Как подобрать станок под нержавеющую сталь и титан

Нержавеющая сталь и титановые сплавы обрабатываются на тех же станках, что и обычная конструкционная сталь, но требования к оборудованию другие. Оба материала плохо отводят тепло из зоны резания и упрочняются при обработке, поэтому решающими становятся не максимальные обороты, а момент на шпинделе в нижнем диапазоне, жёсткость системы и подача охлаждающей жидкости под давлением. Станок, хорошо работающий по углеродистой стали, на этих материалах может показывать втрое меньшую производительность и повышенный расход инструмента.

Разберём, что происходит при резании этих материалов, какие характеристики станка выходят на первый план, чем различается подбор токарного и фрезерного оборудования и какие данные нужны для расчёта.

Что происходит в зоне резания

• Низкая теплопроводность. Тепло не уходит в стружку и заготовку, а концентрируется на режущей кромке. У титановых сплавов теплопроводность в несколько раз ниже, чем у углеродистой стали.
• Упрочнение поверхностного слоя. Аустенитная нержавеющая сталь при деформации становится твёрже. Проход с малой глубиной резания по упрочнённому слою ускоряет износ инструмента.
• Налипание на кромку. Вязкая стружка приваривается к передней поверхности инструмента, изменяя геометрию кромки и качество поверхности.
• Химическая активность титана. При высокой температуре титан взаимодействует с материалом инструмента, что ограничивает скорость резания сверху.
• Сливная стружка. Длинная непрерывная стружка на токарных операциях наматывается на деталь и инструмент; для работы без оператора требуется её дробление.
• Упругие деформации. Титановые сплавы имеют вдвое меньший модуль упругости, чем сталь: тонкостенная деталь отжимается от инструмента, и это учитывается в схеме закрепления.

Что требуется от станка

• Момент на низких оборотах. Скорость резания невысока, поэтому обороты малы, а сечение среза велико. Определяющая характеристика — момент в рабочем диапазоне, а не мощность на максимальных оборотах.
• Жёсткость. Массивная станина, широкие направляющие, короткие вылеты. При недостаточной жёсткости возникает вибрация, которая сразу выкрашивает кромку.
• Подача охлаждающей жидкости под давлением. Через инструмент под давлением от 20 бар и выше. Струя отводит тепло от кромки и ломает сливную стружку — на титане это основной способ повысить стойкость инструмента.
• Стабильность подачи. Инструмент не должен останавливаться в контакте с металлом: пауза при постоянных оборотах вызывает упрочнение слоя под кромкой.
• Стружкоудаление. Конвейер и промывка рабочей зоны рассчитываются на объём и характер стружки; титановая стружка требует отдельного обращения из-за пожароопасности.
• Система закрепления. Надёжный зажим по большой площади: усилия резания выше, чем на конструкционной стали, при меньших скоростях.
• Контроль состояния инструмента. Измерение износа и контроль поломки на станке позволяют вести обработку дорогих заготовок без постоянного присутствия оператора.

Сопоставление материалов

Значения относительной скорости приведены для сопоставления и уточняются по конкретной марке материала и типу операции.

Токарная и фрезерная обработка

• Токарные работы. Требуется момент на шпинделе, жёсткое закрепление и надёжный подвод жидкости к резцу. Для деталей с большой длиной применяются центры с наклонной станиной: они лучше отводят стружку из рабочей зоны.
• Комплексная обработка. Наличие оси Y и приводного инструмента сокращает число установов. Для вязких материалов это существенно: каждая новая установка означает новую привязку и риск смещения.
• Фрезерование. Обработка ведётся с постоянным углом охвата и без задержек в контакте. Требуется система управления, удерживающая заданную нагрузку на инструмент по всей траектории.
• Тонкостенные детали. Обрабатываются с чередованием сторон и постепенным снятием припуска; схема закрепления прорабатывается вместе с технологией.
• Сверление. Отвод стружки из глубоких отверстий требует подачи жидкости через инструмент; иначе стружка пакетируется и ломает сверло.
• Инструмент. Марки твёрдого сплава и покрытия подбираются под конкретный материал: инструмент для нержавеющей стали и для титана — разные позиции из раздела режущего инструмента.

Что прислать для расчёта

• Чертежи или модели деталей с указанием марки материала и состояния поставки.
• Габариты заготовок и припуски на обработку.
• Требования по допускам и шероховатости.
• Программу выпуска: размер партии и периодичность.
• Действующую технологию, если детали уже обрабатываются, с фактическим временем цикла.
• Ограничения по площади участка, электрической мощности и подаче сжатого воздуха.
• Наличие системы подготовки управляющих программ и подготовку персонала.

Частые вопросы

Подойдёт ли универсальный станок для нержавеющей стали? Для разовых работ — да. При серийной обработке недостаток момента и отсутствие подачи жидкости под давлением приводят к низкой производительности и высокому расходу инструмента, из-за чего себестоимость детали растёт.

Обязательна ли подача через шпиндель? Для титана и глубоких отверстий — да. Наружный полив не доводит жидкость до кромки, и стойкость инструмента падает в разы.

Что дороже — станок с нужными опциями или расход инструмента? Считается по номенклатуре. При регулярной обработке вязких материалов разница в расходе инструмента и во времени цикла окупает опции станка за первый-второй год.

Нужен ли пятиосевой центр под титановые детали? Только при сложной геометрии. Для корпусных и плоских деталей достаточно трёхосевой обработки с поворотным столом; решающими остаются жёсткость и охлаждение.

Как быть с титановой стружкой? Она собирается отдельно и не смешивается с другими металлами: мелкая стружка пожароопасна. Порядок сбора и хранения закладывается при планировке участка.

Можно ли проверить станок до покупки? Да. Обработка образца по вашему чертежу на конкретной модели показывает фактическое время цикла и достигаемую шероховатость — это надёжнее сравнения характеристик по спецификации.

Что мы делаем

Считаем режимы и время цикла по вашим чертежам, подбираем станок с нужным моментом, жёсткостью и подачей охлаждающей жидкости под давлением — токарные и фрезерные центры с ЧПУ, комплектуем инструментом и оснасткой под материал. Выполняем подбор станка, технологический аудит, разработку технологии под ключ, пусконаладку и обучение персонала.

Пришлите чертежи деталей, марку материала и программу выпуска на stanki@erher.ru — посчитаем время цикла, подберём модель с нужными опциями и предложим комплект инструмента под ваш материал.