Прутки из углеродистой стали
Для обработки углеродистой стали необходимо понимать свойства сплава углеродистой стали и его пригодность для обработки стали по индивидуальным заказам. Это железоуглеродистый сплав, содержащий от 0.05% до 2.1% углерода от общей массы. Его механические свойства и характеристики углеродистой стали зависят от количества углерода в сплаве, что напрямую влияет на обрабатываемость при обработке углеродистой стали.
Углеродистая сталь с меньшим содержанием углерода мягче и, как правило, легче поддается обработке, хотя высокоуглеродистые стали сложнее в обработке и требуют специальных инструментов, но обладают большей прочностью и износостойкостью. Выбор содержания углерода и способа обработки легированной стали может влиять на срок службы инструмента и, в свою очередь, на точность обработки деталей из углеродистой стали на станках с ЧПУ. Подробнее:Легированная сталь против углеродистой стали
Что такое углеродистая сталь?
Нарезанные стальные прутки
Углеродистая сталь состоит из железа и углерода и классифицируется на три основные категории в зависимости от содержания углерода. Низкоуглеродистая сталь классифицируется как сталь с содержанием углерода 0.3% и ниже, среднеуглеродистая – от 0.3 до 0.6%, а высокоуглеродистая – сталь с содержанием углерода более 0.6%.
В нем отсутствуют преднамеренно добавленные легирующие элементы, такие как хром, что отличает его от других сплавов. Присутствуют такие второстепенные элементы, как марганец, сера, фосфор и кремний. Содержание углерода в стали напрямую влияет на физические и механические характеристики материала, такие как прочность, твердость и пластичность.
Углеродистая сталь в процессе термообработки переходит из аустенита в мартенсит. Это позволяет регулировать её свойства. Низкоуглеродистые стали, такие как AISI 1018, обладают хорошей свариваемостью и формуемостью. Высокоуглеродистые стали, такие как AISI 1095, обеспечивают превосходную износостойкость и долговечность. Углеродистая сталь производится путем плавки железной руды вместе с углеродом в доменных печах. Расплавленная сталь затем отливается и прокатывается для получения листов или блоков углеродистой стали.
Низкосортная углеродистая сталь имеет ферритно-перлитную микроструктуру, тогда как высокосортные углеродистые стали имеют перлитно-цементитную структуру. Разница в микроструктуре напрямую влияет на свойства стали, такие как удлинение и прочность.
Механические свойства углеродистой стали
Образец для испытания на растяжение
Углеродистая сталь используется для механической обработки благодаря своим механическим и термическим свойствам, что делает ее подходящей для обработки широкого спектра промышленных компонентов. Обработанная углеродистая сталь обладает превосходной чистотой поверхности и долговечностью. Ниже перечислены некоторые свойства углеродистой стали, которые делают ее идеальным выбором для обработки деталей:
Твердость
Углеродистая сталь имеет твердость от 125 HB до более 300 HB. Более твердые материалы, как правило, меньше деформируются при механической обработке. Более мягкая сталь, такая как AISI 1010, обрабатывается при более высоких скоростях резания, но при этом образуются наросты на кромках, в то время как для обработки более твердых марок требуются специальные инструменты.
Предел прочности на разрыв
Предел прочности на растяжение низкоуглеродистой стали может варьироваться от 370 МПа до 1500 МПа в высокоуглеродистых сталях. Более высокий предел прочности на растяжение означает лучшую долговечность детали, но также увеличивает сложность обработки.
Предел текучести
Предел текучести — это предел, при котором происходит пластическая деформация. Углеродистая сталь имеет предел текучести от 250 до 800 МПа. Упрочнение материала может происходить во время обработки, если силы обработки превышают этот предел. В таких случаях требуется корректировка скорости подачи.
Удлинение и пластичность
Низкоуглеродистая сталь имеет относительное удлинение при разрыве от 20% до 40%, а у высокоуглеродистых сталей это удлинение даже ниже 10%. Более высокое удлинение низкоуглеродистой стали приводит к образованию более длинных непрерывных стружек, в то время как более хрупкая высокоуглеродистая сталь образует сегментированные стружки.
Теплопроводность
Теплопроводность углеродистых сталей составляет около 50 Вт/м·К. При механической обработке тепловыделение умеренное и требует регулирования. Неправильное управление тепловыми процессами может вызывать термическое расширение материалов и влиять на допуски, а также на стабильность размеров.
