Расчёт режимов резания: пошаговая инструкция

Пошаговое руководство: как выполнить расчёт режимов резания

Два десятилетия, к слову, ежедневно мною проводятся у станка, где порой задействуется пульт ЧПУ, а иной раз — универсальное оборудование. И, пожалуй, что могу я вам поведать? Наиболее распространённая оплошность, выбивающая из колеи и отнимающая время, кстати, связана с некорректно подобранными режимами резания. Обычно, когда новичок или даже искушённый работник подходит с новой заготовкой, им озвучиваются такие претензии: «Что-то дымит резец», «Отчего-то синяя стружка улетает», «Заготовка так сильно нагревается, что её не ухватить». Все эти недочёты, соответственно, возникают из-за допущенных просчётов в вычислениях. Порой же, наоборот, вычисления вовсе не велись, а параметры были установлены «на интуицию». Как следствие, ведётся повторная заточка инструмента, возникает дефект продукции, простой оборудования, и, наконец, налагаются штрафы. Кстати, мною был замечен случай: проводилась проточка вала из 40ХН2МА, его диаметр составлял 150 мм, а протяжённость — 800 мм. Один токарь, ориентируясь на своё предчувствие, задал подачу 0.3 мм/об и скорость 180 м/мин, при этом была задействована пластина Sandvik GC4225. Уже через 15 минут, соответственно, резец стал крошиться по режущей кромке, стружка начала обвиваться вокруг заготовки, а поверхность подверглась наклёпу. В результате, вместо финишной обработки была получена черновая, причём ещё и с показателем биения 0.08 мм. Пришлось, как вы понимаете, демонтировать заготовку, выполнять её повторную обработку, заменять пластину на материал большей вязкости и понижать параметры резания. Следовательно, 3 часа были утрачены на обработку одной единицы, при этом в партии таких изделий насчитывалось 50 штук. Вот, пожалуй, результат такого «прикидывания». Корректный подбор режимов, по сути, не просто лишь совокупность математических выражений; это, безусловно, основа устойчивой деятельности, прогнозируемого уровня качества и, что особенно ценно, экономической эффективности производства. Его недооценка, несомненно, означает преднамеренное столкновение с трудностями. Я, пожалуй, вам сейчас поведаю о том, как это мной ведётся, с принятием во внимание всех особенностей и скрытых препятствий, что были обнаружены за истекшие годы.

Содержание

• Основная классификация параметров резания
• Материалы режущего оснащения и их покрытия
• Критерии подбора наилучших параметров
• Справочная информация и ГОСТы
• Сводная таблица применения режимов
• Часто задаваемые вопросы (ЧЗВ)
• Итог

Основная классификация параметров резания

Когда, например, к вам приносят новую заготовку или чертёж, незамедлительно встаёт вопрос: «Каким образом её резать?». И тут, естественно, начинается целая наука. За эти годы я видел, как инженеры, вместо того чтобы обратиться к справочнику или задействовать специализированную программу, всякий раз пытались «изобрести велосипед» заново. Как итог, фиксировался перерасход инструментария, низкое качество обрабатываемой поверхности, несоответствие допустимым отклонениям. Вспомним один случай, когда на новом токарном автомате, созданном под серийное производство втулок из латуни ЛС59-1, из-за неосведомлённости была установлена скорость резания 300 м/мин, хотя для латуни с мелкими стружками, безусловно, достаточно 180-220 м/мин. Следовательно, невзирая на мягкость материала, пластины Kennametal PVD KCP05 (которые обычно превосходно работают по нержавеющей стали) стали давать нарост и микросколы уже после 50 деталей, вместо заявленных 300. А ведь, несомненно, достаточно было лишь учитывать специфику материала и методику обработки. Вот, пожалуй, основные разновидности режимов резания, которые используются нами.

1. Скорость резания (Vc)

Данная характеристика, по существу, важнейшая. Ею отображается, с какой скоростью перемещается режущая кромка инструмента относительно заготовки. Измерение ведётся в метрах в минуту (м/мин). От неё напрямую зависит температурный режим в зоне обработки и степень износа оснащения.

