Обработка нержавейки: как работать с нержавеющей сталью на токарном станке?

При работе в сложных условиях, при максимальных нагрузках, а также в контакте с агрессивными средами многие конструкционные стали не справляются с особенностями эксплуатации. Поэтому для таких деталей и комплектующих требуются специальные прочные сплавы, к которым относится нержавеющая сталь. 

Благодаря своим уникальным характеристикам, нержавейка используется практически во всех сферах производства – от легкой и пищевой промышленности до металлургии и станкостроения. Однако часто при обработке заготовок из нержавейки на токарном станке мастера сталкиваются с некоторыми трудностями.

В статье рассмотрим основные особенности токарной обработки нержавейки и дадим практические рекомендации при работе за станком. 

Какие особенности у токарной обработки нержавейки? 

Специалисты обрабатывают нержавеющую сталь уже более 100 лет. За это время существенно улучшились станки, появились новые технологии металлообработки. Наравне с фрезеровкой и резкой прокат из нержавеющей стали подвергается обтачиванию на токарном станке. И этот процесс значительно отличается от металлообработки углеродистой стали. Основные проблемы: 

• затрудненное отхождение стружки;
• быстрый износ инструмента;
• деформационное упрочнение материала. 

Одним из вариантов, как избежать этих проблем, является снижение скорости резки. Если просто работать на пониженной передаче, можно добиться достаточно высокого качества среза за счет снижения температуры нагрева детали и режущей кромки. И отведение стружки перестает доставлять много трудностей.

Но работа на низких скоростях не всегда соответствует интересам производства. Если это частный токарный станок и нужно обточить одну небольшую деталь, то вполне можно пользоваться технологиями работы с углеродистой сталью. Но если предстоит точить нержавейку на регулярной основе, то стоит учитывать особенности работы с материалом.

Если сравнивать характеристики нержавеющей и углеродистой стали, то можно заметить, что их механические свойства практически одинаковые. Оба сплава имеют схожую твердость и предел растяжимости – показатели, на которые обращают внимание токари при металлообработке. Но у сплавов разная микроструктура, которая объясняет склонность нержавейки к деформационным уплотнениям. 

Иными словами, во время резки сплав под воздействием инструмента сперва деформируется, потом режется, а после упрочняется. И на этом этапе для обработки требуется прикладывать максимальные усилия. Причем упрочнение происходит неравномерно. Это может быть незаметно, когда обрабатывается небольшая заготовка. Но если между бабками зажат круг из нержавейки, например, диаметром 500 мм, то при неправильной металлообработке неравномерное уплотнение будет чувствоваться. 

Другие особенности токарной обработки нержавеющей стали: 

• Из-за высокой вязкости сплава, особенно это касается жаропрочной нержавейки, во время резки стружка не обламывается мелкими сегментами, а тянется длинной спиралью. 
• Заготовки из нержавейки нуждаются в дополнительном охлаждении. Материал отличается низкой теплопроводностью. И если это плюс при эксплуатации, то минус при металлообработке. Чтобы предотвратить образование наклепа из-за сильного повышения температуры, следует использовать специальные охлаждающие жидкости. 
• Металл очень твердый. А если на поверхности образовался наклеп, то это может стать причиной увеличения прочности и, как результат, быстрого вывода из строя режущего инструмента. Чтобы он не тупился и не происходило сколов режущих кромок, важно использовать подходящую оснастку и следить за температурой заготовки.
• Во время обточки нержавейки резцы быстрее тупятся. Это объясняется тем, что в составе нержавеющей стали есть присадки карбида и других металлов – в небольшом количестве. Эти элементы увеличивают силу трения и абразивную способность нержавейки, из-за чего резцы часто нуждаются в заточке. 

Когда мы рассмотрели основные сложности, с которыми сталкиваются токари при металлообработке нержавейки, перейдем к способам их устранения. 

Удаление спиралевидной стружки

Скопление длинной стружки затрудняет процесс работы за станком. Приходится останавливать работу, чтобы очистить рабочее пространство. В обратном случае резак может попадать на стружки и быстрее изнашиваться. А качество заготовки при этом будет ухудшаться. Избежать этого можно с помощью нескольких лайфхаков: 

• Постоянная подача смазочно-охлаждающей жидкости. Некоторые станки имеют функцию автоматической подачи эмульсии. Она подается под режущий инструмент под высоким давлением, благодаря чему рабочее пространство эффективно охлаждается, а стружка ломается на мелкие фрагменты и самостоятельно отходит. Иногда для этого используют кислоты – это эффективно для сохранения срока службы резца, но при этом негативно влияет на сам станок.
• Выбор стружколома правильной формы. Обязательным условием является наличие положительного внешнего угла. При выборе обязательно учитывайте назначение стружколома – для высоколегированных сталей. Однако в последнее время стали выпускать изделия, предназначенные универсально для разных материалов. 

Как бороться с деформационным упрочнением стали

Единственный способ снизить упрочнение нержавейки во время токарной обработки – выбрать подходящий резак и снимать слой нужной толщины. При выборе оснастки отдавайте предпочтение пластинам с наиболее острыми кромками. Они успевают снимать слой стали до ее упрочнения. Благодаря этому, не образуется наплыв, а инструмент прослужит большее время. 

Если же заготовка нуждается в нескольких проходах инструментом, то сперва стоит снять максимально глубокий слой, а последующие проходы делать небольшие. Например, сперва снять 6 мм стали, затем 2 и еще 2. 

Также следует помнить, что самому большому деформационному упрочнению подвергаются аустенитные сплавы. Это марки AISI 201, AISI 202, AISI 303, 08Х18Н9 и проч.

Как увеличить срок эксплуатации резцов

Есть основные три способа, как продлить срок годности инструмента: 

• максимально остро затачивать резцы;
• использовать инструмент с положительным передним углом;
• выбирать резцы со специальным покрытием. 

Из износостойких напылений для резцов по нержавеющей стали различают два основных вида: 

• CVD. Это тонкая пленка из карбида титана, которая наносится на режущую кромку пластины с помощью химических преобразований. Также иногда используют оксид алюминия или нитрид титана – эти материалы также позволяют создать прочную пленку на поверхности инструмента. Результатами напыления считают увеличение износостойкости кромки, предотвращение сколов, заусенцев и налипания материала, устойчивость к нагреву и, как следствие, более качественный результат металлообработки и продление срока службы резца. 
• PVD. Основное отличие этого вида покрытия в том, что оно образуется на поверхности инструмента вследствие не химического, а физического нанесения напыления. Вещество превращается в пар и оседает на нагретом инструменте, вступая с ним в реакцию. В качестве напыления используют тот же нитрид титана и другие соединения, например алюминий хлор нитрид. Преимущество этого метода в том, что полностью сохраняется прочность режущего инструмента, а сама кромка при этом остается максимально острой. 

Также следует отнестись со вниманием к подбору оснастки. Как правило, на токарном станке используются резцы, но также могут применяться сверла, развертки, плашки. Важно выбрать правильный материал, из которого изготовлена оснастка. Для работы с нержавеющей сталью подходят: 

• Эльбор – искусственный алмаз. Он эффективен только при отсутствии вибраций и ударов.
• Твердые сплавы марок Т30К4, Т15К6, Т5К7, Т5К10, ВК8, ВК6А. Самые распространенные варианты материалов для резцов по нержавейке.
• Минералокерамика. Подходит для чистовой обработки. 

Выбрав правильную оснастку, а также позаботившись об охлаждении рабочей зоны, токарная обработка нержавеющей стали может стать максимально эффективной и беспроблемной.