Обробка чавуну не вважається складною. Це частково пов'язано з більш високим вмістом графіту в матеріалі в порівнянні зі сталлю. Графіт робить стружку крихкою та короткою, а також володіє антифрикційними властивостями, які сприяють змащенню різальної крайки. Завдяки своїй здатності поглинати вібрації, графіт також покращує стабільність обробки. Хоча ці переваги тільки підтверджують вищевказане, обробка чавуну з додатковими нюансами вимагає більш докладного вивчення.
Як можна зрозуміти з назви статті, чавун призначений для лиття. Обробка чавунних деталей включає видалення неоднорідного та мінливого матеріалу - наприклад, вкраплень піску, корки лиття, раковин, гарячих тріщин і інших дефектів лиття, що впливають на ріжучі інструменти. З точки зору механічної обробки більш високий вміст графіту також має недолік: він прискорює абразивний знос. Це означає, що ріжучі інструменти повинні мати гарну зносостійкість для забезпечення високої продуктивності. Також варто відзначити, що термін «чавун» насправді може ставитися до різних типів залізних сплавів, оброблюваність яких може значно відрізнятися. Останнім часто нехтують, що може привести до неправильного вибору ріжучих інструментів і неправильного визначення даних для обробки.
Є кілька видів чавуну. Сірий чавун з кулястим графітом і ковкий чавун входять в групу застосування K (виділені червоним кольором ідентифікації) відповідно до класифікації стандарту ISO 513. Загартований і охолоджений чавун відноситься до групи H (сірий ідентифікаційний колір). Ці специфікації містять чіткі інструкції для виробників щодо застосування ріжучих інструментів - підбір правильного матеріалу інструменту, геометрії різання і вибору режимів різання.
Зазвичай обробка чавуну ISO K не є проблемою для виробників. Наприклад, сірий феритний чавун - це матеріал, який легко ріжеться. Однак обробка чавуну ISO H складніша. Незважаючи на те, що умови обробки схожі з умовами обробки твердих сталей, особливості матеріалу вимагають відповідних рішень від виробників ріжучого інструменту. Крім того, деякі типи чавуну демонструють певну подвійність оброблюваності, підкреслюючи широту і неоднорідність визначення «чавун».
Наприклад, оброблюваність чавуну Ni-Resist можна порівняти з сірим чавуном; однак необхідна геометрія різання здається більш придатною для аустенітної нержавіючої сталі. Заготовки з аустенітного високоміцного чавуну (ADI) поставляються в різних матеріалах і з різним рівнем твердості, що впливає на вибір правильних ріжучих інструментів. Оброблюваність ADI перед загартуванням аналогічна різанню високолегованої сталі. Проте, якщо цей чавун обробляється в умовах високої твердості, тільки інструменти, призначені для групи застосувань ISO H, будуть відповідати очікуванням замовника.
Ситуація з чавуном високої твердості групи ISO H складніша. Обробка чавуну з твердістю HB 400..440 зазвичай не викликає особливих проблем для виробників. Але картина кардинально змінюється при роботі з твердим зносостійким високохромистим чавуном. Загальна твердість може бути близько HRC 52..54, але на тонкостінних ділянках оброблюваної деталі твердість може досягати HRC 60 та навіть більше. У поєднанні з високим вмістом хрому це дуже ускладнює обробку та значно знижує стійкість інструменту.
У таблиці 1 нижче наведені усереднені показники оброблюваності для різних типів чавуну. Перлітний сірий чавун, для якого вказана 100% оброблюваність, є основою для порівняння.
Таблиця 1
|
Матеріал |
Умови |
ISCAR
мат. група* |
Оброблюваність
% |
|
Сірий |
Феритний |
15 |
130 |
|
Чавун (GCI) |
Перлітний |
16 |
100 |
|
Вузликовий чавун |
Ферит-перлітний |
17 |
75 |
|
Чавун (NCI) |
Перлітний |
18 |
70 |
|
Ковкий чавун |
Феритний |
19 |
115 |
|
Чавун (MCI) |
Перлітний |
20 |
93 |
|
Ущільнене графітове залізо (CGI) |
|
~17 |
80 |
|
Ізотермічний |
М’який |
~10 |
80 |
|
Пластичне залізо (АДІ) |
Загартований |
41 |
35 |
|
Ni-resist аустенітний CI |
|
|
90 |
|
Охолоджений чавун |
HB 400…440 |
40 |
50 |
|
Загартований чавун |
HB 550…600 |
41 |
25 |
* Група матеріалів ISCAR відповідно до стандарту VDI 3323
Вибір найбільш гідного ріжучого інструменту для обробки чавуну повинен ґрунтуватися на детальному дослідженні типу чавуну і його твердості. Фахівці із застосування ріжучого інструменту, які беруть участь у виборі правильного інструменту, повинні бути повністю точними при вказівці характеристик чавуну, призначеного для обробки. У свою чергу виробники ріжучого інструменту докладають всіх зусиль, щоб знайти найбільш ефективні рішення для обробки чавуну, з огляду на його різноманітність. Серед основних споживачів чавуну - автомобілебудування, виробництво штампів і прес-форм, верстатобудування і важка промисловість - всі вони вимагають від своїх партнерів по різальному інструменту все більш ефективних продуктів. Інструменти для обробки чавуну складають значну частину асортименту продукції ISCAR. ISCAR представив на ринку безліч цікавих конструкцій і інструментальних матеріалів, призначених саме для різання цього матеріалу. Деякі з цих конструкцій демонструють логіку їх творців, яка була спрямована на пошук відповідної відповіді на потреби клієнтів.
