Используемые в машиностроении материалы, из которых изготавливают детали механизмов, станков и другого машинного оборудования, выдерживающие постоянные нагрузочные режимы, принято классифицировать как конструкционные. Существует три класса таких материалов:
- металлы – это сплавы, основой которых является железо, никель, медь, алюминий,магний, титан и др.;
- неметаллы – заготовки из резины, стекла, керамические и пластиковые детали;
- композиционные материалы.
Методом резания по традиции обрабатываются самые популярные в машиностроении конструкционные материалы из металлов: сталь, чугун, цветнойметалл и разнообразные сплавы из цветнины.
Чугун
Это сплав железа с углеродом, содержание которого 2,14...4,5%. Дополнительно в нем присутствуют кремний, марганец, другие элементы.
Самые популярные для обработки резанием чугуны: серый, высокопрочный, ковкий.
Маркировка серых чугунов – литеры СЧ и после них две цифры, показывающие предельную прочность при растяжении. Пример: СЧ 15 – серый чугун, у которого предельная прочность при растяжении равняется 150 МПа. По механическим показателям бывает серый чугун малой прочности: СЧ10...СЧ18 и высокой: СЧ 20...СЧ 35. В машиностроении самый популярный чугун СЧ 15, СЧ 20, СЧ 30. Реже используется чугун СЧ 35. Серые чугуны имеют число твердостиНВ 163...269. Чтобы получить высокую прочность, в жидкий серый чугун добавляют 0,3...1% магния либо сплава магния с металлами: никель, медь, алюминий, кремний. Обозначение этого чугуна ВЧ – высокопрочный чугун и две группы цифр.Первая группа – предельная прочность во время растяжения, вторая – относительное увеличение длины. Пример: ВЧ 45-5 – чугун с высокой прочностью. Предел прочности в момент растяжения составляет Рв = 450 МПа. Относительное увеличение длины Р=5%. Твердость чугуна высокой прочности НВ 156...269. Наивысшая степень вязкости у ковкого чугуна. Маркируется литерами КЧ, ковкий чугун. В маркировке присутствуют две группы цифр. Первая указывает на предел прочности во время растяжения, вторая – относительное увеличение длины. Пример: КЧ 50-4 – чугун ковкий, предел прочности во время растяжения Рв = 500 МПа, увеличение длины Р=4%. Качество резания литых деталей, полученных из серого чугуна, сильно зависит от слоя металла на поверхности. Это корка после литья. Ее толщина 0,15...0,5 мм, величина твердости НВ 285...321. На расстоянии от поверхности твердость уменьшается до НВ 187...229. В области литейной корки скорость обработки резанием на 20...30% ниже, чем во внутренних слоях металла. Скорость резания увеличивает в 1,5...2 раза отжиг чугунных заготовок при высоких температурах.
Сталь
Это сплав железа с углеродом, где последнего содержится до 2%. В стали также присутствуют некоторые второстепенные элементы. Химический анализ стали имеет огромное значение при ее обработке. Чем больше состав углерода, тем выше механическая прочность стали. Из-за этого повышается сопротивление при резании и становится более шероховатой поверхность. Малое содержание углерода (0,1...0,25%) позволяет стали обрабатываться лучше, шероховатость поверхности меньше. Химический состав позволяет определить, легированная это сталь либо углеродистая.
Углеродистые стали маркируются литерами Ст с цифрами от 0 до 6 (к примеру, Ст3). Большая литера показывает, что углерода в составе стали больше. Углеродистые конструкционные качественные стали обозначают литерами 08, 10, 15, 20, 25 и т. д. Литеры отображают средний показатель углерода в составе стали, выраженный всотых долях процента. Пример. Показатель углерода в составе стали 15 находится впределах 0,15%. Временное сопротивление разрыву углеродистых сталей Рв=300...700 МПа. Оно повышается по мере возрастания объема углерода. Твердость НВ 230. Автоматные стали – конструкционные с высокой и увеличенной обрабатываемостью при резании. Их маркируют литерой А и цифрами, которые характеризуют объем углерода в сотых частях процента. Пример. А12, А20, А30, А35. Для холоднотянутых сталей предел прочности составляет Рв=600...800 МПа. Для горячекатанных сталей Рв=400...800 МПа. Их твердость НВ 160...207. Нормальное образование стружки вовремя технологической обработки на станках автоматным сталям обеспечиваетувеличенный объем серы. Они обрабатываются лучше углеродистых сталейс нормальным и хорошим качеством. Легированные стали маркируют цифрами с литерами. Пример. 15Х, 40ХН, 30ХГС, 20ХН3А и т. д. Литеры обозначают средний состав углерода, выраженный в сотых долях процента. Литеры после цифр обозначают присутствие легирующих элементов.
Литеры после букв обозначают объем легирующих элементов в целых единицах процентов. Буква А в конце маркировки показывает, что эта сталь высокого качества. В зависимости от марки легированных сталей, предел их прочности Рв=700...1300 МПа.
Увеличенный объем элементов легирования – никеля, вольфрама, ванадия, молибдена, хрома повышает прочность и уменьшает теплопроводные свойства сталей. Это делает обрабатываемость хуже. Кремний, присутствующий в стали, снижает качество ее обработки, поскольку в процессе резания образуются абразивныесиликатные включения. Крупнозернистая сталь лучше мелкозернистой обрабатывается металлорежущими инструментами. Лучшему резанию стальных деталей способствует предварительная термическая обработка. После отжига твердость НВ 180...270. В результате термической обработкитвердость НВ 42...55.
Цветной металл
Заготовки цветных металлов, которые наиболее популярны для обработки на металлорежущих станках:
- Бронза – сплав меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием, могут присутствовать и другие элементы. Маркируется бронза буквами Бр, затем идут начальные буквы основных элементов сплава. Далее стоят цифры, показывающие средний объем этих элементов в целых процентах. Пример. Состав бронзы БрОЦСЗ-12-5: 3% олово, 12% цинк, 5% свинец,80% медь. Свинец добавляют в состав бронзы для улучшения обрабатываемости и для повышения антифрикционных показателей.
- Латунь – сплавом меди и цинка. Маркируется буквой Л и цифрами, показывающими усредненное содержание меди в целых процентах. Пример. Латунь Л62 в своем составе имеет: 62% медь, 38% цинк. Для повышения прочностных характеристик в латунь добавляется никель, алюминий, ряд других элементов. Чтобы латунь лучше обрабатывалась, в ее состав добавляют 1...2% свинца. Это так называемая автоматная латунь. Пример. Состав латуни ЛЖМц59-1-1: 59% медь, 1% железо, 1% марганец, 39% цинк.
- Дюралюминий – это деформируемый сплав алюминия и 4...5% меди.В его составе также присутствуют 0,5% магния. Дополнительно имеются железо, марганец, кремний. Маркируется дюралюминий Д1, Д6, Д16 и т. д. Маркировка не имеет связи с его химическим составом.