Резание с нагревом заготовки

Опубликовано admin Июн 5, 2012 в Резка металлов

Одним из средств улучшения обрабатываемости резанием является искусственный подогрев материала срезаемого слоя заготовки до определенной температуры, так называемое терморезание. Этот метод обработки эффективен прежде всего для обработки сталей и сплавов высокой прочности, тугоплавких материалов, а также нержавеющих и жаропрочных материалов.

Способы нагрева заготовок можно разделить на две группы: способ сплошного нагрева и способ локального нагрева. Сплошной нагрев материала заготовки осуществляют в печах; его недостатка ми являются необходимость установки печей в механических цехах, применение средств защиты станков от теплового воздействия, трудности, связанные с перемещением и закреплением заготовок. Поэтому наиболее целесообразным является использование тепла предыдущей заготовительной операции (отливки, штамповки, прокатки).

К способам локального нагрева заготовки относятся индуктивный, электродуговой, электроконтактный. Наиболее распространен способ индуктивного нагрева токами повышенной и высокой частот. Электродуговой нагрев обеспечивает высокую температуру и локализацию нагрева, однако широкого промышленного применения не получил. Электроконтактный нагрев осуществляют введением электрического тока через инструмент или установкой специальных стержневых или вращающихся электродов (роликов); в последней схеме инструмент не подвергается воздействию электрического тока.

Применяют плазменный или лучевой, нагрев, а также способ локального нагрева в электролите. В этом случае через электролит (25-процентный водный раствор К2СО3), поступающий через специальную трубку, пропускают электрический ток повышенного напряжения. Установка монтируется на суппорте станка и перемещается вместе с ним, безопасность эксплуатации обеспечивается предохранительным щитом.

Последний способ обладает рядом достоинств: независимость степени нагрева от магнитных свойств материала заготовки, возможность нагрева заготовок с черной, и неровной поверхностью, обеспечение защиты ют воздействия внешней среды. Безокислительность нагрева обусловлена образованием в зоне смачивания сплошной газовой оболочки, состоящей из водорода и положительных ионов металлов, входящих в состав электролита. Электрические разряды, наблюдаемые в оболочке, происходят по отдельным ярко светящимся каналам различной формы. Эти электронные и ионные лавины повышают давление и температуру (3500°С).

Предварительный нагрев плазменной горелкой, устанавливаемой в резцедержателе токарного станка, успешно применяется в США для обработки крупногабаритных деталей из высокопрочных материалов. Обработка производится на глубинах резания до 5 мм подачах до 0,5 мм/об.

Нагрев во всех случаях ведет к снижению механических свойств, определяющих сопротивление материала пластическим деформациям; это положение широко используют при всех видах горячей обработки металлов давлением. Подобное же значение оно имеет и при обработке резанием с нагревом; например, при точении стали Г12, нагретой до 500° С, сила и мощность, расходуемые на процесс резания, в 1,7 раза меньше, чем при обычном точении. При обработке высокопрочной стали с повышением температуры нагрева с 150 до 820° С элементная стружка переходит в сливную; процесс резания протекает устойчиво, без вибраций.

Применение нагрева при резании ограничивается интенсификацией износа рабочих граней инструментов. Поэтому введение предварительного нагрева улучшает обрабатываемость в тех случаях резания, когда увеличение стойкости инструмента вследствие снижения удельной работы резания больше, чем отрицательное воздействие повышенных температур на увеличение интенсивности явлений схватывания и износа инструмента. Применение предварительного нагрева повышает стойкость инструмента в том случае, если при его использовании в процессе резания увеличивается разница твердости обрабатываемого материала и контактной твердости инструмента, т. е. разупрочнение обрабатываемого материала превалирует над разупрочнением рабочих поверхностей инструмента. При работе быстрорежущим инструментом эта разница обычно уменьшается; поэтому резание с нагревом в этом случае не применяют. При работе инструментом, оснащенным твердым сплавом, она увеличивается; при этом степень увеличения для закаленных сталей больше, чем для отожженных. Этим объясняется рентабельность применения резания с предварительным подогревом для твердых закаленных сталей, поскольку интенсивность адгезионного износа снижается с ростом температуры. Напротив, интенсивность диффузионного износа непрерывно растет с увеличением температуры нагрева. Минимум кривой суммарного износа определяет величину оптимальной температуры нагрева, т. е. максимальную стойкость инструмента.

Температура контактных слоев инструментального и обрабатываемого материалов при резании с нагревом складывается из температуры, обусловленной предварительным нагревом, и приращения температуры, обусловленное тепловыделением в процессе резания.

Оптимальную температуру контактных слоев можно получить и при обычном резании без подогрева путем рационального выбора режимов обработки. Однако стойкость инструмента в этом случае может получиться значительно ниже. Это обусловлено тем, что при оптимальных условиях предварительный подогрев материала срезаемого слоя обусловливает его значительно большее разупрочнение и на большую глубину. В результате уменьшаются силы резания и контактные усилия трения, что ведет к снижению тепловыделения, обусловленного процессом резания, так как приращение температуры эквивалентно работе, совершенной инструмёнтом. Таким образом, предварительный нагрев, с одной стороны, повышает температуру в зоне резания, а с другой, снижая интенсивность тепловыделения, оказывает на температуру резания косвенное влияние, уменьшая ее. Поэтому величина температуры резания складывается из сумм этих противоположно направленных воздействий; причем она может быть ниже, чем при обычном резании без подогрева.

При выборе температуры нагрева не следует достигать температур, вызывающих структурные изменения в материале. Исходя из этого, во всех случаях температурный интервал при резании с нагревом принимают на 35—40° С ниже температурного интервала для отжига и старения. Фирма «НортАмерикен» (США) рекомендует температуру нагрева на 55° С ниже критической; во избежание структурных превращений обработку с нагревом следует выполнять преимущественно до термообработки.