Многие обрабатывающие предприятия часто сталкиваются с проблемами при работе с углеродистой сталью. Этот материал прочен, но он может быстро изнашивать инструменты. Кроме того, детали могут выгибаться, а качество обработки поверхности может не соответствовать ожиданиям заказчика. Однако знание того, как ведет себя углеродистая сталь, может существенно изменить ситуацию. При использовании правильных методов и внесении некоторых изменений вы сможете улучшить свои результаты.
Обработка углеродистой стали требует четких действий, правильного выбора инструмента и внимания к деталям. Правильное планирование поможет вам избежать таких проблем, как чрезмерный износ инструмента или деформация детали. Выбор правильных скоростей резания, подач и охлаждающих жидкостей имеет большое значение. Понимание марки и состояния стали позволит вам добиться наилучших результатов.
Интересно узнать о ключевых методах и о том, как добиться лучших результатов при работе с углеродистой сталью? В следующих разделах представлены проверенные советы и лучшие практики.
Что такое углеродистая сталь?
Углеродистая сталь - это сплав, состоящий в основном из железа и углерода. Содержание углерода обычно варьируется от 0,05% до 2,0%. Более высокое содержание углерода делает сталь более твердой и прочной, но менее пластичной. Сталь с более низким содержанием углерода легче поддается обработке и формовке.
Обработка углеродистой стали позволяет создавать детали для многих отраслей промышленности - автомобилестроения, строительства, производства инструментов и оборудования. Мастерские часто работают с ней, потому что ее легко достать, она экономически эффективна и выпускается во многих сортах.
Виды углеродистой стали и их обрабатываемость
Различные виды углеродистой стали по-разному ведут себя при обработке. Правильный выбор марки стали помогает снизить износ инструмента и повысить скорость производства.
Низкоуглеродистая сталь (Mild Steel)
Низкоуглеродистая сталь содержит менее 0,3% углерода. К распространенным маркам относятся AISI 1008, 1010 и 1018. Эти стали мягкие, гибкие и легко поддаются резке. Они являются хорошим выбором, если вам нужен более длительный срок службы инструмента и гладкая поверхность. Они также устойчивы к растрескиванию при формовке и гибке.
Однако, поскольку они мягкие, они могут не очень хорошо держать мелкую резьбу или близкие допуски. Возможно, вам придется немного уменьшить скорость подачи, чтобы предотвратить размазывание поверхности.
Среднеуглеродистая сталь
Среднеуглеродистая сталь содержит от 0,3% до 0,6% углерода. Типичными марками являются AISI 1040, 1045 и 1144. Эти стали более прочные и износостойкие, чем низкоуглеродистые. Они часто используются в таких деталях, как валы, оси и шестерни.
Но их сложнее обрабатывать. Инструменты быстрее изнашиваются, а во время резки выделяется тепло. Вам понадобится разумный контроль стружки, острые инструменты и устойчивая установка. Использование смазочно-охлаждающей жидкости помогает снизить трение и нагрев.
Высокая углеродистая сталь
Высокоуглеродистая сталь содержит от 0,6% до 1,0% углерода. К распространенным маркам относятся инструментальные стали AISI 1080, 1095 и W1. Эти стали очень прочные и износостойкие, что делает их популярным выбором для изготовления режущих инструментов, штампов и пружин.
Обработка этих сталей сложна. Их твердость быстро изнашивает инструмент. Вам понадобятся более низкие скорости резания, жесткие станки и высококачественные пластины. Использование отожженного (размягченного) материала или предварительный нагрев могут облегчить обработку.
Влияние содержания углерода на поведение при обработке
С увеличением содержания углерода сталь становится тверже и прочнее, но и труднее поддается обработке. Высокоуглеродистые стали требуют больше энергии для резки, выделяют больше тепла и сокращают срок службы инструмента.
Низкоуглеродистые стали легче поддаются резке. Они обеспечивают более высокую скорость и уменьшают износ инструмента. Но они не обладают такой же прочностью и долговечностью.
Основные свойства, влияющие на обрабатываемость
Прежде чем приступить к обработке углеродистой стали, необходимо знать, как ее физические свойства влияют на процесс резания. Твердость, пластичность и тепловое поведение влияют на срок службы инструмента, скорость и качество обработки.
Учет твердости и прочности
Более твердая углеродистая сталь сопротивляется резанию. Это увеличивает износ инструмента и может привести к грубой обработке. Более высокая прочность также требует больших усилий при резании, что увеличивает нагрузку на станки и инструменты.
Низкоуглеродистые стали мягче и легче поддаются резке. Но их прочность ниже, поэтому детали могут нуждаться в дополнительной конструкторской поддержке. Средне- и высокоуглеродистые стали требуют более низких скоростей и более жестких инструментов для поддержания производительности.
Факторы пластичности и вязкости
Пластичность - это способность изгибаться без образования трещин. Жесткость - это устойчивость к ударам или внезапным силовым воздействиям. Обе эти характеристики влияют на то, как ломается стружка и как реагируют поверхности во время резки.
