Шлифовка закаленной стали и инструментальной стали: оптимизация для быстрорежущих сталей (HSS), стали D2 и стали M2.

Почему шлифовка закаленной стали — это совсем другое дело.

Вы уже знаете, что шлифовка мягкого низкоуглеродистого вала — это не то же самое, что шлифовка закаленным пуансоном D2. Твердость меняет все: как изнашивается абразив, как накапливается тепло и получите ли вы в итоге качественную деталь или бракованную. Шлифовка закаленной стали требует гораздо большего внимания к выбору абразива, характеристикам шлифовального круга и контролю процесса, чем практически любая другая шлифовальная операция.

Вот основной принцип, отличающий хорошие магазины от разочарованных: Для работы с твердыми материалами необходим шлифовальный круг для мягких материалов, а для работы с мягкими материалами — шлифовальный круг для твердых материалов. Это звучит нелогично, но в шлифовании это считается непреложной истиной уже несколько десятилетий. Когда заготовка твердая (более 60 HRC), абразивные зерна быстро затупляются, потому что стружке некуда деваться. Более мягкий шлифовальный круг быстрее удаляет эти затупившиеся зерна, обнажая свежие, острые режущие кромки. Если же использовать твердый шлифовальный круг на закаленной быстрорежущей стали, она за считанные минуты покроется глазурью, выделится огромное количество тепла, и деталь сгорит.

В этой статье рассматриваются практические аспекты шлифовки трех наиболее распространенных инструментальных сталей: быстрорежущей стали (HSS, M2, M42), холоднокатаной штамповочной стали D2 и других закаленных инструментальных сталей, таких как A2, O1 и S7. Мы обсудим характеристики шлифовальных кругов, размеры зерна, стратегию подачи охлаждающей жидкости и параметры, которые действительно важны в цеху.

Понимание твердости и шлифуемости инструментальной стали

Не все закаленные стали ведут себя одинаково под шлифовальным кругом. Состав сплава, тип карбида и уровень твердости — все это влияет на шлифовку материала. Давайте рассмотрим три основных фактора:

Быстрорежущая сталь (HSS): M2 и M42

M2 — это основная сталь быстрорежущей стали (HSS). После термообработки её твердость достигает 62–65 HRC. Она содержит большое количество карбидов вольфрама и молибдена, что делает её абразивной и прочной для шлифовальных кругов. M42 ещё более прочная. Благодаря содержанию примерно 81 TP3T кобальта, её твердость повышается до 65–67 HRC, а карбиды становятся ещё более устойчивыми. Шлифовка быстрорежущей сталью сопровождается значительным выделением тепла, поскольку эти карбиды сопротивляются сдвигу, поэтому зона шлифовки быстро нагревается.

Типичные области применения быстрорежущей стали включают спиральные сверла, концевые фрезы, развертки и метчики. При переточке режущих инструментов качество обработки поверхности канавки или направляющей напрямую влияет на производительность инструмента. Шероховатая поверхность направляющей сверла увеличивает трение и нагрев во время сверления, поэтому нельзя просто оценить качество на глаз и считать работу завершенной.

Штамповая сталь D2 для холодной обработки

Твердость стали D2 после закалки составляет от 58 до 62 HRC. Это высокоуглеродистая, высокохромистая инструментальная сталь с большим количеством карбидов хрома. Эти карбиды крупные и твердые. Из-за этого сталь D2 имеет репутацию едкой при шлифовании. При слишком сильном нажатии карбиды скорее вырываются, чем чисто режутся, что приводит к микросколам на шлифованной поверхности. Это одна из самых распространенных жалоб, которые мы слышим от штамповочных цехов.

По сравнению с высокопрочной сталью (HSS), сталь D2 имеет более низкую теплопроводность, поэтому тепло концентрируется на поверхности. Это делает её более восприимчивой к... скрежет горения, что может повредить кристалл. При обгорании D2 образуется повторно затвердевший белый слой, который становится хрупким и трескается в процессе эксплуатации.

Другие распространенные инструментальные стали: A2, O1, S7

Сталь A2 закаляется на воздухе до твердости примерно от 57 до 62 HRC. Шлифовать её немного легче, чем D2, поскольку карбиды в ней более мелкие и равномерно распределены. Сталь O1, закаленная в масле, достигает твердости от 57 до 62 HRC и шлифуется больше как высокоуглеродистая сталь. S7 — ударопрочная сталь, обычно закаленная до 54–58 HRC, что делает её самой лёгкой в шлифовке, но всё же требует внимания к температуре.

