Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Вопрос, из какого материала делают направляющие станков, на практике сводится к выбору между чугуном, сталью и антифрикционными накладками. Направляющие задают траекторию подвижных узлов и от их материала напрямую зависят точность, износостойкость и плавность хода станка. Чаще всего применяют серый чугун (заодно со станиной), закалённую легированную сталь в виде накладных планок и антифрикционные накладки на основе наполненного фторопласта или бронзы. Ниже разобрано, какие материалы и термообработка используются, какую твёрдость и трение они дают и как выбирают материал под задачу.
Направляющие воспринимают вес и силы резания, удерживают подвижный узел на заданной траектории и должны десятилетиями сохранять точность. Поэтому к их материалу предъявляют несколько требований одновременно:
Ни один материал не закрывает все требования сразу, поэтому в станке часто сочетают разные: жёсткую чугунную или стальную базу и антифрикционный слой на одной из поверхностей пары.
Чугун — основной материал, когда направляющие выполняют заодно со станиной (литыми). Применяют серый чугун с пластинчатым графитом, марки которого устанавливает ГОСТ 1412-85: СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35. Цифра в обозначении — минимальное временное сопротивление при растяжении в МПа, делённое на 10 (например, у СЧ20 это не менее 200 МПа). Для станин и направляющих металлорежущих станков обычно используют марки СЧ20–СЧ30.
Пластинчатый графит придаёт серому чугуну высокую демпфирующую способность — он гасит вибрации заметно лучше стали, что важно для точности обработки.
Где нужны повышенная прочность и стойкость, применяют высокопрочный чугун с шаровидным графитом по ГОСТ 7293-85 (марки ВЧ35–ВЧ100). Сам по себе незакалённый серый чугун мягкий, поэтому рабочие поверхности направляющих упрочняют поверхностной закалкой (см. раздел о термообработке). Недостаток литых чугунных направляющих — относительно невысокая износостойкость без упрочнения и чувствительность к абразиву.
Сталь применяют для накладных (сменных) направляющих в виде планок. К стальной сварной станине их приваривают, к чугунной литой — крепят винтами или приклеивают. Накладные направляющие удобны тем, что изнашиваемый элемент можно заменить, не восстанавливая всю базовую деталь.
Сталь под закалку или химико-термическую обработку выбирают по способу упрочнения.
Хромистые, хромомарганцевые и азотируемые конструкционные легированные стали (40Х, 20Х, 18ХГТ, 38Х2МЮА, 30ХН2МА) поставляются по ГОСТ 4543-2016. Стали ШХ15 (подшипниковая), ХВГ и 9ХС относятся к высокоуглеродистым и применяются реже. Закалённые стальные направляющие в паре с закалённым чугуном дают одну из самых высоких износостойкостей.
Иногда вместо массивных планок к станине приклеивают или прижимают планками тонкую закалённую стальную ленту толщиной около 0,25 мм — это экономит легированную сталь и упрощает замену рабочего слоя.
Сырой чугун или незакалённая сталь быстро изнашиваются, поэтому рабочие поверхности упрочняют. Способ обработки определяет достижимую твёрдость.
ТВЧ-закалка (нагрев токами высокой частоты) упрочняет тонкий поверхностный слой, сохраняя вязкую сердцевину; цементация и азотирование дополнительно насыщают поверхность углеродом или азотом, давая высокую твёрдость и износостойкость. Азотированные слои самые твёрдые, но тонкие, поэтому требуют точной финишной обработки.
Чтобы снизить трение и устранить скачкообразное движение (стик-слип), на одну из поверхностей пары наносят антифрикционный слой. Это позволяет получить малую и стабильную силу трения без полного перехода на дорогие направляющие качения.
Наиболее распространённый материал накладок — наполненный фторопласт (политетрафторэтилен с наполнителями: бронзой, коксом, графитом, дисульфидом молибдена, играющими роль твёрдой смазки). Чистый фторопласт обладает очень низким трением, но течёт под нагрузкой, поэтому в направляющих применяют именно наполненные композиции. Их выпускают в виде ленты, которую наклеивают эпоксидным составом на направляющие стола, суппорта или салазок. Такие направляющие дают малую силу трения, высокую износостойкость и хорошую точность позиционирования; их применяют в станках с ЧПУ, тяжёлых и высокоточных.
Применяют также антифрикционную бронзу (в виде планок и пластин) и металлофторопластовые материалы — стальная основа с пористым бронзовым подслоем и фторопластовым покрытием, сочетающие прочность металла и низкое трение полимера. В отдельных конструкциях используют стальную закалённую ленту в паре с фторопластовой накладкой подвижного узла.
Материал и смазка пары определяют коэффициент трения, а значит — точность подачи и склонность к скачкам.
Помимо снижения самого трения, антифрикционные накладки уменьшают разницу между трением покоя и движения — именно она вызывает скачки при малых скоростях подачи. У направляющих с наполненным фторопластом зона нечувствительности по сравнению с парой чугун–чугун снижается в несколько раз.
Коэффициенты приведены как справочные ориентиры: конкретные значения зависят от марки материала, состояния поверхностей, смазки, скорости и удельной нагрузки.
Материал подбирают исходя из типа станка, нагрузок, требуемой точности и условий смазки.
Чаще всего из серого чугуна (когда направляющие отлиты заодно со станиной), из закалённой или цементованной легированной стали в виде накладных планок, а также с антифрикционными накладками из наполненного фторопласта или бронзы на одной из поверхностей пары.
Серый чугун с пластинчатым графитом по ГОСТ 1412-85, обычно марок СЧ20–СЧ30. Он хорошо гасит вибрации и стабилен по размерам. Для повышенных нагрузок применяют высокопрочный чугун с шаровидным графитом по ГОСТ 7293-85.
Конструкционные легированные стали по ГОСТ 4543-2016: улучшаемая 40Х под закалку ТВЧ, цементуемые 20Х, 18ХГТ, азотируемые 38Х2МЮА, 30ХН2МА. Реже — высокоуглеродистые ШХ15, ХВГ, 9ХС с объёмной закалкой.
Незакалённый чугун и сталь быстро изнашиваются. Закалка ТВЧ, цементация или азотирование повышают твёрдость поверхности (до HRC 52–62 у сталей, HRC 40–55 у чугуна), увеличивая износостойкость и сохраняя точность.
Это слой из наполненного фторопласта, бронзы или металлофторопласта на одной из поверхностей пары. Он снижает коэффициент трения (для наполненного фторопласта по чугуну или стали — примерно до 0,04–0,06) и устраняет скачки подачи, повышая плавность и точность хода.
Чугунные отливают заодно со станиной, они дешевле и хорошо демпфируют вибрации, но менее износостойки без упрочнения. Стальные делают сменными планками с высокой твёрдостью поверхности — они износостойче, но требуют отдельного крепления к станине.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.