Обработка сталей

Обрабатываемость материалов характеризуется сопротивлением резанию и качеством обрабатываемой поверхности.

Обрабатываемость металлов резанием зависит от химического состава и структуры обрабатываемого металла, его механических и физических свойств (теплоемкости, теплопроводности и т. п.). При черновой обработке основным критерием обрабатываемости является стойкость инструмента при соответствующей скорости и силе резания.

При чистовой обработке основными критериями обрабатываемости металлов являются шероховатость поверхности, точность обработки, стойкость инструмента. Большое влияние на обрабатываемость сталей оказывает их химический состав. С увеличением в стали содержания углерода повышается ее механическая прочность и соответственно возрастает сопротивление резанию. При обработке сталей с малым содержанием углерода (0,1—0,25%) получают большую шероховатость поверхности.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ст и цифрами по порядку от 0 до 7. Чем больше число в обозначении марки стали, тем больше в стали углерода.

Качественные углеродистые стали обозначают числами 08; 10; 15; 20; 25 и т. д. Цифры показывают среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Например, сталь 15 содержит углерода около 0,15%. Предел прочности σ_в или временное сопротивление разрыву для углеродистых сталей возрастает с увеличением содержания углерода от 30 до 70 кгс/мм².

Автоматные конструкционные стали обозначают А12, А20, А30 и А40Г. Предел прочности этих сталей находится в пределах σ_в = 60—80 кгс/мм² для холоднотянутой стали и σ_в = 40—75 кгс/мм² для горячекатаной стали. Автоматные стали отличаются повышенным содержанием серы, поэтому они обрабатываются лучше, чем конструкционные стали.

Легированные стали обозначают цифрами и буквами 20Х, 40ХН, 30ХГН, 20ХН3А и т. д. Цифры показывают среднее содержание в стали углерода в сотых долях процента, а буквы — наличие легирующего элемента. Цифрами после букв отмечено процентное содержание легирующего элемента. Буквой А в конце обозначают высококачественную сталь. Предел прочности этих сталей возрастает от σ_в = 70 кгс/мм² (сталь 15Х) до σ_в= 130 кгс/мм² (сталь 20Х2Н4А).

Повышение содержания в стали некоторых легирующих элементов, таких, как хром (Cr), молибден (Mo), ванадий (V), вольфрам (W), никель (Ni), увеличивает прочность сталей и ухудшает теплопроводность, что ведет к ухудшению их обрабатываемости. Кремний (Si) ухудшает обрабатываемость стали из-за образования силикатных абразивных включений. Заготовки из стали с крупнозернистой структурой обрабатываются режущим инструментом лучше, чем с мелкозернистой структурой.

В ряде случаев для улучшения обрабатываемости стальные заготовки подвергают предварительной термической обработке.

Определение обрабатываемости металлов осуществляется методами, основанными на определении изменения стойкости режущего инструмента.

Наиболее часто применяют так называемый «классический метод», при котором режущий инструмент испытывают на разных скоростях резания, доводят до определенного затупления и определяют соответствующий период стойкости Т резца в минутах. При этих испытаниях могут изменяться глубина резания и подача. Этот метод определения обрабатываемости металла дает достаточно точные результаты, но требует значительных затрат времени и металла.

К ускоренным методам определения обрабатываемости металлов относятся метод точения по торцу, температурный метод, метод радиоактивных изотопов и др. Недостатком ускоренных методов испытаний является их меньшая точность.