Навигация по таблицам
- Таблица 1. Стойкость протяжек по материалу инструмента
- Таблица 2. Стойкость по обрабатываемым материалам
- Таблица 3. Скорости протягивания и режимы резания
- Таблица 4. Количество обрабатываемых деталей между переточками
- Таблица 5. Влияние покрытий на стойкость
Таблица 1. Стойкость протяжек по материалу инструмента
| Материал протяжки | Стойкость, мин | Твердость, HRC | Применение | Коэффициент стойкости |
|---|---|---|---|---|
| ХВГ (хромовольфрамовая) | 20-40 | 58-62 | Малые диаметры, простые формы | 1,0 |
| Р9 (быстрорежущая) | 100-200 | 62-65 | Универсальное применение | 3,5 |
| Р18 (быстрорежущая) | 130-270 | 63-66 | Тяжелые условия резания | 4,5 |
| Р6М5 (быстрорежущая) | 120-250 | 62-65 | Стандартное применение | 4,2 |
| Р6М5К5 (с кобальтом) | 150-300 | 64-67 | Труднообрабатываемые материалы | 5,5 |
| Твердосплавные Т15К6 | 200-500 | 87-90 HRA | Чугун, цветные металлы | 8,0 |
Таблица 2. Стойкость по обрабатываемым материалам
| Обрабатываемый материал | Твердость, HB | Стойкость Р18, мин | Подача на зуб, мм | Скорость резания, м/мин |
|---|---|---|---|---|
| Сталь 20, 45 (мягкая) | 140-180 | 200-270 | 0,02-0,04 | 8-12 |
| Сталь 40Х, 50 (средней твердости) | 180-220 | 160-200 | 0,02-0,03 | 6-10 |
| Сталь закаленная | 220-300 | 100-150 | 0,01-0,02 | 4-6 |
| Чугун серый СЧ15, СЧ20 | 150-200 | 250-350 | 0,03-0,10 | 15-25 |
| Чугун высокопрочный ВЧ40 | 200-250 | 180-220 | 0,02-0,05 | 10-15 |
| Алюминиевые сплавы | 60-120 | 300-500 | 0,02-0,05 | 20-35 |
| Латунь, бронза | 80-150 | 250-400 | 0,05-0,12 | 15-25 |
Таблица 3. Скорости протягивания и режимы резания
| Тип протяжки | Материал детали | Скорость, м/мин | Максимальная глубина резания, мм | СОЖ |
|---|---|---|---|---|
| Быстрорежущая круглая | Сталь углеродистая | 2-12 | 0,04 | Эмульсия 5% |
| Быстрорежущая шпоночная | Сталь легированная | 3-8 | 0,06 | Сульфофрезол |
| Твердосплавная | Чугун серый | 40-50 | 0,15 | Сухое резание |
| Быстрорежущая наружная | Алюминий | 20-35 | 0,08 | Керосин |
| С покрытием TiN | Нержавеющая сталь | 2-5 | 0,02 | Эмульсия 10% |
Таблица 4. Количество обрабатываемых деталей между переточками
| Материал протяжки | Сталь (шт.) | Чугун (шт.) | Алюминий (шт.) | Количество переточек |
|---|---|---|---|---|
| ХВГ | 500-800 | 800-1200 | 1200-1800 | 8-10 |
| Р9 | 1000-1500 | 1500-2000 | 2000-3000 | 10-12 |
| Р18 | 1200-2000 | 2000-2500 | 2500-4000 | 12-15 |
| Р6М5 | 1100-1800 | 1800-2300 | 2300-3500 | 10-14 |
| Твердосплавные | 800-1200 | 3000-5000 | 4000-6000 | 5-8 |
Таблица 5. Влияние покрытий на стойкость
| Тип покрытия | Толщина, мкм | Повышение стойкости | Применение | Стоимость |
|---|---|---|---|---|
| TiN (нитрид титана) | 2-5 | 1,3-1,8 раза | Базовое, устаревает | Низкая |
| TiCN (карбонитрид титана) | 3-8 | 2,0-2,5 раза | Сталь, чугун | Средняя |
| TiAlN (алюминид титана) | 2-4 | 3,0-10,0 раз | Высокие скорости, до 900°C | Высокая |
| CrN (нитрид хрома) | 1-3 | 1,3-1,8 раза | Цветные металлы | Средняя |
| DLC (алмазоподобные) | 0,5-2 | 3,0-4,0 раза | Алюминий, композиты | Очень высокая |
Оглавление статьи
Введение в стойкость протяжек
Стойкость протяжек является одним из важнейших технико-экономических показателей процесса протягивания, определяющих эффективность металлообработки. В отличие от других режущих инструментов, стойкость протяжек измеряется не только временем резания, но и количеством обработанных деталей между переточками.
