Обработка быстрорежущей стали на обычном станке: приемы снижения нагрузки на инструмент

При работе с быстрорежущей сталью на универсальном оборудовании первым шагом становится выбор адекватного режима резания. Для заготовок твердостью 62 HRC оптимальная скорость на токарных станках не превышает 8–12 м/мин при глубине до 1,5 мм и подаче 0,05–0,15 мм/об.

При обработке торцов или снятии фасок стоит уменьшить подачу до 0,03 мм/об для снижения вибрации. На фрезерных операциях по плоскости, если используется концевой инструмент из твердого сплава, скорость устанавливают 15–20 м/мин, а при применении быстрорежущих фрез лучше ограничиться 10–12 м/мин.

Чтобы избежать перегрева режущей кромки, важную роль играет охлаждение. В условиях ограниченного оснащения можно обойтись водно-масляной эмульсией с концентрацией 5–7 %.

Для более тяжелых проходов целесообразно использовать минеральное масло с добавкой сернистых соединений, которые улучшают скольжение. Если нет возможности подключить систему подачи под давлением, достаточно применять кисть или ручной капельный подвод в зону реза, но регулярно и малыми дозами, чтобы жидкость успевала испаряться, не вызывая термошока.

Форма заточки инструмента определяет, насколько равномерно распределяется усилие по кромке. Для токарных резцов из твердого сплава при работе по быстрорежущей стали угол при вершине рекомендуется 60–70 градусов, передний угол около 5 градусов, а задний 8–10 градусов.

При более мягком режиме можно увеличить передний угол до 10–12 градусов, что снизит давление, но потребует аккуратного ведения резца. На фрезах торцевого типа следует выдерживать задний угол в пределах 10–12 градусов, а передний — 6–8 градусов, что обеспечивает чистый срез без задиров.

Нагрузка на инструмент уменьшается при правильном выборе глубины резания. В условиях ограниченной мощности станка лучше работать ступенчатыми проходами по 0,5–0,8 мм с подачей до 0,1 мм/об, чем пытаться снять лишнее за один проход.

При сверлении отверстий в быстрорежущей стали эффективен многопроходный метод с предварительным рассверливанием. Так, при конечном диаметре 10 мм сначала стоит пройти сверлом на 6 мм, затем расширить до 8 мм и лишь потом довести до окончательного размера.

Сверла для работы по закаленным заготовкам нуждаются в заточке с перекрестной затыловкой и углом при вершине около 140 градусов. Подточка поперечной кромки до 0,1–0,2 мм уменьшает осевое усилие.

Для улучшения выносливости сверл при кустарных условиях можно слегка снять задний угол на периферии, оставив его около 10 градусов. Это даст более жесткую режущую зону и снизит риск выкрашивания.

Фрезерование плоскостей в условиях ограниченного охлаждения требует минимизации площади контакта. Для этого применяют фрезы с чередующимися зубьями и увеличенным межзубовым пространством, чтобы стружка быстро отходила.

При толщине снимаемого слоя свыше 0,2 мм следует выбирать фрезы диаметром не менее 40 мм, чтобы уменьшить удельное давление.

Во многих случаях помогает снижение частоты вращения при сохранении подачи. Так достигается уменьшение выделения тепла, хотя поверхность выходит более шероховатой.

Если обработка выполняется перед закалкой или дальнейшей шлифовкой, это допустимо. При окончательных проходах, когда важна чистота, лучше перейти на меньшую подачу — 0,02–0,03 мм/об — при сохранении средней скорости резания.

Иногда пользователи задают вопрос о возможности работы по быстрорежущей стали без охлаждения. Допускается только при мелких фасках или легком снятии заусенцев, когда глубина реза не превышает 0,1 мм и длина контакта мала.

Для более серьезных операций охлаждающая жидкость необходима, иначе износ инструмента возрастает кратно.

При использовании напильников или абразивных кругов для доводки важно помнить о нагреве. Круг с зерном 60–80 и скоростью до 20 м/с позволяет снимать припуск 0,05 мм за проход без потери твердости.

Более грубое зерно приводит к микротрещинам на поверхности.

Если речь идет о резьбонарезных работах, то метчики по быстрорежущей стали должны иметь спиральный желоб для отвода стружки. Смазка обязательна, подойдет смесь керосина с маслом в соотношении 3:1.

При шаге резьбы 1,5 мм и диаметре 8 мм рекомендуется скорость 4–6 м/мин с постепенным выходом метчика и регулярным реверсом через каждые 1,5–2 витка.

Отдельного внимания требует правка инструмента. На абразивных кругах с карбидом кремния зернистостью 46–60 лучше вести заточку с небольшим радиальным усилием, чтобы не перегреть кромку.

После заточки полезно провести доводку на мелком камне с зерном 200–250 для снятия заусенца. Такая операция значительно повышает стойкость в условиях повышенного сопротивления материала.

На старых станках с низкой жесткостью узлов рационально использовать упорные люнеты и дополнительные подпорки для заготовки, так как вибрации при работе по быстрорежущей стали особенно быстро выводят инструмент из строя.

В условиях отсутствия дорогих СОЖ можно использовать мыльный раствор с добавлением сульфофрезола. Он обеспечивает достаточное смазывание и снижает трение, хотя уступает фирменным составам по стабильности.

При этом температура в зоне резания снижается на 10–15 %, что заметно продлевает срок службы резца.

При шлифовке заготовок после токарных операций стоит придерживаться скорости круга 25–30 м/с с подачей по глубине 0,01–0,02 мм. Длительное пребывание круга в одной точке приводит к отпуску закалки, поэтому проходы должны быть равномерными и короткими.

Если обработка ведется вручную или на маломощных агрегатах, не следует забывать о важности правильной фиксации детали. Жесткая установка уменьшает биение и снижает нагрузку на инструмент.

На практике удается достичь чистоты поверхности до Ra 2,5 даже без высокоточных систем, если выдерживать геометрию и грамотно подводить охлаждение.

В расчетах усилий можно пользоваться простой формулой: Pz = kc * A, где Pz — сила резания, kc — удельное сопротивление резанию, равное для быстрорежущей стали примерно 3500 Н/мм², а A — площадь среза. Так удается оценить, выдержит ли станок выбранный режим.

Если расчетная величина превышает 1000–1200 Н для токарных станков малой мощности, режим нужно облегчить.

Даже при ограниченных ресурсах можно добиться стабильной обработки, если тщательно подбирать углы заточки, регулировать подачу охлаждающей жидкости и разбивать процесс на несколько проходов. Это снижает риск поломки инструмента и позволяет получить достойное качество поверхности без применения дорогостоящих станков.