Формула, разработанная для расчёта скорости резания:

Vc = (π * D * n) / 1000

• Vc – скоростной показатель резания, м/мин
• π – число Пи (примерно 3.14)
• D – диаметр обрабатываемой заготовки (или инструмента для фрезерования), мм
• n – частота вращения шпинделя, об/мин

Практический пример: Представьте, нужно вам выполнить проточку вала диаметром 50 мм из стали 45, а справочник рекомендует скоростной показатель резания 150 м/мин для чернового прохода. Чтобы выявить обороты, которые будут заданы на станке:

n = (Vc * 1000) / (π * D) = (150 * 1000) / (3.14 * 50) ≈ 955 об/мин

Мой совет: Всегда, по возможности, начинайте с рекомендованной справочной скорости, а затем выполняйте её корректировку в интервале ±15-20% исходя из состояния оборудования, жёсткости крепления заготовки и качества инструментария. На устаревшем, расшатанном станке я бы, честно говоря, сбросил 10-15%, иначе любая пластина будет сломана вибрацией. На современном DMG Mori с высокой жёсткостью можно даже на 10-15% увеличить.

2. Частота вращения шпинделя (n)

Это, собственно, количество оборотов шпинделя (или инструмента) за одну минуту. Измеряется, как известно, в оборотах в минуту (об/мин). Она напрямую коррелирует со скоростью резания.

Формула, используемая для расчёта частоты вращения:

n = (Vc * 1000) / (π * D)

• n – частота вращения шпинделя, об/мин
• Vc – скорость резания, м/мин (берётся из справочных источников)
• D – диаметр обрабатываемой заготовки (или инструмента), мм

Практический пример: Допустим, ведётся сверление отверстия диаметром 10 мм в стали 30ХГСА. Рекомендованная скорость сверления составляет 80 м/мин. Какое количество оборотов нужно выставить?

n = (80 * 1000) / (3.14 * 10) ≈ 2547 об/мин

Мой совет: Если точное число оборотов не даёт станок, выбирайте ближайшее меньшее. Немного снизить скорость, безусловно, лучше, чем перегреть оснащение. В противном случае стружка, которая начнёт наматываться на сверло и забивать канавки, приведёт к поломке.

3. Подача (f)

Данный параметр отображает перемещение инструмента (или заготовки) за один оборот шпинделя. Измерение ведётся в миллиметрах на оборот (мм/об). Толщина стружки, качество поверхности и сила резания зависят от подачи.

Формула для расчёта подачи:

f = fz * Z (для фрезерования)

• f – подача на оборот, мм/об
• fz – подача на зуб, мм/зуб (для фрезерования)
• Z – число зубьев инструмента

Что касается точения и сверления, подача обычно указывается напрямую как f (мм/об).

Практический пример: Выполняется проточка стали 40Х. Чистовая обработка. Рекомендуемый показатель подачи для пластины Mitsubishi VP15TF составляет 0.15 мм/об. Что это, по сути, означает? За каждый оборот заготовки резец переместится на 0.15 мм вдоль своей оси.

Мой совет: При черновой обработке, обычно, старайтесь выбирать максимальную подачу, которую даёт инструмент и жёсткость системы, чтобы снять наибольший объём материала за проход. При чистовой обработке — уменьшайте подачу для получения лучшего качества поверхности (шероховатость Ra 1.6 или 0.8). У меня был прецедент, когда при фрезеровке алюминиевого профиля концевой фрезой Iscar ECK-H4-10-22C10-72 с четырьмя зубьями (Z=4) неопытный оператор выставил подачу 0.05 мм/зуб, а надо было 0.15-0.2 мм/зуб. В итоге, по сути, фреза не резала, а осуществляла трение, стружка не выводилась, и канавки забились. На 20-й детали фреза была сломана, хотя должна была отработать 500. Просто из-за недостаточного уровня подачи, которая не дала нормальный сход стружки.

4. Минутная подача (Vf)

Это, очевидно, скорость перемещения инструмента (или заготовки) за единицу времени. Измерение ведётся в миллиметрах в минуту (мм/мин). Её важность особенно высока для фрезерования и сверления на станках ЧПУ.

Формула, применяемая для расчёта минутной подачи:

Vf = f * n (для точения, сверления)

Vf = fz * Z * n (для фрезерования)

• Vf – минутная подача, мм/мин
• f – подача на оборот, мм/об
• fz – подача на зуб, мм/зуб
• Z – число зубьев
• n – частота вращения шпинделя, об/мин

Практический пример: Осуществляем фрезерование уступа на детали из стали 40Х. Используется концевая фреза Dormer Pramet с Z=5, n=2000 об/мин, fz=0.1 мм/зуб. Какая будет минутная подача?

Vf = 0.1 * 5 * 2000 = 1000 мм/мин

Мой совет: При расчёте минутной подачи для фрезерования, безусловно, всегда перепроверяйте, чтобы она не оказалась чересчур низкой. Низкий уровень минутной подачи ведёт к «холостому» ходу инструмента, чрезмерному трению, перегреву и ускоренному износу. Напротив, очень высокая подача, кстати, может стать причиной вибраций, отколов пластин и низкого качества поверхности.