Протяжки обладают значительно более высокой стойкостью по сравнению с другими режущими инструментами благодаря относительно низким скоростям резания (2-15 м/мин) и кратковременности работы каждого зуба. Современные протяжки из быстрорежущей стали могут обрабатывать от 1000 до 2500 деталей между переточками, что делает их особенно эффективными в массовом и серийном производстве.
Факторы, влияющие на стойкость
Стойкость протяжек определяется комплексом взаимосвязанных факторов, каждый из которых оказывает существенное влияние на долговечность инструмента. Понимание этих факторов позволяет оптимизировать процесс протягивания и значительно увеличить срок службы протяжек.
Основные факторы стойкости
Материал режущей части протяжки играет определяющую роль. Инструментальная сталь ХВГ обеспечивает стойкость 20-40 минут, быстрорежущие стали Р9 и Р18 - соответственно 100-200 и 130-270 минут. Твердосплавные протяжки показывают стойкость до 500 минут при обработке чугуна.
Kст = Tфакт / Tбаз
где Tфакт - фактическая стойкость, Tбаз - базовая стойкость для стали ХВГ
Геометрия протяжки существенно влияет на стойкость. Передний угол для стали составляет 15-20°, для чугуна - 6-8°. Задний угол обычно принимается 1-3°. Толщина срезаемого слоя варьируется от 0,02 мм для стали до 0,12 мм для латуни и бронзы.
Методика расчета стойкости
Расчет стойкости протяжек базируется на эмпирических зависимостях, учитывающих материал инструмента, обрабатываемый материал и режимы резания. Современные методики позволяют прогнозировать стойкость с точностью до 15-20%.
Основная формула расчета
где:
T₀ - базовая стойкость для данного материала протяжки
Kм - коэффициент обрабатываемого материала
Kг - коэффициент геометрии
Kс - коэффициент скорости резания
Kп - коэффициент покрытия
Протяжка Р18 для обработки стали 45 (НВ=200):
T₀ = 200 мин
Kм = 0,8 (средняя твердость)
Kг = 1,0 (стандартная геометрия)
Kс = 0,9 (скорость 8 м/мин)
Kп = 1,0 (без покрытия)
T = 200 × 0,8 × 1,0 × 0,9 × 1,0 = 144 мин
Материалы протяжек и их характеристики
Выбор материала протяжки является критически важным решением, определяющим не только стойкость, но и качество обработанной поверхности. Современная промышленность использует широкую номенклатуру инструментальных материалов для изготовления протяжек.
Инструментальные стали
Сталь ХВГ применяется для протяжек малого диаметра и простых форм. Несмотря на невысокую стойкость, она обладает хорошей вязкостью и меньшей склонностью к выкрашиванию. Быстрорежущие стали типа Р6М5, Р9, Р18 составляют основу современного протяжного инструмента.
Сталь Р6М5 характеризуется высокой вязкостью и меньшей карбидной неоднородностью по сравнению с Р18. Сталь Р18 обеспечивает максимальную стойкость среди традиционных быстрорежущих сталей. Высоколегированные стали с кобальтом (Р6М5К5, Р9К10) применяются для обработки труднообрабатываемых материалов.
Твердые сплавы
Твердосплавные протяжки показывают исключительную стойкость при обработке чугуна - до 3000-5000 деталей между переточками. Однако их применение ограничено хрупкостью материала и высокой стоимостью. Сплавы группы ВК (Т15К6, Т30К4) наиболее эффективны для чугуна и цветных металлов.
