Обработка чугуна на токарном станке

Технология обработки чугуна на станках с ЧПУ

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Для изготовления сложных и объемных деталей с множеством пазов, плоскостей – часто используют чугун. Ведь именно он обладает требуемой прочностью и свойствами, которые необходимы для изготовления ключевых деталей, таких как, например, станины станков. Обработка чугуна может вестись и на станках с ЧПУ.

Виды чугуна

Чугун по своей классификации может быть следующих видов: белый, серый и с шаровидным графитом.

Но также, можно еще выделить несколько видов, которые были приняты не так давно: высокопрочный чугун с изотермическим отжигом и чугун с вермикулярным графитом.

Материал на станках следует обрабатывать, учитывая прочность и вид обрабатываемого чугуна. Допустим, серый чугун – один из самых используемых и недорогих. В своем составе имеет пластинчатые частицы графит, а, следовательно, весьма хороши амортизирующие свойства. И такой чугун кстати для изготовления деталей двигателя. Серый чугун один из самых хорошо обрабатываемых.

А вот вермикулярный чугун содержит включения графита червеобразной формы. Благодаря этому, является прочнее и легче серого чугуна. Из такого вида чугуна в основном изготавливают детали, на которые будут действовать механические и тепловые нагрузки.

Чугун с шаровидным графитом состоит из включений графита, имеющих сфероидальную форму. Данный вид чугуна обладает рядом полезных свойств: высокая пластичность, хорошая усталостная прочность, износостойкость.

Если говорить о том, какой чугун сложнее всего обрабатывать, то естественно, на ум приходит закаленный ковкий чугун. Несмотря на то, что ввиду сложной термообработке, имеет хорошую усталостную прочность, износостойкость и удлинение до разрушения, имеется ряд недостатков: большая прочность и упругость – как следствие низкая обрабатываемость чугуна.

Токарная обработка чугуна

Токарная обработка чугуна должна определять число операций, нужных для достижения поставленной цели.

Вот, если, например, свойства заготовки неизвестны, то как поступать? Обычно, просто включают еще один этап – чистовую обработку (к слову, это влияет на срок обработки продукта). Для сокращения количества операций, необходимо тщательно подбирать инструмент для обработки детали.

Если случилось так, что заготовка в отлитом состоянии не соответствует техническим требованиям, то все равно она подлежит обработке, хоть это и затратно.

Фрезерная обработка чугуна

Допустим, нужно изготовить станину станка из чугуна. С чего начать и как поступать? Очевидно, что с точки зрения экономии, изготовление всей массивной детали с высокой точностью, невыгодно попросту. Именно поэтому, существуют специальные формы невысокой точности, в которые отливают чугун. А вот уже потом, идет выполнение операции обработки фрезерованием, например.

Чугун достаточно легко обрабатывать фрезерованием, так как в его составе имеется графит, который способствует получению рассыпчатой короткой стружки и обладает смазывающим свойством.

Если обработка производится с помощью концевых фрез, то передний угол режущей кромки – отрицательный, либо с небольшим положительным значением.

Также необходимо учесть, что фрезы должны иметь износостойкое покрытие, так как резец фрезы, обычно, при обработке чугуна может претерпевать абразивный износ. Отметим и сложности, возникающие при данном виде обработки чугуна. Как говорилось выше, заготовки часто получаются путем литья, а, значит, при фрезеровании имеются следующие недостатки:

— припуск на отливках неравномерный;

— имеется литейная корка, препятствующая обработке;

— песок, попадающий из литейной формы, способствует износу инструмента.

Для обработки чугуна на станках с ЧПУ необходимо учитывать характерные свойства чугуна, чтобы правильно подобрать инструмент для обработки данного материала и улучшить качество обработки, сократив время на операции.

Механическая обработка чугуна / Machining cast iron

Технология обработки чугуна на станках с ЧПУ

Виды чугуна

Чугун по своей классификации может быть следующих видов: белый, серый и с шаровидным графитом.

Но также, можно еще выделить несколько видов, которые были приняты не так давно: высокопрочный чугун с изотермическим отжигом и чугун с вермикулярным графитом.

Материал на станках следует обрабатывать, учитывая прочность и вид обрабатываемого чугуна. Допустим, серый чугун – один из самых используемых и недорогих. В своем составе имеет пластинчатые частицы графит, а, следовательно, весьма хороши амортизирующие свойства. И такой чугун кстати для изготовления деталей двигателя. Серый чугун один из самых хорошо обрабатываемых.

А вот вермикулярный чугун содержит включения графита червеобразной формы. Благодаря этому, является прочнее и легче серого чугуна. Из такого вида чугуна в основном изготавливают детали, на которые будут действовать механические и тепловые нагрузки.

Чугун с шаровидным графитом состоит из включений графита, имеющих сфероидальную форму. Данный вид чугуна обладает рядом полезных свойств: высокая пластичность, хорошая усталостная прочность, износостойкость.

Если говорить о том, какой чугун сложнее всего обрабатывать, то естественно, на ум приходит закаленный ковкий чугун. Несмотря на то, что ввиду сложной термообработке, имеет хорошую усталостную прочность, износостойкость и удлинение до разрушения, имеется ряд недостатков: большая прочность и упругость – как следствие низкая обрабатываемость чугуна.

Токарная обработка чугуна

Токарная обработка чугуна должна определять число операций, нужных для достижения поставленной цели.

