Навигация по таблицам
- Таблица 1: Режимы резания для аустенитных нержавеющих сталей
- Таблица 2: Рекомендуемая геометрия резцов
- Таблица 3: Типы СОЖ и их эффективность
- Таблица 4: Инструментальные материалы для обработки нержавеющих сталей
Справочные таблицы
Таблица 1: Режимы резания для аустенитных нержавеющих сталей
| Марка стали | Тип обработки | Скорость резания V, м/мин | Подача S, мм/об | Глубина резания t, мм | Инструментальный материал |
|---|---|---|---|---|---|
| 12Х18Н10Т | Черновое точение | 80-120 | 0,3-0,8 | 2-6 | Т15К6 |
| 12Х18Н10Т | Получистовое точение | 120-180 | 0,2-0,4 | 1-3 | Т15К6, ВК8 |
| 12Х18Н10Т | Чистовое точение | 150-220 | 0,1-0,25 | 0,5-1,5 | ВК6М, керамика |
| 08Х18Н10 | Черновое точение | 90-130 | 0,3-0,8 | 2-6 | Т15К6 |
| 08Х18Н10 | Получистовое точение | 130-190 | 0,2-0,4 | 1-3 | Т15К6, ВК8 |
| 08Х18Н10 | Чистовое точение | 160-240 | 0,1-0,25 | 0,5-1,5 | ВК6М, керамика |
Таблица 2: Рекомендуемая геометрия резцов
| Параметр геометрии | Обозначение | Черновое точение | Получистовое точение | Чистовое точение | Примечание |
|---|---|---|---|---|---|
| Передний угол | γ | 12-15° | 15-18° | 18-25° | Положительный для снижения наклепа |
| Задний угол | α | 8-10° | 10-12° | 12-15° | Предотвращает трение |
| Главный угол в плане | φ | 45-60° | 60-75° | 75-90° | Уменьшает радиальные силы |
| Вспомогательный угол в плане | φ₁ | 10-15° | 10-15° | 15-20° | Улучшает качество поверхности |
| Радиус при вершине | r | 0,8-1,2 мм | 0,5-0,8 мм | 0,2-0,5 мм | Острая кромка предпочтительна |
Таблица 3: Типы СОЖ и их эффективность
| Тип СОЖ | Состав | Концентрация, % | Эффективность охлаждения | Применение |
|---|---|---|---|---|
| Эмульсол | Минеральное масло + вода | 5-10 | Высокая | Черновое и получистовое точение |
| Синтетическая СОЖ | Полиэтиленгликоль + присадки | 3-8 | Очень высокая | Все виды обработки |
| Полусинтетическая СОЖ | Минеральное масло + синтетика | 5-12 | Высокая | Универсальное применение |
| Сульфофрезол | Масло + серные присадки | 8-15 | Средняя | Тяжелые режимы резания |
| Сжатый воздух с туманом | Воздух + масляный туман | - | Средняя | Экологически чистые процессы |
Таблица 4: Инструментальные материалы для обработки нержавеющих сталей
| Материал | Марка | Твердость HRC | Область применения | Преимущества |
|---|---|---|---|---|
| Твердый сплав ВК | ВК6М, ВК8 | 89-91 | Получистовое и чистовое точение | Высокая износостойкость |
| Твердый сплав ТК | Т15К6, Т5К10 | 91-93 | Черновое и получистовое точение | Теплостойкость |
| Оксидная керамика | ВОК-63 | 91-93 | Чистовое точение на высоких скоростях | Химическая стойкость |
| Покрытие TiN | - | - | Все виды обработки | Снижение трения |
| Покрытие AlCrN | - | - | Высокоскоростная обработка нержавеющих сталей | Высокая термостойкость и адгезия |
| Покрытие TiAlCrN | - | - | Универсальное многослойное покрытие | Комбинированная стойкость |
Оглавление статьи
- 1. Характеристики аустенитных нержавеющих сталей 12Х18Н10Т и 08Х18Н10
- 2. Особенности процесса резания аустенитных сталей
- 3. Проблема наклепа и методы борьбы с ним
- 4. Выбор геометрии режущего инструмента
- 5. Определение оптимальных режимов резания
- 6. Смазочно-охлаждающие жидкости и их влияние на процесс
- 7. Практические рекомендации по повышению эффективности обработки
- Часто задаваемые вопросы
1. Характеристики аустенитных нержавеющих сталей 12Х18Н10Т и 08Х18Н10
Аустенитные нержавеющие стали 12Х18Н10Т и 08Х18Н10 представляют собой хромоникелевые сплавы с гранецентрированной кубической кристаллической решеткой, что определяет их основные свойства и особенности обработки резанием.