При использовании высокопластичных сталей может образовываться длинная стружка, забивающая инструмент. Более твердые стали могут противостоять растрескиванию, но оказывают большее давление на режущую кромку. Использование стружколомателей и регулировка подачи помогают снизить эти эффекты.
Теплопроводность и термостойкость
Углеродистая сталь не так хорошо передает тепло, как некоторые другие металлы. Это означает, что больше тепла остается в зоне резания. Это приводит к быстрому износу инструмента и может деформировать деталь.
Высокоуглеродистые стали нагреваются во время обработки. Для поддержания безопасного температурного режима им часто требуется дополнительная охлаждающая жидкость или снижение скорости. Контроль нагрева помогает сохранить форму детали и качество поверхности.
Основные методы обработки углеродистой стали
Каждый метод обработки требует различных настроек и выбора инструмента. Углеродистая сталь хорошо поддается многим методам резки, но для достижения наилучших результатов необходимо учитывать твердость, нагрев и контроль стружки.
Токарные работы
Превращение используется для создания круглых форм или гладких внешних поверхностей. Для углеродистой стали используйте пластины из твердого сплава или быстрорежущей стали. Для низкоуглеродистых марок хорошо подходят более высокие скорости и подачи. Для более твердых сталей снижайте скорость резки, чтобы защитить инструмент.
Всегда держите инструмент острым. Затупленные кромки вызывают трение и увеличивают нагрев. Применяйте охлаждающую жидкость, чтобы контролировать температуру и продлить срок службы инструмента. Используйте жесткую настройку, чтобы избежать разболтанности и плохой отделки.
Стратегии фрезерования
Фрезерование Формирует плоские или контурные поверхности. Для углеродистой стали чаще всего предпочтительнее использовать обдирочное фрезерование. Оно обеспечивает лучшее удаление стружки и более чистое покрытие. Для мягких сталей хорошо подходят более быстрые подачи. Для твердых сталей следует снизить скорость и использовать инструменты с покрытием.
Проверьте траекторию движения инструмента на плавность переходов. Резкие изменения увеличивают нагрузку на инструмент и могут привести к поломке пластин. Поддерживайте постоянное зацепление, чтобы снизить вибрацию и улучшить качество деталей.
Лучшие методы сверления и нарезания резьбы
Когда сверление углеродистой сталиДля чистого входа используйте сверла с раздвоенным острием или кобальтовые коронки. Используйте умеренную скорость и постоянное давление. Для более глубоких отверстий сверление с шарошкой помогает удалить стружку и снизить нагрев.
Нажатие требует точного выравнивания и соответствующей смазки. Выбирайте метчики, рассчитанные на сталь, и снижайте скорость, чтобы избежать срыва резьбы. Для более твердых сортов используйте резьбовые фрезы или метчики с роликами, чтобы минимизировать нагрузку на метчик.
Методы шлифования и финишной обработки
Шлифование Уточняет поверхности и подтягивает допуски. Используйте круги из оксида алюминия для углеродистой стали. Во избежание перегрева поддерживайте низкую скорость. Слишком сильный нагрев вызывает ожоги поверхности или изменение твердости.
После шлифовки проверьте, нет ли заусенцев или острых краев. Удаление заусенцев и отполируйте деталь. Для получения более гладкой поверхности используйте мелкозернистые ленты или полировальные составы. Это поможет подготовить детали к покрытие, покраска, или сборка.
Режущие инструменты и инструментальные материалы
Выбор правильных инструментов имеет большое значение при обработке углеродистой стали. Геометрия инструмента, материал и покрытие - все это влияет на качество работы и срок службы инструмента.
Лучшие геометрии инструментов для углеродистой стали
Острые кромки и правильные углы зазора помогают снизить силу резания. Используйте положительный угол наклона, чтобы сделать резание более плавным и снизить нагрев. Конструкция со стружколомом полезна, особенно при работе с вязкими углеродистыми сталями, которые образуют длинную стружку.
Для более твердых сталей меньший радиус носовой части обеспечивает лучший контроль и снижает давление на инструмент. Всегда подбирайте геометрию в соответствии с типом стали и способом резки, чтобы избежать вибрации и сколов кромок.
Инструменты из твердого сплава и быстрорежущей стали (HSS)
Твердосплавные инструменты более сложны и служат дольше. Они устойчивы к износу и лучше держатся на высоких скоростях. Они лучше всего подходят для средне- и высокоуглеродистых сталей или при резке больших партий.
Инструменты из быстрорежущей стали дешевле и легче поддаются заточке. Они подходят для низкоуглеродистых сталей или коротких партий. Используйте их при резке более мягких материалов или в тех случаях, когда речь идет о стоимости.
Покрытия для продления срока службы инструмента
Покрытия повышают износостойкость, снижают трение и контролируют нагрев. Нитрид титана (TiN) - распространенный выбор для общей обработки. Он хорошо работает на низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталях.
