Специальное предложение

Универсальные марки твердых сплавов для токарной обработки


5 Марта 2013

В былые времена количество марок твердых сплавов было ограниченным (около одного десятка) и по наименованию марки было видно, какие химические элементы и в каком количестве она содержит. В настоящее время номенклатура марок твердых сплавов только у одного производителя может доходить до 50 и более. Если рассматривать большое количество производителей, количество марок становится практически безграничным. Для того чтобы убедиться в сказанном выше, достаточно посмотреть каталоги нескольких фирм-производителей твердосплавных пластин.

Вследствие этого выбор нужной марки сплава становится значительно более трудной задачей. Ситуация усугубляется тем, что название сплава зачастую является просто торговым обозначением и никак не определяет свойства сплава.
Справедливости ради отметим, что распределение сплавов по группам применяемости по ИСО (о чем подробно говорилось в первом номере журнала) существенно облегчает задачу идентификации сплава.
Кроме проблемы выбора марки сплава, потребитель стоит перед проблемой выбора наилучшей геометрии передней поверхности. Каждый производитель предлагает достаточно большое количество различных геометрий для каждого типоразмера пластин.
Представители отдела продаж любого производителя твердосплавных пластин убедительно аргументируют заказчику, что именно их геометрия и марка сплава обеспечивают наивысшую производительность и стойкость на лимитирующей операции. И заказчик покупает. Так и образуется в одном цехе, на одном инструментальном складе колоссальная номенклатура пластин, а также корпусов инструмента.
Поскольку по каждой инструментальной позиции необходим некоторый запас пластин, это значительно увеличивает площади, необходимые для складирования инструмента, его обслуживания и учета. Увеличивается персонал инструментальных кладовых, усложняется заказ инструмента, увеличиваются реальные расходы.
Что же предпринять, чтобы избежать этого?
Следует иметь в виду, что крупные производители твердосплавных пластин реализуют два различных подхода к созданию твердых сплавов. Они создают или:

  • марки, специализированные для определенного обрабатываемого материала и типов операций (черновая, чистовая), которые обеспечивают наивысшую производительность при максимальной стойкости;
  • универсальные марки для обработки различных материалов и различных типов операций, которые для всех допустимых случаев обеспечивают достаточную производительность и стойкость.

В большинстве случаев производительность и стойкость универсальных марок несколько ниже (всего на 10-25%), чем для специализированных марок, предназначенных только для данной операции. Однако в процессе эксплуатации инструмента эти преимущества будут перекрыты теми затратами и неудобствами, к которым приводит чересчур большая номенклатура сплавов. Следует также помнить, что велика вероятность просто случайной установки на станок другой марки твердого сплава со всеми вытекающими последствиями.
Для массового или крупносерийного производства ограниченной номенклатуры деталей будет, безусловно, выгодным применение специализированных марок твердого сплава. Поскольку каждая фирма-производитель постоянно совершенствует свои марки твердых сплавов, то усилия и затраты на испытания и адаптацию новых марок для получения наибольшей производительности (которую только можно обеспечить лишь с использованием новейших инструментальных материалов) будут оправданы и дадут соответствующий экономический эффект.
Если же на участке или в цехе обрабатываются малыми партиями детали из различных материалов, то разумнее всего использовать унифицированные марки сплавов. В этом случае можно не менять инструмент при переналадке станка на обработку детали из другого материала. В результате сократятся простои оборудования при переналадке, что очень важно, поскольку перенесенная на выполнение технологической операции стоимость оборудования всегда выше, чем расходы на инструмент.
Переход на унифицированные марки сплава сократит складские запасы, а соответственно, и складские площади. Следовательно, легче будет следить за расходом инструмента и своевременно заказывать новый, даже при меньшем количестве обслуживающего персонала.
Фирма Kennametall предлагает универсальное решение для токарной обработки четырех групп обрабатываемых материалов: сталь, нержавеющая сталь, чугун и жаропрочные сплавы. Для выполнения любой токарной обработки можно применить всего две универсальные марки твердого сплава (КС 8050 с высокой вязкостью и КС 5010 с высокой износостойкостью) и четыре геометрии передней поверхности (см. рис. 1).

Эти четыре геометрии представлены на рисунках 2-5: геометрии RN и MN с отрицательной ленточкой, соответственно для черновой и получистовой обработки, и геометрии с положительной ленточкой MP — для получистовой и FP — для чистовой обработки.
На рисунке 6 приведены рекомендации по величинам подачи и глубины резания для указанных геометрий.
На рисунках 7 и 8 показана структура износостойкого покрытия данных универсальных сплавов. Для сплава КС 5010 применяется однослойное покрытие алюминиевым нитридом титана (TiAIN) типа PVD толщиной менее 10 мкм. Сочетание состава покрытия, метода нанесения и толщины обеспечивает небольшие радиусы округления режущих кромок, что крайне важно для обработки жаропрочных сплавов. Для сплава КС 8050 использовано трехслойное покрытие (TiCN, толстый слой AI203 и тонкий слой TiN). Это покрытие типа MT-CVD наносится при более низких температурах, а основа отличается различным содержанием кобальта по сечению (содержание к поверхности увеличивается). Общая толщина покрытия около 15-20 мкм.

