульфоселениды и др.).
Во втором – присадки, являясь концентраторами напряжений, способствуют охрупчиванию обрабатывае­мого материала, снижают силы резания и уровень температур.

Наиболее характерными присадками являются элемен­ты, относящиеся к VI группе таблицы Менделеева, – сера, селен, теллур, которые образуют в стали неметалли­ческие включения, а также свинец. Примером сталей повышенной обрабатываемости могут служить автомат­ные с повышенным содержанием серы (А11...А35), серы
и фосфора (А12), серы и свинца (АС14). Свинец в послед­нем случае присутствует в стали в двух модификациях: в виде мелких обособленных частиц, произвольно распо­ложенных в матрице металла,
и в виде комплексных соединений MnS–Pb. Свинец характеризуется низкой температурой плавления, поэтому, кроме охрупчивающего действия, он может создать на площадках контакта жидкую пленку. Установлено, что для резкого снижения склонности к схватыванию достаточно образования пленки толщиной около 2 мкм.

На состав, форму, размеры и распределение избы­точных фаз существенным образом влияет такой этап выплавки стали, как раскисление, для чего исполь­зуются кремний, алюминий, марганец
и кальций. Каль­ций позволяет существенно улучшить обрабатываемость сталей. В их структуру входят силикаты или алюминаты кальция в сульфидной оболочке, что резко снижает изнашивание инструмента. Содержание кальция строго определенное. Такие стали успешно применяются на Волжском автозаводе (АЦ20ХГНМ (вместо 20ХГМ), АЦ40Х (вместо 40Х)), обеспечивая повышение периода стойкости до 3 раз.

6.1.5. Особенности обрабатываемости резанием
различных материалов

Обрабатываемость сталей. Обрабатываемость сталей следует рассматривать с точки зрения их истирающей способности и уровня температур резания. Влияние химического состава, меха­нических свойств, микроструктуры и других факторов обусловлено их влиянием на k _ист и q.

Рассмотрим роль основных химических элементов в обрабатываемости конструкционных и инструменталь­ных сталей.

При обработке материалов с весьма малым содержа­нием углерода (сталь 08, армко-железо) трудно обеспечить высокое качество обработанной поверхности. Оптимальным с точки зрения периода стойкости инстру­мента считают содержание углерода 0,10...0,20 %. При его повышении до 0,20...0,30 % и более наблюдается заметное снижение стойкости, обусловленное появлением в микроструктуре абразивных частиц цементита. Улучшить обрабатываемость можно путем изменения микроструктуры.

В легированных сталях влияние углерода более сложное, поскольку связано с образованием карбидов различного состава, их размерами, твердостью и т.д.

Наличие в стали марганца упрочняет феррит, снижает пластичность стали. При сочетаниях С < 0,20 % и Мn < 1,5 % заметно улучшается процесс резания. При высоком содержании марганца (свыше 10 %) сталь при­обретает склонность к наклепу под действием сил резания, вследствие чего резко возрастает прочность, снижается пластичность поверхностного слоя детали, по границам зерен образуются железомарганцовистые кар­биды, а аустенит частично переходит в мар­тенсит. Обра­батываемость в этом случае чрезвычайно низкая. Повы­сить ее можно при нагреве заготовок до температуры 400...600 °С, когда снимаются вредные последствия наклепа. При наличии в стали некоторого содержания серы в ней образуются сульфиды марганца, играющие роль граничной смазки на поверхностях трения.

Фосфор, сера, свинец используются как присадки, улучшающие обрабатываемость.

Содержание кремния во всех случаях ухудшает обрабатываемость сталей вследствие образования сили­катных абразивных включений.

Наличие молибдена, ванадия, хрома, воль­фрама повышает прочность и вязкость сталей, ухудшая их обрабатываемость. Эти элементы образуют твердые растворы с железом и карбиды различного состава и твердости. Как следствие, возрастает истирающая способность материала. Хром, способствуя коагуляции карбидных частиц при отпуске, значительно снижает теплопроводность материала. Кобальт, наоборот, замед­ляет коагуляцию карбидов, повышая теплопроводность. Он несколько снижает прочность и вязкость стали, образуя твердый раствор с железом. Присутствие никеля в твердом растворе способствует его упрочнению, однако снижает обрабатываемость сталей.