Влияние обрабатываемого материала
Свойства обрабатываемого материала оказывают решающее влияние на стойкость протяжек. Оптимальная твердость деталей для протягивания составляет 16-24 HRC. При превышении 35 HRC стойкость инструмента резко снижается.
Особенности обработки различных материалов
Углеродистые и низколегированные стали обеспечивают наилучшие условия для протягивания. Стружка хорошо дробится, температура резания умеренная. Легированные стали требуют снижения режимов резания и применения эффективного охлаждения.
Серый чугун является наиболее благоприятным материалом для протягивания. Графитовые включения обеспечивают самосмазывание, стружка легко ломается. Для высокопрочного чугуна характерна повышенная вязкость, требующая более острых режущих кромок.
При протягивании деталей из стали 20ХН протяжкой Р6М5 диаметром 50 мм на скорости 6 м/мин стойкость составила 180 минут, что соответствует обработке 1500 деталей.
Оптимизация режимов для повышения стойкости
Правильный выбор режимов резания позволяет увеличить стойкость протяжек в 1,5-2 раза без изменения конструкции инструмента. Оптимизация должна учитывать конкретные условия производства и требования к качеству обработки.
Выбор скорости резания
Скорость резания является наиболее важным параметром, влияющим на стойкость. Для быстрорежущих протяжек оптимальные скорости составляют 3-12 м/мин в зависимости от обрабатываемого материала. Превышение оптимальной скорости приводит к интенсивному нагреву и резкому снижению стойкости.
Применение СОЖ
Смазочно-охлаждающие жидкости существенно влияют на стойкость протяжек. Эмульсии концентрацией 5-10% наиболее эффективны для стали. Для алюминиевых сплавов рекомендуется керосин или специальные составы. При обработке чугуна часто применяется сухое резание.
- Без СОЖ: Kсож = 1,0
- Эмульсия 5%: Kсож = 1,3-1,5
- Сульфофрезол: Kсож = 1,8-2,2
- Синтетические СОЖ: Kсож = 2,0-2,5
Современные методы повышения стойкости
Современные технологии позволяют значительно повысить стойкость протяжек через применение износостойких покрытий, ионно-плазменную обработку и оптимизацию микрогеометрии режущих кромок.
Износостойкие покрытия
Нанесение покрытий на основе нитридов, карбидов и карбонитридов титана позволяет увеличить стойкость в 1,5-10 раз в зависимости от типа покрытия и условий применения. По данным 2024 года, три стандартных покрытия - TiN, TiCN и TiAlN - составляют более 60% мирового рынка, при этом доля TiAlN постоянно растет.
Покрытие TiN, хотя и остается распространенным, в настоящее время чаще используется в декоративных целях из-за ограниченной твердости. TiAlN покрытие является наиболее перспективным для современных протяжек, обеспечивая работу при температурах до 900°C без охлаждения и увеличение стойкости до 10 раз при оптимальных условиях.
Алмазоподобные покрытия (DLC) показывают выдающиеся результаты при обработке алюминиевых сплавов и композиционных материалов, обеспечивая увеличение стойкости в 3-4 раза. Однако высокая стоимость ограничивает их применение специальными случаями в высокотехнологичных производствах.
Ионно-плазменная обработка
Комплексная ионно-плазменная обработка протяжек из порошковых быстрорежущих сталей позволяет повысить стойкость в 2 раза при обработке жаропрочных материалов. Оптимальное соотношение газов азот/аргон составляет 3:1.
На ФГУП ММПП "Салют" применение ионно-плазменной обработки позволило увеличить скорость протягивания с 3 до 10 м/мин при обработке дисков турбины из материала ЭП517.
Групповая схема резания
Применение групповой схемы резания с широкими выкружками на зубьях обеспечивает повышение стойкости в 2-3 раза по сравнению с одинарной схемой. Это достигается за счет увеличения угла стыка выкружек до 130-150° и оптимизации задних углов.