На рисунке 9 приведены рекомендации по применению универсальных марок твердых сплавов в зависимости от условий обработки (постоянный припуск, переменный припуск, отсутствие припуска — редкое и частое прерывание процесса резания).
Диапазоны скоростей резания, рекомендуемые для универсальных сплавов при обработке различных материалов, даны на рисунке 10. Это скорости резания нового уровня (от 100 до 350 м/мин) для всех групп обрабатываемых материалов, кроме жаропрочных сплавов. Как видно из диаграмм, для сплава КС 5010 рекомендуются более высокие (на 50 м/мин выше) скорости, чем для сплава КС 8050, за исключением жаропрочных материалов, где превышение составляет всего 25 м/мин.

ИСПЫТАНИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ МАРОК СПЛАВОВ

На Международной выставке «Металлообработка 2002», которая проходила в Москве в выставочном комплексе на Красной Пресне в мае месяце прошлого года, безвозмездно предлагались всем желающим для испытаний ромбические двусторонние пластины CNMG 120408 из сплавов КС 8050 и КС 5010 с четырьмя геометриями передней поверхности (рассмотренными выше). Условием являлось наличие качественных державок для закрепления данных пластин. Пластины раздавались с рекомендациями по применению и режимам резания, к ним прилагались и бланки протоколов испытаний.
В результате акции пластины из новых универсальных марок сплавов (примерно 650 штук) получили 130 предприятий, среди которых ВАЗ, КАМАЗ, Елабужский завод легковых автомобилей, БЕЛАЗ, ГАЗ, «Уралмаш», «Уралвагонзавод», ЯЗДА, САВМА, «Киевтрактородеталь», Волжский трубный завод, «Казанькомпрессормаш», ММПП «САЛЮТ», Ковровский электромеханический завод, «Гидромаш» г. Н. Новгород и другие. Только 25 из них прислали 64 протокола испытаний. Анализ протоколов показал, что по сравнению с применявшимся ранее инструментом в 41 случае получены более высокие результаты (что составляет 64%), в 7 случаях результаты не изменились и в 16 случаях они оказались ниже (см. рис. 11).

Интересны результаты испытаний пластин CNMG 120408 с геометрией MN из универсального сплава КС 8050, полученные технологическим исследовательским отделом механической обработки ОАО «ГАЗ». Испытания проводились при токарной обработке шестерни из стали 20ХНМ твердостью НВ 156-217 на вертикально-токарном автомате с ЧПУ мод. 450VT производства Стерлитамакского станкостроительного завода. Пластина выполняла получистовую расточку, подрезку торца и снимала две фаски. Применявшиеся режимы обработки: глубина резания в среднем 2 мм, подача 0,4 мм/об и скорость резания 250 м/мин при числе оборотов 1500-2300 об/мин. Были испытаны 2 пластины (ориентировочно 8 периодов стойкости), средняя стойкость по сравнению с той, что имеет место при используемых в настоящее время по технологическому процессу пластинах, увеличилась в 1,6 раза.
Те же самые пластины (CNMG 120408-MN КС8050) хорошо показали себя на заводе «Киевтрактородеталь» при подрезке торцов отливок из серого чугуна СЧ25 твердостью НВ229-240. При глубине резания 1,5-3 мм и подаче 0,21 мм/об скорость резания составляла около 100 м/мин, что почти в 2 раза выше той, которая применялась ранее.
Эти же пластины (CNMG 120408-MN КС8050) обеспечивали надежный отвод дробленной стружки при точении валиков из стали Ст3 (НВ124) на Тверском вагоностроительном заводе «Вагонкомплект». Пластины позволили увеличить подачу на 25% и на 10% скорость резания.
Приведенные примеры дают убедительное подтверждение возможности использования в реальных производственных условиях сплава марки КС8050 для обработки различных групп материалов.
После появления на рынке универсальных твердых сплавов объем их продажи в Европе значительно вырос в течение первого года (см. рис. 12), что свидетельствует об их высокой эффективности и соответствующих потребностях рынка. В России за прошлый год было продано пластин из новых универсальных сплавов на 2000 евро, что, конечно, оставляет желать большего, но может быть обусловлено достаточной инертностью наших заказчиков, которым требуется длительное время для принятия новых технологических решений.

Гелла Лихциер
Журнал «Стружка», сентябрь 2003 г.


Возврат к списку

Задать вопрос