Таким образом, обрабатываемость сталей ухудшается с увеличением содержания углерода и легирующих элементов, поскольку
в этом случае увеличиваются k _ист и q. В настоящее время принята классификация сталей по обрабатываемости резанием, приведенная
в табл. 20 (коэффициент K _м характеризует снижение уровня скоростей резания V_T).

В производственных условиях важно увязывать обра­баты­вае­мость материалов с их прочностью и твердостью. В общем случае
существует связь между V и T и механическими свойствами металлов.

Однако никакое из механических свойств не оказывает самостоятельного влияния на относительный уровень скорости резания, поскольку интенсивность изнашивания режущих инструментов не за­висит непосредственно от временного сопротивления, твердости, относительного удлинения и т.д.

 

Таблица 20

Коэффициенты обрабатываемости сталей и чугунов

Материал	Марка	k м
Сталь конструкционная автоматная, ГОСТ 1414–75	А11, А12, А20, А30, А35	1,2/–
Сталь углеродистая качественная, ГОСТ 1050–74	08, 10, 15, 20…65, 60Г, 65Г, 70Г	1,0/0,85
Сталь конструкционная легированная, ГОСТ 4543–71:
марганцовистая	15Г…70Г, 10Г2…50Г2	1,0/0,85
хромистая	15Х, 15ХА, 20Х…50Х	1,0/0,85
хромоникелевая	20ХН, 40ХН, 50ХН, 12ХН2, 20ХН3А, 30ХН3А, 12Х2Н4А	0,9/0,8
хромомарганцовистая	18ХГ, 18ХГТ, 30ХГТ, 20ХГР	0,8/–
хромокремнистая	30ХС, 38ХС, 40ХС	–/0,8
хромованадиевая	15ХФ, 40ХФА	1,0/0,85
хромомолибденовая	15ХМ…38ХМ, 35Х2МА	0,8/–
хромоалюминиевая	38ХЮ, 35ХЮА, 38Х2Ю	0,8/–
хромокремнемарганцовистая и хромокремнемарганцовоникелевая	20ХГС, 30ХГС, 35ХГСА, 38ХГСА, 30ХГСН2А…	1,15/0,85

 

Окончание табл. 20

 

Материал	Марка	k м
хромоникельмолибденовая	14Х2Н3МА, 20ХН2М, 38Х2Н2МА, 25Х2Н4МА…	1,15/0,85
хромоникельвольфрамовая	25ХНВА, 30ХНВА	0,8/0,8
хромоникельванадиевая	20ХНФ, 30ХНВФА	0,8/0,8
хромомолибденванадиевая	35ХМФА, 30Х3МФ	0,8/0,8
хромомолибденалюминиевая	38ХМЮА	0,8/0,8
Сталь инструментальная углеродистая, ГОСТ 1435–74	У7А…У13А	1,0/–
Сталь инструментальная легированная, ГОСТ 5950–73	ХВ5, ХВГ, ХВСГ, 9ХС, ХГС, 6ХВ2С, ХГСВФ…	–/0,85
Сталь шарикоподшипниковая, ГОСТ 801–60	ШХ9, ШХ15, ШХ15СГ	–/0,7
Сталь инструментальная быстрорежущая, ГОСТ 19265–73	Р9, Р18, Р18К5Ф2, Р6М5, Р9К5, Р10К5Ф5…	–/0,85
Чугун серый, ГОСТ 1412–85	СЧ10…СЧ35	1,0/0,9
Чугун ковкий, ГОСТ 1215–79, и чугун высокопрочный, ГОСТ 7293–85	КЧ30-6…КЧ35-10… ВЧ38-17…ВЧ60-2…	0,9/0,7

 

Примечание. В числителе приведены коэффициенты для НВ 179…229, в знаменателе – для НВ 229…269.