Вот, если, например, свойства заготовки неизвестны, то как поступать? Обычно, просто включают еще один этап – чистовую обработку (к слову, это влияет на срок обработки продукта). Для сокращения количества операций, необходимо тщательно подбирать инструмент для обработки детали.

Если случилось так, что заготовка в отлитом состоянии не соответствует техническим требованиям, то все равно она подлежит обработке, хоть это и затратно.

Фрезерная обработка чугуна

Допустим, нужно изготовить станину станка из чугуна. С чего начать и как поступать? Очевидно, что с точки зрения экономии, изготовление всей массивной детали с высокой точностью, невыгодно попросту. Именно поэтому, существуют специальные формы невысокой точности, в которые отливают чугун. А вот уже потом, идет выполнение операции обработки фрезерованием, например.

Чугун достаточно легко обрабатывать фрезерованием, так как в его составе имеется графит, который способствует получению рассыпчатой короткой стружки и обладает смазывающим свойством.

Если обработка производится с помощью концевых фрез, то передний угол режущей кромки – отрицательный, либо с небольшим положительным значением.

Также необходимо учесть, что фрезы должны иметь износостойкое покрытие, так как резец фрезы, обычно, при обработке чугуна может претерпевать абразивный износ. Отметим и сложности, возникающие при данном виде обработки чугуна. Как говорилось выше, заготовки часто получаются путем литья, а, значит, при фрезеровании имеются следующие недостатки:

— припуск на отливках неравномерный;

— имеется литейная корка, препятствующая обработке;

— песок, попадающий из литейной формы, способствует износу инструмента.

Для обработки чугуна на станках с ЧПУ необходимо учитывать характерные свойства чугуна, чтобы правильно подобрать инструмент для обработки данного материала и улучшить качество обработки, сократив время на операции.

Термическая обработка чугуна

Отжиг при низкой температуре

Для устранения внутренних напряжений и восстановления заготовки из серого чугуна в размерах, используют естественное старение либо отжиг при низких температурах.


Метод естественного старения является непопулярным, поскольку он подразумевает продолжительное выдерживание металла после окончательного охлаждения, которое может составлять 3 – 5 месяцев, а в ряде случаев, и несколько лет. Такой подход определяется тогда, когда отсутствует необходимое оборудование для осуществления отжига.

В наши дни он почти не практикуется, вместо него применяют метод низкотемпературного отжига. Заключается он в том, что отливки после полного застывания складывают в охлажденную печь или в печь, разогретую до 100 – 200 градусов (°С). При этом проводят неспешный нагрев, набирая каждый час по 75 – 100 градусов, пока температура не достигнет 500 – 550 градусов.

После этого металл оставляется на 2 – 5 часа, после чего проводится остуживание до 200 градусов с понижением температуры каждый час на 30 – 50 градусов. Затем проводится охлаждение на открытом воздухе.

Графитизирующий метод отжига

Во время отливания изделий не исключено частичное отбеливание серого чугуна на внешней их части, а иногда затрагивается и все сечение. Для недопущения этого процесса и повышения показателей обрабатываемости чугуна, осуществляется графитизирующий отжиг при высокой температуре с удержанием его при 900 – 950 градусах на протяжении 1 – 4 часов. После следует остуживание до 250 – 300 градусов в печи и перенос процесса охлаждения на открытый воздух. Такой тип отжига позволяет цементиту в отбеленных зонах расщепиться на феррит и графит, после чего белый и чугун, состоящий из смеси переменных пропорций серого и белого, трансформируются в серый чугун.

Упрочняющая термическая обработка заготовок изделия

Такому процессу подвергаются заготовки, имеющие несложные формы с малыми сечениями. Упрочняющая термическая обработка осуществляется с поддержанием температуры 850 – 900 градусов и выдержкой на протяжении 1 – 3 часов. Вслед за этим следует проведение процесса остывания изделий на воздухе. Такие температуры ведут к расщеплению углерода и графита в аустените. В результате воздушного охлаждения основа из металла приобретает структуру трооститного перлита с чуть большей твердостью и улучшенными показателями устойчивости к износу. Процесс упрочнения для серого чугуна практически не используется, чаще прибегают к закалке с отпуском.

Чтобы увеличить прочностные характеристики серого чугуна, прибегают к закалке, производимой путем нагревания его до 850 – 900 градусов с последующим остуживанием в воде. Закалять можно перлитные и ферритные чугуны. Этот процесс позволяет получить твердость HB порядка 450 – 500. Изделия впоследствии приобретают структуру мартенсита с достаточным включением остаточного аустенита и графитового выделения. Отличным способом увеличения прочности и износостойкости серого чугуна считается изометрическая закалка, производимая по принципу закалки стали.

На чугунах высокой прочности, имеющих шаровидный графит, можно применять пламенную и высокочастотную поверхностную закалку. Изделия после данной обработки приобретают большую твердость поверхности, вязкую внутреннюю часть, что дает им возможность выдерживать значительные удары и истирания.

Легированные серые чугуны и магниевые чугуны высокой прочности время от времени подвергаются азотированию. Твердость поверхности после такого процесса составляет HV 600 – 800, при этом получается высокая износостойкость. Очень результативным является процесс сульфидирования чугуна. Кольцо поршня, к примеру, после данного воздействия быстро прирабатывается, не так быстро истирается, а время его эксплуатации может значительно возрастать.

Читайте также  Для чего нужна термообработка стали?