Плотность и модуль упругости
Плотность углеродистой стали составляет около 7.85 г/см³, а модуль Юнга — 200 ГПа, что обеспечивает достаточную жесткость, позволяющую компенсировать прогиб в больших деталях. В приведенной ниже таблице обобщены типичные свойства распространенных марок углеродистой стали:
| Класс | Содержание углерода (%) | Твердость (HB) | Прочность на растяжение (МПа) | Предел текучести (МПа) | Относительное удлинение (%) | Теплопроводность (Вт/м·К) |
| AISI 1018 | 0.14-0.20 | 126-197 | 440 | 370 | 15 | 51.9 |
| AISI 1045 | 0.43-0.50 | 163-229 | 585 | 505 | 12 | 50.7 |
| AISI 1095 | 0.90-1.03 | 248-352 | 965 | 745 | 9 | 48.0 |
| AISI 1144 | 0.40-0.48 | 217-255 | 745 | 620 | 10 | 49.5 |
| AISI 1215 | 0.09 макс | 167-229 | 540 | 415 | 10 | 51.0 |
Виды инструментов, которые могут резать углеродистую сталь.
Фрезы для механической обработки
Выбор инструмента имеет важное значение при обработке углеродистой стали. Правильный выбор инструмента позволяет повысить точность и эффективность, а также оптимизировать такие параметры, как тепловыделение и упрочнение при обработке. Ниже перечислены некоторые распространенные инструменты:
- Инструменты из быстрорежущей стали (HSS)Инструменты из быстрорежущей стали (HSS) изготавливаются из вольфрама, молибдена и ванадия, что повышает их прочность и обеспечивает более чистый рез. Обычно они используются для обработки материалов с низкой вязкостью. среднеуглеродистые стали Они работают со скоростью до 30 м/мин. Не подходят для процессов с высоким содержанием углерода, так как из-за тепловыделения изнашиваются чрезвычайно быстро.
- Твердосплавные инструментыЭти инструменты изготовлены на основе карбида вольфрама и имеют покрытие из TiN или TiAlN для повышения износостойкости, что крайне важно для высокоскоростной обработки (100-200 м/мин) всех углеродистых сталей. Это обеспечивает улучшенное качество поверхности и уменьшает деформацию.
- Керамические инструментыКерамические инструменты обладают очень высокой твердостью, около 2000 HV, и скоростью обработки до 300 м/мин. Керамические инструменты обычно изготавливаются из композитов оксида алюминия и нитрида алюминия, которые очень эффективны при механической обработке. высокоуглеродистые стали (для сухой резки), поскольку они способны контролировать выделение тепла.
- Вставки из карбида с покрытиемЭти пластины имеют CVD- или PVD-покрытие, аналогичное TiCN, что увеличивает срок их службы в 2-3 раза в абразивных условиях. Они широко используются при токарной и фрезерной обработке среднеуглеродистых сталей.
- Инструменты из кубического нитрида бора (CBN)Кубический нитрид бора (CBN) — второй по твердости материал после алмаза, отлично подходит для токарной обработки термически обработанных углеродистых сталей (45-65 HRC). Он требует минимального количества охлаждающей жидкости и позволяет обрабатывать материалы со скоростью до 200 м/мин.
- Твердосплавные концевые фрезыТвердосплавные концевые фрезы используются для глубокой резки и имеют особую конструкцию спирали, которая минимизирует вибрации.
- Фрезы со сменными пластинамиОни оснащены твердосплавными вставками, которые обеспечивают быструю замену и универсальность при торцевом фрезеровании листов из углеродистой стали.
- Сверла с твердосплавными наконечникамиПредназначен для сверления отверстий, имеет отверстия для охлаждающей жидкости, предназначенные для отвода стружки и охлаждения зоны резания в углеродистой стали.
- Метчики и плашкиМетчики и плашки обычно изготавливаются из быстрорежущей стали и твердосплавных материалов для нарезания резьбы. Они имеют покрытия, предотвращающие заедание в высокопрочных низкоуглеродистых сталях.
Обработка углеродистой стали на станках с ЧПУ
Обработка углеродистой стали осуществляется с помощью систем ЧПУ, которые удаляют материал из цельного металлического блока для формирования заготовки. Программа ЧПУ оптимизирует траектории движения инструмента, обеспечивая точность и стабильность. В процессе обработки на станках с ЧПУ для удаления материала используются твердосплавные инструменты, а для регулирования температуры и удаления стружки применяется охлаждающая жидкость. Процесс обработки на станках с ЧПУ различается в зависимости от типа углеродистой стали, и для эффективной обработки углеродистой стали операторы используют разные параметры резания.
- Типичные параметры (твердосплавные инструменты, среднеуглеродистая сталь, например, AISI 1045)Скорость резания составляет от 100 до 200 м/мин (328-656 SFM) при подаче 0.1-0.3 мм/зуб и глубине резания 1-5 мм. Для регулирования температуры в процессе обработки используется обильное охлаждение.