Каждому из этих механических свойств присущ вполне определен­ный физический смысл, который не дает оснований связывать их со стойкостью инструмента.

Связь между этими показателями и V_T существует лишь постольку, поскольку они связаны с основными фактора­ми, обусловливающими интенсивность изнашивания режущих инструментов, а имен­но истирающей способ­ностью обрабатываемого материала и температурой реза­ния, возникающими при снятии стружки. В частности, увеличение прочности и твердости уменьшает скорость V_T, т.к. такому изменению механических свойств сопутствует увеличение истирающей способности и темпе­ратуры резания. Увеличение вязкости и пластичности обрабатываемого материала снижает истирающую спо­собность, что позволяет повысить скорость V_T.

В практике часто пользуются следующими приблизительными зависимостями между V_T и механическими свойствами металлов:

или ,

где n_v – показатель интенсивности влияния НВ и временного сопротивления s _b на V_T;

С _НВ, С _{s b} – постоянный коэффициент для стандартных условий резания для материалов соответственно из чугуна и стали.

Наряду с химическим составом на истирающую способность материала влияет его микроструктура. Наименьшей истирающей способностью обладает феррит, небольшой коэффициент k _ист имеет аустенит; истирающая способность перлита зависит от формы цементита; у плас­тинчатого перлита она больше, чем у зернистого,
у зернис­того – тем меньше, чем меньше зерна цементита; у высо­колегированных сталей истирающая способность значительно увеличивается, если карбиды расположены в виде скоплений или сетки.

Наибольшая V_T достигается при резании феррита, а затем по мере усиления интенсивности затупления инструментов идут зернистый и пластинчатый перлит, сорбит, троостит.

Однако в тех или иных технологических ситуациях исполь­зуются различные показатели обрабатываемости. Подробная информация о влиянии микроструктуры на эти показатели приведена
в табл. 21.

При обработке деталей на автоматизированном оборудовании серьезное внимание уделяется благоприят­ному стружкообразованию
и обеспечению требуемой шероховатости обработанной поверхности. Решающее влияние на последнюю оказывает микроструктура: если она состоит из зернистого перлита, сорбита и троостосорбита, зона максимальных микронеровностей сме­щается в зону меньших скоростей по сравнению с обра­боткой пластинчатого перлита; высота микронеровностей тем больше, чем больше содержание в структуре сталей свободного феррита; повышение содержания углерода и легирующих элементов способствует уменьшению шероховатости, что наблюдается также по мере увеличе­ния размера зерна перлита. Значительная высота микро­неровностей наблюдается при мелком зерне перлита и высоком содержании свободного феррита, а наи­лучшая – при структурах троостосорбита и сорбита с высо­кой твердостью.

Обрабатываемость чугунов. Обрабатываемость чугунов определяется в первую очередь их микроструктурой, в зависимости от которой они подразделяются на следующие группы: 1) ферритные, содержащие феррит и графит; 2) перлитные, содержащие перлит
и пластинчатый графит; 3) перлитные ковкие и сверхпрочные, содержащие перлит и сферои­даль­ный графит; 4) половинчатые, содержащие перлит, графит и цементит; 5) белые, содержащие перлит
и цементит. Обрабатываемость чугунов ухудшается по мере того, как углерод из свободного состояния (графит) переходит в связанное (цементит), обладающее повышенной истирающей способностью.

На обрабатываемость чугуна влияет также размер и форма частиц графита и цементита. Наилучшая обрабатываемость достигается при наличии небольших сфероидальных зерен графита. При одинаковой твердости уровень V_T для чугунов с пластинчатым графитом всегда меньше. Сетка цементита или крупные его скопления рез­ко снижают обрабатываемость чугунов. Это характерно также для обработки по корке, с окалиной или песком.