Для устранения напряжений, полученных вследствие закалки, проводится отпуск. Детали, которые в будущем будут испытывать высокие нагрузки на износ, подвергаются отпуску при воздействии температуры 200 – 250 градусов. Над заготовками из чугуна, которые не будут предназначаться для работы при значительных трениях, проводится высокий отпуск при 500 – 600 градусах. Во время такого процесса, у чугунов, которые предварительно прошли закалку, твердость уменьшается не так сильно, как при отпуске сталей. Происходит это из-за того, что состав закаленного чугуна состоит из большого объема остаточного аустенита. Кроме того, влияет наличие немалой доли кремния, усиливающего отпускоустойчивость мартенсита.

Для получения мягкого чугуна применяют белый чугун с отжигом с приблизительным составом: 2,5 – 3,2 % — углерод (C); 0,6 – 0,9 % – кремний (Si); 0,3 – 0,4 % – марганец(Mn); 0,1 – 0,2 % — фосфор (P); 0,06 – 0,1 % – сера.

Выработано два метода отжига на мягкий чугун:

• графитизирующий отжиг при нейтральных условиях, заключающийся в расщеплении цементита на феррит и мелкие частицы графита; • обезуглероживающий отжиг, сопутствующийся окислительными процессами, заключающийся в сжигании углерода.

Получение мягкого чугуна при помощи отжига с применением второго метода требует 5 – 6 суток, из-за чего применяется в основном метод графитизации. Заготовки, после удаления с них песка и фрагментов каналов для заполнения литейных форм, пакуются в металлическую тару или складываются на поддон, после чего проводится отжиг в методических, каменных и иных печах для отжига.

Отжиг заключается в проведении 2-х этапов графитизации. Первый состоит из ровного нагрева отливок до 950 – 1000 градусов с последующим выдерживанием на протяжении 10 – 25 часов, после чего температура снижается до 750 – 720 градусов по 70 – 100 градусов за час. Второй этап заключается в выдержке заготовок при 750 – 720 градусах в течение 15 – 30 часов, со следующим их остуживанием в печи до 500 – 400 градусов. При таких температурных показателях происходит перемещение их на воздух, где проходит окончательное охлаждение. Благодаря такой последовательности в пределах 950 – 1000 градусов происходит расщепление цементита. После проведения такого отжига структура мягкого чугуна приобретает форму зерен феррита с добавлениями гнезд из мелких частиц графита.

Для повышения вязкости, перлитный мягкий чугун подвергается сфероидизации. Для ускорения отжига на мягкий чугун, осуществляют закалку белого чугуна, а после – графитизацию.

Термическое воздействие на мягкий чугун

Для усиления прочностных характеристик и износостойкости, проводят нормализацию мягкого чугуна или закалку с последующим отпуском. Упрочняющая термическая обработка заключается в выдержке чугуна при 850 – 900 градусах на протяжении 1 – 1,5 часов, после чего проводится остуживание на открытом воздухе. Заготовки с увеличенной твердостью подвергаются высокому отпуску при 650 – 680 градусах с 1 – 2 часовым удержанием.

Бывают случаи, когда нужно проведение закалки чугуна для получения усиленной прочности и износостойкости в ущерб пластичности. Температуры применяются те же, что и в процессе нормализации, охлаждение происходит в воде или масле. Отпуск, исходя из потребностей в твердости, проводится чаще всего при 650 – 680 градусах. Ускоренное охлаждение осуществляется сразу вслед за первым этапом графитизации, когда показатели температуры доходят до 850 – 880 градусов, после чего проводится высокий отпуск. Для мягкого чугуна проводится закалка при помощи высокочастотных токов или кислородно-ацетиленовым пламенем. Закалка тормозных колодок по такому методу состоит из нагревания деталей высокочастотными токами до 1000 – 1100 градусов и удержанием на 1 – 2 минуты, после чего проводится ускоренное охлаждение. Строение закаленного слоя включает мартенсит и частицы графита HRC 56 – 60.

Мягкий чугун очень часто используется в машиностроении, различных промышленностях, в сельском хозяйстве и в иных отраслях. Из него делают детали станков. Такому чугуну отдается предпочтение благодаря тому, что он дешевле стали, при этом он имеет отличные механические характеристики и он очень устойчив к коррозии и износу.

Токарная обработка чугуна

Обработка чугуна на токарном станке – сложный технологический процесс, который требует правильного выбора резцов, режима и скорости резания. Для того чтобы токарная обработка чугуна производилась с максимальной эффективностью, важно учитывать вид и состав чугунного сплава.

В области обрабатывания металла по сей день пользуются станками, которые были установлены в советское время. Монолитные станины из чугуна в станках сохранили свою крепость и преумножили ее в ходе естественного старения металла.

Токарный станок – оборудование для обработки резанием (точением) металлических заготовок и других тел вращения. С помощью токарных машин обтачивают чугун и растачивают различные цилиндрические, конические и фасонные детали, нарезают резьбу, подрезают и подвергают обработке торцы, сверлят, зенкеруют отверстия, и т.д.

Как обрабатывают металл при использовании токарной машины?

  1. В шпиндель агрегата для точения устанавливают заготовки, которые вращаются вокруг своей оси.
  2. Точение обрабатываемого элемента происходит путем подвода резца (для обработки металла используют резцы разной формы, материал основы – инструментальная сталь, твердые сплавы, чугун ).
  3. Точение производится с помощью суппорта с закрепленными в нем резцами.
  4. Технология изготовления конечных деталей может быть разной – при точении или обработке могут использовать продольную, поперечную подачу, а также их комбинацию.