5. Глубина резания (ap)

Под этим параметром понимается толщина слоя материала, который снимается за один проход. Измерение ведётся в миллиметрах (мм). Производительность и нагрузка на инструмент напрямую зависят от глубины резания.

Для точения: ap = (D_начальный - D_конечный) / 2

Для фрезерования: ap – осевой показатель глубины резания.

Практический пример: Требуется уменьшить диаметр вала с 60 мм до 55 мм за один проход. Какова будет глубина резания?

ap = (60 - 55) / 2 = 2.5 мм

Мой совет: С глубиной резания, пожалуй, не жадничайте. Всегда лучше сделать два прохода с умеренной глубиной, чем один, но с чрезмерной нагрузкой. Это особенно актуально, конечно, для обработки тонкостенных деталей или элементов с низкой жёсткостью, где слишком большая глубина может стать причиной деформации. Я как-то наблюдал, как снимать 8 мм за проход пытались на тонкостенной втулке из алюминия, в итоге эллипс вместо круга был получен, а допуск по IT7 ушёл на IT12. Вся партия была выброшена.

6. Ширина резания (ae)

Это, как известно, ширина соприкосновения инструмента с заготовкой в поперечном направлении. Измерение ведётся в миллиметрах (мм). Для фрезерования её важность особенно высока.

Практический пример: При торцевом фрезеровании плиты фрезой диаметром 80 мм, ширина резания может, например, составлять 60 мм (если фреза заходит не полностью). При пазовании концевой фрезой 10 мм ширина резания, конечно, будет равняться 10 мм.

Мой совет: При фрезеровании широкой поверхности, старайтесь, чтобы ширина резания, по возможности, не превышала 70-80% от диаметра фрезы. Это даёт лучший отвод стружки и снижает вероятность возникновения вибрации. Задействование 100% ширины, обычно, ведёт к повышенной нагрузке и быстрому износу инструментария.

7. Время обработки (Tm)

Это, соответственно, период, нужный для выполнения операции. Измерение ведётся в минутах (мин).

Формула, созданная под расчёт времени обработки:

Tm = L / Vf (для точения, сверления, фрезерования по прямой)

• Tm – временной показатель обработки, мин
• L – длина обрабатываемой поверхности, мм (с учётом врезания и перебега)
• Vf – минутная подача, мм/мин

Практический пример: Проточим участок длиной 100 мм на станке. Минутная подача Vf = 300 мм/мин. Какое время займёт проход?

Tm = 100 / 300 ≈ 0.33 мин

Мой совет: Всегда, кстати, добавляйте к теоретическому временному показателю обработки запас 10-15% на подвод/отвод оснащения, замену заготовки, обмер. Так реалистичнее будет отражён производственный процесс.

8. Мощность резания (P)

Это, пожалуй, мощность, нужная для ведения процесса резания. Измерение ведётся в киловаттах (кВт). Её важность высока для выбора станка и оценивания нагрузок.

Формула, задействуемая для расчёта мощности резания:

P = (Fc * Vc) / (60 * 1000 * η)

• P – мощностной показатель резания, кВт
• Fc – главная сила резания, Н (обычно из справочных источников)
• Vc – скорость резания, м/мин
• η – КПД станка (обычно 0.8-0.9)

Практический пример: Если для операции точения главная сила резания составляет 800 Н, скорость резания — 120 м/мин, а КПД станка — 0.85, то нужная мощность, разумеется:

P = (800 * 120) / (60 * 1000 * 0.85) ≈ 1.88 кВт

Мой совет: Никогда, конечно, не выбирайте режимы, требующие от оборудования мощности, близкой к предельной. Запас в 20-30%, безусловно, должен присутствовать всегда, дабы избежать перегрузки двигателя, вибраций и преждевременного износа подшипников. На устаревших универсальных станках с изношенной механикой этот запас должен быть ещё большим.

9. Шероховатость поверхности (Ra, Rz)

Это, по существу, характеристика уровня качества поверхности после выполнения обработки. Измерение ведётся в микрометрах (мкм). Её зависимость отмечается от радиуса при вершине оснащения, подачи и вибрационных воздействий.

Формула, разработанная для приблизительной оценки Ra (для точения):

Ra ≈ (f^2) / (8 * r)

• Ra – среднее арифметическое отклонение профиля, мкм
• f – подача, мм/об
• r – радиус при вершине инструмента, мм

Практический пример: Протачивается вал с радиусом при вершине пластины 0.4 мм, подачей 0.1 мм/об. Какое значение Ra будет получено?