Міцна основа
Згаданий раніше важкооброблюваний твердий / високохромистий чавун створює серйозні перешкоди для продуктивності обробки. Ріжучий інструмент відчуває високі механічні і термічні навантаження. Наприклад, при фрезеруванні цього чавуну твердосплавними інструментами типова швидкість різання невисока: 40-50 м/хв (130-160 фут/хв). Інтенсивне тепловиділення часто змушує виробників застосовувати вологий теплоносій. В результаті інструмент працює в умовах теплового удару, що значно скорочує термін його служби.
ISCAR розробив сплав DT7150 спеціально для цього типу операцій. DT7150 - це твердий сплав «DO-TEC», який має міцну основу та поєднує в собі процеси нанесення CVD і PVD покриття середньої температури. Завдяки надзвичайно високій зносостійкості та стійкості до викришування, DT7150 пропонує клієнтам ефективний інструментальний матеріал для різання твердого чавуну.
Принципово суттєва зміна продуктивності може бути досягнута за рахунок використання кубічного нітриду бору (CBN), який дозволяє значно збільшити швидкість різання. Наприклад, при обробці твердого чавуну швидкість в 2-5 разів вища, ніж при обробці твердого сплаву. Високопродуктивні фрези ISCAR з пластинами з тангенційним затиском і ріжучими крайками з CBN надзвичайно популярні в автомобільній промисловості. Для твердого точіння компанія розширила асортимент пластин ISO-типу з напайками з CBN як для безперервного, так і для переривчастого різання (рис. 1).
В застосуваннях ISO K (обробка сірого чавуну, чавуну з кулястим графітом і ковкого чавуну) при середніх навантаженнях керамічні інструменти показали хороші результати. Периферійно шліфовані фрезерні пластини TANGMILL з тангенційним затиском, які виготовлені з нітриду кремнію (Si3N4) сплаву IS8, забезпечують збільшення швидкості різання до трьох разів і чудову чистоту поверхні. При токарній обробці може бути досягнута швидкість різання до п'яти разів вища за рахунок використання пластин з нітриду кремнію з покриттям CVD, навіть для чорнової обробки.
Роль геометрії
Геометрія різання і підготовка кромок мають вирішальне значення для продуктивності інструменту. Є кілька типів підготовки різальних крайок: закруглена, скошена та ін. Хоча вибір необхідної форми може здатися простим завданням, це не так просто. Яка ширина або кут зняття фаски будуть найбільш ефективними? Як забезпечити заданий кут при виготовленні інструменту? Ці питання особливо важливі при використанні пластин з кераміки або CBN. Відповіді вимагають відповідних професійних навичок і досвіду. Сьогодні інженери озброєні потужним інструментом проектування - комп'ютерним моделюванням утворення стружки, який серйозно сприяє пошуку оптимальної форми. Цей інструмент значно скорочує час розробки ріжучої геометрії і являє собою важливий фактор в успішній розробці інструменту.
Хорошим прикладом оптимального стану крайки в поєднанні з твердим сплавом, призначеним для обробки чавуну, є пластина для обробки канавок TGMA. Ця пластина була представлена в останні роки і поповнила сімейство TOPGRIP від ISCAR. Фронтальна і бічна частини ріжучої кромки пластини мають скошену фаску, що утворить так звану Т-подібну фаску для збільшення міцності кромки і збільшення терміну служби інструменту (рис. 2). Комп'ютерне моделювання зіграло вирішальну роль в оптимізації геометрії крайок. Пластина виготовлена зі сплаву IC5010 з покриттям CVD, який був розроблений спеціально для обробки канавок в чавуні.
Екстра тонке покриття
Недавній запуск нових продуктів ISCAR в рамках своєї маркетингової кампанії «LOGIQ» включав в себе сімейство торцевих фрез TANGFIN, розроблених для чистової обробки поверхні (рис. 3), які викликали великий інтерес у виробників чавунних деталей. Пластини з тангенційним затиском встановлюються під фрезу TANGFIN з поступовим зміщенням, як в радіальному, так і в осьовому напрямах. Конструкція дозволяє кожній пластині вирізати тільки невелику частину матеріалу. Ця концепція, разом з принципом тангенційного затиску з високою жорсткістю та довгою зачистною крайкою пластини забезпечує вражаючу якість обробленої поверхні з параметром шорсткості Ra до 0,1 мкм (4 мкм).
Індивідуальні рішення
Автомобільна промисловість - один з найбільших виробників чавунних деталей. Бажаючи знизити вартість деталі при масовому виробництві компонентів автомобілів, виробники ріжучого інструменту розробили спеціалізовані високотехнологічні інструменти, які виконують певні операції механічної обробки з максимальною продуктивністю і призводять до скорочення часу циклу обробки.
Індивідуальне рішення для обробки поворотних патронів (рис. 4) є прекрасним прикладом цих комбінованих інструментів. ISCAR запропонував це рішення в рамках проекту «Під ключ» для одного з найбільших виробників автомобілів. Комбінований інструмент в зборі виконує кілька операцій - нарізання внутрішньої різьби в отворах пилозахисного кожуха; фрезерування двох канавок (для стопорного кільця і мастила ущільнення) за допомогою гвинтової інтерполяції; і фрезерування зовнішньої межі. Інструмент має різні пластини, що затискаються радіально і тангенційно, та насадку для нарізання різьби з механізмом компенсації перекосу. Жорсткі допуски на лінійні розміри забезпечують успішне використання інструменту на багатошпиндельних верстатах.
Виявляється, обробка чавуну - справа не така проста, як іноді думають. Розуміння різноманітності цього матеріалу і дотримання правил обробки чавуну для правильного застосування ріжучого інструменту забезпечить максимальну ефективність і продемонструє IQ-здатності інструменту для досягнення і підтримки високоефективних методів обробки.