Таблица 21

Влияние структуры стали на показатели обрабатываемости

Показатель обрабатываемости	Структура стали
зернистый перлит	пластинчатый перлит	феррит в виде строчек или крупных зерен	мелкозернистый перлит при относительно большом содержании феррита	сорбитообразный перлит	карбиды в виде скоплений или сетки	сорбит с невысокой твердостью	сорбит с высокой твердостью
Период стойкости быстрорежущих и твердосплавных инструментов при черновой обработке	Самый высокий	Удовлетворительный	Удовлетворительный	Удовлетворительный	Пониженный	Низкий	Низкий	Очень низкий
Период стойкости быстрорежущих инструментов при протягивании, развертывании и зубонарезании	Низкий	Высокий	Низкий	Низкий	Удовлетворительный	Низкий	Низкий	Очень низкий
Шероховатость поверхности при протягивании, развертывании, зубонарезании с низкими скоростями резания	Плохая	Хорошая	Плохая	Плохая	Хорошая	Удовлетворительная	Плохая	Очень хорошая

Зависимость V_Т от НВ для серого чугуна более досто­верна, чем для стали, а n_V = 1,7.

Вследствие малых пластичности и склонности чугуна к упрочнению силы при его резании меньше, чем при обработке литых сталей на ферритной основе. Уменьшают­ся ширина площадки контакта на передней поверхности, размеры нароста, а заторможенный слой становится неустойчивым. Из-за малой ширины площадки контакта нормальные напряжения достаточно велики и концентри­руются вблизи главной режущей кромки инструмента, способствуя ее
сколам. Температура резания при обра­ботке чугунов с пластинчатым графитом ниже, чем при обработке ферритных сталей той же твердости. Однако скорость V_T при обработке чугунов ниже
(см. табл. 20).

Очевидно, в этом случае сказывается преобладающее влияние истирающей способности материала и слабое защитное действие нароста и заторможенного слоя на передней поверхности инструмента.

В машиностроении широко используются легирован­ные чугуны различного назначения. Рассмотрим влияние на обрабатываемость основных легирующих элемен­тов.

При небольшом содержании марганца в чугуне период стойкости инструмента не изменяется, а при его увеличении свыше 1,5 % – уменьшается.

Содержание кремния в чугуне до 2,75 % улучшает его обрабатываемость благодаря своему графитизирующему действию, повышение его свыше 3 % приводит к упроч­нению феррита, образованию силикатных соединений и снижению V_T.

Наличие никеля до 2 % и меди также способствует графитизации чугуна и улучшает его обрабатываемость. Цирконий и титан при добавке их до 0,4 % активно раскисляют металл и повышают V_Т.

Молибден, особенно при содержании его свыше 0,5 %, упрочняет основу чугуна и ухудшает его обраба­тываемость. Так же действуют добавки хрома и вана­дия, кроме того, они заметно активизируют образование карбидов. Чугуны с такими добавками отличаются высо­кой твердостью и прочностью. Обрабатываемость чугуна ухудшается в зависимости от формы карбидной фазы: мелкоигольчатые карбиды ® длинноигольчатые карбиды ® столбчатые карбиды ® разорванная сетка карбидов ® сплошная сетка карбидов.

Обрабатываемость алюминиевых сплавов. Алюминиевые сплавы с точки зрения обрабатываемос­ти можно разделить на три группы. К первой относятся сплавы низкой твердости, имеющие склонность к налипанию на инструмент, например дюралюминий
в отожженном состоянии. Сплавы второй группы имеют более высокую твердость, не налипают на инструмент. К этой группе относятся термически упрочненный дюралюминий, а также кованые сплавы АК6, АК8 и др.

В третью группу входят широко распространенные литые сплавы, содержащие кремний, в частности силумины различных марок. Для первых двух групп наиболее характерно образование сливной стружки в виде длинных лент или спиралей, для третьей – стружка легко дробится на короткие элементы.

По сравнению со сталью алюминиевые сплавы обла­дают меньшей твердостью, более низким временным сопротивлением и лучшей теплопроводностью, что позво­ляет значительно повышать скорость резания и подачу. Однако выбор оптимальных условий обработки затруднен из-за совместного действия целого ряда факторов. Высо­кая вязкость ряда алюминиевых сплавов интенсифицирует налипание частиц на рабочие поверхности режущего инструмента. Это затрудняет стружкоотвод, может вы­звать пакетирование стружки в канавках инструмента и образование задиров на обработанной поверхности. При нагревании алюминий сильно расширяется (в 2 раза больше, чем сталь). Это препятствует достижению высокой точности обработки, например, при развертывании.

