В процессе обработки закаленной стали очень важно правильно выбрать режущий инструмент. Благодаря превосходной режущей способности и высокой износостойкости, концевая фреза может обеспечить стабильный режущий эффект при обработке закаленной стали с более высокой твердостью. Для обеспечения точности обработки и продления срока службы инструмента рекомендуется использовать концевые фрезы с покрытием. Покрытие такого типа инструмента может эффективно снизить трение и накопление тепла, одновременно улучшая износостойкость инструмента. В процессе резки разумные параметры резки, использование смазочно-охлаждающей жидкости и регулярное техническое обслуживание инструмента являются важными факторами для обеспечения качества обработки и повышения эффективности производства.
Что такое закаленная сталь
При обработке закаленной стали решающее значение имеет выбор правильного режущего инструмента. Благодаря превосходной режущей способности и высокой износостойкости, концевая фреза может обеспечить стабильные результаты резки при обработке закаленной стали с более высокой твердостью. Чтобы обеспечить точность обработки и продлить срок службы инструмента, рекомендуется использовать концевые фрезы с покрытием. Покрытие этого инструмента может эффективно уменьшить трение и накопление тепла, одновременно улучшая износостойкость инструмента. В процессе резки разумные параметры резки, использование смазочно-охлаждающих жидкостей и регулярное техническое обслуживание инструментов являются важными факторами для обеспечения качества обработки и повышения эффективности производства.
- Высокая твердость, высокая прочность и почти полное отсутствие пластичности — основные режущие свойства закаленной стали. Когда твердость закаленной стали достигает HRC50~60, ее прочность может достигать ob=2100~2600MR3. Согласно классификационным правилам обрабатываемости обрабатываемого материала, твердость и прочность закаленной стали равны 9а, что является самым трудным для резки материалом.
- Высокая сила резания и высокая температура резания: для резки стружки из заготовок высокой твердости и высокой прочности удельная сила резания может достигать 4500MR. Для улучшения условий резания и увеличения площади отвода тепла инструмент следует выбирать меньший главный угол отклонения и вторичный угол отклонения. Это вызовет вибрацию, что потребует повышения жесткости технологической системы.
- Изготовить нарост на кромке непросто; закаленная сталь имеет высокую твердость и высокую хрупкость, поэтому во время резки нелегко получить нарост на кромке. Обработанная поверхность может получить меньшую шероховатость.
- Лезвие легко сломать и изнашивается: из-за высокой хрупкости закаленной стали контакт между стружкой и лезвием во время резки непродолжителен, а сила резания и тепло резки концентрируются вблизи кромки инструмента, что легко вызвать лезвие сломается и изнашивается.
- Низкая теплопроводность: теплопроводность обычной закаленной стали составляет 7,12 Вт (м·К), что составляет около 1/7 от стали 45. Класс обрабатываемости материала 9а, это очень трудный для резки материал. Из-за низкого термического коэффициента закаленной стали тепло резки трудно уносится стружкой, а температура резания очень высока, что ускоряет износ инструмента.
Как выбрать инструментальные материалы для резки закаленной стали
Разумный выбор инструментальных материалов является важным условием резки закаленной стали. По режущим характеристикам закаленной стали инструментальные материалы должны не только обладать высокой твердостью, износостойкостью и жаростойкостью, но также обладать определенной прочностью и теплопроводностью.
Цементированный карбид. Чтобы улучшить характеристики цементированного карбида, при выборе цементированного карбида следует отдавать предпочтение цементированному карбиду с ультрамелкими частицами TaC или NbC, добавленными в соответствующих количествах. Поскольку в цементированном карбиде WC-Co после добавления TaC его первоначальная высокотемпературная прочность при 800 ℃ может быть увеличена на 150 ~ 300 МПа, а HV40 ~ 100 может увеличить твердость при комнатной температуре. После добавления NbC прочность при высоких температурах увеличивается на 150–300 МПа, а твердость при комнатной температуре увеличивается на HV70–150. Более того, TaC и NbC могут измельчать зерна и улучшать способность цементированного карбида противостоять серповидному инжекционному износу. TaC также может снизить коэффициент трения, снизить температуру резания, повысить способность цементированного карбида противостоять термическому растрескиванию и термопластической деформации, а также измельчить зерна WC до 0,5 ~ 1 мкм, увеличить его твердость на HRA1,5 ~ 2 и увеличить его прочность на изгиб на 600~800МПа. Его высокотемпературная твердость выше, чем у обычного цементированного карбида.
