7. Обрабатываемость резанием. Автоматные стали

Большинство деталей, за исключением получаемых из листа, тонкой проволоки или калиброванных прутков, изготавливают обработкой резанием. На любом машиностроительном заводе механические цехи являются основными по количеству рабочих, занимаемой площади,

потребляемой энергии, числу станков, хотя в настоящее время явно намечается тенденция перехода на другие более прогрессивные методы изготовления деталей (малоотходная или безотходная технология).

Естественно, что улучшение обрабатываемости стали — основного машиностроительного материала — имеет весьма большое практическое значение.

Вопрос о связи обрабатываемости со структурой и составом стали теоретически еще полностью не изучен.

Сложность вопроса об обрабатываемости режущим инструментом заключается прежде всего в неопределенности самого понятия обрабатываемости. Обрабатываемость можно расценивать с точки зрения допускаемой скорости резания (важнейший момент, определяющий производи тельность станка), усилия резания, чистоты обработанной поверхности. Кроме того, обрабатываемость одного и того же материала может быть различной при разных операциях — точение, фрезерование, сверление, шлифование и т. д. — или при грубой или отделочной обработках.

Получить удовлетворительную корреляцию между механическими свойствами и обрабатываемостью не удалось, но приближенно можно считать, что повышение твердости или прочности снижает обрабатываемость (определяемую по скорости резания) и в первом приближении даже мало зависит от состава стали (рис. 159).

Рис. 159. Обрабатываемость (допустимая скорость резания) в зависимости от прочности (подача 1 мм) глубина резания 2 мм

Однако при одинаковом значении твердости различия в структуре и в составе часто могут обусловить значительные различия в обрабатываемости.

Большое значение имеет теплопроводность стали. Стали с аустенитной структурой обладают малой теплопроводностью. Выделяющееся при резании тепло мало поглощается изделием, а в основном концентрируется в точках резания и разогревает режущую кромку инструмента, что снижает его стойкость. Поэтому, несмотря на низкую твердость, аустенитные стали обрабатываются плохо.

Размер зерна в стали существенно влияет на обрабатываемость. Крупнозернистая сталь, обладая пониженной вязкостью (об этом см. гл. III, п. 1), лучше обрабатывается резанием. Пониженная вязкость создает так называемую «обработочную хрупкость», способствует более легкому отделению и получению сыпучей, недлинной стружки.

Строение перлита также влияет на обрабатываемость. Доэвтектоидные стали обладают лучшей обрабатываемостью при структуре феррит + пластинчатый перлит. Эвтектоидные и заэвтектоидные стали лучше обрабатываются, если их структура состоит из зернистого перлита. Об условиях получения этих структур см. гл. X, п. 3 и гл. XI, п. 10.

Относительно влияния состава стали следует отметить, что увеличение содержания углерода в стали вследствие упрочнения приводит к снижению обрабатываемости. Тем не менее очень низкоуглеродистые стали и техническое железо обрабатываются плохо вследствие их большой вязкости и пластичности, кроме того, при их обработке получается длинная трудноудаляемая стружка.

Особое внимание следует обратить на влияние фосфора и серы. Оба эти элемента не только повышают стойкость инструмента, но

и способствуют получению обработанной поверхности лучшего качества. Поэтому для изготовления малоответственных деталей применяют так называемые автоматные стали — низкоуглеродистые стали с повышенным содержанием серы и фосфора. К недостаткам серофосфористых сталей относятся не только пониженная пластичность и вязкость, но и повышенная склонность к коррозии. Это следует учитывать при назначении автоматных сталей для изготовления деталей, подвергающихся механическим воздействиям, работающих в условиях повышенной влажности и т. д.

Имеются и другие элементы, кроме серы, улучшающие обрабатываемость. К ним относятся химические аналоги серы — селен и теллур, которые в настоящее время используют для повышения обрабатываемости некоторых высоколегированных (нержавеющих) сталей. Было показано также, что обрабатываемость стали улучшается присадкой небольшого количества свинца (0,1-0,2 %), не растворимого ни в жид кой, ни в твердой стали. В твердой стали свинец, присутствуя в виде мелких обособленных включений, делает стружку более ломкой и оказывает смазывающее действие.

Состав автоматных сталей приведен в табл. 23.

Таблица 23. (см. скан) Химический состав автоматных сталей, % (ГОСТ 1414-75)

В целях лучшей обрабатываемости в сталь, кроме серы и фосфора, вводят свинец, селен, теллур. Такие автоматные стали (или повышенной обрабатываемости) позволяют в 2—3 раза сократить расход режущего инструмента (резцы, сверла и т. д.). Правда, во всех случаях механические свойства (пластичность, вязкость) ухудшаются, что необходимо иметь в виду.

Улучшение обрабатываемости достигается модифицированием жидкой стали (практически любого состава) кальцием (вводится в жидкую сталь в виде сил и кокал , который глобулизирует сульфидные включения, что улучшает обрабатываемость быстрорежущим инструментом (см. с. 361), т. е. при средних скоростях резания. Хотя улучшение обрабатываемости при этом не столь значительно как при легировании серой, фосфором, свинцом, но механические свойства, в особенности в направлении поперек прокатки не только не снижаются, но даже улучшаются. Остаточное содержание кальция, т. е. в готовой продукции совсем незначительно (0,001-0,003 %).

Лучше всего обрабатывается серофосфористая сталь Из нее резанием изготавливают неответственные детали массового производства.

Другие стали, указанные в табл. 23, предназначаются для изготовления более ответственных деталей, которые затем подвергают термической обработке.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Справочник по машиностроительным материалам. Т. I. М.: Машгиз, 1959. 907 с.

Болховитинов Н. Ф. Металловедение и термическая обработка. М.: 1965. 503 с.

Справочник. Материалы машиностроения. Т. II, М.: Машиностроение, 1967. 496 с.

Гуляев А. П. Чистая сталь. М.: Металлургия, 1975. 184 с.

Гольдштейн Я. Б., Заславский А. Я. Конструкционные стали повышенной обрабатываемости. М.: Металлургия, 1977. 246 с.

Журавлев В. Николаева О. М. Машиностроительные стали (справочник). М.: Машиностроение, 1981. 392 с.