Что вставлять лучше для цементированной закаленной стали с твердостью до HRC58-62 после термообработки? Для деталей из цементированной закаленной стали высокой твердости можно обрабатывать твердосплавные вставки, керамические вставки и вставки из поликристаллического кубического нитрида бора (CBN). Почему вставка из CBN является более подходящим инструментом для цементированной закаленной стали HRC58-62?
Характеристики обработки цементированной закаленной стали
Твердость цементированной закаленной стали обычно составляет от HRC58 до 62 градусов. Распространенные стали включают 20CrMnTi, 40Cr и т. д., которые часто используются для зубчатых передач, втулок зубчатых передач, зубчатых валов и других деталей. Характеристики обработки резанием следующие.
- Науглероженная закаленная сталь имеет высокую прочность и твердость, а также практически нулевую пластичность, близкую к 0.
- При резке цементированной закаленной стали HRC58-62 усилие резания велико, а температура резания высокая.
- На поверхности деталей из цементированной закаленной стали нелегко образовать нарост.
- Теплопроводность цементированной закаленной стали низкая.
Процесс термической обработки цементированной закаленной стали
Науглероживающая закалка является распространенным процессом термической обработки металлических материалов. Она может сделать поверхность науглероженных заготовок более твердой и улучшить ее износостойкость. Традиционные процессы в основном включают: низкотемпературный отпуск, прямую закалку с предварительным охлаждением, закалку с первичным нагревом, науглероживающий высокотемпературный отпуск, вторичную закалку холодной обработкой, индукционный нагрев после науглероживания и другие процессы.
Процесс обработки цементированной закаленной стали
Науглероженная закаленная сталь нуждается в тонкой обработке после термической обработки для обеспечения размера и шероховатости поверхности, требуемых чертежом. Однако детали из науглероженной закаленной стали после термической обработки имеют высокую твердость и их трудно обрабатывать. Некоторые науглероженные закаленные заготовки подвергаются прерывистому резанию, что легко приводит к выкрашиванию инструмента. Возьмем в качестве примера науглероженные закаленные шестерни.
- Технология обработки зубчатых колес: резка – ковка – нормализация – черновое точение – закалка и отпуск, термическая обработка (закалка + высокий отпуск) – тонкое точение – шлифование поверхности зубьев – контроль и хранение.
- С точки зрения технологии обработки, детали из цементированной закаленной стали нуждаются в шлифовке для обеспечения требований чертежей. Зубчатые колеса являются прерывистыми режущими, и токарный инструмент не может обрабатываться в течение некоторого времени.
Инструментальные материалы для процесса цементации закаленной стали
Благодаря постоянному развитию технологий резки в инструментальной промышленности были успешно разработаны инструменты из твердого сплава с покрытием, керамические инструменты и инструменты из кубического нитрида бора, позволяющие осуществлять обработку цементированной закаленной стали методом точения вместо шлифования.
Покрытая твердосплавная вставка. Она заключается в гальваническом покрытии слоя износостойкого материала на твердосплавной вставке с хорошей прочностью. Она имеет более высокую твердость и лучшую износостойкость, чем непокрытая твердосплавная вставка, но толщина покрытия обычно составляет от 2 до 18 мкм, а износостойкий слой тонкий. Длительная обработка приводит к износу износостойкого слоя. После износа износостойкого слоя производительность обработки ничем не отличается от производительности твердосплавной вставки без покрытия. Более того, при столкновении с прерывистыми условиями работы кромка покрытой твердосплавной вставки легко трескается, что приводит к повышенному износу, частой смене инструмента, влиянию на эффективность обработки и увеличению затрат на инструмент.
Керамическая вставка. По сравнению с покрытыми твердосплавными инструментами имеет более высокую твердость и лучшую производительность, но недостатком является ее хрупкость, и керамические вставки легко ломаются при прерывистом резании.
Инструменты из CBN. Твердость кубического нитрида бора уступает только твердости алмазных инструментов, и вместе с алмазными инструментами его называют сверхтвердыми инструментами. Помимо высокой твердости и хорошей износостойкости, он также имеет недостаток в том, что он хрупкий. Благодаря постоянным усилиям и исследованиям инструментальная промышленность моей страны разработала инструменты из кубического нитрида бора с неметаллической связкой, которые решают проблему того, что инструменты из CBN могут использоваться только для финишных процессов, но не для прерывистой обработки. Для обработки деталей из цементированной и закаленной стали BN-H10 можно использовать для непрерывных финишных процессов, а BN-H21 можно использовать для сильных прерывистых процессов обработки.
Параметры резки цементированной и закаленной стали пластиной из КНБ
При обработке цементированной и закаленной зубчатой стали часто используются два рабочих режима. Непрерывная резка, прерывистая резка и черновая токарная обработка. В моей стране разработаны материалы BN-H10, BN-H21 и BN-S20 для двух рабочих режимов. План обработки следующий.
Непрерывная резка. Выберите материал BN-H10, который относится к композитной пластине CBN, и глубина резания контролируется в пределах 0,3 мм. Параметры резания: ap≤1 мм, Fr=0,05-0,35 мм/об, Vc=60-250 м/мин.
Прерывистая резка. Выберите материал BN-H21, который представляет собой композитный инструмент из кубического нитрида бора с высокой износостойкостью и сопротивлением разрушению, а глубина резания контролируется в пределах 0,3 мм. Параметры резания: ap≤1 мм, Fr=0,05-0,35 мм/об, Vc=60-250 м/мин.
Черновая токарная обработка. Существует также вид прерывистой обработки, который относится к токарному точению с большим припуском. Из-за большой деформации крупных заготовок после термообработки припуск на обработку составляет ≥2 мм, и он относится к сильной прерывистой обработке. В этом случае выбирайте материал BN-S20, разработанный в моей стране. Эта марка относится к интегральному инструменту из кубического нитрида бора без верхнего предела по глубине резания, который может заполнить всю вставку.
