Obróbka twardych materiałów. Najlepsze związki do obróbki twardych materiałów

Maszyna pięciowrzecionowa firmy Fives.
Frezarko-kopiarka Fives Cincinnati XT wyposażona jest w pięć wrzecion do obróbki części tytanowych

Nowe połączenia wrzeciona firmy Kennametal zwiększają niezawodność i produktywność frezarki konturowej Cincinnati do wielkoseryjnej produkcji części tytanowych.

W okresie trwałego rozwoju w wymagających branżach, takich jak produkcja samolotów lotnictwo cywilne cały łańcuch dostaw podlega rygorystycznej weryfikacji. Wynika to z konieczności zachowania wysokich standardów jakościowych i dotrzymywania terminów.

Nie jest to obce firmie produkującej maszyny Fives Cincinnati: Zakład firmy w Hebron w stanie Kentucky produkuje maszyny wielozadaniowe, systemy nawijania włókien kompozytowych i wielowrzecionowe frezarki konturowe w Cincinnati. Według firmy, która posiada 650 frezarek konturowych działających na całym świecie, każdy używany komercyjny samolot odrzutowy został w taki czy inny sposób wyprodukowany przy użyciu technologii frezowania konturowego Cincinatti.

Ośrodek najwyższej aktywności.
Obszar pracy pięciowrzecionowa frezarka kopiująca Fives Cincinnati XT

Najnowsza generacja maszyn Cincinnati XTi, z możliwością konfiguracji trzy- lub pięciowrzecionowej z ruchomą suwnicą, imponuje pod wieloma względami. Zostały zaprojektowane z myślą o przedsiębiorstwach zajmujących się przetwórstwem różne typy przybory. Zatem wrzeciona o prędkości 7000 obr./min mogą ciąć aluminium i stal, natomiast wrzeciona o wysokim momencie obrotowym (2523 Nm) mogą ciąć tytan i inne twarde stopy. Co więcej, firma reklamuje XTi jako „jedyną wielowrzecionową platformę do obróbki zgrubnej tytanu” i twierdzi, że wydajność usuwania metalu wynosząca 100 cali sześciennych na minutę jest rekordem w swojej branży.

XTi ze skokiem w osi X 4267 mm (zwiększonym do 3658 mm), osią Y 3683 mm i osią Z 711 mm może teraz wybierać połączenia wrzeciona KM4X100 firmy Kennametal Inc.

Twardość tytanu podczas konturowania lub frezowania z mniejszą lub duży krok stale stwarza trudności w zakresie usuwania metalu. Zwiększanie wydajności w obróbce węglików wiąże się z maksymalizacją wydajności usuwania metalu pomimo znacznych sił i niska prędkość cięcie

Połączenie do usunięcia.
Połączenie wrzeciona KM4X100 gra ważną rolę w osiągnięciu maksymalnej wydajności usuwania metalu

Fives Cincinnati, jak inne przedsiębiorstw zajmujących się budową maszyn, zareagowało na to wyzwanie, zwiększając sztywność maszyny i poprawiając właściwości tłumiące. Ulepszenia te zminimalizowały wibracje, które negatywnie wpływają na jakość części, wydajność i trwałość narzędzia, jednocześnie zwiększając produktywność. Jednakże połączenie narzędzie-wrzeciono jest nadal elementem konstrukcyjnym wymagającym większej niezawodności i trwałości.

O ilości materiału usuwanego podczas danej operacji decyduje niezawodność połączenia maszyny z narzędziem tnącym, które musi wytrzymywać duże obciążenia, zachowując odpowiednią wytrzymałość nawet w przypadku silnego zgięcia narzędzia lub wibracji.

Bardziej spójna szybkość usuwania metalu (MRR).
Łącząc dużą siłę mocowania i optymalne poziomy wcisku, KM4X zapewnia mocne połączenie wrzeciona o wysokiej sztywności i maksymalnej odporności na obciążenia zginające. Zwiększa to niezawodność i produktywność maszyny podczas obróbki twardych stopów i innych materiałów

Wrzeciona są w stanie przenosić określony moment obrotowy, podczas gdy siły skrawania wytwarzają również momenty zginające, które przekraczają wartości graniczne ustalone dla połączenia jeszcze przed osiągnięciem maksymalnego momentu obrotowego. Można to zaobserwować podczas frezowania czołowego, gdzie wysięg jest zwykle dłuższy, a czynnikiem ograniczającym jest opór zginania złącza wrzeciona. Przykładowo frez 80 mm ze spiralnymi zębami i wymiennymi wkładkami skrawającymi, wystającymi 250 mm poza koniec wrzeciona, wytwarza moment zginający 4620 Nm i moment obrotowy do 900 Nm przy obróbce Ti6Al4V z prędkością 360 cm 3 /min , szerokość cięcia 12,7 mm i głębokość cięcia 63,5 mm.

