Механическая обработка твердого сплава

Когда слышишь ?механическая обработка твердого сплава?, первое, что приходит в голову многим — это почти непобедимая твердость, искры, сломанные резцы и ощущение, что проще отлить форму сразу, чем это фрезеровать. Знакомо? Я тоже через это прошел. Долгое время в цехах, особенно где работали с литьем цветмета, к твердосплавным заготовкам относились как к чему-то, что только шлифовать и точить алмазом. Но это не совсем так, вернее, совсем не так. Проблема не в самом сплаве, а в том, как подойти к процессу. Это не абстрактная теория, а ежедневная практика, например, когда нужно доработать пресс-форму из ВК8 для литья латуни на участке, а не ждать неделями поставки новой оснастки.

Где кроется основная ошибка? Не инструмент, а стратегия

Самый частый промах — попытка обрабатывать твердый сплав как обычную сталь, просто взяв более прочный резец. Кончится это печально: выкрашиванием кромки, вибрацией и испорченной заготовкой. Тут важно сменить парадигму. Обработка становится не ?снятием стружки?, а скорее контролируемым микроскалыванием. Резание превращается в прецизионное дробление. Для меня переломный момент наступил лет пять назад, когда пришлось адаптировать фрезерный центр под доработку твердосплавных вставок для литья под давлением алюминиевых сплавов. Жесткость станка — это святое, но не менее важна стабильность и отсутствие биения.

Казалось бы, очевидно: бери алмазный инструмент. Но и тут ловушка. Сплошной алмаз (PCD) хорош для цветных металлов, но для самого твердого сплава, особенно с кобальтовой связкой, иногда эффективнее оказывается специальная мелкозернистая твердосплавная фреза с определенным покрытием, работающая на высоких оборотах и мизерной подаче. Это не из учебника, а вывод после нескольких испорченных дорогущих пластин. Скорость резания (Vc) выходит на первый план, а подача (fz) должна быть такой, чтобы нагрузка была постоянной, без ударов.

И охлаждение… или его отсутствие. Для твердого сплава часто предпочтительнее сухая обработка или МОС (минимальное количество смазочно-охлаждающей жидкости) в виде тонкого тумана. Поток эмульсии может привести к термоударам и микротрещинам на режущей кромке как инструмента, так и заготовки. Проверено на практике при изготовлении калибровочных элементов для прокатных валков. Резкое охлаждение раскаленной стружки — враг качества.

Опыт из цеха: от пресс-формы до износостойкой пластины

Расскажу на примере, близком к нашему профилю. ООО Дэян Хунгуан Интеллектуальное Оборудование (сайт: https://www.dyhgzn.ru), как предприятие, интегрирующее разработку и производство в области литья и проката, регулярно сталкивается с необходимостью оперативной доработки или ремонта оснастки. Была история с комплексной пресс-формой для литья медных токопроводящих элементов. Матрица из сплава ВК15 получила скол в углу после 50 тысяч циклов. Новая — срок 8 недель, простой конвейера.

Задача: удалить поврежденный участок и впаять/заварить новый. Но сначала — подготовить посадочное место. Фрезеровка паза в твердом сплаве. Станок — жесткий обрабатывающий центр. Инструмент — радиальная твердосплавная фреза малого диаметра с износостойким покрытием TiAlN. Стратегия — трохоидальное фрезерование с минимальным радиальным врезанием. Это не для красоты, а чтобы увести нагрузку с вершины зуба на его боковину и дать время для отвода тепла. Шум был специфический, высокочастотный, почти звонкий. Стружка — не лента, а мелкая темная пыль, почти как песок.

Самое сложное — не сорваться, не увеличить подачу, когда кажется, что процесс идет слишком медленно. Здесь терпение — прямая экономия. Один неверный шаг, и микротрещина пойдет внутрь матрицы, превращая дорогостоящую оснастку в лом. Удалось. Посадочное место получилось с требуемой шероховатостью и геометрией. Этот опыт позже лег в основу внутреннего стандарта по ремонту твердосплавной оснастки.