Ремонт и модернизация

Любое оборудование в процессе эксплуатации необходимо ремонтировать. То же самое касается промышленных станков для металлообработки. Для восстановления эксплуатационных характеристик единиц техники требуются современные методы ремонта и модернизации. Частота подобных процедур зависит от интенсивности использования техники, условий эксплуатации, выполнения требований производителя, качества предыдущих ремонтных работ.

На процесс ремонта и модернизации также влияет сложность оборудования. В зависимости от технологических особенностей станков, ремонт делится на следующие виды:

  • Малый
  • Средний
  • Капитальный

Первая группа включает частичную разборку узлов. Изношенные и загрязненные механизмы мастер разбирает на части. Оставшиеся детали он проверяет на наличие повреждений, а также промывает специальными составами. Далее происходит смазка подвижных частей, производится замена изношенных деталей (прокладок, и т.д.). В список обязательных процедур входит измерение расстояния между втулками и валиками, регулирование положения подшипников, устранение неисправностей в электрооборудовании. Специалист выявляет участки перегрева и обугливания, тестирует заземление.

Средний уровень ремонта машины для металлообработки начинается с диагностики. Основные задачи, с которыми сталкивается специалист:

  • Выявляет сложность предстоящих мероприятий и оценивает ущерб, который нанесен трением
  • Разбирает проблемные узлы
  • Проводит осмотр элементов
  • Производит замену подшипников либо восстанавливает то, что подлежит ремонту
  • Зубчатые колеса, вышедшие из строя, а также червячные пары заменяет на новые
  • Собирает и обкатывает технику на холостом ходу, чтобы проверить успешность ремонтных работ

Для проведения капитальных ремонтных работ не обойтись без полной разборки всех составляющих. Детали нужно промыть и протереть. Далее ремонтируются гидравлические системы, смазывающие узлы, осуществляется замена приводных ремней.

Перед тем, как провести финальную сборку и запуск оборудования, обязательно капитальное техобслуживание станков, наточка ножей. Для капитального ремонта нередко требуется внести конструкционные изменения, обновить оборудование. Это позволяет приблизить станки к современным инновационным требованиям.

Обычно работы по ремонту станков осуществляются на территории специализированной фирме, либо на заводских площадках и в других помещениях заказчика. Для ремонтных работ используются детали и компоненты от ведущих производителей в том числе механические элементы, смазка, гидравлики, и т.д. Ремонтные работы выполняют квалифицированные специалисты: конструкторы, электроники, механики, наладчики со стажем и спецподготовкой в станкостроении.

Ремонт станины из чугуна

Самая значимая и массивная часть токарной машины – станина из металла чугун. Станины из чугунов практически не подвержены коррозии, деформации и прочим видам износа. В ходе ремонта устраняют трещины или сколы, возникшие в результате ударов и прочих воздействий, вызвавшие повреждения чугунных основ станины. Также производят антикоррозийную обработку поверхностей – снимают старую краску, ржавчину, шпаклюют, грунтуют, красят. Это обеспечивает устойчивость к агрессивному воздействию окружающей среды станины из чугуна.

Ремонт направляющих из металла чугун

Прежде всего, специалист оценивает степень износа элементов станины из чугуна – изогнутость деталей для обработки, их прямолинейность. Если чугун демонстрирует отклонения от требуемых норм, в большинстве случаев прибегают к механизированным способам обработки поверхности (как наименее затратные).

При закалке направляющих из чугуна лучше использовать шлифование – оно отличается большей точностью, обеспечивает чистоту обработки, более эффективно с точки зрения производительности. Чтобы выровнять незакалённые элементы, также пользуются чистовым строганием. Популярность данного метода объясняется высокой скоростью обработки, чистотой и геометрической точностью.

Если выявленные повреждения достигают пороговых значений, капитальный ремонт проводится с использованием накладок, поврежденные участки заливаются полимерами. Области, подвергшиеся обработке, выравнивают и шлифуют.

Ремонт суппорта из металла чугун

К самым сложным процедурам относится работы по восстановлению функционала каретки, работы над поперечными, поворотными и верхними салазками станка.

В первую очередь следует выровнять направляющие поперечной подачи. Они должны располагаться ровно относительно друг друга, а также относительно винта поперечной подачи. Дополнительно проверяют перпендикуляр к продольным направляющим.

Широко используют накладки из полимерных материалов, текстолита. С позиции эффективности работ хорошие результаты демонстрирует полимерная заливка направляющих.

В отдельных случаях необходимо выровнять расположение отверстий узлов, которые определяют функционирование ходового вала, винта и вала переключения скорости. Изменения положения осей восстанавливают посредством закрепления новых накладок. Также направляющие шлифуют, устанавливают накладки каретки. Если оси значительно смещены, неисправность ликвидируется переустановкой коробки передач станков из чугунов.

Восстановление передней и задней бабки

В рамках комплексного ремонта станков осматриваются и восстанавливаются пришедшие в негодность узлы. Для переднего узла характерной неисправностью является износ зазоров под подшипники качения. Чтобы ликвидировать поломку, отверстия растачиваются, втулки запрессовываются. Если для размещения подшипников применяются фланцы или специальные корпуса, изношенные детали заменяются новыми. Далее производится подгонка под размеры нового подшипника, эксплуатационные характеристики доводятся до требуемых паспортных значений.

