Режимы и инструменты для токарной обработки закаленной стали

Каждый профессионал, имеющий дело с режущим инструментом, будь то мясник, плотник, токарь или ювелир, при заточке всегда соблюдает закон: угол заточки зависит от материала, который будут резать. Материал, из которого сделан резец, никакого отношения к этому углу не имеет, просто два резца из разных металлов будут отличаться износоустойчивостью при одном и том же угле заточки и том же обрабатываемом материале.

Все углы заточки определены еще в XIX веке. Волосы мы будем брить с углом заточки 8º-12º, независимо от марки бритвы: «Sollingen», или «Tpyд Baчa». Кожу резать – угол 15º-18º, сделан ли наш косяк из пилы Р9, или откован из рессоры, неважно. Ювелир, для обработки стали, свой штихель заточит под угол 85º-90º, будь то «Fish» made in Swiss, или самоделка с Дмитровского рынка. Я начал с этой прописной азбучной истины, потому, что у дилетантов, видящих нож второй раз в жизни, мнение совершенно противоположное: все зависит только от материала, из которого этот нож сделан. Ну, а поскольку незнание законов ответственности не снимает, то в результате – разочарования и обиды на всю оставшуюся жизнь. Я с этим сталкиваюсь ежедневно, поэтому опишу два типичных случая махрового невежества.

Случай первый. Короткое предисловие: стамески для резьбы по дереву имеют твердость 52 ед.-59 ед. HRC, угол заточки 23º-30º. Угол заточки зависит опять же от породы дерева: маленький – для мягких пород (липа, тополь, осина), большой – для твердых (дуб, самшит и несть им числа). Идеально закаленная сталь при угле заточки меньше 18º начинает заворачиваться (загибаться), если сталь крошится – это брак. Стамеска обязательно имеет «плечо», т.е. фаску, которая обуславливает определенный радиус резьбы: заход в массив дерева и выход из него. Если нужно увеличить этот радиус, то меняют толщину стамески, но не угол заточки.

Это было предисловие. А теперь типичный случай. Покупают набор стамесок и возвращают с претензией: стамески не режут и гнутся. Смотрю: все резцы переточены, плеча нет, угол заточки 5º-8º т.е вид у стамески такой:

Резать она не может принципиально, т.к. не имеет плеча, а отсюда и радиуса поворота – идет по прямой. Никакие объяснения не принимаются, поскольку невежество агрессивно и всегда считает себя правым.

Случай второй. Претензии к булатному ножу: стекло не режет, а гвоздь не рубит. Причина та же: нож переточен – кромка 0,1 мм, угол заточки 20º. Такой нож, из чего бы ни был сделан, может резать только кожу. Объясняю на примере зубила. Делают его из стали У7-У8, угол заточки 45º-60º, ширина плеч 10-12 мм, твердость 52-58 ед.HRC. При этих параметрах зубило рубит железо не тупясь (пока не столкнется с закаленной сталью). Главное здесь – ширина плеч.

Не обязательно изучать сопромат, чтобы понять, что давление перераспределяется равномерно на всю площадь, металл испытывает небольшую нагрузку на 1м м² и не деформируется. Возьмите это же зубило, сточите до толщины 0,1 мм и попробуйте рубить гвозди – гвоздь будет вминаться на весь свой диаметр, значит, если вы хотите, чтобы нож перерубал гвоздь, то заточите его 45º -60º, и создайте толщину кромки 1-2 мм. Тогда он будет рубить гвозди, независимо из чего этот нож сделан: из стали У8, Х12ФМ, или булата, здесь я опровергаю устойчивое мнение: «и раз это булат, то он должен…»

Булат никому и ничего не должен, это сталь, которая подчиняется всем законам металловедения, ну и как он будет рубить гвозди при маленьком угле заточки и узких плечах?! Преимущество булата перед сталью в том, что при угле заточки в 60º — он бреет. Я в своей практике чуть не отрезал первую фалангу на указательном пальце, проведя по обуху с углом в 90º. Режут торчащие во все стороны карбиды. Размеры у них вполне ощутимые: это веретено, толщиной 3-5 µ и длиной 10-15µ. Отсюда вывод: при желании булатное лезвие можно легко загубить заточкой: нужно создать узкие плечи, маленький угол, обработать мягкими водяными камнями, потом протянуть кромку вдоль медного прутка или бруска твердого дерева и вырвать все карбиды. На кромке образуется полоса блестящей, полированной матрицы с твердостью 45 ед. После этого можно смело соревноваться с ножом, сделанным из алюминиевой ложки – булат проиграет. Соблюдать определенные законы заточки стали и булата не сложнее, чем бензин заливать в бензиновый двигатель, а солярку – в дизель. Хотя можно встать в позу, как суровый сибирский мужик, который затолкал рельс в пилораму, а потом качал укоризненно головой и приговаривал: «Ну, что ж ты подвела – заграничная штучка!».