Łącząc dużą siłę mocowania i optymalny poziom wcisku, nowa generacja połączeń wrzecionowych KM4X firmy zapewnia niezawodność, wyjątkowo wysoką sztywność i znaczną odporność na naprężenia zginające. W przypadku narzędzi do obróbki tytanu oznacza to znaczny wzrost produktywności maszyny przy obróbce twardych stopów, możliwość osiągnięcia niewiarygodnie wysokich szybkości usuwania metalu i wyprodukowania większej liczby gotowych części w ciągu jednej zmiany.

Analityk inżynieryjny Fives Cincinnati, Robert Snodgrass, rozpoczął badanie wydajności KM4X wraz z dyrektorem generalnym firmy Kennametal, Mikiem Malottem, około 4 lata temu. „Byłem pod wrażeniem koncepcji inżynieryjnej” – wspomina Snodgrass. „Wyjaśniła nam, że możliwości projektowania maszyn są nieograniczone: zwiększona sztywność wrzeciona nie tylko pozwala nam spełniać wymagania klientów dotyczące bardziej wydajnego procesu cięcia, ale także zwiększa wielkość produkcji”.

Postęp w konturowaniu.
Proces konturowania tytanem

Wiceprezes Kennametal Mark Huston wyjaśnia: „Trzeba pamiętać, że typowe elementy samolotów wykonywane są z odkuwek, co wymaga usunięcia znacznych ilości materiału w celu wytworzenia gotowych części o wymaganych parametrach. Współczynnik wykorzystania materiału – stosunek masy zakupionych surowców do masy gotowej części – może wynosić 4:1, 8:1 lub nawet więcej, w zależności od części.

Ze względu na ograniczenia konstrukcyjne i przyłączeniowe wrzeciona pierwsza generacja frezarek konturowych Cincinnati zapewniała prędkość usuwania metalu do 4 cali sześciennych na minutę podczas obróbki części tytanowych. Nowa generacja maszyn Cincinnati XT w połączeniu z przyłączem końcowym wrzeciona HSK 125 zwiększyła tę prędkość do 50 cali, a wraz z wprowadzeniem KM4X100 została podwojona do 100 cali sześciennych na minutę.

„Nawet przy 100 cfm wyniki testów ewaluacyjnych na maszynach XT przy użyciu KM4X były znacznie poniżej teoretycznych wartości granicznych momentu zginającego” – dodał Snodgrass. Zauważając, że w testach poprzedniej generacji wykorzystywano oprawki narzędziowe ze stożkiem CAT60, porównał używanie wersji ze stożkiem 50 do „jazdy czołgiem i SUV-em”. Połączenie KM4X pomogło uzyskać dwukrotnie większą wydajność usuwania metalu w porównaniu z oprawką narzędziową ze stożkiem 60. W porównaniu do CAT50, HSK100 czy KM4X100, CAT60 waży prawie dwa razy więcej.

Maksymalny moment obrotowy, maksymalna moc.
Podczas pracy próbnej połączenie wrzeciona jest testowane przy maksymalnym momencie obrotowym i siłach skrawania. Nie stanowi to jednak problemu dla frezarki konturowej Fives Cincinnati XT z przyłączem wrzeciona KM4X

Menedżer produktu Fives Cincinnati, Ken Wichman, powiedział: „To nowa innowacja w konstrukcji wrzecion i maszyn. W wielu maszyny portalowe Stosuje się ręczną wymianę narzędzi, nawet w przypadku automatycznego zmieniacza/magazynu narzędzi. Zwiększona odporność na moment zginający KM4X pozwala na użycie lżejszych narzędzi niż CAT lub HSK przy tej samej granicy wytrzymałości. Z ergonomicznego punktu widzenia jest to ogromna zaleta dla operatora. Klientowi, który wybierze automatyczną wymianę narzędzi, KM4X umożliwi zmieszczenie większej liczby narzędzi na dostępnej przestrzeni.

W zależności od wymagań stawianych produktowi końcowemu, obróbkę cieplną przeprowadza się różnymi metodami.

Procesy suszenia stosowany do produkcji końcowych półproduktów w postaci granulatów, brykietów, a także do odwadniania roztworów, osadów i zawiesin; poprzez późniejsze suszenie, wypalanie lub spiekanie granulowanego lub uformowanego materiału otrzymuje się produkt końcowy. W takich przypadkach wzorce wymiany ciepła i masy są takie same, jak w przypadku przeprowadzania podstawowego procesy technologiczne wysychanie przemysł chemiczny oraz w produkcji materiałów budowlanych.

W proces spiekania aglomeratów i wyprasek, cząstki proszku łączą się w monolityczną, polikrystaliczną substancję stałą o właściwościach zbliżonych do materiału zwartego. Proces obróbki cieplnej składa się z dwóch etapów.