Для более сложных работ используйте карбонитрид титана (TiCN) или нитрид титана-алюминия (TiAlN). Эти покрытия выдерживают большее количество тепла и продлевают срок службы инструмента при работе с более твердыми сталями.
Параметры обработки и оптимизация
Настройка параметров обработки помогает снизить износ инструмента, улучшить качество поверхности и повысить производительность. Правильная настройка скоростей, подач и охлаждающей жидкости делает обработку углеродистой стали более стабильной и повторяемой.
Скорости и подачи
Для защиты инструмента используйте более низкие скорости резания для более твердых углеродистых сталей. Для мягких низкоуглеродистых сталей используйте более высокие скорости. Поддерживайте постоянную скорость подачи, чтобы избежать болтанки.
При слишком высокой скорости инструмент быстро изнашивается. Если подача слишком мала, инструмент может тереться, а не резать. Следуйте таблицам производителя инструмента для начальных значений, а затем выполняйте точную настройку в зависимости от результатов.
Глубина реза и контроль стружки
Глубокие пропилы снимают больше материала, но при этом выделяется больше тепла и напряжения. Для черновой обработки выполняйте более тяжелые резы с медленной подачей. Для чистовой обработки делайте более легкие пропилы, чтобы повысить точность и качество обработки поверхности.
Следите за тем, как формируется стружка. Длинная, скрученная стружка - стандартное явление для низкоуглеродистой стали. Во избежание засорения инструмента используйте стружколомы. Разумный контроль стружки сокращает время простоя и защищает кромку инструмента.
Охлаждающая жидкость и техника смазки
Охлаждающие жидкости снижают температуру резки и помогают смыть стружку. Для большинства работ с углеродистой сталью используйте водорастворимые жидкости. Наносите непосредственно в зону резания.
Для сверления и нарезания резьбы лучше использовать смазочно-охлаждающие жидкости. Они прилипают к инструменту и уменьшают трение. Следите за чистотой и текучестью охлаждающей жидкости. Плохое охлаждение приводит к короблению деталей, износу инструмента и шероховатым поверхностям.
Общие проблемы при обработке углеродистой стали
Обработка углеродистой стали не всегда проходит гладко. В процессе резки может возникнуть несколько проблем. Эти проблемы влияют на качество поверхности, точность детали и срок службы инструмента. Знание того, на что следует обратить внимание, поможет вам устранить проблемы на ранней стадии.
Упрочнение и целостность поверхности
Закалка происходит, когда поверхность стали становится более твердой после резки. Это усложняет следующий рез и увеличивает износ инструмента. Это может привести к шероховатым поверхностям и ошибкам в размерах.
Чтобы уменьшить закалку, используйте острые инструменты и поддерживайте постоянную скорость подачи. Избегайте трения инструмента о поверхность без резки. Всегда режьте под закаленным слоем, чтобы получить чистый проход.
Предотвращение образования застроенной кромки (BUE)
BUE образуется, когда материал прилипает к кромке инструмента. Это изменяет угол резания и приводит к плохой обработке поверхности. Кроме того, это увеличивает трение и может привести к поломке инструмента.
Для предотвращения BUE используйте инструменты с покрытием и правильную скорость резки. Немного увеличьте скорость или используйте более острую кромку инструмента. Охлаждающие жидкости также помогают уменьшить прилипание, снижая нагрев в точке контакта.
Управление нагревом и термическими искажениями
Углеродистая сталь удерживает тепло вблизи зоны резания. Избыток тепла вызывает расширение или деформацию деталей, что приводит к ошибкам в размерах. Это также сокращает срок службы инструмента и может ухудшить качество поверхности.
При обработке деталей с жесткими допусками используйте достаточное количество охлаждающей жидкости и делайте короткие проходы. При необходимости дайте детали остыть между этапами. Стабильная настройка станка и острые инструменты также помогают держать тепло под контролем.
Заключение
Обработка углеродистой стали требует правильного соотношения знаний о материале, выбора инструмента и контроля процесса. Каждый тип углеродистой стали - низко-, средне- или высокоуглеродистой - ведет себя по-разному во время резки. Такие факторы, как твердость, контроль стружки и теплообразование, необходимо тщательно контролировать, чтобы защитить инструменты и сохранить высокое качество деталей.
Вам нужны нестандартные детали из углеродистой стали с жесткими допусками и быстрыми сроками изготовления? Отправьте нам свои чертежи или детали проекта сегодня-Наша команда готова поддержать ваши потребности в обработке.
Привет, я Кевин Ли
Последние 10 лет я занимался различными формами изготовления листового металла и делился здесь интересными идеями из своего опыта работы в различных мастерских.
Связаться
Кевин Ли
У меня более десяти лет профессионального опыта в производстве листового металла, специализирующегося на лазерной резке, гибке, сварке и методах обработки поверхности. Как технический директор Shengen, я стремлюсь решать сложные производственные задачи и внедрять инновации и качество в каждом проекте.