Устанавливается корпус переднего узла на направляющие станины. Далее восстанавливают его ориентацию. С помощью оправки в конусном отверстии шпинделя выполняют замеры. Работы осуществляют до тех пор, пока не убедятся в параллельном расположении шпинделя в горизонтальном и вертикальном положении.

Читайте также  Приспособление для обработки шаровой поверхности

Заднюю бабку выравнивают по передней. Также восстанавливают плоскость поверхности, соединяющей мостик с корпусом и чугунной станиной. Мастер производит замену или ремонтные работы винта подачи и других элементов.

Капитальный ремонт токарной машины

В целом комплекс работ выглядит так:

  1. Проверяется на точность – первоначальные значения при обработке фиксируются
  2. Измеряется износ трущихся вспомогательных поверхностей
  3. Разбирается база токарной машины и все узлы
  4. Производятся «гигиенические» процедуры элементов
  5. Составляется дефектная ведомость тех деталей, которые необходимо ремонтировать или заменить, и приводится в действие
  6. Ремонтируются все системы токарной машины. Производится замена насосов системы смазки, ее ремонт
  7. Ремонтируются ходовые части
  8. Собираются все узлы и механизмы, их работа тщательно проверяется
  9. Подключается на холостом ходу
  10. Анализируется уровень шума и нагрева при обработке
  11. Приводится в порядок внешний вид оборудования
  12. Соответствующие изменения вносят в паспорт токарной машины

Капитальный ремонт станков станин из металла чугун производят согласно карте технологического процесса. Кроме того, проверяются все паспортные характеристики, включая нормы электробезопасности. Токарная машина – крупногабаритный механизм. Ее должны осматривать и ремонтировать высококвалифицированные специалисты, располагающие современным высокоточным оборудованием.

Обработка чугуна на токарном станке

ОБРАБОТКА ЧУГУНА РЕЗАНИЕМ

Цель статьи — помочь тем специалистам, кто обрабатывает серый чугун или высокопрочный чугун (с шаровидным графитом). Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, в котором содержание последнего превышает 2,14%. Свойства чугуна сильно зависят от технологии изготовления. Упрощенно технология изготовления чугуна сводится к следующему: берется металлический лом, расплавляется в большом чане – чугун готов. Конечно, все намного сложнее, но чем больше различных материалов на входе, тем менее предсказуемы свойства чугуна на выходе, а это серьезно усложняет последующую механическую обработку. Несмотря на это получающийся металл, с экономической точки зрения, идеально подходит для изготовления больших партий деталей и широко используется в автомобильной промышленности. Применяется множество видов чугуна, включая ковкий, белый, серый и высокопрочный (с шаровидным графитом). В этой статье мы подробно рассмотрим обработку резанием серого и высокопрочного чугуна инструментом из твердого сплава, кубического нитрида бора и, когда это возможно, поликристаллического алмаза.

Твердый сплав

Серый чугун – материал, из которого изготавливают множество автомобильных деталей, таких как блоки цилиндров ДВС, тормозные диски и головки блока цилиндров. Для изготовления автомобильных деталей часто применяется высокопрочный чугун. На его обработку, как правило, уходит в 3 раза больше инструмента, чем на обработку серого чугуна. Такое положение дел объясняется тем, что высокопрочный чугун содержит больше кремния и легирующих элементов, в виде труднообрабатываемых карбидов. Кроме того, графит в сером чугуне представлен в виде чешуек и достаточно легко обрабатывается резанием. В высокопрочном же чугуне графитовые включения имеют форму шара, окруженного оболочкой из карбида кремния.

Несмотря на то что серый чугун легче обрабатывается резанием, есть некоторые трудности: при обработке выделяется значительное количество теплоты. Именно поэтому на твердосплавные пластины для обработки чугуна наносится достаточно толстое многослойное покрытие (около 20 мкм), включающее слой оксида алюминия (Al2O3). Al2O3 защищает основу твердосплавной пластины от перегрева, кроме того, оксид алюминия химически стабилен: он не вступает в реакцию с чугуном, что позволяет избежать химического износа пластины. Твердосплавные пластины с таким покрытием работают на скоростях резания 300-450 м/мин.

Обработка высокопрочного чугуна твердосплавными пластинами ведется на скоростях 150-250 м/мин, но для этого требуется покрытие, более стойкое к абразивному изнашиванию. Применяются покрытия, в которых Al2O3 чередуется с толстыми слоями TiCN (карбонитрид титана).

Свойства основы твердосплавной пластины имеют большое значение, поэтому выбирайте мелкозернистый твердый сплав с тонким слоем кобальта прямо под покрытием (исключается микровыкрашивание основы).

Обработка без СОЖ

Обработка чугуна – в буквальном смысле грязное дело, так как при этом разрушается и превращается в пыль свободный графит. Пыль, оседая, загрязняет все пространство вокруг станка. Как правило, с этим борются путем применения СОЖ. На самом деле при обработке «всухую» повышается и производительность, и стойкость инструмента.

При использовании СОЖ могут появиться термические трещины из-за разницы температур, так как труднее всего подать СОЖ туда, где она действительно нужна, на режущую кромку. В результате разница температур между зонами пластины, куда СОЖ попадает и куда не попадает, значительна.

