Статьи / Новое поколение фрезерных сплавов

Статьи

В последние годы произошли существенные изменения в парке фрезерного оборудования. Если раньше большинством предприятий применялись 3-х координатные станки с конусом ISO 50, то сейчас, очевидна  тенденция к вытеснению тяжелого оборудования более компактными станками со шпинделями ISO40 и HSK63 с высокими скоростями вращения и перемещений. Характерно также увеличение доли обработки, даже относительно простых деталей, на станках, имеющих 4 или 5 осей с целью выполнения возможно большего числа переходов, а возможно и комплексной обработки за один установ. Растет область применения многоцелевых станков-гибридов, совмещающих в себе функции токарной и фрезерной обработки. Скорости резания характерные для современного оборудования подразумевают использование твердосплавных пластин с износостойкими покрытиями.

Изменился и ассортимент используемых фрез. Теперь торцевые фрезы с простой геометрией  перестали  доминировать, а большая часть обработки производится концевыми и длиннокромочными фрезами, как более универсальными и позволяющими полнее реализовывать возможности современного оборудования.

Наиболее востребованная сейчас фрезерная концепция Sandvik Coromant это фрезы семейства CoroMill 390, совмещающие в себе возможности торцевого фрезерования, обработки уступов, фрезерования пазов и заглубления с линейной и винтовой интерполяцией. Совершенствование фрез идет по пути увеличения передних углов, остроты кромок и степени их выступания из корпуса. Но расплатой за универсальность является повышение изгибающих нагрузок на режущую кромку по сравнению с традиционными фрезами.


 Следует также добавить, что при использовании многоосевых и гибридных станков существенно снижается общая жесткость системы СПИД, связано это в первую очередь не со снижением жесткости самого станка, получившего больше степеней свободы. Производители постоянно совершенствуют конструкции несущих систем, чтобы удержать динамические характеристики оборудования в приемлемых рамках. На таких станках обрабатывают детали со сложными труднодоступными поверхностями, что в сочетании потребностью обрабатывать детали за один установ ведет к постоянному увеличению вылета инструмента. А больший вылет это опасность вибраций и еще большее увеличение нагрузок на режущие кромки используемых фрез.
Все перечисленные выше факторы ясно показали необходимость совершенствования фрезерных сплавов в направлении увеличения, как общей изгибной прочности пластин, так и устойчивости режущих кромок к локальным выкраиваниям.

Фрезерные сплавы, получившие наибольшее распространение в промышленности, не соответствуют требованиям сегодняшнего дня, потому, что в большинстве совеем, разрабатывались они для торцевых фрез, где угол в плане составляет 45-60 градусов, требования к прочности невысоки, а основным критерием является износостойкость. Современная обработка, не снимая потребностей в износостойкости, ставит новые задачи по прочности.

Sandvik Coromant имеет большой опыт в разработке твердых сплавов для различных областей применения. Однако создание прочных и износостойких твердых сплавов для фрезерования явилось сложной задачей. Дело в том, что  к фрезерному сплаву предъявляется ряд противоречивых требований. Процесс резания при фрезеровании носит прерывистый характер, соответственно сплав должен противостоять трещинам, вызываемым циклическим изменениями температуры. Но сплавы, хорошо сопротивлявшиеся термотрещинам из-за особенностей химического состава не могут быть подвергнуты градиентному спеканию. Соответственно они значительно теряют в прочности режущих кромок после нанесения износостойкого покрытия химическим методом, а только он может обеспечить наибольшую износостойкость при высоких режимах резания.


Итак, у разработчиков Sandvik Coromant было два возможных пути развития новых фрезерных сплавов. Первый, это найти способ усовершенствования покрытия получаемого методом химического на несения MT-CVD, так чтобы снизить вредные растягивающие напряжения, вызванные процессом. И второй, в корне отказаться от химического покрытия и применить покрытие PVD, но при этом обеспечить высокую износостойкость. 
Правильным решением, оказалось, выстрелить разу в двух зайцев. В результате разработана линейка фрезерных сплавов нового поколения. В двух сплавах используется модернизированный процесс МТ-CVD. В двух других более совершенное покрытие PVD.
Суть усовершенствования покрытий MT-CVD состоит в специальном, запатентованном методе обработки передней поверхности пластин, в результате, которого с нее удаляется часть верхних слоев.