Свойства закаленных металлов

Закалка металлов представляет собой процедуру обработки материала высокотемпературным воздействием до определенного предела и дальнейшего охлаждения. В процессе закалки происходит фазовое превращение из аустенита в мартенсит. После закалки изменяются механические свойства сталей: повышаются прочность и твердость, при этом также увеличивается хрупкость, снижается пластичность. Для снижения хрупкости и улучшения пластичности сталь подвергаю отпускному отжигу.

Закаленную сталь допускается обрабатывать разными методами:

точением;
фрезерованием;
сверлением;
шлифованием.

Но, при любых видах обработки, следует правильно выбирать режимы резания, так как из-за термического воздействия, повышается хрупкость металла. Кроме того, он быстро аккумулирует тепло в месте реза, что приводит к налипанию материала на токарный резец и его быстрому износу.

Токарные работы по стали

Применение смазочных материалов

Когда происходит сверление отверстий в каленом металле, обязательно необходимо применять смазывающее вещество. Оно частично охлаждает рабочую область, не давая оснастке быстро выходить из строя. В качестве смазки можно использовать обычное машинное масло или специальные мастики для сверления. Правильная обработка смазкой заключается в следующем:

Область сверления на каленом металле отмечают керном. На эту точку наносят небольшое количество смазки. Если она жидкая, то выдавливают каплю масла так, чтобы оно не растекалось.
Режущую область инструмента опускают в смазку и устанавливают на отмеченную ранее точку.
Во время сверления каленого металла следят за количеством смазки и добавляют по мере ее выработки.
Следят за состоянием нагрева инструмента, не допуская его перегрева. Интенсивное выделение дыма от горения смазки указывает на необходимость прекратить работу и остудить оснастку и металл.

Режимы резания при точении закаленной стали

Чтобы получить деталь высокого качества, черновую и чистовую обработку закаленной стали на токарных станках необходимо осуществлять с учетом следующих рекомендаций:

Начинайте работу на небольшой скорости и с наименьшей глубиной резания. Это позволит получить небольшой угол и добиться правильной обработки кромки, что положительно скажется на сроке службы инструмента.
Для достижения высокого качества обработки поверхности детали и надежности пластины, увеличивайте подачу постепенно. Такой подход также позволит улучшить стружкоотведение и ее дробление.
При чистовой механической обработке выбирайте глубину резки больше радиуса пластины у вершины. Это исключит риск отклонения и позволит добиться высокой точности при работе с внутренними поверхностями заготовок.
Не работайте на очень низкой скорости резания, так как это приведет к деформации оснастки и заготовки.

Немалую роль при точении закаленной стали играет использование СОЖ, которая не только повышает надежность процесса обработки металла, но и увеличивает производительность работы оснастки и качество готового изделия. При этом важно применять СОЖ корректно:

для черновой и получистовой токарки рекомендуется остановить выбор на нижнем подводе СОЖ в случае чистового обработки следует отдать предпочтение оборудованию с высокоточным нижним подводом смазочно-охлаждающей жидкости;
уровень давления подачи СОЖ необходимо регулировать в каждом конкретном случае, в зависимости от глубины резки, подачи материала, диаметра сопла, марки обрабатываемой стали.

Методы сверления каленой стали

Сверловка каленой стали характеризуется высоким нагревом поверхности заготовки и инструмента, что ведет к быстрому износу последнего. Поэтому во время обработки стараются отвести лишнее тепло или сделать так, чтобы участок, где будет канал, стал более мягким.

Первый способ, который позволяет сделать каленый металл более податливым, основан на использовании кислот. Из подходящих веществ можно указать азотную, хлорную или серную кислоту. Эти жидкости применяют точечно, то есть ими обрабатывают конкретно то место, где в дальнейшем будет отверстие (протравливают участок). Чтобы кислота не вышла за пределы рабочей области из материалов, не подверженных воздействию кислоты (полимеры, краски, парафин), вокруг будущего отверстия организуют что-то наподобие бортика. Отверстие заливают активной жидкостью и выдерживают определенное время. Далее проводят сверление обычным сверлом.

Еще один метод ослабления твердости каленого металла в зоне получения канала основан на прогреве этой зоны до высоких температур. Наилучшим образом с этим справляется сварочный аппарат. В этом случае нужно правильно подобрать силу дуги, чтобы металл не плавился и не деформировался. Когда заготовка в зоне сверления раскалится, можно проделывать отверстие обычным сверлом из быстрорежущей стали.