Применение СОЖ может также способствовать повторному перерезанию стружки при растачивании блока цилиндров ДВС. Так как тяжело направить СОЖ непосредственно в зону резания, она отражается от дна отверстия, поэтому приносит с собой абразивную стружку. Это снижает стойкость инструмента на 50-75 процентов.

При обработке без СОЖ основные проблемы – большое количество пыли и выход размера за пределы поля допуска в результате нагрева заготовки в процессе обработки. Необходимой точности можно добиться путем увеличения подачи – деталь просто не будет успевать нагреваться.

Кубический нитрид бора

Кубический нитрид бора (эльбор) широко применяется при обработке серого и отбеленного чугуна. Высокопрочный чугун им не так часто обрабатывают из-за большого содержания феррита. Для серого чугуна содержание феррита должно быть ниже 10%, а лучше ниже 5%. В противном случае стойкость будет невелика. При содержании свободного феррита менее 5% скорость резания составит 1000-1500 м/мин, в зависимости от условий обработки. Содержание феррита зависит во многом от времени года, в которое произведены отливки, связано это со временем охлаждения. Зимой феррита много, а летом мало.

Высокопрочный чугун также обрабатывают кубическим нитридом бора. Это оправдано при замене шлифования резанием или при невозможности получения требуемого качества поверхности с помощью твердого сплава. Скорость резания составляет 120-200 м/мин.

При обработке чугуна кубическим нитридом бора рекомендуется подача не менее 0,1 мм/об, а глубина резания 0,1-3 мм. Подачу необходимо увеличивать до тех пор, пока позволяет качество получаемой поверхности – улучшится и производительность, и стойкость.

Твердость при высоких температурах

Для кубического нитрида бора применение СОЖ противопоказано (особенно при фрезеровании) из-за риска образования термических трещин. Кубический нитрид бора отлично работает при высоких температурах 900-1100° С.

Кубический нитрид бора – твердый и износостойкий материал, поэтому покрытие не существенно увеличит его стойкость. Покрытие золотого цвета (TiN) помогает определить, когда пластина изношена, так как кубический нитрид бора черного цвета и проточины черного цвета.

Для обеспечения прочности режущей кромки на ней делается фаска 0,1-0,25 мм. Для уменьшения сил резания используются пластины с острой режущей кромкой, которые часто применяются при растачивании. Слишком большие силы резания вызывают отжим расточной оправки, что ведет к отклонению от цилиндричности или круглости в поперечном сечении. Для растачивания выбирайте пластины с острой режущей кромкой, с небольшим скруглением режущей кромки или с уменьшенным углом фаски. В полной мере эти рекомендации относятся к операции растачивания чугунной гильзы, запрессованной в алюминиевый блок цилиндров. Рекомендуемые режимы резания: глубина резания 0,35 мм на сторону (получистовая обработка) и скорость резания 1000-1100 м/мин. Подача выбирается максимальной из обеспечивающих качество поверхности.

Твердый сплав против кубического нитрида бора

Что использовать: твердый сплав или кубический нитрид бора? Для принятия решения необходимо в первую очередь знать объем партии: чем она больше, тем выгоднее использовать кубический нитрид бора. В сравнении с твердым сплавом или керамикой скорость резания в 2, 3 или даже 4 раза выше. В то же время стойкость также увеличивается. При использовании кубического нитрида бора производительность увеличивается в 5-10 раз.

Часто кубический нитрид бора используют, когда успех операции зависит в первую очередь от стойкости инструмента. При этом достигается высокое качество и уменьшается количество брака.

Инструмент из кубического нитрида бора стоит дороже твердосплавного, но при правильном его использовании себестоимость изготовления одной детали получается ниже.

При обработке материалов на основе железа инструмент из поликристаллического алмаза используют очень редко из-за риска графитизации.

Если же температура в зоне резания будет оставаться ниже 700°С, то его применение может оказаться экономически эффективным. Для этого выбирается инструмент с нулевым наклоном режущей кромки и задним углом 7°, сама режущая кромка должна быть острой, любая фаска увеличивает сопротивление, а значит, и выделение тепла. Обязателен подвод СОЖ через инструмент, а также обильный наружный подвод СОЖ. Рекомендуемые режимы резания для серого чугуна: скорость резания 150 м/мин, подача 0,12 мм/об и глубина резания 0,25 мм. При этом достигается феноменальная стойкость.

В каждом конкретном случае инструмент подбирается отдельно, необходимо также оптимизировать режимы резания.

Вне зависимости от того, каким инструментом вы обрабатываете чугун, проконсультируйтесь по поводу его выбора со специалистом, в таком случае вы сможете найти оптимальное решение гораздо быстрее.


Д. В. Тренёв, генеральный директор компании «Мир Станочника»

Обработка чугуна резанием

Лекция чугуны

Чугуниегоприменение. Серый чугун — наиболее широко применяемый вид чугун (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) — имеет включения графита пластинчатой формы. Для деталей из серого чугун характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2—4 раза выше, чем у стали). Важная конструкционная особенность серого чугун — более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение. Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства чугун Свойства серого чугун зависят от структуры металлической основы, формы, величины, количества и характера распределения включений графита. Перлитный серый чугун имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, станин и т.д. Для менее ответственных деталей используют серый чугун с ферритно-перлитной металлической основой.