Сталь 12Х18Н10Т содержит около 0,12% углерода, 17-19% хрома, 9-11% никеля и до 0,8% титана. Титан выполняет роль стабилизирующего элемента, связывая углерод в карбиды TiC и предотвращая образование хромистых карбидов по границам зерен. Это обеспечивает стойкость к межкристаллитной коррозии.
Сталь 08Х18Н10 имеет более низкое содержание углерода - не более 0,08%, что также способствует коррозионной стойкости. По химическому составу она близка к международному стандарту AISI 304.
Механические свойства этих сталей включают предел прочности 540-750 МПа, предел текучести 220-350 МПа и относительное удлинение 40-60%. Низкая теплопроводность (около 16 Вт/м·К) создает дополнительные трудности при обработке резанием.
2. Особенности процесса резания аустенитных сталей
Обработка аустенитных нержавеющих сталей сопряжена с рядом специфических трудностей, обусловленных их физико-механическими свойствами и кристаллической структурой.
Основная проблема заключается в высокой склонности к деформационному упрочнению. При пластической деформации в процессе резания происходит резкое увеличение твердости поверхностного слоя, что приводит к интенсивному износу режущего инструмента. Механизм упрочнения связан с образованием дислокаций в аустенитной решетке и частичным мартенситным превращением.
Для аустенитных сталей сила резания Pz = 10·Cp·tˣ·Sʸ·Vⁿ·Kp
где Cp = 300 (для нержавеющих сталей), x = 1,0, y = 0,75, n = -0,15
Kp - поправочный коэффициент на материал (для 12Х18Н10Т Kp = 1,3-1,5)
Низкая теплопроводность аустенитных сталей приводит к концентрации тепла в зоне резания. Большая часть тепловой энергии (до 80%) остается в режущем инструменте, что вызывает его интенсивный износ и возможное образование термических трещин.
Вязкость аустенитной структуры затрудняет процесс стружкообразования. Образующаяся стружка имеет склонность к наволакиванию на режущую кромку, что приводит к образованию нароста и ухудшению качества обработанной поверхности.
3. Проблема наклепа и методы борьбы с ним
Наклеп (деформационное упрочнение) является одной из главных проблем при обработке аустенитных нержавеющих сталей. Этот процесс заключается в резком увеличении твердости поверхностного слоя материала в результате пластической деформации.
Механизм образования наклепа связан с накоплением дислокаций в кристаллической решетке аустенита и частичным фазовым превращением γ-аустенит → α'-мартенсит деформации. Глубина наклепанного слоя может достигать 0,1-0,3 мм, а твердость увеличиваться в 2-3 раза по сравнению с исходным состоянием.
Для предотвращения наклепа применяются следующие методы:
Оптимизация геометрии резца: Использование положительных передних углов (γ = +15°...+25°) снижает усилия резания и степень пластической деформации. Острые режущие кромки с малым радиусом закругления (r ≤ 0,5 мм) минимизируют зону деформации.
Правильный выбор режимов резания: Непрерывное резание без остановок предотвращает врезание инструмента в наклепанный слой. Достаточно высокие скорости резания (V > 100 м/мин) способствуют локализации деформации в зоне стружкообразования.
Эффективное охлаждение: Интенсивная подача СОЖ снижает температуру резания и уменьшает интенсивность наклепа. Особенно эффективно высоконапорное охлаждение под давлением 0,5-1,0 МПа.
Термическая обработка заготовок: Предварительная закалка с температуры 1050-1100°C с быстрым охлаждением в воде обеспечивает получение однородной аустенитной структуры и снижает склонность к наклепу.