Уровень сил резания при обработке алюминиевых сплавов
в 2…4 раза ниже, чем при обработке конструк­ционных сталей. Характер влияния элементов режима резания и переднего угла на силу резания такой же, как при обработке сталей. Алюминиевые сплавы склонны к наростообразованию. Этот процесс протекает чрезвы­чайно активно в связи с повышенной адгезионной активностью алюминия к материалам, используемым в качестве инструментальных. Поэтому максимальная высота нароста и его исчезновение отмечаются для алюми­ниевых сплавов при относительно более низких скоростях резания, чем для сталей.

Между уровнем сил резания и механическими свойствами алюминиевых сплавов нет отчетливой зависимости. Оче­видно, последние оказывают сложное совокупное влияние на сопротивление металла пластическому деформирова­нию при образовании стружки
и на ее трение о переднюю поверхность инструмента. В целом при повышении прочности сплавов уровень сил резания увеличивается. Связь между силами резания и характером микро­структуры алюминиевых сплавов следующая: сила реза­ния выше при обработке сплавов с равномерной структу­рой, когда содержание твердого раствора кремния в алю­минии преобладает над содержанием эвтектики; если частицы эвтектики имеют более грубую пластинчатую форму, силы резания меньше.

Уровень допустимых скоростей резания, обеспечиваю­щих низкую шероховатость обработанной поверхности и нормативные периоды стойкости, при обработке алюми­ниевых сплавов в несколько раз выше, чем при обработке сталей.

Обрабатываемость алюминиевых сплавов можно зна­чительно улучшить за счет применения оптимальных геометрических и конструктивных параметров инструмен­тов, тщательной доводки их режущих кромок и правиль­ного выбора технологической среды. Необходимо кон­структивно обеспечивать свободное размещение стружки
в канавках инструмента. Они должны иметь гладкие поверхности
с плавными переходами, что уменьшает возможность налипания на них стружки. Передние углы инструмента рекомендуются для сплавов первой группы 25...40°; для второй – 10...25°; для третьей – 10…15°.

Использование технологических сред наиболее эффек­тивно при чистовой обработке, когда лимитирующим показателем обрабатываемости является шероховатость обработанной поверхности. Выше отмечалось, что резание алюминиевых сплавов сопровождается интенсивным наростообразованием. Поэтому для снижения шерохо­ватости необходимо работать вне зоны нароста либо применять эффективные СОТС. Однако многие операции на современном оборудовании невозможно выполнять на режимах, исключающих наростообразование. Исполь­зуемые на производстве СОТС на базе керосина или присадок с хлором, фосфором и другими элементами не всегда удовлетворяют санитарно-гигиеническим и противопожарным нормам.

При использовании эмульсий высокие требования к качеству обработанной поверхности не обеспечиваются. При ужесточении таких требований рекомендуется приме­нять масляные СОЖ. В них можно добавлять специаль­ные присадки, способствующие уменьшению трения и массопереноса за счет создания алюминийорганических и высокомолекулярных соединений на площадках контакта.

Обрабатываемость медных сплавов. Медь и ее сплавы находят широкое применение в современном машиностроении в качестве конструкцион­ных, антифрикционных, электротехнических и других материалов.

С точки зрения обрабатываемости медные сплавы можно разбить на три группы: 1) сплавы с гомогенной структурой: латуни Л60, Л63, бронзы БрО4Ц3, БрКН1-3, БрА7 и др. К этой группе относится также медь; 2) сплавы с гетерогенной структурой типа ЛМц52-2, ЛЦ16К4, ЛЦ30А3, ЛЦ23А6Ж3Мц2, БрO10Ф1, БрА9Мц2Л,
БрАЮЖ3Мц2 и др.; 3) сплавы, содержащие свинец, – ЛС63-3, ЛЦ40С, БрО4Ц4С17, БрО5Ц5С5, БрС30 и др.