Pierwszy etap – usunięcie spoiwa technologicznego – następuje w temperaturze odparowania i topnienia spoiwa i kończy się w temperaturze, w której cząstki proszku zaczynają się spiekać. Drugi etap – spiekanie – rozpoczyna się w temperaturze odpowiadającej wzajemnemu spiekaniu cząstek i trwa do temperatury uzyskania bryły monolitycznej, która wynosi około 0,8 temperatury topnienia materiału ceramicznego. Sposób wypalania dobiera się na podstawie składu chemicznego i granulometrycznego mieszaniny odpadów, sposobu formowania lub prasowania, a także wielkości i rodzaju produktu.

W procesie spiekania wsad początkowy (formowany lub prasowany) stanowi niestabilny termodynamicznie układ rozproszony z dużym zapasem darmowej energii.

Proces spiekania można z grubsza podzielić na trzy etapy.

W pierwszym etapie siłą napędową jest nadmiar swobodnej energii powierzchniowej drobnych cząstek, który pod wpływem powstałego ciśnienia ma tendencję do ściskania przedmiotu obrabianego i zmniejszania jego powierzchni swobodnej. Cząstki przesuwają się wzdłuż granic ziaren, co prowadzi do zagęszczenia przedmiotu obrabianego i jego skurczu.

Drugi etap polega na wypalaniu cząstek w miejscach styku powstałych w pierwszym etapie. Podczas wypalania styki między cząsteczkami rozszerzają się, a kształt i wielkość porów stale się zmieniają. O kinetyce tego procesu decyduje prędkość lepkiego przepływu ośrodka, w którym znajdują się pory. Na tym etapie o lepkim przepływie ośrodka decyduje mechanizm powierzchniowej dyfuzji atomów wzdłuż powierzchni spiekających się cząstek do obszaru przesmyku kontaktowego.

W trzecim etapie w spiekanej masie pozostają jedynie zamknięte, izolowane pory i dalsze zagęszczanie możliwe jest jedynie poprzez zmniejszenie ich liczby i objętości (proces gojenia). Ostatni etap spiekania jest najdłuższy.

Proces pirolizy stosowany jest w przetwórstwie odpadów drzewnych, tworzyw sztucznych, wyrobów gumowych, odpadów stałych oraz osadów rafineryjnych i jest procesem rozkładu odpadów drzewnych i innych materiałów roślinnych po ich podgrzaniu do temperatury 450-1050°C bez dostępu powietrza. W wyniku tego powstają produkty gazowe i ciekłe, a także węgiel stały.

reszta natywna ( węgiel drzewny przy obróbce drewna, sadzy przy recyklingu opon).

W zależności od temperatury ogrzewania instalacje do pirolizy dzielą się na niskotemperaturowe (450-500°C), charakteryzujące się minimalną wydajnością gazu, maksymalną ilością żywic, olejów i pozostałości stałych; średniotemperaturowa (do 800°C) ze zwiększoną wydajnością gazu pirolitycznego i zmniejszoną wydajnością żywic i olejów; w wysokiej temperaturze (ponad 800°C) przy maksymalnej wydajności gazu i minimalnej ilości produktów smolistych.

Wysoka temperatura intensyfikuje utylizację odpadów. Szybkość reakcji rośnie wykładniczo wraz ze wzrostem temperatury, a straty ciepła rosną liniowo. W tym przypadku następuje pełniejsze uwolnienie lotnych produktów i zmniejszenie objętości powstałej stałej pozostałości. Podczas pirolizy zakres temperatur 1050-1400°C jest niepożądany, gdyż prowadzi do powstawania żużli, szczególnie w odpadach stałych.

Proces pirolizy prowadzony jest w piecach wsadowych lub ciągłe działanie różne konstrukcje (komorowe, tunelowe, szybowe, z warstwami ruchomymi) z ogrzewaniem zewnętrznym i wewnętrznym. W początkowej fazie wraz ze wzrostem temperatury zachodzą procesy endotermiczne. Podgrzewając drewno lub inne odpady roślinne do temperatury 150°C, usuwa się wilgoć, a w temperaturach 170-270°C tworzą się gazy CO i CO2 oraz niewielkie ilości alkoholu metylowego i kwasu octowego. W temperaturze 270-280°C rozpoczynają się przemiany egzotermiczne. Zmniejsza się wydajność gazów nieskraplających się, takich jak CO i CO 2, a jednocześnie wydajność innych substancji gazowych i parowych (CH 4, C 2 H 4, H 2), a także alkoholu metylowego i kwasu octowego , wzrasta. Na szybkość procesu wpływa wielkość przetwarzanych odpadów, ich wilgotność i temperatura.

Gazy opuszczające piec są schładzane i oddzielane są od nich cenne składniki. Powstały węgiel drzewny wykorzystuje się do produkcji węgli aktywnych, czarnych proszków i innych procesów.