Казалось бы, парадоксальный факт, покрытие становится тоньше. Но результат достигнут. Вместе с излишком толщины слоя оксида алюминия удаляется и большая часть растягивающих напряжений. Тем самым сплав становится прочнее. Более гладкая передняя поверхность эффективно сопротивляется наростообразованию, а износостойкость по задней поверхности не страдает, поскольку покрытие там сохраняет всю толщину!


Новые пластины очень легко отличить – по двухцветному черно-золотистому покрытию
GC4240 это первый сплав выпущенный по новой технологии. Можно без преувеличения сказать, что это самый прочный фрезерный сплав из когда либо выпускавшихся. Основная область применения этого сплава – высокопроизводительная обработка сталей всеми типами фрез, когда во главу угла ставится подача на зуб и изгибная прочность пластин. Особенно большое преимущество сплав имеет при работе фрезами для уступов и пазов.  Результаты испытаний превзошли все ожидания. Простой лабораторный опыт с фрезерованием нежесткой детали в форме камертона показал 6 кратное превосходство по стойкости над сплавом прежнего поколения GC4040. Промышленная эксплуатация сплава подтвердила его высокие характеристики.
В ближайшее время на рынке появится сплав GC3220. У этого сплава также покрытие МT-CVD c обработкой верхнего слоя и запоминающаяся черно- золотистая окраска. Назначение сплава принципиально другое. Это высокоскоростное фрезерование чугуна. Но метод достижения усовершенствований тот, же. Без нового покрытия столь износостойкий сплав создать было нельзя, так как сильно возросла бы хрупкость. Новое покрытие снижает напряжения и обеспечивает сплаву GC3220 непревзойденную износостойкость при обработке чугунов без СОЖ.


Для сплавов GC1030 и GC 1020 было разработано новое покрытие PVD.
Его износостойкость существенно повышена за счет многослойности.
Чередующиеся нанослои TiCN и TiNAL отличаются особомелкозернистой и равномерной структурой. Для всех сплавов с покрытием PVD характерна острота и прочность режущей кромки к выкрашиванию. Теперь износостойкость этих сплавов поднялась на новый уровень.


Основное назначение сплава  GC1030 - обработка сталей. Это широкоуниверсальный сплав для обработки фрезами с позитивной геометрией, когда важна острота режущей кромки. Наибольший эффект достигается при использовании в мелкоразмерных концевых фрезах, особенно с большим вылетом, когда возникающие вибрации грозят выкрашиванием режущей кромки. Сплав также хорошо справляется с фрезерованием сталей с повышенной твердостью после термообработки, в том числе при изготовлении штамповой оснастки. Его также можно применять и на других материалах, таких как титановые, жаропрочные сплавы и нержавеющие стали.


Новый сплав GC 1020 разрабатывался для различных фрез, при использовании их для обработки популярных ныне марок чугунов с модифицированным графитом. Высокопрочные марки  чугунов находят все больше областей применения  в машиностроении за счет лучших физико-механических и литейных свойств. Однако их обрабатываемость традиционными твердыми сплавами существенно хуже, чем у серых. Сплав GC1020 как раз призван решить эту проблему. Кроме этого универсальность сплава такова, что его можно рекомендовать для всех видов обработки чугунов, когда использование СОЖ технологически необходимо. Высокая усталостная прочность кромок обеспечивает отсутствие выкрашиваний даже, несмотря на значительные колебания температуры.
Новое поколение фрезерных сплавов Sandvik Coromant уже доказало свою эффективность в современной промышленности при обработке сталей и чугунов, но в ближайшее время данная технология обещает принести плоды и в других областях.

Автор: Беляев М.П., начальник отдела маркетинга ООО "Сандвик"