При обработке сплавов первой группы и красной меди образуется сливная вязкая и трудноломающаяся стружка. Это ухудшает условия работы при использовании автоматизированного оборудования и обработке отверстий (из-за пакетирования стружки в канавках инструмента). Сплавы второй группы также образуют сливную стружку, однако она менее прочная и значительно легче ломается. При резании свинцовистых сплавов образуется короткая хрупкая стружка, а в случае высокого содержания свинца – стружка надлома почти в виде пыли.

Процесс образования стружки при резании медных сплавов
в ряде случаев сопровождается ее интенсивными пластическими деформациями. В частности, толщина стружки может превысить толщину среза в 10 и более раз. Коэффициенты k_а, k_l зависят главным образом от структуры сплава. Наибольшие их значения характер­ны для гомогенных структур, наименьшие – для высо­косвинцовистых
и гетерогенных сплавов высокой твер­дости.

При обработке медных сплавов в практически исполь­зуемом диапазоне скоростей отсутствует нарост. Поэтому зависимости
k_l = f (V), Р_z = f (V) имеют монотонный харак­тер, характерный для материалов, не склонных к наростообразованию. Уровень сил резания зависит от структуры и механических характеристик сплава. Так, при точении гомогенных сплавов и меди сила Р_z может быть выше, чем при обработке конструкционных сталей, а для высоко­свинцовистых гетерогенных сплавов – уменьшится при­мерно в 10 раз.

Обрабатываемость медных сплавов определяется температурой в зоне резания и истирающей способностью сплава:

1) присадка к меди любого элемента, образующего с ней твердый раствор (олова, алюминия, кремния), уменьшает V_T в 3…4 раза вследствие резкого снижения теплопроводности материала и увеличения температуры резания в 1,6…2 раза;

2) присадка к медному сплаву никеля, который пол­ностью растворяется в меди и не создает новой фазы, слабо влияет на V_T;

3) переход от гомогенных структур к гетерогенным приводит
к понижению V_T почти вдвое за счет истирающего действия твердых частиц эвтектоида; температура резания при этом изменяется незначительно;

4) создание новых фаз в гетерогенных сплавах практически не влияет на обрабатываемость; исключение составляют добавки свинца, которые за счет снижения истирающей способности материала
и снижения температур резания в 1,4…2 раза способствуют значительному возрастанию V_T.

Приведенные закономерности позволяют определен­ным образом расположить медные сплавы по их обраба­тываемости (табл. 22). При обработке медных сплавов с K _м = 1 V_T в 2…3 раза выше, чем при обработке чугунов и сталей. Обрабатываемость медных сплавов резко ухуд­шается при наличии в них шлаковых включений, а также микротрещин и других дефектов отливки.

 

Таблица 22

Коэффициенты обрабатываемости медных сплавов

№ п/п	Группа сплавов	k м
	Гетерогенные высокой твердости (НВ 150…200)	0,7
	Гетерогенные средней твердости (НВ 100…140)	1,0
	Гетерогенные свинцовистые	1,7
	Гомогенные	2,0
	Гомогенные с содержанием свинца: свыше 15 % менее 10 %	4,0 12,0
	Красная медь	8,0

 

Шероховатость поверхности при обработке медных сплавов
не зависит от скорости резания. Причиной является тот факт, что физические факторы резания (нарост, температура, процесс стружкообразования) влияют на формирование поверхностного слоя значитель­но меньше, чем подача и геометрические факторы (углы в плане, радиус вершины и т.д.).

В качестве технологических сред при обработке меди и ее сплавов рекомендуется использовать жидкости на водной основе
Аквол-12 (1,5...3%-ю), Укринол-1 (3... 10%-ю), НГЛ-205(5%-ю) или масла В-31, МР-2у, МР-8, индустриальное ИС-12. Хорошо зарекомендовали себя среды с присадками на базе серы, хлора, фосфора, являющиеся сильными окислителями.