Kwestia wykończenia stali hartowanej została rozwiązana w nowoczesna produkcja głównie poprzez obróbkę ścierną. Do niedawna było to spowodowane różnym poziomem wyposażenia do szlifowania i obróbki ostrzy. Tokarki nie mogły zagwarantować takiej samej dokładności, jaką osiągnięto na szlifierki. Ale teraz nowoczesne maszyny Maszyny CNC posiadają wystarczającą dokładność ruchu i sztywność, dlatego w wielu gałęziach przemysłu udział toczenia i frezowania materiałów twardych stale rośnie. Toczenie hartowanych detali stosowane jest w przemyśle motoryzacyjnym od połowy lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku, jednak dziś rozpoczyna się nowa era w tego typu obróbce.

Półfabrykaty poddane obróbce cieplnej

Wiele części stalowych wymaga obróbki cieplnej lub hartowania powierzchniowego, aby uzyskać dodatkową odporność na zużycie i zdolność wytrzymywania znacznych obciążeń. Niestety wysoka twardość negatywnie wpływa na skrawalność takich części. Części przekładni oraz różne wały i osie są typowymi częściami hartowanymi przetwarzanymi poprzez toczenie; matryce i formy poddawane są hartowaniu. Części poddane obróbce cieplnej - elementy toczne z reguły wymagają obróbki wykańczającej i wykańczającej, która usuwa błędy kształtu i zapewnia wymaganą dokładność i jakość powierzchni. Jeśli chodzi o części matryc i form, obecnie panuje tendencja do obróbki ich w stanie hartowanym już na etapie obróbki zgrubnej. Prowadzi to do znacznego skrócenia czasu produkcji matryc.

Obróbka materiałów twardych

Obróbka części po obróbce cieplnej to zagadnienie wymagające elastycznego podejścia. Wachlarz rozwiązań uzależniony jest od rodzaju materiału narzędziowego wybranego do obróbki. W przypadku narzędzia zdolność do obróbki twardych materiałów oznacza wysoką odporność cieplną, wysoką obojętność chemiczną i odporność na zużycie ścierne. Takie wymagania dotyczące materiału narzędzia są określone przez sam proces przetwarzania. Podczas cięcia twardych materiałów krawędź tnąca jest narażona na działanie wysokie ciśnienie krwi, któremu towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła. Wysokie temperatury wspomagają ten proces, prowadząc do zmiękczania wiórów, zmniejszając w ten sposób siły skrawania, ale mają negatywny wpływ na narzędzie. Dlatego nie wszystkie materiały narzędziowe nadają się do obróbki części poddanych obróbce cieplnej.

Stopy węglików służą do obróbki materiałów o twardości do 40HRc. W tym celu zalecane są drobnoziarniste stopy węglika o ostrej krawędzi skrawającej, które charakteryzują się dużą odpornością na zużycie ścierne oraz charakteryzują się dużą wytrzymałością cieplną i odpornością na odkształcenia plastyczne. Te właściwości mają niepowlekane gatunki węglików, takie jak H13A firmy Sandvik Coromant. Ale stopy z powłokami odpornymi na zużycie do wykańczania i zastosowań P05 i K05, na przykład GC4015, GC3005, można również z powodzeniem stosować.

Najbardziej niewygodnym przedmiotem do cięcia jest przedmiot o twardości 40…50HRc. Podczas pracy w tym zakresie twarde stopy nie są już zadowalające pod względem odporności cieplnej. Jednocześnie CBN i ceramika szybko się zużywają, ponieważ Ze względu na niewystarczającą twardość obrabianego materiału na przedniej powierzchni narzędzia tworzą się naloty, które w przypadku złamania powodują odpryski krawędzi skrawającej. Dlatego też problem doboru materiału narzędziowego do pracy w tym zakresie twardości rozwiązano na podstawie względów ekonomicznych. W zależności od produkcji seryjnej trzeba się pogodzić z niską produktywnością i dokładnością wymiarową podczas pracy twardy stop lub wydajniejszą pracę z ceramiką i CBN, ale z ryzykiem pęknięcia płytki.

Przy wyższej twardości 50-70 HRs wybór wyraźnie skłania się w stronę obróbki narzędziem z częścią tnącą wykonaną z ceramiki lub sześciennego azotku boru. Ceramika umożliwia nawet obróbkę przerywaną, ale zapewnia nieco większą chropowatość powierzchni niż CBN. Podczas obróbki CBN można osiągnąć chropowatość do 0,3Ra, podczas gdy ceramika daje chropowatość powierzchni 0,6Ra. Wyjaśnia to różne wzorce zużycia materiału narzędzia: CBN w normalnych warunkach wykazuje równomierne zużycie wzdłuż tylnej powierzchni, a na ceramice tworzą się mikroodpryski. Dzięki temu CBN utrzymuje ciągłą linię krawędzi skrawającej, co pozwala na uzyskanie lepszych wartości chropowatości powierzchni obrabianej. Warunki skrawania podczas obróbki materiałów hartowanych różnią się w dość szerokim zakresie. Zależy to od materiału przedmiotu obrabianego, warunków obróbki i wymaganej jakości powierzchni. Podczas obróbki przedmiotu o twardości 60HRc przy użyciu nowych gatunków sześciennego azotku boru SV7020 lub SV7050, prędkość skrawania może osiągnąć 200 m/min. CB7020 zalecany jest do obróbki wykańczającej skrawaniem ciągłym, natomiast CB7050 do obróbki wykańczającej materiałów poddanych obróbce cieplnej w niesprzyjających warunkach tj. z ciosami. Płyty tych marek produkowane są z cienką powłoką azotku tytanu. Według Sandvik Coromant rozwiązanie to znacznie ułatwia kontrolę zużycia płytki. Firma produkuje również płyty wykonane z podobnych gatunków sześciennego azotku boru CB20 i CB50, ale bez powłoki.

