Каждый материал, будь то алюминий, чугун, нержавеющая сталь или прочный и лёгкий титан, обладает уникальным набором физических свойств: твёрдостью, пластичностью, теплопроводностью. Именно от них зависит как себя ведёт металл при обработке.
Неверно подобранные режимы резания — приводят к преждевременному износу и поломке оснастки, перегрузкам узлов станка и, в итоге, к простоям оборудования. Поэтому важно понимание фундаментальных различий в поведении материалов, что является ключом к эффективной, предсказуемой и безаварийной работе.
Обработка стали
Из этого материала изготавливается большинство заготовок, с которыми работает токарь. Углеродистые конструкционные марки, от пластичной Ст3 до более прочной Ст45, являются своего рода стандартом в металлообработке. Их отличает предсказуемость поведения, что позволяет применять достаточно высокие скорости резания и подачи без риска повредить заготовку. Образующаяся при этом стружка легко отводится из зоны резания, а для работы обычно достаточно универсальных твёрдосплавных пластин.
Картина серьёзно меняется при переходе к легированным сталям, таким как хромистая 40Х или комплексная хромокремнемарганцовая 30ХГСА. Присутствие в их составе хрома, марганца и других элементов значительно повышает прочность, твёрдость и вязкость материала. Скорости резания приходится существенно снижать, чтобы избежать перегрева и износа режущей кромки. Обязательным условием становится частое применение смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для эффективного отвода тепла. Инструмент также подбирается из более износостойких марок твёрдого сплава, способных выдерживать повышенные механические и термические нагрузки.
Нержавеющая сталь
Главная сложность здесь кроется в уникальном сочетании свойств этого материала: высокой вязкости, которая делает стружку тягучей, низкой теплопроводности, из-за чего всё тепло концентрируется на режущей кромке, и склонности к наклёпу.
Прежде всего нужно правильно выбрать инструмент и режимы резания. Резец должен быть исключительно острым, с положительной передней геометрией, чтобы именно срезать материал, а не продавливать его. Скорости резания необходимо снижать, однако подача, напротив, должна быть уверенной и, что крайне важно, непрерывной. Любая пауза мгновенно создаёт упрочнённый слой, который последующий проход резца уже не сможет обработать, что приведёт к его сильному износу. Поэтому частое применение СОЖ – строгая необходимость для отвода тепла. Отдельная задача — справиться с характерной длинной стружкой. Эффективнее всего будут пластины со специальными стружколомами, которые дробят стружку.
Алюминий и его сплавы
Основная трудность при механической обработке алюминия — его высокая пластичность и склонность к налипанию (адгезии), что вызывает образование нароста на режущей кромке инструмента.
В то же время высокая теплопроводность металла обеспечивает эффективный отвод тепла из зоны резания. Это свойство обладает решающим значением при работе на высоких скоростях: материал не успевает привариться к инструменту, срез получается чистым, а качество обработанной поверхности — высоким. Для алюминия применяют специальные твердосплавные пластины с очень острой режущей кромкой.
При сложных задачах помогает подача смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) под высоким давлением. Эмульсия не только охлаждает зону резания, но и буквально вымывает стружку, не позволяя ей скапливаться. При этом сам состав СОЖ должен быть подобран тщательно: многие универсальные эмульсии могут вступать в реакцию с алюминием, оставляя на его блестящей поверхности неустранимые тёмные пятна.
Медь, латунь, бронза
При обработке медных сплавов ошибочно полагать, что их общая основа гарантирует схожее поведение материала. Разница между точением латуни и вязкой меди достаточно значительна.
Латунь, особенно свинцовистая марка вроде ЛС59-1, по праву считается эталоном обрабатываемости. Секрет кроется в структуре: микроскопические включения свинца действуют как внутренний стружколом. В результате при резании образуется короткая, сегментированная и сыпучая стружка, которая легко удаляется из зоны обработки и не представляет никакой опасности. Это позволяет работать на высоких скоростях, получая превосходное качество поверхности без лишних усилий. Требования к СОЖ здесь минимальны; зачастую такие латуни можно эффективно обрабатывать даже без эмульсии, что упрощает и удешевляет процесс.
Бронза — материал с совершенно другим свойствами. Будь то алюминиевая бронза, как БрАЖ9-4, или оловянная, как БрОЦС5-5-5, она значительно прочнее латуни. Легирующие элементы, придающие ей прочность и коррозионную стойкость, одновременно становятся причиной значительного износа режущего инструмента. Поэтому стратегия обработки здесь серьёзно меняется: скорости резания приходится снижать, а к выбору твёрдосплавных пластин подходить более вдумчиво, отдавая предпочтение износостойким маркам с прочной кромкой. Стружка у бронзы уже не такая хрупкая, она становится более вязкой, требуя внимания к геометрии инструмента для её качественного дробления.
Чистая медь отличается сильной склонностью к налипанию и способна за считаные секунды испортить и инструмент, и деталь, приводя к образованию нароста на кромке. Здесь важен очень точный подход. Применение инструмента с предельно острой режущей кромкой и большим положительным передним углом. Такой резец не сминает и не продавливает металл, а именно подрезает его, минимизируя деформацию. Охлаждение здесь абсолютно необходимо, причём СОЖ выполняет не только функцию теплоотвода, но также предотвращает адгезию. Важно подобрать правильный режим: нужно найти тот баланс между скоростью и подачей, при котором стружка формируется плавно, не налипая на инструмент и оставляя за собой зеркальную поверхность.
Титан и жаропрочные сплавы
Обработка титановых и жаропрочных сплавов на основе никеля, таких как Инконель, — это задача, которая безошибочно отделяет опытного специалиста от новичка. Эти материалы, незаменимые в аэрокосмической отрасли и медицине, обладают уникальным набором свойств.
Ключевая проблема кроется в их очень низкой теплопроводности. В отличие от стали или алюминия, которые эффективно отводят тепло, титан «запирает» всю тепловую энергию в крошечной зоне резания. В результате режущая кромка инструмента мгновенно раскаляется до критических температур. При таком нагреве титан буквально приваривается к резцу, что вызывает значительный износ инструмента.
Основное правило при обработке данного материала — применение низких скоростей резания. Это единственно верный способ удержать температуру под контролем. Однако эту медлительность необходимо компенсировать уверенной, высокой подачей.
Также нужна подача смазочно-охлаждающей жидкости под высоким давлением. Так можно бороться с ещё одной проблемой — способностью тонкой титановой стружки к самовозгоранию. Контроль за её количеством является неотъемлемой частью техники безопасности.
Сам инструмент должен сочетать острую геометрию для снижения усилий резания и высочайшую прочность кромки, чтобы противостоять огромным нагрузкам. Это достигается за счёт применения специальных мелкозернистых твёрдых сплавов и износостойких покрытий. Не менее важна и абсолютная жёсткость всей системы «станок-оснастка-инструмент». Малейшие вибрации приводят к микроударам, мгновенному наклёпу и, как следствие, к поломке инструмента. Поэтому обработка титана — всегда работа на пределе возможностей оборудования, требующая безупречного контроля.