В чём основные различия параметров резания нержавеющей и углеродистой стали?
Основные различия в параметрах резания между нержавеющей и углеродистой сталью обусловлены их различными металлургическими свойствами. Углеродистая сталь обычно легче поддаётся обработке, тогда как нержавеющая требует более точного и контролируемого подхода. Понимание этих различий критически важно для оптимизации срока службы инструмента, качества поверхности и времени цикла. Ключевые отличия связаны с управлением наклёпом, отводом тепла и силами резания.
1. Склонность к наклёпу: главный фактор различия
Нержавеющая сталь: Аустенитные марки (например, 304, 316) имеют высокую склонность к быстрому наклёпу во время обработки. Если инструмент не режет, а трётся, твёрдость поверхности резко возрастает, что приводит к ускоренному износу и поломке инструмента при последующих проходах.
Углеродистая сталь: Имеет гораздо меньшую склонность к наклёпу. Более «прощает» лёгкие проходы и эпизодическое трение инструмента.
Влияние на параметры: Для нержавеющей стали требуется высокая и стабильная подача, чтобы инструмент постоянно снимал металл ниже наклёпанного слоя. Девиз — «жёстко и уверенно». Для углеродистой стали параметры подачи более гибкие.
2. Теплопроводность: управление теплом
Нержавеющая сталь: Обладает низкой теплопроводностью (примерно 15–25 Вт/м·К). Тепло, возникающее при резании, не рассеивается быстро и концентрируется в зоне контакта инструмента и заготовки, что приводит к перегреву режущей кромки.
Углеродистая сталь: Имеет более высокую теплопроводность (примерно 45–65 Вт/м·К). Тепло лучше отводится в стружку и тело заготовки.
Влияние на параметры: Для управления теплом при обработке нержавеющей стали скорость резания (SFM) должна быть значительно ниже, чем для углеродистой. Например, если 1018 сталь обрабатывается на скорости 500–600 SFM при черновом проходе, то для 304 нержавеющей оптимально 200–300 SFM. Также требуется использование охлаждающей жидкости под высоким давлением для эффективного отвода тепла.
3. Прочность и вязкость
Нержавеющая сталь: Обычно имеет более высокие пределы текучести и прочности при температурах обработки по сравнению с мягкими углеродистыми сталями. Она сохраняет прочность при нагреве, что делает её «тяжёлой» в резании.
Углеродистая сталь: Мягкие стали, такие как 1018 или 1045, имеют меньшую прочность, требуют меньше мощности и создают меньшие силы резания.
Влияние на параметры: Более высокая прочность нержавеющей стали требует большей мощности станка и жёсткости системы. Также глубина резания (особенно осевая) должна быть более консервативной, чтобы избежать перегрузки инструмента, особенно при малых диаметрах.
4. Формирование и контроль стружки
Нержавеющая сталь: Образует длинную, непрерывную стружку, которую трудно ломать. Она может наматываться на инструмент или заготовку, повреждая поверхность и режущую кромку.
Углеродистая сталь: Обычно формирует короткую, С-образную стружку, легко удаляемую при правильной геометрии стружколома.
Влияние на параметры: Для нержавеющей стали необходима геометрия инструмента с острыми положительными передними углами и эффективными стружколомами. Повышенные подачи помогают утолщать и ломать стружку. Для углеродистой стали стандартные стружколомы эффективны в более широком диапазоне режимов.
Сравнение параметров обработки
Параметр | Нержавеющая сталь (например, 304) | Углеродистая сталь (например, 1018) |
|---|---|---|
Скорость резания (SFM) | Низкая–средняя (150–350 SFM) | Средняя–высокая (400–700 SFM) |
Подача (IPT) | Выше и стабильнее (важно избегать наклёпа) | Более гибкая (можно варьировать между черновой и чистовой обработкой) |
Глубина резания | Консервативная осевая глубина для контроля сил; радиальная может увеличиваться при HSM. | Можно использовать более агрессивную, особенно при жёстких установках. |
Геометрия инструмента | Острая, с положительным передним углом — обязательно. | Можно использовать нейтральные или отрицательные углы при тяжёлой черновой обработке. |
Материал / покрытие инструмента | Твёрдый сплав с прочной основой. Покрытие TiAlN настоятельно рекомендуется для термостойкости. | Твёрдый сплав или даже HSS для простых операций. Часто применяются покрытия TiN или TiCN. |
Охлаждение | Охлаждение под высоким давлением обязательно для отвода тепла и удаления стружки. | Обычное охлаждение полезно, но менее критично, чем для нержавейки. |
Практические выводы
Переход от углеродистой стали к нержавеющей требует изменения подхода к обработке:
Уменьшите скорость резания (SFM). Нельзя обрабатывать нержавеющую сталь на скоростях, применяемых для углеродистой, не уничтожив инструмент.
Сохраняйте или увеличивайте подачу (IPT). Не стоит «щадить» рез — стабильная, уверенная подача — лучшая защита от наклёпа.
Придайте приоритет жёсткости и охлаждению. Любая слабина в системе (держатель, станок, приспособление) будет проявляться при повышенных силах и температуре обработки нержавеющей стали.
Для производителей, таких как Neway, это знание встроено в наш процесс механической обработки с ЧПУ. Мы поддерживаем отдельные библиотеки параметров для разных групп материалов, поэтому при заказе деталей из углеродистой стали или нержавеющей стали процесс автоматически оптимизируется под особенности каждого материала, обеспечивая эффективность, долговечность инструмента и высокое качество деталей.