Ra ≈ (0.1^2) / (8 * 0.4) = 0.01 / 3.2 = 0.003125 мм = 3.125 мкм

Мой совет: Если вы, безусловно, хотите получить достойную шероховатость (Ra 0.8-1.6), задействуйте пластины с крупным радиусом при вершине (0.4 мм или 0.8 мм) и минимальной подачей, которую даёт материал и инструмент, но не ниже 0.05 мм/об. При чересчур малой подаче оснащение будет не резать, а осуществлять полировку, что приведёт к наклёпу и быстрому износу. Также, для достижения низких значений Ra (ниже 0.4), довольно часто требуется последующая шлифовка или полировка; лишь посредством резания такие показатели очень трудно получать стабильно.

Материалы режущего оснащения и их покрытия

Когда-то давно, когда мной лишь начиналась трудовая деятельность, выбор инструмента сводился к Р6М5 или ВК8. Сейчас, с появлением ЧПУ и высокоэффективной обработки, ассортимент материалов и покрытий, безусловно, огромен. И всякий раз, когда кто-то стремится к экономии, устанавливая HSS-фрезу для обработки закалённой стали, мною наблюдается, как денежные средства просто улетают в трубу. У меня был один знакомый, который решил сэкономить на инструментарии для обработки стали 12Х18Н10Т (нержавеющая сталь, довольно «вязкая»). Им были взяты дешёвые фрезы из быстрорежущей стали, что аргументировалось тем, что «это же всего лишь нержавейка». Через 10 минут работы, при скорости 30 м/мин и подаче 0.03 мм/зуб, фрезы стали гореть, давать стружку налипания и быстро выходить из строя. Пришлось, разумеется, перейти на цельнотвердосплавные фрезы Walter с покрытием TiAlN, которые спокойно работали на скорости 80 м/мин и подаче 0.08 мм/зуб, увеличив ресурс в 10 раз. Вот почему понимание того, что и для чего задействовать, чрезвычайно важно.

1. Быстрорежущие стали (HSS, HSSE, HSS-PM)

• HSS (High-Speed Steel): Стандартные быстрорежущие стали (к примеру, Р6М5, Р9, Р18 согласно ГОСТу). Их хорошее задействование отмечается для обработки мягких сталей, алюминия, латуни, пластика. Они выдерживают ударные воздействия, обладая достойной вязкостью. Скоростной показатель резания до 40-50 м/мин характерен для обычных сталей.
  • Плюсы: Невысокая цена, высокая вязкость, устойчивость к вибрационным воздействиям.
  • Минусы: Низкий уровень красностойкости (их твёрдость утрачивается при нагреве свыше 600°C), не подходят они для высоких скоростей и твёрдых материалов.
  • Применение: Метчики, свёрла, развёртки, некоторые типы фрез для универсальных станков.
• HSSE (High-Speed Steel with Cobalt): Усовершенствованные HSS с добавлением кобальта (к примеру, Р6М5К5). Кобальт способствует повышению красностойкости и износостойкости. Скоростной показатель резания до 60-70 м/мин.
  • Плюсы: Превосходят HSS по красностойкости и износостойкости, особенно при обработке нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов.
  • Минусы: Дороже обычных HSS, уступают по вязкости.
  • Применение: Свёрла, концевые фрезы, метчики для обработки нержавеющей стали, чугуна.
• HSS-PM (Powder Metallurgy HSS): Порошковые быстрорежущие стали. Их получение ведётся методом порошковой металлургии, что даёт более однородную структуру и улучшенные механические характеристики. Скоростной показатель резания до 80-100 м/мин.
  • Плюсы: Высокая износостойкость, красностойкость и твёрдость, достойная обрабатываемость при шлифовке.
  • Минусы: Среди HSS они наиболее дорогостоящие.
  • Применение: Высокоэффективные свёрла, фрезы, протяжки для сложных материалов.

2. Твёрдые сплавы (Carbides)

Для современного высокопроизводительного оснащения это, безусловно, главный материал. Они представляют собой композитную смесь из карбидов вольфрама (WC), титана (TiC), тантала (TaC) и кобальтовой связки.