Абразив или лезвие? Конкретные случаи выбора

Не всегда фреза — лучший выбор. Для плоских поверхностей или создания четких острых кромок на твердом сплаве электрокорундовый круг на связке — классика. Но и здесь есть нюанс. При шлифовании легко ?прижечь? поверхность, особенно если снять за один проход слишком большой припуск. Нагретый слой, обезуглероженный и хрупкий, потом отколется при работе. Поэтому важен контроль температуры, прерывистые проходы и правильная зернистость. Для чистовой операции иногда эффективнее оказывается не алмаз, а CBN (кубический нитрид бора) — меньше риск химического взаимодействия с материалом связки сплава.

А вот для создания сложных 3D-контуров, например, в пуансоне для литья по выплавляемым моделям из жаропрочного сплава, шлифовка уже не справится. Здесь возвращаемся к высокоскоростному фрезерованию (HSM). Ключ — не максимальная скорость, а постоянная скорость съема материала. CAM-система должна строить такие траектории, чтобы нагрузка на резец была равномерной, без резких изменений направления. Иначе — поломка инструмента в самом глубоком месте кармана, откуда его не выковырять.

Пробовали использовать универсальные станки? Да, это путь к браку. Вибрация — главный враг. Однажды на изношенном универсальном фрезерном пытались проточить направляющую вставку из Т5К10. Казалось, припуск мизерный. Но из-за люфтов в салазках резец начал не резать, а вырывать микрочастицы, поверхность получилась рваной, непригодной для дальнейшей полировки. Пришлось переделывать на жестком станке с ЧПУ, уже с учетом предыдущих ошибок.

Практические мелочи, о которых не пишут в каталогах

Крепление заготовки. Казалось бы, ерунда. Но если твердосплавную пластину толщиной 3 мм плохо зафиксировать на магнитном столе или через промежуточную подложку, она может срезонировать и лопнуть, как стекло. Потеря и заготовки, и, возможно, инструмента. Всегда используем специальные демпфирующие прокладки или вакуумные присоски для тонких элементов.

Износ инструмента идет нелинейно. Твердосплавная фреза может стабильно работать 40 минут, а потом за 30 секунд полностью затупиться. Нельзя работать ?по таймеру?. Нужно следить за звуком, видом стружки и, если возможно, за потребляемой мощностью шпинделя. Резкий пик — сигнал к немедленной остановке и замене инструмента.

И еще про охлаждение. Сухая обработка хороша, но пыль от твердого сплава — не лучший вариант для здоровья и механики станка. Система аспирации с хорошим фильтром HEPA обязательна. Мы после того случая с ремонтом матрицы для ООО Дэян Хунгуан дооснастили участок именно такими системами. Это не прямо связано с резанием, но без этого нормальная работа невозможна — пыль оседает на направляющих и в редукторе, убивая точность.

Вместо заключения: это не магия, а ремесло

Так что, механическая обработка твердого сплава — это не какая-то сверхтехнология. Это совокупность правильных, часто консервативных решений: максимальная жесткость системы СПИД (станок-приспособление-инструмент-деталь), правильный выбор геометрии и материала инструмента, консервативные режимы резания и тотальный контроль процесса. Это ремесло, основанное на физике и опыте, часто горьком.

Для таких предприятий, как наше, где оснастка из твердого сплава — ключевой актив в процессах литья и проката, умение ее грамотно и быстро доработать прямо в цеху — это вопрос не престижа, а экономической эффективности и гибкости производства. Ждать новую оснастку извне — терять время и деньги.

Поэтому сейчас, глядя на новую партию твердосплавных валков для проката цветной ленты, я уже не думаю ?как же это точить?. Я вижу последовательность операций: сначала шлифовка цилиндра на специализированном станке, потом электроэрозионная прошивка канавок, и наконец, финишная полировка кромок алмазной пастой. Каждый этап — ответ на конкретные свойства материала. И главный из них — не абсолютная твердость, а хрупкость. Работать нужно с ней, а не против нее. Вот и весь секрет, если его можно так назвать.