一,якості високо{0}}міцної сталі та проблеми, які виникають під час роботи з нею
Високоміцна сталь зазвичай є легованою сталлю з міцністю на розрив більше 1200 МПа. Її можна розділити на дві групи: низько-легована сталь (наприклад, 40Cr, 30CrMnSi) і сталь надвисокої міцності (наприклад, 300M, 45CrNiMoVA). Основними його частинами є:
Висока твердість і міцність: після загартування або відпустки твердість може досягати HRC30-50, міцність на розрив досягає 1500 МПа, а міцність залишається хорошою. Це означає, що її дуже важко різати, а сила різання в 1,2–1,5 рази більша, ніж у звичайної сталі.
Низька теплопровідність: теплопровідність становить лише від 1/3 до 1/4 від середньовуглецевої сталі. Тепло при різанні здебільшого припадає на кінчик інструмента, що може швидко зношувати інструмент.
Схильність до затвердіння: під час різання на поверхні утворюється затверділий шар. Цей шар на 50-100% твердіший за матеріал, що лежить під ним, що робить різання ще складнішим.
Стружку важко зламати: завдяки високій пластичності стружка утворює безперервні смуги, які можуть легко застрягти в інструменті та заготовці, що робить обробку менш стабільною.
Ці властивості викликають проблеми, включаючи поломку інструменту, швидкий знос і низьку якість поверхні під час обробки традиційними методами. Основне питання полягає в тому, чи може обробка з ЧПК подолати ці виклики.
2. Вивчення того, наскільки добре технологія обробки з ЧПК працює з високо-сталлю
Механічна обробка з числовим керуванням допомагає виробляти-сталь високої міцності, дозволяючи контролювати рух із високою точністю, автоматично змінювати інструменти та з’єднувати багато осей. Ви можете переконатися в тому, наскільки це адаптивно:
1. Суворі правила для верстатів
Для обробки-високоміцної сталі потрібні верстати, оснащені-шпинделями високої жорсткості та системами напрямних рейок, здатними витримувати значні сили різання. Наприклад, верстати з ЧПК із п’ятиосьовим зв’язуванням можуть зменшити вібрацію під час складної обробки поверхні та зробити обробку більш стабільною завдяки покращенню конструкційного дизайну та алгоритмів керування рухом. П’ятиосьовий обробний центр, який використовується в авіації, має функцію різання з постійною лінійною швидкістю, яка підтримує однакову швидкість різання під час фрезерування конічних і сферичних поверхонь. Це запобігає перевантаженню інструменту при зміні швидкості.
2. Удосконалення матеріалів і форм інструментів
Оскільки високоміцна-сталь дуже міцна, інструментальні матеріали мають знайти правильний баланс між твердістю, в’язкістю та термічною стабільністю:
Різальні інструменти з твердого сплаву добре підходять для жорсткої обробки. Вони покращуються шляхом додавання карбідів, таких як TiC і TaC. Наприклад, під час роботи з ріжучими інструментами з аустенітної нержавіючої сталі 2169 і твердого сплаву марки YH1 ви можете отримати шорсткість поверхні Ra0,8-1,6 мкм, використовуючи передній кут 22 градуси та задній кут 10 градусів разом із охолодженням сульфурованої мастила.
Ріжучі інструменти з покриттям: покриття TiAlN може зробити поверхню ріжучих інструментів твердішою за 3500HV і зменшити ймовірність серповидного зносу. Випробування показали, що при роботі зі сталлю 300М інструменти з покриттям служать втричі довше, ніж інструменти без покриття.
Ріжучий інструмент із кубічного нітриду бору (CBN) підходить для точної обробки та може витримувати температури до 3000HV. Він може отримати шорсткість поверхні Ra0,4 мкм або менше при різанні зі швидкістю 50 м/хв і подачі зі швидкістю 0,1 мм/с.
Геометричні параметри ріжучого інструменту: короткий передній кут (0 градусів -5 градусів), великий передній кут (10 градусів -15 градусів) і вигнута конструкція кромки, яка може розподілити потужність різання та знизити ймовірність поломки краю. Наприклад, радіус вершини інструмента r, що перевищує або дорівнює 0,8 мм, може значно подовжити термін служби інструменту під час роботи зі сталлю 300M.
3. Параметри нарізки та спосіб охолодження
Швидкість різання: для грубої обробки швидкість залишається низькою (15–50 м/хв), щоб зменшити термічне навантаження. Для точної обробки швидкість підвищується до 80–120 м/хв, щоб скористатися ефектом термічного пом’якшення. Тест грубої обробки сталі 300M показує, що сила різання є скромною, а якість поверхні хороша, коли швидкість різання становить 150 м/хв, швидкість подачі 0,2 мм/с і глибина різання 1 мм.
Як охолоджувати: охолоджуюча рідина під високим-тиском (тиск більше або дорівнює 7 МПа) може потрапити в зону різання та знизити температуру більш ніж на 40%. Для матеріалів чіпів, які важко зламати, технології імпульсного охолодження можуть допомогти тріскатися.
Вибір правильної ріжучої рідини: емульсія протизадирного тиску, яка містить сірчані та хлорні протизадирні добавки, може забезпечити хімічне адсорбційне покриття, яке запобігає прямому контакту інструменту з деталлю. Наприклад, використання активної охолоджуючої рідини з CCL4 під час роботи з високотемпературними-металами може подовжити термін служби інструментів на 50%.
3. Загальне використання обробки з ЧПК для високоміцної-сталі
1. Виготовлення деталей авіаційних поковок
Для авіації високоміцні сталеві штампи, такі як задня рама паливних баків, мають складні форми та міцні матеріали. Традиційна обробка повільна і потребує багато затискачів. Використовуючи зворотне моделювання оптичного сканування, ми змогли точно розташувати припуск на заготовку після переходу на п’яти{3}}технологію обробки з ЧПК. У поєднанні з випробуваннями різанням для визначення найкращих налаштувань (наприклад, швидкість різання 60 м/хв і швидкість подачі 0,05 мм/об) час, необхідний для обробки одного шматка, скоротився на 40%, а шорсткість поверхні досягла Ra0,8 мкм.
2. Робота на валах трансмісії автомобіля
Сталь 40Cr, яка використовується для валів трансмісій автомобілів, має бути дуже міцною проти втоми. Використовуючи покриті твердосплавні ріжучі інструменти з переднім кутом 5 градусів і заднім кутом 12 градусів під час токарної обробки з ЧПК, разом із різанням із постійною лінійною швидкістю (швидкість поверхні 120 м/хв), інструмент працює більше 2 годин під час серійної обробки, а рівень кваліфікації продукції досягає 99,5%.