Обрабатываемость жаропрочных, нержавеющих сталей
и сплавов. По своим физико-механическим свойствам жаропроч­ные, жаростойкие и нержавеющие стали и сплавы имеют много общего, что обусловливает их технологические качества. В зависимости от химического состава и с целью обеспечения удовлетворительной обрабатываемости реза­нием труднообрабатываемые стали и сплавы имеют раз­личную структуру: ферритную, мартенситно-ферритную, аустенитную и аустенитно-мартенситную. В связи с этим стали подразделяются на классы (табл. 23). Например, жаропрочные и жаростойкие стали чаще всего относятся к аустенитному классу. Структура таких сталей представ­ляет собой твердый раствор аустенита
с гранецентрированной кристаллической решеткой. Кроме того, большая часть деформируемых жаропрочных сплавов относится
к типу дисперсионно-твердеющих. Высокая дисперсность струк­туры повышает сопротивление ползучести сплавов и препятствует возникновению и развитию процессов скольжения.

 

Таблица 23

Классификация труднообрабатываемых сталей и сплавов
по их обрабатываемости резанием

Но­мер группы	Марка стали (сплава)	Термическая обработка	Временное сопротивление, Мпа	Краткая характеристика	Коэффициент обрабатываемости K м*
I	34ХН3М	Отжиг		Теплостойкие хромистые, хромоникелевые и хромомолибденовые стали перлитного и мартен­ситного классов	0,8
34ХН3МФ	Закалка и отпуск
20Х3МВФ (Эи415)	То же
Х6СМ	Отжиг

 

Продолжение табл. 23

 

II	12Х13	Закалка и отпуск		Коррозионно-стойкие нержавеющие хромистые и сложнолегированные стали ферритного, мартенситно-фер­ритного и мартенситного классов	0,65
25Х13Н2 (ЭИ474)	Отжиг	700… 1000
1Х12Н2ВМФ (ЭИ961)	Закалка и отпуск
20Х13	То же
30Х13	– «–
40Х13	Нормализация и отпуск
14Х17Н2 (ЭИ268)	Закалка и отпуск
09Х16Н4Б	То же
07Х16Н6	Нормализация и отпуск
23Х13НВМФЛ	Закалка и отпуск
ЭП311	То же
III	12Х18Н10Т	Закалка		Коррозионно-стойкие, кислотостойкие, жаростойкие хромоникелевые стали аустенитного и аустенитно-мартен­­ситного классов	0,5…0,4
20Х23Н18 (ЭИ417)	То же
Х15Н5Д2Т	– «–
Х15Н9Ю (ЭИ904)	– «–	850… 1100
12Х21Н5Т (ЭИ811)	– «–
Х17Н5М3 (ЭИ925)	Нормализация

Продолжение табл. 23

 

IV	45Х14Н14В2М (ЭИ96)	Закалка и старение		Жаропрочные, жаростойкие, кислотостойкие хромоникелемарганцовистые сложнолегированные стали аустенитного класса	0,3
08Х15Н24В4ТР	Старение
12Х25Н16Г7АР (ЭИ835)	Закалка и старение
37Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481)	То же
10Х11Н20Т3Р (ЭИ696)	– «–
15Х18Н13С4ТЮ (ЭИ654)	Закалка	700… 750
V	36НХТЮ (ЭИ702)	Закалка и старение		Жаропрочные деформируемые сплавы на железоникелевой и никелевой осно­вах	0,16…0,075
ХНЮВ (ЭИ868)	Закалка
ХН77ТЮ (ЭИ437А)	Закалка и старение
ХН35ВТЮ (ЭИ787)	То же
ХН56ВМТЮ	Закалка
ХН75МВЮ (ЭИ827)	Закалка и старение
ХН60МВТЮ	То же
ХН82ТЮМБ	– «–

Окончание табл. 23

 

VI	ВЖ36-Л2	Закалка и старение		Окалиностойкие и жаропрочные литейные сплавы на никелевой основе	0,04
АНВ-300	То же
ЖС6К	– «–
ЖС3ДК	– «–
ХН67ВМТЮЛ	– «–

 

* По сравнению со сталью 45. Если за эталон принять сталь Х18Н9Т (III группа), k _м следует увеличить вдвое.