Фрезерование углеродистой стали на станках с ЧПУ
Фрезерование на станке с ЧПУ детали из углеродистой стали
Фрезерование на станках с ЧПУ — это управляемый компьютером процесс обработки, при котором с помощью многоточечных фрез создаются различные элементы, такие как контуры и пазы. Этот процесс также позволяет выполнить черновую обработку для удаления основной массы материала и придания формы заготовке, а также чистовую обработку для повышения точности размеров. Попутное фрезерование предпочтительнее, поскольку оно позволяет получить лучшие результаты по сравнению с традиционным фрезерованием.
Токарная обработка на станках с ЧПУ углеродистой стали
Токарный станок с ЧПУ
Процесс токарной обработки на станках с ЧПУ включает в себя вращение заготовки относительно неподвижного режущего инструмента для получения цилиндрической формы. Этот процесс используется для создания различных элементов, таких как отверстия и резьба.
Использование положительного угла заточки режущих инструментов позволяет эффективно контролировать стружку, что крайне важно для чистовой обработки. Процесс резки начинается с черновой обработки, за которой следует вторая операция — чистовая обработка, чтобы гарантировать соответствие деталей техническим требованиям.
Обработка 4 Axis CNC
Обработка на станках с ЧПУ по 4 осям
Четырехосевая обработка на станках с ЧПУ сочетает в себе ось вращения (обычно ось А) со стандартными линейными осями X, Y и Z. Это позволяет вращать заготовку для доступа к нескольким сторонам без необходимости перепозиционирования. Этот станок специально разработан для производства деталей из углеродистой стали сложной формы, таких как кулачковые элементы с выступами, детали с винтовыми канавками и изделия с обмотанным профилем.
Многоосевая обработка с ЧПУ
Многоосевая обработка на станках с ЧПУ (5 и более осей) — это современный процесс обработки, позволяющий одновременно перемещать заготовки вдоль 3 линейных осей и двух осей вращения. Эта функция сокращает количество переналадок и позволяет создавать сложные геометрические формы за одну установку. Многоосевая обработка на станках с ЧПУ позволяет с высокой точностью создавать подрезы и сложные углы, а также криволинейные поверхности.
Крупногабаритное производство деталей
Значительная часть производства с использованием станков с ЧПУ включает изготовление деталей размером более 1-2 метров. Крупные детали обрабатываются с помощью портальных систем и станков с увеличенным ходом. Детали удерживаются с помощью прочных зажимных приспособлений, а любые деформации, вызванные внутренними напряжениями, компенсируются средствами снятия напряжений для противодействия деформациям или неравномерному удалению материала.
Попробуйте Пролеан прямо сейчас!
Проблемы обработки углеродистой стали
Готовая стальная деталь
Обработка углеродистой стали, как и любого другого материала, сопряжена со своими уникальными трудностями и проблемами, которые необходимо решать. Преодоление этих препятствий осуществляется путем оптимизации параметров. Ниже перечислены некоторые распространенные проблемы:
Износ инструмента
Износ инструмента — распространённая проблема, возникающая при механической обработке. Чаще всего он вызван абразивными частицами углерода, которые ускоряют износ боковой поверхности и образование кратеров, особенно в случае высокоуглеродистых марок стали, которые труднее обрабатывать. Для решения этой проблемы твердосплавные материалы покрываются защитным слоем для повышения их прочности, но при этом требуется постоянный контроль для предотвращения поломок и обеспечения успешной обработки.
Производство тепла
В процессе обработки выделяемое тепло может достигать 800 °C, что приводит к тепловому расширению и деформации заготовки. Температура регулируется с помощью охлаждающих жидкостей и более низких скоростей.
Рабочее упрочнение
Упрочнение материала происходит, когда он превышает свой предел упругости. Деформация приводит к затвердению поверхности, что требует увеличения силы резания. Более низкая скорость подачи и более острый режущий инструмент могут уменьшить упрочнение, сохраняя мягкость поверхности и обеспечивая точные результаты.
Контроль стружки
Низкоуглеродистые стали, обладающие большей пластичностью, образуют более длинные стружки, которые могут вызывать запутывание. Стружколомы и охлаждающая жидкость под высоким давлением помогают в удалении стружки, обеспечивая безопасность процесса.
Проблемы с отделкой поверхности
Вибрации и неравномерные нагрузки приводят к плохому качеству обработки поверхности и высоким значениям Ra. Жесткие инструменты, правильно установленные, а также сбалансированная установка и надлежащая фиксация, в зависимости от формы и геометрии заготовки, позволяют уменьшить эту проблему.
Стабильность размеров
Повторное повышение и понижение температуры материала приводит к возникновению напряжений и деформаций. Отжиг отлично подходит для снижения напряжений и стабилизации материала перед механической обработкой.