Композитная керамика горячего прессования и керамика из нитрида кремния горячего прессования: добавление металлических элементов, таких как TiC, в AI203 и использование технологии горячего прессования улучшает плотность керамики и характеристики керамики на основе оксида алюминия, в результате чего ее твердость увеличивается до HRA95,5. Прочность на изгиб может достигать 800–1200 МПа, а термостойкость может достигать 1200–1300 ℃, что может уменьшить склеивание и диффузионный износ во время использования. Керамика на основе нитрида кремния изготавливается путем добавления металлических элементов, таких как TiC, к Si3N4, с твердостью HRA93–94 и прочностью на изгиб 700–1100 МПа. Эти две керамики подходят для точения, фрезерования, растачивания и строгания закаленной стали.
Инструмент из композитного листа кубического нитрида бора (PCRN): его твердость составляет HV8000~9000, прочность композита на изгиб - 900~1300МПа, теплопроводность относительно высокая, термостойкость - 1400℃~1500℃, что является самым высоким показателем среди инструментальных материалов. Он очень подходит для получистовой и чистовой обработки закаленной стали.
Как выбрать геометрические параметры режущего инструмента для закаленной стали
При резке закаленной стали только хорошие материалы режущего инструмента без разумных геометрических параметров режущего инструмента не могут достичь удовлетворительных результатов. Следовательно, необходимо разумно выбирать геометрические параметры инструмента в соответствии с конкретными инструментальными материалами, материалами заготовок и условиями резания, чтобы эффективно обеспечить режущие характеристики инструментальных материалов.
Передний угол: Размер переднего угла оказывает большое влияние на резку закаленной стали. Из-за высокой твердости и прочности закаленной стали сила резания велика и сосредоточена вблизи кромки инструмента. Чтобы избежать сколов и порезов, передний угол следует выбирать равным нулю и отрицательным значениям, обычно γ0=-10°～0°. Если материал заготовки твердый и требуется прерывистая резка, следует выбрать больший отрицательный передний угол, γ0=-10°～-30°. Если используется сменная пластина с положительным передним углом, для повышения прочности лезвия следует отшлифовать большую отрицательную фаску шириной bγ=0,5～1 мм и γ01=-5°～-15°.
Задний угол: задний угол инструмента для резки закаленной стали должен быть больше, чем у обычного инструмента, чтобы уменьшить трение задней поверхности инструмента. Как правило, лучше использовать α0=8°～10°.
Главный передний угол и вторичный передний угол: для повышения прочности кончика инструмента и улучшения условий отвода тепла главный передний угол κr=30°~60°, а вторичный передний угол κ'r=6°~15. °.
Угол наклона лезвия: Когда угол наклона лезвия отрицательный, прочность кончика инструмента может быть увеличена. Однако если отрицательное значение слишком велико, сила fp увеличится, вызывая вибрацию при плохой жесткости технологической системы. Следовательно, при нормальных обстоятельствах λs=-5°～0°; для прерывистого резания λs=-10°～-20°; для червячных фрез, очищающих твердую поверхность зуба, угол наклона лезвия λs=-30°.
Радиус дуги кончика лезвия: его размер влияет на прочность кончика инструмента и шероховатость обрабатываемой поверхности. Из-за влияния жесткости технологической системы подходящим является радиус дуги кончика лопатки γε=0,5～2 мм.
Режущие инструменты из закаленной стали должны быть тщательно заточены и отточены на основе разумного подбора геометрических параметров для улучшения качества заточки каждой поверхности инструмента и повышения долговечности инструмента.
Как выбрать величину резания при резке закаленной стали
Количество резания закаленной стали в основном выбирается в зависимости от физико-механических свойств материала режущего инструмента, материала заготовки, формы заготовки, жесткости технологической системы и припуска на обработку. При выборе трех элементов объема резания сначала рассмотрите выбор разумной скорости резания, затем глубины резания, а затем скорости подачи.