Выбор подходящего шлифовального круга для закаленной стали

Именно здесь чаще всего случаются ошибки. Люди берут любой шлифовальный круг, который есть на станке, и удивляются, почему качество обработки плохое или деталь сгорела. Выбор круга зависит от материала, а в случае с инструментальными сталями существуют правила, которые нельзя нарушать.

Тип абразива: почему CBN превосходит оксид алюминия при обработке закаленной стали

Для закаленной стали и быстрорежущей стали у вас есть два реалистичных варианта: белый плавленый оксид алюминия (WFA) или кубический нитрид бора (CBN). Коричневый плавленый оксид алюминия (BFA) подходит для мягких углеродистых сталей, но на закаленных материалах он слишком быстро изнашивается и выделяет чрезмерное количество тепла.

Кубический нитрид бора (CBN) — лучший вариант для закалки черных металлов. Вот почему: теплопроводность CBN примерно в шесть раз выше, чем у оксида алюминия. Это означает, что он отводит тепло из зоны шлифовки, а не позволяет ему накапливаться. Кроме того, CBN дольше сохраняет остроту, поскольку не раскалывается, как зерна оксида алюминия. В результате получаются более качественные детали, более длительный срок службы шлифовального круга и значительно меньший риск термического повреждения.

Одно важнейшее правило: Никогда не используйте алмазные шлифовальные круги на стали. При температурах шлифования выше 700 градусов Цельсия алмаз вступает в реакцию с железом в стали и разрушается. Дорогой алмазный шлифовальный круг быстро выйдет из строя. Алмаз используется для шлифования карбидов, керамики и цветных металлов. Для стали, включая все инструментальные стали, обсуждаемые здесь, подходящим сверхтвердым абразивом является кубический нитрид бора (CBN). Если вы хотите узнать об этом подробнее, ознакомьтесь с нашей статьей на эту тему. Почему шлифовальные круги из кубического нитрида бора (CBN) необходимы для современных инструментальных цехов.

Тип связующего вещества: стекловидное или смоляное

Стекловидная связь (V) Это стандарт для прецизионной шлифовки закаленной стали и быстрорежущей стали. Он жестко удерживает зерна, обеспечивает превосходную формуемость и позволяет обрабатывать и выравнивать шлифовальный круг с высокой точностью. Если вы шлифуете матрицу D2 с точностью ±0,005 мм, вам нужен шлифовальный круг из кубического нитрида бора (CBN). Мы подробно писали об этом. Стеклокерамические круги из кубического нитрида бора для прецизионной шлифовки стали. Если вам нужны технические подробности.

Связующая смола (B) Он мягче и более щадящий. Это хороший выбор для чистовой обработки, где требуется гладкая поверхность, но при этом можно немного пожертвовать точностью формы. Круги из кубического нитрида бора на смоляной связке часто используются на станках для заточки инструментов и фрез при повторной заточке концевых фрез из быстрорежущей стали, где оператор сглаживает канавки и нуждается в гладком, холодном срезе.

Размер зерна и качество обработки поверхности, которое вы получите.

Размер зерна напрямую влияет на шероховатость поверхности. Вот реалистичная схема, которая подтверждается на практике для закаленных инструментальных сталей:

• Зернистость от 46 до 60: Грубая шлифовка и удаление материала. Ожидаемый шероховатость Ra от 0,8 до 1,6 мкм. Используется для быстрого удаления материала с штамповочных блоков из стали D2 или заготовок из быстрорежущей стали перед чистовой шлифовкой.
• Зернистость от 80 до 120: Прецизионное шлифование общего назначения. Ra от 0,4 до 0,8 мкм. Это оптимальный показатель для большинства работ с инструментальной сталью, включая переточку штампов и заточку инструментов из быстрорежущей стали.
• Зернистость от 150 до 240: Высокоточная чистовая обработка. Ra от 0,1 до 0,4 мкм. Используется для зеркальной полировки штампов, прецизионных пуансонов и чистовой обработки режущих инструментов.

Использование абразива с зернистостью мельче 240 на круге из кубического нитрида бора (CBN) обычно не требуется для инструментальных сталей и может даже вызвать проблемы. Чрезвычайно мелкий абразив быстрее забивается в пластичные материалы, а низкая скорость съема материала означает, что вы проводите больше времени в зоне шлифовки, что повышает риск термического повреждения.

Рекомендуемые характеристики колес в зависимости от типа инструментальной стали

В таблице ниже приведены исходные характеристики шлифовального круга для наиболее распространенных инструментальных сталей. Это не универсальные параметры. Жесткость вашего станка, система охлаждения и геометрия заготовки потребуют корректировки. Но если вы начинаете с нуля, эти характеристики помогут вам подобрать оптимальные параметры.

