Почернение поверхности заготовок — распространенная проблема при токарной обработке. После обработки на многих деталях может наблюдаться локальное почернение, неравномерный цвет, следы пригорания или темные оксидные слои. Это не только влияет на внешний вид изделия, но и может снизить качество поверхности и производительность сборки. Проблема особенно заметна при обработке нержавеющей стали, медных деталей, быстрорежущей стали и некоторых легированных материалов. Почернение поверхности во время токарной обработки обычно связано с температурой резания, состоянием инструмента, эффективностью охлаждения и параметрами резания. Если вовремя не принять меры, качество обработки может продолжать снижаться.
Почему вращающиеся поверхности легко чернеют
В большинстве случаев почернение поверхности связано с чрезмерным нагревом, возникающим во время обработки. Когда тепло в зоне резания не может быстро рассеиваться, на поверхности заготовки происходят реакции окисления, приводящие к изменению цвета. Некоторые материалы от природы более чувствительны к высоким температурам. Например, детали из нержавеющей стали и меди с большей вероятностью образуют оксидные слои под воздействием тепла, что приводит к потемнению поверхности, локальному изменению цвета или появлению желтых и синих следов от ожогов.
Чрезмерная температура резки
В процессе токарной обработки между режущим инструментом и заготовкой постоянно возникает трение. Если температура резания продолжает повышаться, легко может произойти пригорание поверхности.
К распространенным ситуациям относятся:
- Чрезмерно высокая температура инструмента
- Локальное окисление на заготовке
- следы ожогов на поверхности
- Неравномерный цвет поверхности
Проблема почернения становится более очевидной при высокоскоростной обработке.
Концентрация тепла в локальных районах
Если тепло длительное время концентрируется вблизи кончика инструмента, может также произойти локальное почернение.
Например:
- Непрерывная обработка в малой зоне резания.
- Трудности с отводом тепла при обработке глубоких отверстий.
- Чрезмерное время трения при финишной обработке
- Значительное локальное повышение температуры на обрабатываемой детали.
Когда тепло не может быстро рассеиваться, вероятность возгорания поверхности возрастает.
Проблемы с инструментом могут привести к почернению поверхности.
Состояние инструмента напрямую влияет на температуру резания и стабильность обработки. Многие проблемы, связанные с почернением поверхности, обусловлены износом инструмента или неправильной геометрией инструмента. После износа режущей кромки трение значительно возрастает, вызывая серьезное накопление тепла на поверхности заготовки. Неправильные углы инструмента, такие как недостаточный передний угол, недостаточный задний угол или чрезмерный радиус закругления, также могут увеличить сопротивление резанию и привести к чрезмерному нагреву во время обработки.
Сильный износ инструмента
По мере износа режущего инструмента режущая кромка постепенно затупляется, и трение значительно возрастает.
Это может привести к:
- Резкое повышение температуры резки
- Сильный нагрев поверхности заготовки.
- Грубая обработка поверхности
- Локальные следы ожогов
Износ инструмента становится еще более заметным при непрерывной обработке.
Неправильный выбор материала инструмента
Для разных материалов требуются разные режущие инструменты.
Например:
- Для обработки нержавеющей стали требуются инструменты высокой прочности.
- Для медных деталей требуются острые режущие кромки.
- Для обработки материалов высокой твердости требуются износостойкие инструменты.
Если инструмент подобран неправильно, температура поверхности значительно повышается.
Недостаточное охлаждение легко приводит к почернению заготовки.
Охлаждающая жидкость не только снижает температуру во время токарной обработки, но и минимизирует трение. При недостаточном охлаждении поверхность заготовки с большей вероятностью почернеет. В некоторых условиях обработки охлаждающая жидкость используется, но направление распыления неправильное, что препятствует эффективному охлаждению непосредственно в зоне резания. При обработке глубоких отверстий или непрерывной высокоскоростной обработке плохое охлаждение значительно увеличивает риск окисления.
Недостаточный поток охлаждающей жидкости
Если охлаждающая жидкость не может полностью покрыть зону резания во время обработки, произойдет накопление тепла.