Белый чугун представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не находящийся в твёрдом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в виде карбидов железа Fe3C (цементит) или т. н. специальных карбидов (в легированном чугун). Кристаллизация белых чугун происходит по метастабильной системе с образованием цементита и перлита. Белый чугун вследствие низких механических свойств и хрупкости имеет ограниченное применение для деталей простой конфигурации, работающих в условиях повышенного абразивного амортизации. Легирование белого чугун карбидообразующими элементами (Cr, W, Mo и др.) повышает его износостойкость.

Читайте также  Чем сделать антикоррозийную обработку автомобиля самому?

Половинчатый чугун содержит часть углерода в свободном состоянии в виде графита, а часть — в связанном в виде карбидов. Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки).

Ковким называется чугун в отливках, изготовленных из белого чугун и подвергнутых последующему графитизирующему отжигу, в результате чего цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев. Ковкий чугун обладает лучшей демпфирующей способностью, чем сталь, и меньшей чувствительностью к надрезам, удовлетворительно работает при низких температурах. Механические свойства ковкого чугун определяются структурой металлической основы, количеством и степенью компактности включений графита. Металлическая основа ковкого чугун в зависимости от типа термообработки может быть ферритной, ферритно-перлитной и перлитной. Наиболее высокими свойствами обладает ковкий чугун, имеющий матрицу со структурой зернистого перлита; им можно заменять литую или кованую сталь. В тех случаях, когда требуется повышенная пластичность, применяют ферритный ковкий чугун Для интенсификации процесса графитизации при термообработке ковкий чугун модифицируют Te, В, Mg и др. элементами. Ковкий чугун используют в основном в автомобиле-, тракторо- и сельхозмашиностроении. Наблюдается тенденция (особенно в автомобилестроении) к замене ковкого чугун высокопрочным с шаровидным графитом с целью повышения прочности отливок, уменьшения длительности технологического цикла и упрощения технологии изготовления.

Высокопрочный чугун, характеризующийся шаровидной или близкой к ней формой включений графита, получают модифицированием жидкого чугуна присадками Mg, Ce, Y, Ca и некоторых др. элементов (в чистом виде или в составе сплавов). Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к резкому повышению механических свойств чугун с чисто перлитной или бейнитной структурой, приближая их свойства к свойствам углеродистых сталей. При чисто ферритной матрице (в литом или термообработанном состоянии) обеспечивается повышенный уровень пластичности. Высокопрочный чугун обладает хорошими литейными и технологическими свойствами (жидкотекучесть, линейная усадка, обрабатываемость резанием), но по значению сосредоточенной объёмной усадки приближается к стали. Такой чугун применяется для замены стальных литых и кованых деталей (коленчатые валы двигателей, компрессоров и т.д.), а также деталей из ковкого или обычного серого чугун Высокопрочные чугун, имеющие включения т. н. вермикулярного графита (при рассмотрении в оптическом микроскопе — утолщённые изогнутые пластины со скруглёнными краями), по свойствам занимают промежуточное положение между чугун с шаровидным и чугун с пластинчатым графитом. Этот чугун обладает хорошими технологическими свойствами при небольшой объёмной усадке и высокой теплопроводностью (почти такой же, как у серого чугун). Чугун с вермикулярным графитом применяется в дизелестроении и других областях машиностроения.

Легированные чугун Для улучшения прочностных, эксплуатационных характеристик или придания чугун особых свойств (износостойкости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионностойкости, немагнитности и т.д.) в его состав вводят легирующие элементы (никель, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Mo и др.). Легирующими элементами могут служить также Mn при содержании > 2% и Si при содержании > 4%. Легированные чугун классифицируют в соответствии с содержанием основных легирующих элементов — хромистые, никелевые, алюминиевые и т.д. По степени легирования различают низколегированные (суммарное количество легирующих элементов 10%). Низколегированные чугун имеют перлитную или бейнитную структуру матрицы, среднелегированные — обычно мартенситную, высоколегированные — в большинстве случаев аустенитную или ферритную.

Чугун с 5—7% Si (силал) применяется в качестве жаростойкого материала. Чугун с 12—18% Si (ферросилид) обладает высокой коррозионной стойкостью в растворах солей, кислот (кроме соляной) и щелочей. Такой чугун, легированный молибденом (антихлор), характеризуется высокой стойкостью в соляной кислоте. Чугун кислотdash;25% Al (чугаль) обладает наибольшей по сравнению с известными чугун жаростойкостью в воздушной среде и средах, содержащих серу. В качестве износостойких наибольшее распространение получили чугун, легированные Cr (до 2,5%) и никель (до 6%) — нихарды. Аустенитные никелевые чугун, легированные Mn, Cu, Cr (нирезисты), применяются как коррозионностойкие и жаропрочные.