Do obróbki stali hartowanych powszechnie stosuje się różne gatunki ceramiki. Sandvik Coromant produkuje obecnie wszystkie rodzaje ceramiki i aktywnie rozwija nowe marki. Ceramika tlenkowa CC 620 produkowana jest na bazie tlenku glinu z niewielkimi dodatkami tlenku cyrkonu w celu zwiększenia wytrzymałości. Ma najwyższą odporność na zużycie, ale można go tylko używać dobre warunki ze względu na niską wytrzymałość i przewodność cieplną. Bardziej wszechstronna jest ceramika mieszana CC650 na bazie tlenku glinu z dodatkami węglika krzemu. Ma wyższą wytrzymałość i dobrą przewodność cieplną, co pozwala na jego stosowanie nawet w obróbce przerywanej. Największą wytrzymałość posiada tzw. ceramika wąsowata CC670. Który obejmuje również węglik krzemu, ale w postaci długich włókien krystalicznych, które wnikają w materiał bazowy. Głównym obszarem zastosowania tej marki ceramiki jest obróbka żaroodpornych stopów na bazie niklu, jednak ze względu na dużą wytrzymałość wykorzystywana jest również do obróbki stali hartowanej w niesprzyjających warunkach. Warunki skrawania przy zastosowaniu płytek ceramicznych, a także w przypadku regularnego azotku boru są bardzo zróżnicowane. Wyjaśnia to w większym stopniu nie różnice we właściwościach materiału narzędzia, ale różnorodność warunków przetwarzania, gdy w strefie skrawania osiąga się wystarczające ogrzewanie i odpowiednio zmniejszenie wysiłku i zużycia. Zazwyczaj optymalna prędkość skrawania mieści się w przedziale 50-200 m/min. Co więcej, zmniejszenie prędkości skrawania niekoniecznie prowadzi do wzrostu trwałości, jak ma to miejsce w przypadku twardego stopu.

Nowe funkcje

Produktywność w obróbce materiałów hartowanych dotychczas osiągano poprzez zmiany w konstrukcji narzędzi i ulepszenia sprzętu. Obecnie nowe materiały narzędziowe umożliwiają pracę z dużymi prędkościami, a geometria części skrawającej umożliwia osiągnięcie wysokich posuwów roboczych. Ponadto możliwość obróbki części w jednym mocowaniu podczas toczenia lub frezowania zapewnia znaczną redukcję czasu pomocniczego.

Wielkość posuwu zależy od geometrii ostrza narzędzia skrawającego. W przypadku narzędzi z końcówką promieniową posuw jest ściśle powiązany z wymogiem zapewnienia danej jakości powierzchni. Typowa wartość posuwu wynosi 0,05…0,2 mm/obr. Ale teraz na rynku pojawiły się płytki zwane Wipersami, które pozwalają je zwiększyć. Podczas obróbki takimi płytami wartość posuwu można w praktyce podwoić, bez wpływu na jakość powierzchni. Efekt Wiper występuje poprzez modyfikację końcówki płytki i utworzenie specjalnej krawędzi skrawającej Wiper o dużym promieniu, która jest przedłużeniem głównego promienia zaokrąglenia. Czyszcząca krawędź skrawająca zapewnia minimalny pomocniczy kąt przystawienia podczas pracy płytki, co pozwala na zwiększenie posuwu roboczego bez utraty jakości obrabianej powierzchni. Zwiększając posuw, droga skrawania zmniejsza się o połowę, a co za tym idzie, zmniejsza się zużycie płytki. Rewolucyjny charakter tego rozwiązania polega na tym, że zwiększoną produktywność osiąga się jednocześnie ze wzrostem trwałości narzędzia.

Płytki Wiper zostały po raz pierwszy wprowadzone przez firmę Sandvik Coromant i obecnie stają się coraz bardziej powszechne. Zatem dla płyt wykonanych z CBN i ceramiki istnieją już dwa warianty geometrii Wiper. Geometria WH to główna geometria pozwalająca osiągnąć maksymalne osiągi. Dodatkowa geometria WG zapewnia niskie siły skrawania i jest stosowana do obróbki z dużymi prędkościami przy wysokich wymaganiach dotyczących jakości obrabianej powierzchni.

Płytki CBN i ceramiczne Wiper zapewniają obróbkę wykańczającą i wykończeniowy hartowanych materiałów na nowy poziom wydajności.