 

Худшая обрабатываемость жаропрочных и нержавею­щих сталей и сплавов по сравнению со сталью 45 опреде­ляется их физико-меха­ни­ческими характеристиками, хи­мическими свойствами, структурой, теплофизическими показателями. Рассмотрим некоторые свойства жаропрочных и нержавеющих материалов, затрудняющие их механическую обработку.

К таким свойствам относятся следующие.

1. Высокое упрочнение материала в процессе его деформирования резанием. Жаропрочные и нержавеющие стали чаще всего относятся к сталям аустенитного класса, имеющим кристаллиты с гранецентрированной кристаллической решеткой. Поэтому сплавы аустенитного класса характеризуются низким пределом текучести при том же временном сопротивлении, т.е. они весьма пластич­ны. Чем более пластичен материал, тем большие работу и силы резания надо затратить на снятие одного и того же объема такого материала. Исследования микротвердости корней стружки пока­зали, что при точении стали Х18Н10Т она примерно в два раза больше, чем у недеформированного металла; относительное упрочнение для сплавов IV и V групп составляет 50...60 %, что значительно меньше, чем при обработке конструкционных материалов.

2. Жаропрочные и нержавеющие стали и сплавы имеют низкую теплопроводность по сравнению с конструк­ционными материалами (табл. 24). При их обработке выделяется значительное количество теплоты, резко возрастает уровень температур в зоне резания. Это способствует активизации адгезионных и диффузионных процессов, интенсифици­рует изнашивание рабочих поверхностей инструментов, снижает уровень V_T. Как следствие, использование твердых сплавов

 

Таблица 24

Теплопроводность различных материалов

Материал	Теплопроводность, Вт/м, °С	Материал	Теплопроводность, Вт/м, °С
Медь	0,0360	Сплав ХН77ТЮ	0,0019
Сталь 45	0,0040	Сплав ЖС6К	0,0017
Сталь ШХ15	0,0033	Чугун СЧ10	0,0039
Сталь 2Х13	0,0027	Твердый сплав ВК8	0,0055
Стал 12Х18Н9Т	0,0023	Твердый сплав Т15К6	0,0027

 

в качестве инструмен­тального материала не всегда возможно, а при­менение быстрорежущих инструментов оправдано лишь при малых скоростях резания. При увеличении скорости температура резания превышает предел теплостойкости инструмен­тального материала
и инструмент быстро выходит из строя. Повышению производительности обработки указан­ных материалов и уровня стойкости инструмента способ­ствует применение соответствующе подобранных СОЖ.

3. Способность рассматриваемых материалов сохранять исходную прочность и твердость при повышенных температурах приводит к тому, что в процессе резания инструмент испытывает высокие удельные нагрузки. Весьма слабое разупрочнение жаро­прочных
и нержавеющих материалов при нагреве до высоких температур приводит к тому, что на передней поверхности режущего инструмента действуют высокие удельные нагрузки (до 5000...9000 МПа), соответствую­щие нагрузкам, возникающим при обработке закаленных конструкционных сталей с 61...65 HRC. Этому обсто­ятельству способствуют значительно более высокие по сравнению с конструкционными сталями коэффициенты трения на контактных площадках, обусловленные интен­сивным адгезионным взаимодействием. Высокое химиче­ское сродство обрабатываемого и инструментального материалов вызывает их схватывание и даже разрушение контактных площадок. Наибольшую способность к адгезии имеют металлы, обладающие повышенной пластич­ностью, с атомными диаметрами, различающимися не более чем на 15...18 % (например, железо-хром, железо-медь).

4. Большая истирающая способность жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов обусловлена наличием в них, кроме фазы твердого раствора, еще и второй фазы, когда образуются интерметаллидные или карбидные включения. Последние, подобно абразиву, истирают инструмент, вызывая ускоренное изнашивание его кромок. В процессе пластической деформации жаропрочных и нержавеющих материалов происходит выделение карби­дов, твердость которых приближается к твердости твердых сплавов гру