Понимание того, как и чем обрабатывать сплавы различной твёрдости и структуры – это залог успешного результата и желаемого эффекта. Важно знать, как воздействует режущий инструмент на поверхность, какие дефекты может получить металл под воздействием высокой температуры, как изменяется твёрдость поверхностного слоя в процессе обработки. Обычно опытный работник оперативно вносит коррективы с течение всего процесса, наблюдая за изделием или заготовкой.
Понимание сути обрабатываемости металлов и её особенностей помогает производить детали с «нулевым» браком.
Что такое обрабатываемость металлов?
Обрабатываемость – это качественный показатель. Он говорит о том, насколько легко сплав поддаётся механической обработке. Металлы с «хорошей обрабатываемостью» легко поддаются резке, шлифовке, полировке. Они практически не вызывают износа резцов и фрез.
Крупные производства стараются чаще закупать и применять материалы с хорошей обрабатываемостью по ряду причин:
- время на выполнение технологических операций меньше;
- производительность труда выше;
- износ оборудования и риск его отказа из-за высоких нагрузок ниже.
Изменение обрабатываемости
Для улучшения обрабатываемости применяется термическая обработка металлов. Отжиг позволяет изменить структуру кристаллической решётки, понизить твёрдость и внутренние напряжения. Особенно популярен отжиг в отношении никелевых сплавов, которые становятся значительно мягче под воздействием температуры 600-700° С. Для некоторых металлов термическая обработка повышает прочность и хрупкость одновременно. К примеру, лазерная резка металлов требует определённых навыков и профессионализма оператора, т.к. при обработке происходит эффект «закаливания» кромок. Именно поэтому для различных сплавов требуется тщательно подбирать мощность лазерного излучения.
Чаще всего изменению обрабатываемости подвергается обычная сталь марки Ст. На изменение её характеристик под действием высокой температуры также оказывают влияние:
- Объёмное содержание углерода. Высокоуглеродистые стали насыщены карбидами, которые оказывают абразивный эффект на режущий инструмент. Низкоуглеродистые стали мягкие, они хорошо поддаются токарной и фрезерной обработки, допускают выход длинной стружки;
- Легирующие добавки. Никель, хром и молибден вводятся в сталь для повышения её прочности. Одновременно с этим понижается и обрабатываемость.
Нержавеющие сорта сталей хуже поддаются обработке в сравнении с обычными сплавами. Но такая сталь, как AISI 303, содержит серу и фосфор, делающие её мягкой и податливой для резца.
Сплавы цветных металлов: алюминия, латуни, меди мягкие, поэтому их можно обрабатывать с высокой скоростью. Главное – чётко отцентровать заготовку в патроне или спозиционировать лист металла на рабочем столе.
Чугун содержит большое количество углерода, стружка при обработке короткая и хрупкая. Материал хорошо поддаётся фрезеровке. Однако, чугун вызывает сильный износ оснастки. Для его обработки на станках необходимо приобретать специальные фрезы и резцы по чугуну.
Количественная характеристика обрабатываемости
Определить обрабатываемость металла можно несколькими способами:
- Методом оценки ресурса инструмента. Он выражается в максимальном времени работы фрезы, резца, сверла без замены. Однако, метод является косвенным, т.к. на достоверность результатов оказывает влияние и скорость обработки, и параметры резки, и тип крепления;
- Методом оценки силы резания к прилагаемому усилию. Косвенный способ, показывающий, какая доля мощности оборудования затрачивается на процесс обработки. Способ довольно популярный, т.к. позволяет определить, в каком режиме работает станок: перегрузки или недогрузки. Именно по этому показателю выбирают тип оборудования для выполнения конкретных производственных задач;
- Метод пробной обработки поверхности. Мягкие материалы образуют на фрезе или резце возрастающую кромку, которая негативно влияет на качество обработки. Материалы с хорошей обрабатываемостью режутся лучше и чище, по параметрам шероховатости их поверхность почти идеальная. Для них не требуется предварительной черновой обработки. За один проход можно получить требуемые геометрические размеры с минимальной погрешностью.
Метод оценки обрабатываемости
Главным исследовательским центром, выполняющим испытания сталей и сплавов на приспособленность к токарной обработке, является американский Институт чугунов и сталей. Он также известен, как AISI. По результатам испытаний материалу присваивается определённый рейтинг, выражаемый в процентах. Самый высокий, эталонный рейтинг 100% имеет сталь марки В1112. Её твёрдость составляет 160 единиц по шкале Бринелля.
Понимание степени обрабатываемости сталей очень важно, т.к. это напрямую влияет на расчёт производственных мощностей и выбор оборудования. Особенно важен этот показатель при покупке новых, неисследованных сплавов. Если обрабатываемость стали оценена верно, а оборудование и оснастка подобраны корректно, производительность будет максимальной.