Скорость резания: жаростойкость обычной закаленной стали составляет 200 ℃ ~ 600 ℃, термостойкость цементированного карбида составляет 800 ℃ ~ 1000 ℃, термостойкость керамических режущих инструментов составляет 1100 ℃ ~ 1200 ℃, а термостойкость кубический нитрид бора составляет 1400℃～1500℃. За исключением быстрорежущей стали, твердость обычной закаленной стали начинает снижаться, когда она достигает около 400 ℃, в то время как вышеуказанные инструментальные материалы все еще сохраняют свою первоначальную твердость. Поэтому при резке закаленной стали в полной мере используйте вышеуказанные характеристики, а скорость резания не должна быть слишком низкой или слишком высокой для сохранения определенной долговечности инструмента. Согласно текущему опыту, скорость резания различных инструментальных материалов при резке закаленной стали составляет vc=30～75 м/мин для твердосплавных режущих инструментов; vc=60～120м/мин для керамических инструментов; vc=100～200 м/мин для инструментов из кубического нитрида бора. При прерывистой резке или при слишком высокой твердости материала заготовки скорость резания следует уменьшить, обычно примерно на 1/2 от минимальной скорости резания, упомянутой выше. Лучшая скорость резания при непрерывном резании — когда стружка темно-красная.
Глубина резания: обычно выбирается в зависимости от припуска на обработку и жесткости технологической системы. В нормальных условиях αp=0,1～3 мм.
Скорость подачи: обычно 0,05～0,4 мм/об. Если материал заготовки твердый или резка прерывистая, чтобы уменьшить силу резания устройства, следует уменьшить скорость подачи, чтобы предотвратить появление сколов и инструментов.
Как резать закаленную сталь керамическими концевыми фрезами
Использование керамических режущих инструментов для резки закаленной стали имеет значительный эффект по сравнению с использованием твердосплавных концевых фрез для резки закаленной стали. Это в основном отражается в том, что твердость и термостойкость керамических инструментов выше, чем у твердого сплава. Токарные инструменты, фрезы и резьбонарезные инструменты, изготовленные из него, могут успешно резать закаленную сталь.
В полной мере используя тот факт, что керамические материалы режущего инструмента имеют более высокую твердость и термостойкость, чем цементированный карбид, выбранная скорость резания должна быть выше, чем скорость резания цементированного карбида, режущая закаленную сталь, которая обычно выше 50%. Например, при скорости резания 50 м/мин износ задней поверхности керамических инструментов близок к износу твердосплавных инструментов. Когда скорость резания увеличивается до 95 м/мин, его износостойкость намного выше, чем у твердого сплава. Например, используя трехстороннюю кромочную фрезу с керамическими лезвиями для фрезерования шпоночной канавки из закаленной стали глубиной 5,2 мм, шириной 16 мм и длиной 700 мм при скорости резания 102 м/мин, инструмент будет в принципе не ношу.
Когда керамические режущие инструменты подвергаются ударным нагрузкам во время резки, инструмент должен выбирать небольшой ведущий угол, большую дугу вершины или круглую пластину, чтобы увеличить прочность вершины и избежать повреждения инструмента. Например, при использовании концевой фрезы с круглыми керамическими лезвиями для фрезерования закаленной стали vc=120~150 м/мин, vf=230~290 мм/мин, αp=1~2 мм.
Отрицательный передний угол и отрицательный угол наклона кромки следует использовать для увеличения прочности лезвия и вершины. Шероховатость лезвия и поверхности лезвия ra должна быть менее 0,4 мкм.
Смазочно-охлаждающая жидкость обычно не используется во время резки. Если он используется, то он должен быть полностью подведен от начала до конца, иначе лезвие треснет из-за теплового расширения и сжатия.
Прочность на изгиб керамических инструментов ниже, чем у твердосплавных. Чтобы уменьшить силу на единицу площади инструмента, скорость подачи во время резки должна быть меньше, обычно f=0,08~0,15 мм/об.
Как использовать режущие инструменты из кубического нитрида бора для резки закаленной стали
Режущие инструменты из кубического нитрида бора (CBN) являются не только хорошим материалом для изготовления абразивного инструмента, но и легко затачиваются (можно затачивать алмазными шлифовальными кругами). Они также являются хорошими материалами для изготовления токарных инструментов, расточных фрез, фрез, ружейных дрелей, разверток, зуборезных фрез и т. д. CBN в основном используется для резки различных закаленных сталей, а также может использоваться для резки других труднообрабатываемых материалов. . Он не только имеет высокую скорость съема металла, но и хорошее качество обработки поверхности. Резка различных закаленных сталей может эффективно заменить шлифовку, сократить процедуры обработки и повысить производительность. Большинство лезвий из CBN, продаваемых на рынке, изготавливаются в виде сменных лезвий или инструментов в виде композитных листов с твердым сплавом, целью которых является улучшение прочности лезвий из CBN на изгиб.