Это может привести к следующим последствиям:
- Локальный перегрев заготовки
- Изменение цвета поверхности
- Быстрый нагрев инструмента
- Сильное поверхностное выгорание
Проблемы с охлаждением усугубляются при высокоскоростной обработке.
Повышенная температура при сухой резке
При сухой резке некоторые материалы выделяют более высокие температуры.
Особенно во время:
- Обработка нержавеющей стали
- Обработка красной меди
- операции резки на большую глубину
- Длительные непрерывные циклы обработки
Без охлаждающей жидкости вероятность изменения цвета поверхности возрастает.
Неправильные параметры резки также приводят к почернению поверхности.es
Помимо проблем с инструментом и охлаждением, параметры резания также влияют на температуру поверхности. Хотя высокоскоростное резание повышает эффективность, оно также значительно увеличивает тепловыделение от трения. На некоторых материалах при высокоскоростной обработке чаще образуются сине-черные следы от пригорания. Если скорость подачи слишком низкая, инструмент может слишком долго тереться о поверхность заготовки. При слишком малой глубине резания процесс может стать преимущественно трением, а не собственно реза, что увеличивает риск почернения поверхности.
Чрезмерная скорость резки
Хотя высокоскоростная резка повышает производительность, она также увеличивает тепловыделение от трения.
Это может привести к:
- Высокая температура поверхности заготовки
- Более высокая скорость окисления
- Затемненный цвет поверхности
- Резкое повышение температуры инструмента
На некоторых материалах при высокоскоростной обработке чаще образуются сине-черные следы от пригорания.
Неправильная настройка скорости подачи
Если скорость подачи слишком низкая, режущий инструмент может слишком долго тереться о поверхность заготовки.
Это может привести к:
- Выделение тепла за счет трения
- Локальное выжигание поверхности
- Потемнение поверхности
- Сниженное качество обработки поверхности.
Однако чрезмерная скорость подачи может увеличить нагрузку на режущий инструмент.
Как улучшить состояние почерневших поверхностей при токарной обработке
Хотя почернение поверхностей при токарной обработке является распространенным явлением, в большинстве случаев ситуацию можно улучшить путем корректировки процесса. Во время обработки режущие инструменты должны оставаться острыми, чтобы уменьшить трение между инструментом и заготовкой. Также необходимо улучшить охлаждение, чтобы тепло в зоне резания быстро рассеивалось. Для различных материалов также требуется соответствующая регулировка скорости резания и подачи в соответствии с фактическими условиями обработки, чтобы избежать длительного высокотемпературного трения.
Оптимизация эффективности охлаждения
Эффективное охлаждение может значительно снизить риск почернения поверхности.
Общие методы включают:
- Увеличение скорости потока охлаждающей жидкости
- Регулировка направления распыления охлаждающей жидкости
- Использование охлаждения под высоким давлением
- Поддержание непрерывного охлаждения
Надежное охлаждение особенно важно при высокоскоростной обработке.
Правильная настройка параметров обработки
Параметры обработки следует корректировать в соответствии с характеристиками материала.
Например:
- Соответственно снизьте скорость резки.
- Избегайте слишком мелкой резки.
- Поддерживайте стабильную скорость подачи.
- Снижайте длительное трение без резки.
Стабильные условия резки могут значительно улучшить качество поверхности.
Различия в степени почернения между различными материалами.
Различные материалы демонстрируют разные характеристики почернения в процессе обработки. Нержавеющая сталь чаще образует сине-черные оксидные слои, медные детали обычно приобретают темно-желтый или черный цвет, а некоторые легированные стали склонны к образованию локальных пятен пригорания. В процессе обработки инструмент и методы охлаждения следует корректировать в соответствии с характеристиками материала.
Для высокоточных деталей изменение цвета поверхности влияет не только на внешний вид, но и может указывать на чрезмерно высокие температуры обработки. Если проблемы с почернением игнорировать в течение длительного времени, это негативно скажется на сроке службы инструмента, стабильности размеров и шероховатости поверхности. Поэтому операторам следует постоянно контролировать состояние поверхности заготовки и своевременно корректировать параметры обработки.