4. Выбор геометрии режущего инструмента
Правильный выбор геометрии режущего инструмента является ключевым фактором успешной обработки аустенитных нержавеющих сталей. Геометрические параметры должны обеспечивать легкое резание с минимальными силами и деформацией материала.
Передний угол (γ): Рекомендуется использовать положительные передние углы в диапазоне +12°...+25°. Для чернового точения γ = +12°...+15°, для чистового - γ = +18°...+25°. Положительный передний угол облегчает врезание резца в материал и снижает усилия резания.
Задний угол (α): Должен составлять 8-15° в зависимости от типа обработки. Недостаточный задний угол приводит к трению задней грани о заготовку и интенсивному тепловыделению. Чрезмерно большой угол ослабляет режущую кромку.
Главный угол в плане (φ): Оптимальные значения лежат в диапазоне 45-90°. Меньшие углы (45-60°) предпочтительны для чернового точения, так как они обеспечивают лучший отвод тепла и прочность резца. Большие углы (75-90°) используются для чистового точения.
a = S·sin(φ) - толщина срезаемого слоя
b = S·cos(φ) - ширина срезаемого слоя
Для φ = 60° и S = 0,4 мм/об: a = 0,35 мм, b = 0,2 мм
Радиус при вершине резца (r): Должен быть минимально возможным для предотвращения наклепа. Рекомендуемые значения: для чернового точения r = 0,8-1,2 мм, для чистового r = 0,2-0,5 мм. Слишком большой радиус увеличивает усилия резания и способствует вибрациям.
Форма стружколома: Необходимо использовать специальные стружколомы, предназначенные для нержавеющих сталей. Они должны обеспечивать надежное дробление вязкой стружки и ее эффективное удаление из зоны резания.
Черновое точение: γ = +15°, α = 10°, φ = 60°, φ₁ = 15°, r = 1,0 мм
Чистовое точение: γ = +20°, α = 12°, φ = 75°, φ₁ = 20°, r = 0,4 мм
5. Определение оптимальных режимов резания
Выбор оптимальных режимов резания для аустенитных нержавеющих сталей требует учета их специфических свойств и обеспечения баланса между производительностью и стойкостью инструмента.
Глубина резания (t): Должна назначаться исходя из требований по точности и шероховатости поверхности. Для чернового точения рекомендуется t = 2-6 мм, для получистового t = 1-3 мм, для чистового t = 0,5-1,5 мм. Важно снимать весь наклепанный слой за один проход.
Подача (S): Выбирается максимально возможной для данного типа обработки. Большая подача способствует получению более толстой стружки и лучшему отводу тепла. Рекомендуемые значения: черновое точение S = 0,3-0,8 мм/об, получистовое S = 0,2-0,4 мм/об, чистовое S = 0,1-0,25 мм/об.
Скорость резания (V): Должна быть достаточно высокой для предотвращения наклепа, но не чрезмерной во избежание перегрева инструмента. Для твердосплавного инструмента рекомендуются следующие скорости:
n = 1000·V/(π·D), об/мин
где V - скорость резания, м/мин; D - диаметр заготовки, мм
Пример: при V = 150 м/мин и D = 50 мм: n = 955 об/мин
Для стали 12Х18Н10Т рекомендуются скорости: черновое точение V = 80-120 м/мин, получистовое V = 120-180 м/мин, чистовое V = 150-220 м/мин. Для стали 08Х18Н10 скорости могут быть увеличены на 10-15% из-за меньшего содержания углерода.
Коррекция режимов: Режимы резания должны корректироваться в зависимости от конкретных условий обработки. При недостаточной жесткости системы СПИД скорости следует снизить на 20-30%. При использовании СОЖ скорости могут быть увеличены на 15-25%.
6. Смазочно-охлаждающие жидкости и их влияние на процесс
Применение смазочно-охлаждающих жидкостей при обработке аустенитных нержавеющих сталей является обязательным условием эффективного процесса резания. СОЖ выполняют несколько важных функций: охлаждение зоны резания, смазка поверхностей трения, удаление стружки и защита от коррозии.