Маркировкачугунов. По принятой в СССР маркировке обозначения марок доменных чугун содержат буквы и цифры. Буквы указывают основное назначение чугун: П — передельный для кислородно-конверторного и мартеновского производства и Л — литейный для чугунолитейного производства. Литейный коксовый чугун обозначают ЛК, в отличие от чугун, выплавленного на древесном угле (ЛД). С увеличением числа в обозначении марки уменьшается содержание кремния (например, в чугун ЛК5 содержится меньше кремния, чем в чугун ЛК4). Каждая марка чугун в зависимости от содержания Mn, Р, S подразделяется соответственно на группы, классы и категории. Марки чугун литейного производства, как правило, обозначаются буквами, показывающими основной характер или назначение чугуна: СЧ — серый чугун, ВЧ — высокопрочный, КЧ — ковкий; для антифрикционного чугун в начале марки указывается буква А (АСЧ, АВЧ, АКЧ). Цифры в обозначении марок нелегированного чугун указывают его механические свойства. Для серых чугун приводят регламентированные показатели пределов прочности при растяжении и изгибе (в кгс/мм2), например СЧ21-40. Для высокопрочного и ковкого чугун цифры определяют предел прочности при растяжении (в кгс/мм2) и относительное удлинение (в %), например ВЧ60-2. Обозначение марок легированных чугун состоит из букв, указывающих, какие легирующие элементы входят в состав чугун, и стоящих непосредственно за каждой буквой цифр, характеризующих среднее содержание данного легирующего элемента; при содержании легирующего элемента менее 1,0% цифры за соответствующей буквой не ставятся. Условное обозначение химических элементов такое же, как и при обозначении сталей (см. Сталь). Пример обозначения легированных чугун: ЧН19ХЗ — чугун, содержащий

3% Cr. Если в легированном чугун регламентируется шаровидная форма графита, в конце марки добавляется буква Ш (ЧН19ХЗШ).

разновидности чугуна маркируются следующим образом:

1. передельный чугун — П1, П2;

2. передельный чугун для отливок — ПЛ1, ПЛ2,

3. передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3,

4. передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;

5. Чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм);

6. антифрикционный чугун

7. антифрикционный серый — АЧС,

8. антифрикционный высокопрочный — АЧВ,

9. антифрикционный ковкий — АЧК;

10. Чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм2);

11. Чугун легированный со специальными свойствами — Ч.

Обработка чугуна резанием

Чугун – это сплав железа с углеродом, в котором содержание последнего превышает 2,14%. Свойства чугуна сильно зависят от технологии изготовления. Упрощенно технология изготовления чугуна сводится к следующему: берется металлический лом, расплавляется в большом чане – чугун готов. Конечно, все намного сложнее, но чем больше различных материалов на входе, тем менее предсказуемы свойства чугуна на выходе, а это серьезно усложняет последующую механическую обработку. Несмотря на это, получающийся метал с экономической точки зрения идеально подходит для изготовления больших партий деталей и широко используется в автомобильной промышленности. Применяется множество видов чугуна, включая ковкий, белый, серый и высокопрочный (с шаровидным графитом). В этой статье мы подробно рассмотрим обработку резанием серого и высокопрочного чугуна инструментом из твердого сплава, кубического нитрида бора и, когда это возможно, поликристаллического алмаза.

Твердый сплав

Серый чугун – материал, из которого изготавливают множество автомобильных деталей, таких как блоки цилиндров ДВС, тормозные диски и головки блока цилиндров. Для изготовления автомобильных комплектующих также часто применяется высокопрочный чугун. На его обработку, как правило, уходит в 3 раза больше инструмента, чем на обработку серого чугуна. Такое положение дел объясняется тем, что высокопрочный чугун содержит больше кремния и легирующих элементов, в виде труднообрабатываемых карбидов. Кроме того, графит в сером чугуне представлен в виде чешуек и достаточно легко обрабатывается резанием. В высокопрочном же чугуне графитовые включения имеют форму шара, окруженного оболочкой из карбида кремния.

Несмотря на то, что серый чугун легче обрабатывается резанием, есть некоторые трудности: при обработке выделяется значительное количество теплоты. Именно поэтому на твердосплавные пластины для обработки чугуна наносится достаточно толстое многослойное покрытие (около 20 мкм), включающее в себя слой оксида алюминия (Al2O3). Al2O3 защищает основу твердосплавной пластины от перегрева, кроме того, оксид алюминия весьма химически стабилен: он не вступает в реакцию с чугуном, что позволяет избежать химического износа пластины. Твердосплавные пластины с таким покрытием работают на скоростях резания 300-450 м/мин.

Обработка высокопрочного чугуна твердосплавными пластинами ведется на скоростях 150-250 м/мин, но для этого требуется покрытие более стойкое к абразивному изнашиванию. Применяются покрытия, в которых Al2O3 чередуется с толстыми слоями TiCN (карбонитрид титана).

Свойства основы твердосплавной пластины имеют большое значение, поэтому выбирайте мелкозернистый твердый сплав с тонким слоем кобальта прямо под покрытием (исключается микровыкрашивание основы).

Обработка без СОЖ

Обработка чугуна – в буквальном смысле грязное дело, так как при этом разрушается и превращается в пыль свободный графит. Пыль, оседая, загрязняет все пространство вокруг станка. Как правило, с этим борются путем применения СОЖ. На самом деле при обработке “всухую” повышается и производительность, и стойкость инструмента.

При использовании СОЖ могут появиться термические трещины из-за разницы температур, так как труднее всего подать СОЖ туда, где она действительно нужна, — на режущую кромку. В результате, разница температур между зонами пластины, куда СОЖ попадает и куда не попадает, значительна.

Применение СОЖ может также способствовать повторному перерезанию стружки при растачивании блока цилиндров ДВС. Так как тяжело направить СОЖ непосредственно в зону резания, она отражается от дна отверстия, поэтому приносит с собой абразивную стружку. Это снижает стойкость инструмента на 50-75 процентов.

При обработке без СОЖ основные проблемы – большое количество пыли и выход размера за пределы поля допуска в результате нагрева заготовки в процессе обработки. Необходимой точности можно добиться путем увеличения подачи – деталь просто не будет успевать нагреваться.