• Группы согласно ISO:
  • P (голубой): Создан под обработку сталей. Высокий уровень твёрдости, достойная износостойкость. Примеры: Sandvik Coromant GC4225 (CVD), Kennametal KCP25B (CVD).
  • M (жёлтый): Создан под нержавеющие стали. Характеризуются большей вязкостью, чем P-группа. Примеры: Iscar IC907 (PVD), Mitsubishi VP15TF (CVD).
  • K (красный): Создан под чугун, цветные металлы, закалённые стали. Высокий уровень твёрдости, хрупкие. Примеры: Walter WAK10 (CVD), Dormer Pramet P9115 (PVD).
  • N (зелёный): Создан под цветные металлы (алюминий, медь), пластики. Характеризуются очень острыми кромками, полированными поверхностями. Пример: Sandvik Coromant H10F (непокрытый).
  • S (оранжевый): Создан под жаропрочные сплавы (титан, инконель). Высокий уровень твёрдости и красностойкости. Пример: Kennametal KC5010 (PVD).
  • H (серый): Создан под закалённые материалы. Максимальный уровень твёрдости. Пример: Sandvik Coromant CB7014 (CBN).
• Плюсы: Высокий показатель красностойкости (до 1000°C), износостойкость, они дают работать на скоростях до 500 м/мин и более.
• Минусы: Хрупкость, чувствительность к ударным воздействиям и вибрациям, высокая стоимость.
• Применение: Токарные пластины, фрезы, свёрла, развёртки для почти всех материалов.

3. Керамика (Ceramics)

Они задействуются для высокоскоростной обработки чугунов, закалённых сталей, жаропрочных сплавов. Они обладают, безусловно, исключительной твёрдостью и красностойкостью (до 1200°C), но при этом очень хрупкие.

• Типы: Оксидная (на основе Al2O3), нитридная (Si3N4), смешанная (Al2O3 + TiC).
• Плюсы: Экстремальная износостойкость при высоких температурных режимах, они дают работать на очень высоких скоростях (до 1000 м/мин).
• Минусы: Очень хрупкие, не выдерживают ударных нагрузок, высокая стоимость, требуют жёстких условий выполнения обработки.
• Применение: Финишная обработка чугуна, закалённых валов, жаропрочных лопаток.

4. Кубический нитрид бора (CBN)

Второй по уровню твёрдости материал после алмаза, к слову. Он задействуется для обработки закалённых сталей (HRC 45-70), высокопрочных чугунов, стеллитов. Благодаря ему шлифовка может быть замещена на токарную операцию.

• Плюсы: Исключительная твёрдость, высокий показатель красностойкости, даёт обрабатывать закалённые материалы с достойным качеством поверхности.
• Минусы: Чрезвычайно высокая стоимость, хрупкость, не подходит для обработки материалов, которые образуют химическую связь с бором (к примеру, алюминий).
• Применение: Финишная обработка закалённых валов, зубчатых колёс, подшипников.

5. Поликристаллический алмаз (PCD)

Среди всех материалов этот наиболее твёрдый. Он задействуется для обработки цветных металлов (алюминий, медь, латунь), композитных материалов, абразивных материалов (графит, керамика). Из-за химического взаимодействия он не используется для сталей.

• Плюсы: Максимальная твёрдость и износостойкость, даёт высочайшее качество поверхности и стабильность размеров.
• Минусы: Чрезвычайно высокая стоимость, не подходит для сталей, низкий показатель термостойкости (около 700°C), хрупкость.
• Применение: Финишная обработка алюминиевых сплавов в автомобилестроительной сфере, обработка композитных материалов в аэрокосмической отрасли.

Покрытия

Покрытия, безусловно, наносятся на твёрдосплавные пластины (реже на HSS) для улучшения их характеристик:

• TiN (нитрид титана): Характеризуется золотистым цветом. Он увеличивает твёрдость, снижает коэффициент трения. Одно из первых покрытий, к слову, используемое и поныне.
• TiCN (карбонитрид титана): Характеризуется серо-голубым цветом. Твёрже и износостойкое, чем TiN. Оно улучшает стойкость к абразивному износу.
• TiAlN / AlTiN (нитрид титана-алюминия / нитрид алюминия-титана): Характеризуется фиолетово-чёрным цветом. Наиболее распространённые покрытия для фрезерования и сверления. Обладают высоким показателем красностойкости, задействуются при высоких температурах. Они дают возможность увеличить скоростной показатель резания на 30-50% в сравнении с непокрытым инструментом.
• AlCrN (нитрид алюминия-хрома): Характеризуется чёрным цветом. Его отличительной чертой является превосходная стойкость к окислению, хорошее соответствие для обработки нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов.
• CVD (Chemical Vapor Deposition): Нанесение покрытия ведётся при высоких температурах (700-1000°C), образуя толстый, но хрупкий слой. Его хорошее задействование отмечается для чернового и получистового точения сталей и чугунов. К примеру, GC4225 от Sandvik.
• PVD (Physical Vapor Deposition): Нанесение покрытия ведётся при низких температурах (400-600°C), образуя тонкий, но прочный и вязкий слой. Его хорошее задействование отмечается для фрезерования, сверления, обработки нержавеющих сталей, прерывистого резания. К примеру, IC907 от Iscar.

