Обрабатываемость резанием. 
Материаловедение в машиностроении

Показатели обрабатываемости резанием

При обработке резанием от заготовки отделяется (срезается) часть материала, превращающаяся в стружку, в результате чего заготовка приобретает требуемую форму, размеры и качество поверхности.

Обработка резанием — важнейшая технология формообразующей обработки. Высокопроизводительные и малоотходные технологии — литье, обработка давлением, сварка — в большинстве случаев не обеспечивают требуемую точность деталей. Изделия, полученные такими методами, — отливки, поковки, сварные детали, а также сортовой прокат — это заготовки для обработки резанием, которая является окончательной. Только обработкой резанием удается получить детали высокой точности, с допусками на размеры, составляющими тысячные доли миллиметра, а также обеспечить высокое качество (малую шероховатость) обработанной поверхности.

В зависимости от типа используемого инструмента различают лезвийную и абразивную обработку резанием. Инструмент, которым осуществляют лезвийную обработку (резцы, сверла, фрезы и др.), имеет режущую кромку определенной геометрической формы. Он может иметь одну или несколько режущих кромок (например, у фрезы). При абразивной обработке резание осуществляется очень большим количеством хаотически расположенных в абразивном инструменте зерен, каждое из которых имеет свою режущую кромку.

Обработка лезвийным инструментом. Обрабатываемость резанием — это комплексная характеристика материала, которую оценивают рядом показателей:

• — производительностью обработки;
• — качеством обработанной поверхности;
• — видом образующейся стружки.

В зависимости от конкретных условий решающим может оказаться любой из критериев. Например, в условиях автоматизированного производства важнейшим является вопрос стружкообразования — стружка должна легко удаляться из зоны резания, т. е. это должна быть стружка надлома, а не сливная.

Наиболее распространена оценка обрабатываемости материала по производительности обработки. Она определяется скоростью резания, при которой достигается заранее заданная стойкость инструмента. Используют критерий V60 — это скорость резания [м/мин], при которой достигается 60-минутная стойкость режущего инструмента до регламентируемого износа. Для труднообрабатываемых материалов период стойкости инструмента может быть снижен — V30 или даже V15.

Критерий V60 является абсолютным показателем обрабатываемости. Его значения могут изменяться. Результаты испытаний резанием, проведенных в разное время для определения V60, могут отличаться из-за разных свойств стали и инструмента (неодинаковая заточка). Поэтому часто используют относительный показатель обрабатываемости — ?V, равный соотношению скоростей V60 исследуемой и эталонной стали: KV = V60иссл/V60эт. В качестве эталонной часто используют сталь 45 с твердостью 180…200 ПВ, ее обрабатываемость принимается за единицу. В этом случае показатели обрабатываемости отличаются большей объективностью.

Производительность обработки (V60) тем ниже, чем выше твердость и прочность обрабатываемого материала. Кроме того, обрабатываемость зависит от структуры: наличие твердых частиц снижает обрабатываемость (так, увеличение содержания углерода приводит к росту количества твердых карбидов в структуре, обрабатываемость стали при этом понижается).

Однако при очень низкой твердости материала обрабатываемость также понижается. Вследствие высокой пластичности обрабатываемый материал налипает на режущий инструмент, образуется нарост, что приводит к потере стойкости инструмента и снижению качества обработанной поверхности.

Обрабатываемость материалов с малой теплопроводностью более низкая из-за худшего отвода тепла в обрабатываемую деталь, это приводит к большему нагреву инструмента, т. е. к его ускоренному разупрочнению и износу. При прочих равных условиях легированные стали, обладающие более низкой теплопроводностью, обрабатываются хуже, чем углеродистые.

Шероховатость оценивается прямыми измерениями высоты микронеровностей обработанной поверхности на профилометрах или профилографах. Она зависит главным образом от твердости материала — более высокая твердость обеспечивает меньшую шероховатость, т. е. лучшее качество поверхности. Например, трудно получить малую шероховатость при обработке низкоуглеродистых сталей, алюминиевых сплавов — материалов, обладающих малой твердостью и высокой пластичностью.

Стружка надлома («сыпучая») в отличие от непрерывной (сливной) лучшим образом отводится из зоны резания. При резании сыпучая стружка образуется, если в структуре присутствует фаза, обладающая малой прочностью (например, графит в чугуне). Частицы такой фазы нарушают сплошность металла и способствуют дроблению стружки.

Обработка абразивным инструментом. Наиболее распространенная обработка — шлифование. Обрабатываемость шлифованием по производительности обработки оценивается коэффициентом шлифуемости — Кш, равным соотношению снятого металла и израсходованного абразивного материала (по массе или объему). Так же как при лезвийной обработке, этот показатель может быть абсолютным или относительным. Например, для быстрорежущих сталей в качестве эталона используют сталь Р18, шлифуемость которой принимают за единицу.