Благодаря высокой твердости (hv8000～9000) и высокой термостойкости (1400℃～1500℃) инструментов из CBN их можно использовать для резки закаленной стали со скоростью резания, в несколько раз превышающей скорость резания твердого сплава, а их долговечность в несколько-десять раз больше, чем у твердого сплава. Сравнение инструментов из КНБ и инструментов из твердого сплава при резке закаленной стали.
К отечественным производителям лезвий из CBN относятся Чэндуский научно-исследовательский институт инструментов, выпускающий торговую марку LDP-J; Шестой завод шлифовальных кругов выпускает ДЛС-Ф1, ДЛС-Ф2 и ДЛС-Ф3. Есть также много производителей, которые производят сменные лезвия и сварочные ножи из CBN. LDP-J и DLS-F1 в основном используются для резки различных закаленных сталей. ДЛС-Ф2 в основном используется для резки различных чугунов. ДЛС-Ф3 в основном используется для резки жаропрочных сплавов и титановых сплавов.
Инструменты из CBN не подходят для низкоскоростной резки. Инструменты из CBN полагаются на тепло, выделяемое во время резки, для размягчения материала заготовки в небольшом диапазоне зоны резания.
При резке материалов твердостью HRC55-65 скорость резания CBN-инструмента должна составлять 50-120 м/мин. При фрезеровании vc=100-160 м/мин, скорость подачи в минуту vf=70-160 мм/мин; при развертывании vc=60-130 м/мин, ap=0,1-0,2 мм и f=0,07-0,2 мм/об. Инструменты из CBN в основном используются для получистовой и чистовой обработки закаленной стали. Обработанная поверхность не будет гореть, как шлифовка, а эффективность примерно в десять раз выше, чем у шлифовки.
Геометрические параметры инструментов из КНБ при резке закаленной стали: γ0=-15°~-5°, α0=α'0=10°~15°, κr=30°~60°, κ'r=5°~15°. , λs=0°～10° и γε=0,3~1 мм.
При использовании CBN-инструмента для резки закаленной стали, в каких случаях эффективнее всего заменить шлифовку
Резка сложных поверхностей и нескольких сложных поверхностей на станках с ЧПУ вместо процессов шлифования позволяет сократить от 1/3 до 2/3 трудозатрат и обеспечить высокую точность позиционирования.
Внутренние отверстия или небольшие отверстия сложной формы. Если применяется шлифование, форма шлифовального круга также должна быть сложной. Иногда шлифовка невозможна. В это время поворот наиболее выгоден.
Несколько поверхностей детали (внешняя окружность, внутреннее отверстие, торец, уступ, паз) необходимо отшлифовать. В это время применяется токарная обработка, и можно завершить один процесс, а инструментарий для шлифования сократить.
После закалки детали легко деформируются и оставляют небольшой припуск, из-за которого легко попасть в брак. В это время можно оставить больший запас. После закалки избыточный запас можно отрезать режущим инструментом из CBN, а затем отшлифовать, чтобы уменьшить количество отходов, вызванных большой деформацией.
При обработке высокочастотных деталей с большими изменениями нагрузки и эксплуатации в тяжелых условиях структура поверхности и физико-механические свойства заготовки лучше, чем при шлифовании, что позволяет продлить срок службы деталей.
При выборе режущих инструментов, таких как фрезы и концевые фрезы, ключевым моментом является правильный выбор инструментальных материалов и геометрических параметров с учетом твердости обрабатываемого материала и формы заготовки. При обработке стали высокой твердости важными факторами обеспечения качества обработки и повышения эффективности производства являются оптимизация скорости резания, глубины резания и скорости подачи, а также выбор правильного инструментального материала и покрытия. Тщательный выбор режущих инструментов и разумная регулировка параметров резания могут не только улучшить результаты резки, но и продлить срок службы инструмента, тем самым достигая экономичных и эффективных целей обработки.