Główne zalety toczenia materiałów hartowanych:
wysoka produktywność dzięki dużym prędkościom skrawania i skróconemu czasowi pomocniczemu;
duża elastyczność stosowania;
proces jest prostszy niż szlifowanie;
brak oparzeń;
minimalne wypaczenie przedmiotu obrabianego;
dodatkowy wzrost produktywności dzięki wysokim posuwom przy zastosowaniu płytek Wiper;
możliwość ujednolicenia sprzętu w celu pełnego przetworzenia części;
bezpieczny i przyjazny dla środowiska proces przetwarzania.

Zaawansowany technologicznie i złożony proces, który wymaga specjalnego sprzętu i specjalnych narzędzi. Wynika to z faktu, że stopy tego typu charakteryzują się dużą elastycznością i wytrzymałością, a co za tym idzie, są bardzo odporne na cięcie, wiercenie, szlifowanie itp. obróbka mechaniczna. Co więcej, jakość odpowiedniego procesu w dużej mierze zależy od właściwości metalu i prawidłowego doboru narzędzi skrawających.

Cechy twardych stopów

Do metali trudnoobrabialnych zalicza się stale i stopy żaroodporne oraz nierdzewne. Materiały te są solidnym rozwiązaniem klasy austenitycznej, dzięki czemu posiadają takie cechy jak wysoka odporność na korozję, zdolność do długotrwałej pracy w stanie naprężonym oraz odporność na zniszczenia chemiczne. Ponadto niektóre rodzaje tych metali mają strukturę silnie rozproszoną. Z tego powodu proces przesuwania praktycznie nie występuje.

Przetwarzanie staje się również bardziej skomplikowane z następujących powodów:

• podczas cięcia materiał jest wzmacniany;
• stopy tego rodzaju mają niską przewodność cieplną, dlatego część stykowa przedmiotu obrabianego i narzędzia zaczynają się osadzać;
• pierwotna wytrzymałość zostaje zachowana nawet w bardzo wysokich temperaturach;
• wysoka zdolność ścierna stopów prowadzi do powstawania wtrąceń, które negatywnie wpływają na narzędzie;
• O odporności metali na wibracje decyduje nierównomierny przebieg procesu skrawania, co powoduje, że nie będzie możliwe uzyskanie pożądanej jakości obróbki.

Wybór narzędzia

Aby uniknąć wszystkich opisanych powyżej problemów i przeprowadzić wysokiej jakości obróbkę twardych stopów, należy najpierw wybrać odpowiednie narzędzie. Musi być wykonany z metalu, który ma wyższe właściwości skrawające niż przedmiot obrabiany. Co więcej, za obróbka wstępna Eksperci zalecają stosowanie frezów węglikowych, a do wykańczania - frezów szybkobieżnych. Do tych ostatnich zaliczają się gatunki stali R14F4, R10K5F5, R9F5, R9K9.

Do wykonania narzędzi z węglików spiekanych stosuje się trzy rodzaje stopów:

• T30K4, T15K6, VKZ - odporne na zużycie;
• T5K7, T5K10 - mają wysoką lepkość;
• VK6A, VK8 - niewrażliwe na uderzenia, mają najmniejszą odporność na zużycie.

Aby wzmocnić narzędzia i poprawić ich właściwości użytkowe, stosuje się dodatkowo drugą warstwę węglika metalu, cyjanizację, chromowanie i napawanie.

płyn chłodzący

Właściwy dobór chłodziw i sposobu ich stosowania - nie mniej ważny proces w przypadku konieczności obróbki twardych stopów. Do wiercenia eksperci zalecają stosowanie materiałów na bazie minerałów. Szczególnie zwiększają produktywność podczas pracy z tytanem, z którym bardzo trudno jest pracować. Półsyntetyczny płyn chłodzący nadaje się do toczenia stali stopowych; do honowania i szlifowania żeliwa - ciecz niezawierająca olejów mineralnych. Istnieją również materiały uniwersalne, które są bardzo przydatne w przypadku, gdy charakter obróbki metali stale się zmienia.

Za najbardziej optymalną metodę dostarczania chłodziwa podczas pracy z twardymi metalami uważa się wysokie ciśnienie, w którym ciecz dostarczana jest cienkim strumieniem na tylną ściankę narzędzia. Nie mniej skuteczne jest natryskiwanie cieczy i chłodzenie dwutlenkiem węgla. Wszystko to pozwala zwiększyć trwałość narzędzia i poprawić jakość obróbki.

Wymagania sprzętowe

Sprzęt do przetwarzania metale twarde uderzająco różni się od standardowych maszyn. Podobne modele różnią się:

• zwiększona sztywność wszystkich mechanizmów;
• odporność na wibracje;
• duża moc;
• obecność kanałów do usuwania wiórów;
• specjalne miejsca do lądowania do mocowania krótkich narzędzi.