Мой совет: Всегда, по моему убеждению, выбирайте инструментарий, исходя из материала заготовки, требований к точности и качеству поверхности, а также типа проводимой операции. Не пытайтесь задействовать один и тот же инструмент для всех без исключения работ. Это похоже на попытку забивать гвозди микроскопом – вроде как возможно, но весьма неэффективно и затратно. Изучите каталоги, безусловно, ведущих производителей (Sandvik, Kennametal, Iscar, Mitsubishi, Walter, Dormer Pramet) – там всегда можно найти подробные рекомендации по применению для разнообразных групп материалов и режимов.

Критерии подбора наилучших параметров

Вот вы сидите перед станком, заготовка установлена в патроне, инструмент расположен в револьвере. И нужно, как известно, задать режимы. С чего же начать? А если была допущена ошибка? Вот здесь, собственно, и начинаются трудности. Однажды я наблюдал, как оператор ЧПУ, проводя обработку блока из алюминиевого сплава АМг6 (очень мягкого, но вязкого), задал режимы, как для обычной стали: Vc 150 м/мин, fz 0.08 мм/зуб для фрезы диаметром 16 мм. Результат? Фреза была забита стружкой, сломана, а на заготовке появилась глубокая царапина. Пришлось выполнять переделку. А ведь, несомненно, достаточно было повысить скорость до 400-500 м/мин и подачу до 0.15-0.2 мм/зуб, чтобы получить нормальную стружку и чистую поверхность. Подбор режимов резания — это всегда, безусловно, компромисс между производительностью, стойкостью инструмента и качеством обработки. Но существует ряд факторов, которые нужно учитывать, чтобы найти этот компромисс.

1. Материал заготовки

• Твёрдость: Чем материал твёрже (к примеру, закалённая сталь HRC 60), тем ниже скоростной показатель резания и глубина, но выше требования к твёрдости инструмента (CBN, керамика). Для мягких сталей 45, 20ХН3А (HRC 20-30), соответственно, допустимо задействовать высокие скорости и подачи с твёрдосплавными пластинами P-группы.
• Вязкость: Вязкие материалы (нержавеющие стали 12Х18Н10Т, жаропрочные сплавы Inconel) проявляют склонность к наростообразованию и сливной стружке. От них требуются высокие скорости (дабы избежать зоны нароста), большие углы резания и покрытия типа AlCrN или TiAlN, специальные стружколомы для получения короткой стружки. Скоростной показатель резания для 12Х18Н10Т обычно находится в диапазоне 80-150 м/мин, подача — 0.1-0.3 мм/об.
• Абразивность: Чугуны (СЧ20, ВЧ50), композитные материалы, а также материалы с крупным содержанием графита вызывают абразивный износ. От них требуются твёрдые, износостойкие покрытия (CVD) или керамические инструменты. Скоростной показатель для чугуна, кстати, может достигать 300-400 м/мин.

2. Материал и геометрия инструмента

• Материал инструмента: Максимальная скорость резания и твёрдость обрабатываемого материала определяются им. HSS даёт низкие скорости, твёрдые сплавы — средние и высокие, керамика/CBN/PCD — очень высокие скорости.
• Покрытие: Оно увеличивает износостойкость, красностойкость, снижая коэффициент трения. Оно даёт возможность повысить скоростной показатель резания на 10-50%. К примеру, пластина Sandvik GC4225 (с CVD покрытием) выдерживает температурный режим в зоне резания до 900°C, тогда как непокрытая может работать лишь до 700°C.
• Геометрия режущей кромки:
  • Угол при вершине: Чем угол меньше (к примеру, 35°), тем кромка острее, но ниже прочностные характеристики. Чем он больше (90°), тем прочнее, но сильнее сила резания.
  • Радиус при вершине (rε): Чем радиус больше (0.8-1.2 мм), тем лучше качество поверхности, но выше вибрационные воздействия при малых глубинах. Для чистовой обработки Ra 0.8-1.6 обычно выбирается rε 0.4-0.8 мм.
  • Стружколом: Он, бесспорно, очень важен для формирования и отвода стружки. Различные стружколомы (от P-M для стали до F-G для нержавеющей стали) даёт контролировать форму стружки, предотвращая её наматывание на заготовку или оснащение.