Самый простой способ, но не самый дешевый, заключается в приобретении специального сверла, рассчитанного на проделывание отверстий в каленом металле. Режущие кромки такого инструмента усилены победитовыми напайками или выполнены из победитовых пластин. В этом случае также желательно применять дополнительное охлаждение рабочей области.

Во время работы с кислотами нужно быть предельно осторожным и выполнять операцию в хорошо проветриваемом помещении. Это поможет предотвратить ожоги либо отравление вредными парами.

Выбор режущего инструмента для токарной обработки каленой стали

Точение закаленной стали – одна из самых сложных задач в металлообработке, которая лучше всего решается с применением режущей оснастки следующего вида:

Твердосплавные пластины – универсальный и экономичный вариант, устойчивый к абразивному износу. Такой инструмент лучше всего подходит для работы со сталью твердостью не более 55 HRC. При более высоких характеристиках, срок службы инструмента значительно сократится.
Керамические пластины – оснастка из смешанной керамики или армированной специальными кристаллами. Она способна прослужить долго даже при работе с очень твердой сталью, но поверхность, обработанная такой пластиной будет иметь не очень высокое качество. Поэтому их рекомендуется использовать для чернового и получистового точения.
Пластины из сплава кубического нитрида бора (CBN) – высокопрочный резец, способный справиться с закаленной стали до 65 HRC и позволяющий получать идеальный результат при финальной обработке металла с экономией времени производственного процесса до 70%.

Виктор Кузнецов

Булат легко точится мягким камнем, придорожным песчаником, или голенищем валенка, удлинение времени заточки не дает ничего, кромка не становится острее – она просто стачивается. При таком способе заточки у булата стачивается матрица, начинают торчать карбиды и он режет.

Заточка алмазными брусками, или камнями Arkansas более долгая, приходится точить карбиды, твердость которых 70-80 ед. HRC, но эта заточка более долгоиграющая, может хватить на три сезона.

Рабочая кромка булата может иметь две поверхности:

Поэтому, если вы хотите получить максимум рабочих свойств булатного клинка – придется попотеть. Угол заточки: 30º-45º, ширина плеч (толщина кромки) 0,5 мм-1мм, заточка – твердыми камнями.

Получится универсальное лезвие – и рубит, и режет.

Если брать идеальное лезвие из булата и стали, то различие небольшое. Сталь может рубить и резать дольше булата, а булат легче точится и легче режет. У булата твердость матрицы 23-45 ед. HRC, твердость карбидов 70-90 ед., но его легко заточить даже надфилем. У стали линейная зависимость, чем тверже, тем лучше режет. Поэтому хороша сталь с твердостью 61-64 ед.HRC. Но эта сталь с трудом точится в полевых условиях. В общем – то, вывод стандартный – прошла тысяча лет и преимущества булата над бронзой так и остались высокие, но по сравнению с современной сталью нивелируются.

Подбор инструмента

Для того чтобы избежать всех вышеописанных проблем и провести качественную обработку твердых сплавов, необходимо в первую очередь правильно подобрать инструмент. Он должен быть изготовлен из металла, который обладает более высокими режущими свойствами, чем обрабатываемая деталь. При этом для предварительной обработки специалисты рекомендуют использовать твердосплавными резцами, а для чистовой – быстрорежущие. К последним относятся стали марок Р14Ф4, Р10К5Ф5, Р9Ф5, Р9К9.

Для изготовления инструмента из твердосплавных металлов используют три вида сплавов:

Т30К4, Т15К6, ВКЗ – износостойкие;
Т5К7, Т5К10 – отличаются высокой вязкостью;
ВК6А, ВК8 – нечувствительны к ударам, обладают наименьшим сопротивлением к износу.

Для упрочнения инструментов и повышения их рабочих характеристик дополнительно проводят нанесение второго слоя твердосплавного металла, цианирование, хромирование, плакирование.

Самодельное сверло

Дорогое сверло для работы необязательно покупать, в некоторых случаях его можно изготовить в домашних условиях. Лучше всего для этого подойдет стержень из сплава кобальта и вольфрама – победит. Такой стержень легко распознать среди других железок: он не будет поддаваться резанию полотном для металла. Далее делают следующее:

Устанавливают на наждак алмазный круг.
Торцуют одну сторону стержня и стачивают на этой стороне шлицы, как на плоской отвертке.
Далее стачивают бока, чтобы получился острый конус.

Уважаемые посетители сайта, поделитесь в комментариях предложениями, как еще можно просверлить отверстие в стали, которая была подвержена закалке.