Wybór zestawu narzędzi ściernych

Wiązanie określa wytrzymałość i twardość narzędzia i ma wielki wpływ na tryby, produktywność i jakość przetwarzania. Spoiwa mogą być nieorganiczne (ceramiczne) i organiczne (bakelit, wulkanit).
Spoiwo ceramiczne ma wysoką ognioodporność, wodoodporność, odporność chemiczną, dobrze zachowuje profil krawędzi roboczej koła, ale jest wrażliwy na obciążenia udarowe i zginające. Narzędzia o spoiwie ceramicznym stosowane są do wszystkich rodzajów szlifowania z wyjątkiem obróbki zgrubnej (ze względu na kruchość spoiwa): do wycinania i wycinania wąskich rowków, szlifowania na płasko rowków pierścieni łożysk kulkowych. Narzędzie o spoiwie ceramicznym dobrze zachowuje swój profil, ma dużą porowatość i dobrze odprowadza ciepło.
WIĄZANIE BAKELITOWE ma wyższą wytrzymałość i elastyczność niż ceramika. Istnieje możliwość wykonania narzędzia ściernego na spoiwie bakelitowym różne formy i rozmiarach, w tym bardzo cienkich - do 0,5 mm do prac dłutarskich. Wadą spoiwa bakelitowego jest jego niska odporność na działanie chłodziw zawierających roztwory alkaliczne. W przypadku stosowania spoiwa bakelitowego płyn chłodzący nie powinien zawierać więcej niż 1,5% alkaliów. Spoiwo bakelitowe ma słabszą przyczepność do ziarna ściernego niż spoiwo ceramiczne, dlatego narzędzia oparte na tym spoiwie znajdują szerokie zastosowanie w operacjach szlifowania powierzchni, gdzie konieczne jest samoostrzenie ściernicy. Narzędzia o spoiwie bakelitowym przeznaczone są do zgrubnej obróbki ręcznej oraz na ścianach podwieszanych: szlifowania płaskiego czubkiem koła, wycinania i wycinania rowków, ostrzenia narzędzi, przy obróbce cienkich wyrobów, gdzie niebezpieczne są oparzenia. Spoiwo bakelitu ma działanie polerujące.

Wybór marki materiału ściernego

Materiały ścierne(franc. abrasif – szlifowanie, od łac. abradere – skrobanie) – są to materiały o dużej twardości i stosowane do obróbki powierzchni różne materiały. stosowane w procesach szlifowania, ostrzenia, polerowania, cięcia materiałów i znajdują szerokie zastosowanie w produkcja zaopatrzeniowa i wykańczanie różnych materiałów metalicznych i niemetalowych. Naturalne materiały ścierne - krzemień, szmergiel, pumeks, korund, granat, diament i inne. Sztuczne: elektrokorund, węglik krzemu, borazon, elbor, diament syntetyczny i inne.

ELEKTROKORUND NORMALNY

Posiada doskonałą odporność cieplną, wysoką przyczepność wiązania, wytrzymałość mechaniczną ziaren oraz znaczną lepkość, co jest istotne przy operacjach ze zmiennymi obciążeniami. Przetwarzanie materiałów o dużej wytrzymałości na rozciąganie. Jest to ściąganie odlewów stalowych, drutów, wyrobów walcowanych, żeliwa o wysokiej wytrzymałości i bielonego, żeliwa ciągliwego, półwykończeniowa różnych części maszyn wykonanych ze stali węglowych i stopowych w stanie niehartowanym; i utwardzonej, brąz manganowy, stopy niklu i aluminium. 25A

ELEKTROKORUND BIAŁY

Pod względem fizycznym i skład chemiczny bardziej jednorodny, ma wyższą twardość, ostre krawędzie, dobrze się samoostrzy, lepiej eliminuje chropowatość obrabianej powierzchni w porównaniu do zwykłego elektrokorundu. Obróbka części hartowanych ze stali węglowej, szybkotnącej i nierdzewnej, powierzchni chromowanych i azotowanych. Obróbka cienkich części i narzędzi, ostrzenie, szlifowanie płaskie, wewnętrzne, profilowe i wykańczające. 38A

ELEKTROKORUND CYRKON

Drobnokrystaliczny, gęsty i trwały materiał. Trwałość narzędzia podczas operacji zgrubnych jest 10-40 razy większa niż w przypadku podobnego narzędzia wykonanego ze zwykłego tlenku glinu. Szlifowanie zgrubne elementów stalowych przy dużych prędkościach, posuwie i sile mocowania. Mocne szlifowanie zgrubne elementów stalowych. 54C

WĘGLIK KRZEMU CZARNY

Ma wysoką twardość, zdolność ścierania i kruchość. Ziarna mają postać cienkich płytek, co zwiększa ich kruchość w obróbce. Obróbka twardych materiałów o małej wytrzymałości na rozciąganie (odlewy z żeliwa, brązu i mosiądzu, stopy twarde, kamienie szlachetne, szkło, marmur, grafit, porcelana, twarda guma, kości itp.), a także materiałów bardzo lepkich (stale żaroodporne, stopy, miedź, aluminium, guma). 63C