3. Требования к качеству поверхности и точности

• Шероховатость (Ra): Для достижения низкой шероховатости (Ra 0.8-1.6) нужно, конечно, уменьшить подачу (до 0.05-0.15 мм/об), задействовать пластины с крупным радиусом при вершине (0.4-0.8 мм) и обеспечить стабильную, безвибрационную обработку. Высокая скорость резания зачастую, к слову, способствует улучшению качества поверхности.
• Точность размеров и допуски: Для жёстких допусков (к примеру, IT7 или ±0.015 мм) нужно выбирать режимы, которые дадут минимальную вибрацию, температурные деформации и износ оснащения. Это часто, безусловно, означает понижение скорости резания на 10-15% и уменьшение глубины съёма на чистовых проходах. Также критически важен постоянный контроль температуры СОЖ и её подача.

4. Жёсткость системы СПИД (Станок-Приспособление-Инструмент-Деталь)

• Жёсткость станка: На устаревших, изношенных универсальных станках приходится, конечно, понижать режимы на 15-25% в сравнении с рекомендациями для современных ЧПУ. Вибрации – это, к сожалению, бич.
• Жёсткость закрепления детали: Если деталь длинная и тонкая (к примеру, вал длиной 500 мм и диаметром 20 мм), её поддержка люнетом, безусловно, нужна. Без люнета при точении на подаче 0.2 мм/об и глубине 1 мм, вал просто «запляшет», давая конусность и биение до 0.2-0.3 мм.
• Жёсткость закрепления инструмента: Надёжно закреплённый инструмент (к примеру, фреза с минимальным вылетом из цанги) даёт задействовать более агрессивные режимы. Если инструмент сильно вынесен, режимы нужно понижать.

5. Тип обработки (черновая, получистовая, чистовая)

• Черновая: Максимальный объём съёма материала. Приоритетным, несомненно, является производительность. Задействуются высокие подачи (0.3-0.8 мм/об) и глубины резания (2-8 мм), средние скоростные показатели резания. Инструмент с прочной кромкой, к примеру, Sandvik Coromant GC4325 с CVD-покрытием.
• Получистовая: Это, безусловно, промежуточный этап. Её цель – подготовка к чистовой обработке, снятие оставшегося припуска. Задействуются умеренные подачи (0.15-0.3 мм/об) и глубины (0.5-2 мм), средние или немного выше средних скорости. Инструмент с универсальным стружколомом.
• Чистовая: Её цель – достижение нужной точности и качества поверхности. Задействуются низкие подачи (0.05-0.15 мм/об) и малые глубины резания (0.1-0.5 мм), высокие скоростные показатели резания. Инструмент с острыми кромками, крупным радиусом при вершине, к примеру, Iscar IC907 с PVD-покрытием для нержавеющей стали, или пластины с алмазным покрытием для алюминия.

6. Задействование СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость)

• Охлаждение: Оно способствует снижению температуры в зоне резания, что, по сути, продлевает стойкость инструмента и предотвращает перегрев заготовки. Его важность особенно высока для обработки стали, жаропрочных сплавов.
• Смазывание: Оно способствует уменьшению трения между оснащением и заготовкой, предотвращает налипание стружки, улучшает качество поверхности. Его критичность высока для обработки вязких материалов (алюминий, нержавеющая сталь).
• Отвод стружки: Промывка зоны резания ведётся, удаляя стружку.
• Типы СОЖ: Водные эмульсии (6-10% концентрации), синтетические, полусинтетические, масляные. Выбор зависит от материала и типа выполняемой обработки. Для фрезерования алюминия, например, довольно часто задействуются специальные масляные составы или высокая подача СОЖ под давлением 70 бар.
• Мой совет: Никогда, конечно, не пренебрегайте СОЖ, если её задействование рекомендовано. Замена СОЖ на «сухую» обработку ради экономии зачастую ведёт к перегреву, быстрому износу инструмента и браку. Был один случай, когда на токарном станке с ЧПУ, проводя обработку валов из стали 40ХН, отключили подачу СОЖ, так как бак был пуст. Через 10 минут токарная пластина Kennametal KCP25B (CVD) буквально спеклась и откололась, а на поверхности детали был образован прижог глубиной 0.5 мм. Пришлось выполнять перешлифовку вала, а стоимость пластины, к слову, составляла около 800 рублей. Не удалось сэкономить.

Мой совет: Всегда, по моему убеждению, начинайте с рекомендаций, данных изготовителем инструмента. У них имеются таблицы, программные калькуляторы. Это, собственно, отправная точка. Затем уже выполняйте корректировку, исходя из своего опыта и конкретных условий производства. Никогда, пожалуй, не бойтесь экспериментировать, но делайте это последовательно: сначала изменяйте скоростной показатель на 10-15%, оценивайте полученный результат, затем подачу. Резкие изменения приведут к поломке.