Типичные прецизионные детали из углеродистой стали, обработанные на станках с ЧПУ.
- Болты и крепежРезьбовые компоненты из стали AISI 1045, обеспечивающие высокую прочность на растяжение для конструкционных узлов.
- ВалыИзготовлено из стали AISI 1018, обеспечивающей сопротивление кручению в трансмиссиях.
- GearsИзготовлено методом фрезерования из среднеуглеродистой стали, подвергнуто термообработке для повышения износостойкости в трансмиссиях.
- Штифты и дюбели: Прецизионная шлифовка для выравнивания в механизмах.
- КронштейновИзготовлено для монтажа, с использованием пластичности для изгиба после механической обработки.
- ЛАМПЫИзготовлено с учетом регулирования потока жидкости и имеет жесткие допуски для герметизации.
- Фланцы: Выточено для соединения трубопроводов, обеспечивая ровность поверхности.
- Втулки: Расточено для применения в подшипниках, снижая трение.
- SpringsИзготовлено из высокоуглеродистой проволоки, обеспечивающей эластичность.
- Ножи и лезвияЗаточено из стали AISI 1095 для режущих инструментов.
Попробуйте Пролеан прямо сейчас!
Применение углеродистой стали
Автомобильная промышленность:
В автомобильной промышленности углеродистая сталь используется для изготовления самых разных деталей, от шасси и блоков цилиндров до компонентов подвески. Это объясняется главным образом превосходной прочностью и механическими свойствами углеродистой стали.
Строительный сектор
Углеродистая сталь используется для изготовления арматуры для строительных балок, обеспечивая высокую несущую способность зданий и мостов. Трубы большой грузоподъемности изготавливаются из углеродистой стали, поскольку она способна выдерживать чрезвычайно высокое давление.
Механизмы и оборудование
Шестерни, валы и рамы, используемые в основных отраслях промышленности, изготавливаются из углеродистой стали. Возможность механической обработки позволяет создавать детали на заказ для кондукторов и нестандартных конструкций.
Нефть и газ
Трубы и клапаны, используемые в нефтегазовой отрасли, должны выдерживать высокое давление и агрессивные условия окружающей среды. Углеродистая сталь отлично справляется с такими условиями и поэтому широко используется в отрасли.
Аэрокосмическая индустрия
В аэрокосмической отрасли его используют только для крепежных элементов и некритичных конструкций или второстепенных деталей, для функциональности которых необходимы специфические свойства углеродистой стали.
Потребительские товары
Карноновая сталь используется в широком спектре приборов и инструментов, таких как миксеры и кухонные ножи, поскольку она отличается высокой прочностью при низкой стоимости.
Обработка металлов на заказ
Boda предоставляет стальная служба Для углеродистой стали, легированной стали и сплавов нержавеющей стали. Мы поддерживаем склад металлических сплавов с сертификатами на материалы и прозрачностью технологического процесса. Стандартные допуски обработки деталей из углеродистой стали на станках с ЧПУ обычно составляют ±0.025 мм, в зависимости от геометрической сложности. Наша инженерная команда также предлагает консультации экспертов и помощь в выборе материалов.
Запросить бесплатная цитата Cегодня!
Заключение
Обработка углеродистой стали — одна из наиболее распространенных технологий производства, применяемая в различных отраслях промышленности, от автомобильной до морской. По сравнению с альтернативами, она превосходит некоторые металлы по стоимости и доступности. Титан против сталиОн надежен и эффективен, что делает его предпочтительным выбором для производителей. Он способен сочетать свойства материалов с передовыми технологиями и производить надежные компоненты, устанавливающие стандарты для отрасли.
FAQ
Поддается ли механическая обработка углеродистой стали?
Да, углеродистая сталь поддается механической обработке. Для изготовления деталей и компонентов используется широкий спектр методов обработки.
Легко ли производить углеродистую сталь?
Да, его легко изготавливать, а углеродистая сталь считается... лучшая сталь для обработкиСовременные производственные процессы значительно упростили этот процесс, и в основном его изготавливают методом литья или ковки, в зависимости от марки стали.
Вы можете обрабатывать углеродистую сталь на станках с ЧПУ?
Да, углеродистую сталь можно обрабатывать на станках с ЧПУ, и прецизионные детали из углеродистой стали, изготовленные на станках с ЧПУ, широко используются в автомобилестроении.
Подходит ли углеродистая сталь для резки?
Углеродистая сталь широко используется для изготовления режущих инструментов, особенно высокоуглеродистые марки, которые благодаря повышенной твердости способны долго сохранять остроту лезвия. легированные марки стали Также может быть выбран для применения в условиях, требующих высокой термостойкости и износостойкости.