WĘGLIK KRZEMU ZIELONY

Różni się od czarnego węglika krzemu zwiększoną twardością, zdolnością ścierną i kruchością. Do obróbki części z żeliwa, metali nieżelaznych, granitu, marmuru, twardych stopów, obróbki tytanu, twardych stopów tytanu i tantalu, honowania, prac wykończeniowych części wykonanych z żeliwo szare, azotowane i stal łożyskowa. 95A

ELEKTROKORUND CHROM-TYTAN

Ma wyższą wytrzymałość mechaniczną i zdolność ścierną w porównaniu do zwykłego elektrokorundu

Szlifowanie zgrubne z dużą wydajnością usuwania metalu

Wybór ziarnistości narzędzia

Szlifowanie wykańczające, wykańczanie twardych stopów, wykańczanie narzędzi skrawających, detali stalowych, ostrzenie cienkich ostrzy, honowanie wstępne.

Stosowane są narzędzia gruboziarniste:
— podczas obróbki zgrubnej i wstępnej przy dużych głębokościach skrawania, gdy usuwane są duże naddatki;
— podczas pracy na maszynach o dużej mocy i sztywności;
- przy obróbce materiałów powodujących zapełnienie porów koła i zatłuszczenie jego powierzchni, np. przy obróbce mosiądzu, miedzi i aluminium;
- przy dużej powierzchni styku ściernicy z obrabianym przedmiotem, np. przy stosowaniu ściernic wysokich, przy szlifowaniu płaskim czubkiem ściernicy, przy szlifowaniu wewnętrznym.
Stosowane są narzędzia średnio i drobnoziarniste:
- w celu uzyskania chropowatości powierzchni 0,320-0,080 mikrona;
— przy obróbce stali hartowanych i twardych stopów;
— podczas końcowego szlifowania, ostrzenia i wykańczania narzędzi;
- przy wysokich wymaganiach dotyczących dokładności profilu obrabianej części.
W miarę zmniejszania się wielkości ziaren ściernych wzrasta ich zdolność skrawna na skutek zwiększenia liczby ziaren na jednostkę powierzchni roboczej, zmniejszenia promienia zaokrąglenia ziaren oraz mniejszego zużycia poszczególnych ziaren. Zmniejszenie wielkości ziaren prowadzi do znacznego zmniejszenia porów ściernicy, co wiąże się z koniecznością zmniejszenia głębokości szlifowania i ilości naddatku usuwanego w trakcie operacji. Im drobniejsze ziarna ścierne w narzędziu, tym mniej materiału jest usuwane z przedmiotu obrabianego w jednostce czasu. Jednakże narzędzia drobnoziarniste mają mniejszą zdolność samoostrzenia w porównaniu do narzędzi gruboziarnistych, w wyniku czego szybciej stają się matowe i tłuste. Racjonalne połączenie sposobu obróbki, obciągania narzędzi i wielkości ziarna pozwala na uzyskanie dużej precyzji i doskonałej jakości powierzchni.

Wybór twardości narzędzia

O, P, Q Szlifowanie profili, obróbka nieciągłych powierzchni, honowanie i szlifowanie gwintów części o grubej podziałce. PrzeciętnyM-N Szlifowanie płaskie za pomocą segmentów i tarcz pierścieniowych, honowanie i szlifowanie gwintów za pomocą ściernic ze spoiwem bakelitowym. Średnio miękkiK-L Szlifowanie wykańczające i łączone powierzchni walcowych, zewnętrzne bezkłowe i wewnętrzne, szlifowanie płaskie, szlifowanie gwintów, ostrzenie narzędzi skrawających. MiękkiH-F Ostrzenie i wykańczanie narzędzi skrawających wyposażonych w węgliki, szlifowanie trudnoobrabialnych stopów specjalnych, polerowanie.

Twardość narzędzia w dużej mierze decyduje o wydajności pracy podczas obróbki i jakości przetwarzanego produktu.
Ziarna ścierne, gdy stają się matowe, należy odnawiać poprzez odpryskiwanie i odpryskiwanie cząstek. Jeśli tarcza jest zbyt twarda, spoiwo nadal utrzymuje ziarna, które stały się matowe i utraciły zdolność cięcia. Jednocześnie na pracę zużywa się dużo energii, produkty nagrzewają się, mogą się wypaczać, na powierzchni pojawiają się ślady przecięć, zadrapań, przypaleń i innych wad. Jeśli tarcza jest zbyt miękka, ziarna, które nie utraciły właściwości skrawających, ulegają wykruszeniu, tarcza traci swój prawidłowy kształt, zwiększa się jej zużycie, co utrudnia uzyskanie części o wymaganej wielkości i kształcie. W trakcie obróbki pojawiają się drgania i wymagana jest częstsza edycja koła. Dlatego należy odpowiedzialnie podejść do wyboru twardości narzędzia ściernego i wziąć pod uwagę charakterystykę przedmiotu obrabianego.