Охлаждающая функция: Наиболее критична для нержавеющих сталей из-за их низкой теплопроводности. Эффективное охлаждение предотвращает перегрев инструмента и снижает интенсивность наклепа. Температура в зоне резания может быть снижена с 800-900°C до 400-500°C при правильном применении СОЖ.
Эмульсионные СОЖ: Наиболее распространены для обработки нержавеющих сталей. Представляют собой эмульсию минерального масла в воде с концентрацией 5-10%. Обеспечивают хорошее охлаждение и умеренную смазку. Рекомендуются для чернового и получистового точения.
Синтетические СОЖ: Обладают наилучшими охлаждающими свойствами благодаря высокой теплопроводности водной основы. Содержат полиэтиленгликоль и специальные присадки. Концентрация составляет 3-8%. Особенно эффективны при высокоскоростной обработке.
Q = k·V·S·t, л/мин
где k = 0,1-0,3 - коэффициент расхода для нержавеющих сталей
При V = 150 м/мин, S = 0,3 мм/об, t = 2 мм: Q = 9-27 л/мин
Полусинтетические СОЖ: Сочетают преимущества эмульсионных и синтетических жидкостей. Содержат как минеральное масло, так и синтетические компоненты. Обеспечивают хороший баланс между охлаждением и смазкой. Универсально применимы для всех видов обработки.
Способы подачи СОЖ: Для эффективного охлаждения необходимо обеспечить подачу СОЖ непосредственно в зону резания. Рекомендуется использовать высоконапорную подачу под давлением 0,5-1,0 МПа. Подача через внутренние каналы инструмента особенно эффективна при глубоком сверлении и растачивании.
- Температура СОЖ должна составлять 18-25°C
- pH эмульсии поддерживать в диапазоне 8,5-9,5
- Регулярно контролировать концентрацию рефрактометром
- Обеспечивать хорошую фильтрацию для удаления стружки
7. Практические рекомендации по повышению эффективности обработки
Повышение эффективности обработки аустенитных нержавеющих сталей требует комплексного подхода, учитывающего все аспекты технологического процесса от подготовки заготовки до финишной обработки.
Подготовка заготовки: Обязательная термическая обработка заготовок перед механической обработкой. Закалка с температуры 1050-1100°C с быстрым охлаждением в воде обеспечивает получение однородной аустенитной структуры без карбидных выделений. Это значительно улучшает обрабатываемость.
Жесткость технологической системы: Максимально возможное увеличение жесткости системы станок-приспособление-инструмент-деталь. Вибрации крайне негативно влияют на процесс резания нержавеющих сталей, приводя к наклепу и преждевременному износу инструмента.
Выбор инструмента: Предпочтение следует отдавать инструменту с современными покрытиями TiN, TiAlN, AlCrN, TiAlCrN или многослойными покрытиями. Современные покрытия методом PVD обеспечивают лучшую адгезию и термостойкость. Покрытия снижают коэффициент трения, уменьшают адгезионный износ и повышают стойкость инструмента в 1,5-2 раза.
Контроль износа инструмента: Регулярный контроль состояния режущих кромок. При появлении первых признаков износа (фаска износа 0,3-0,4 мм) инструмент должен быть заменен или переточен. Работа затупленным инструментом недопустима.
Оптимизация траектории обработки: При программировании ЧПУ станков следует исключать холостые подходы и отходы инструмента. Врезание должно происходить в тело заготовки, а не по готовой поверхности. Это предотвращает повреждение наклепанного слоя.
Многопроходная обработка: При больших припусках обработку следует вести в несколько проходов. Глубина каждого прохода должна превышать толщину наклепанного слоя от предыдущего прохода. Это обеспечивает стабильные условия резания.
Увеличение скорости резания на 25% при использовании специальных режимов и СОЖ позволяет повысить производительность на 20-30% при сохранении стойкости инструмента.
Система мониторинга: Использование систем контроля силы резания и вибраций позволяет оперативно выявлять нарушения процесса и предотвращать аварийные ситуации. Особенно важно при обработке тонкостенных деталей.