Справочная информация и ГОСТы

В моей работе без справочников – безусловно, никуда. Сколько раз они выручали, когда нужно было оперативно проверить режимы или характеристики материала. Особенно, конечно, это касается тех, кто лишь начинает. Можно, само собой, «на глаз» установить параметры, но это, безусловно, путь к браку и убыткам. Я помню, как молодой инженер пришёл и пытался выполнить проточку чугуна СЧ20, задействуя режимы, найденные им в интернете для стали. В итоге – пластина Iscar IC20 была сломана на первой же детали, а поверхность пошла с крупными сколами. А ведь, несомненно, достаточно было открыть ГОСТ 1412-85 по чугунам и соответствующий справочник по режимам, где чётко указывается, что для чугуна требуются более высокие скорости и более прочные, износостойкие пластины, чем для стали.

Основные справочные сведения и их источники:

• Каталоги производителей инструментария: Sandvik Coromant (CoroCut, CoroDrill, CoroMill), Kennametal (Beyond Evolution, HARVI), Iscar (Heliface, Helimill), Mitsubishi Materials, Walter (Tiger·tec, Xtra·tec), Dormer Pramet. В этих каталогах всегда, безусловно, присутствуют подробные таблицы рекомендаций по материалам (группы ISO P, M, K, N, S, H), разновидностям операций, геометрии пластин и оптимальным режимам (Vc, f, ap, ae). Часто имеются и онлайн-калькуляторы.
• Инженерные справочные издания:
  • «Справочник технолога-машиностроителя» (А.Н. Масловский, В.М. Косов) – это, без преувеличения, настольная книга для любого производственного работника. Там есть всё: от характеристик материалов до детальных таблиц режимов резания для различных операций и инструментов.
  • «Металлорежущие инструменты» (П.В. Баранников, А.Н. Лукин) – добротный учебник по конструкции инструментов и их задействованию.
  • «Режимы резания металлов» (А.А. Капустин) – специализированное справочное издание по режимам.
• Стандарты предприятия: Многие крупные производственные объекты разрабатывают свои внутрифирменные стандарты и нормативы по режимам резания, которые учитывают особенности оборудования и выпускаемой продукции.

Важные ГОСТы, которые нужно знать каждому технологу:

• ГОСТ 1050-2013: Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. (Характеристики материалов типа Сталь 45, 20Х, 40Х).
• ГОСТ 1412-85: Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки. (Характеристики чугунов СЧ10, СЧ20).
• ГОСТ 5632-2014: Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки. (Характеристики нержавеющей стали 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т).
• ГОСТ 10022-2010: Инструменты режущие твердосплавные. Общие технические условия. (Требования к качеству и маркировке твёрдосплавных пластин).
• ГОСТ 2.308-2011: Единая система конструкторской документации. Указание допусков формы и расположения поверхностей. (Как читать допуски на чертежах – к примеру, допуск плоскостности 0.02 мм).
• ГОСТ 2789-73: Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. (Что собой представляют Ra, Rz и как их интерпретировать).

Мой совет: Держите эти ГОСТы и справочные издания под рукой, или хотя бы их цифровые варианты. Не полагайтесь исключительно на память. Даже я, с моим опытом, постоянно обращаюсь к справочной информации. Это, безусловно, не проявление слабости, а скорее, свидетельство профессионализма. Это даёт принимать обоснованные решения и избегать дорогостоящих недочётов.

Сводная таблица применения режимов

Вот, пожалуй, концентрат моего опыта и основных рекомендаций по режимам резания для разнообразных материалов и операций. Это, безусловно, не абсолютная истина, а скорее ориентир. Конкретные значения всегда, разумеется, будут варьироваться исходя из инструмента, станка, СОЖ и нужного качества. Но это, к слову, превосходная отправная точка.

Мой совет: Эти сведения – по сути, не абсолютны. Всегда, пожалуй, начинайте с нижнего порога рекомендованных скоростей и подач, и постепенно наращивайте их, контролируя стружку, температуру и звуковые индикаторы. Если инструмент начинает «петь», стружка приобретает синий оттенок или заготовка греется сверх меры – понижайте режимы. И наоборот, если стружка плотная и рваная, а инструмент даже не тёплый – можно смело наращивать. Это и даёт ту самую «чуйку», которая приобретается с опытом.

Часто задаваемые вопросы (ЧЗВ)