Материал	Твердость (HRC)	Абразивный	Связь	Грубая зернистость	Зернистость (финишная обработка)	Степень твердости (марка)
M2 HSS	62-65	CBN (или WFA)	Витрифицированный	60-80#	120-150#	КЛ (мягкая-средняя)
M42 HSS	65-67	ЦБН	Витрифицированный	60-80#	120-180#	JK (экстра мягкий-мягкий)
Штамповая сталь D2	58-62	CBN (или WFA)	Витрифицированный	60-80#	100-150#	КЛ (мягкая-средняя)
Инструментальная сталь А2	57-62	CBN (или WFA)	Витрифицированный	60-80#	100-150#	LM (средний)
Инструментальная сталь O1	57-62	WFA или CBN	Витрифицированный	60-80#	100-150#	LM (средний)
Ударная сталь S7	54-58	WFA или CBN	Витрифицированный	46-60#	80-120#	МН (средней твердости)

Обратите внимание, что M42, будучи самым твердым в группе, требует самого мягкого класса шлифовальных кругов. Это обратная зависимость в действии. D2 также получает мягкий класс из-за содержащихся в нем крупных абразивных карбидов хрома. S7 мягче, поэтому можно использовать более твердый класс шлифовальных кругов и добиться лучшего сохранения формы.

Параметры процесса: скорость, подача и глубина резания.

Выбор параметров шлифовального круга — это половина дела. Другая половина — это правильная настройка параметров. Вот что подходит для закаленных инструментальных сталей на типичном плоскошлифовальном станке или станке для заточки инструментов с ЧПУ.

Скорость вращения колеса

Для шлифовальных кругов из кубического нитрида бора (CBN) на закаленной стали рекомендуемая скорость вращения обычно составляет от 25 до 35 м/с (от 5000 до 7000 SFM). При скорости выше 40 м/с на обычном круге из оксида алюминия абразив может быстро затупиться из-за повышенного нагрева. CBN хорошо работает на более высоких скоростях, но всегда проверяйте максимальную номинальную скорость, указанную производителем круга. Никогда не превышайте её.

Скорость вращения заготовки и подача стола

Для шлифовки штамповочных блоков из стали D2 или A2: скорость вращения заготовки от 10 до 20 м/мин с поперечной подачей от 0,5 до 2 мм за ход (в зависимости от ширины шлифовального круга и площади контакта). Для шлифовки инструментов из быстрорежущей стали на станке с ЧПУ скорость вращения шпинделя и скорость подачи программируются в соответствии с конкретной геометрией инструмента, но главное — избегать задержек. Не допускайте застревания шлифовального круга на одном месте.

Глубина реза

Вот тут-то и начинаются проблемы. При работе с закаленными инструментальными сталями следует придерживаться консервативной подачи: от 0,005 до 0,015 мм за проход для чистовой шлифовки и до 0,03–0,05 мм за проход для черновой шлифовки с использованием кубического нитрида бора (CBN). Если вы используете обычные глиноземные шлифовальные круги, уменьшите их примерно на 30%. Соблазн взять больший объем резания для экономии времени обычно приводит к обратному результату. Вы потратите больше времени на исправление сгоревших деталей, чем сэкономите.

Предотвращение пригорания закаленной инструментальной стали при шлифовании

Пригорание при шлифовке — главная проблема качества при шлифовке закаленной стали. Оно проявляется в виде изменения цвета (синий, коричневый или радужный) на шлифованной поверхности, но иногда повреждение незаметно, скрываясь под повторно закаленным белым слоем, который трескается позже в процессе эксплуатации.

Причины предсказуемы: затупившийся круг, слишком большая глубина резания, недостаточное количество охлаждающей жидкости или неправильный абразив. Особенно уязвима сталь D2, поскольку ее низкая теплопроводность удерживает тепло на поверхности. Сталь M2 HSS несколько более снисходительна, поскольку ее более высокая теплопроводность распределяет тепло, но при твердости 65 HRC запас прочности невелик.

Три вещи, которые предотвращают ожоги в большинстве ситуаций:

1. Держите колесо острым. Регулярная правка шлифовального круга должна производиться достаточно часто, чтобы он свободно резал. Застекленный круг заставляет сильнее давить, что приводит к большему нагреву. Правку кругов из кубического нитрида бора (CBN) следует производить с помощью правящего станка с тормозным управлением или алмазного правящего станка при небольшой подаче (0,002–0,005 мм за проход).
2. Используйте охлаждающую жидкость в режиме обильного охлаждения и подавайте её надлежащим образом. Охлаждающая жидкость должна достигать зоны шлифовки, а не просто разбрызгиваться по корпусу. Конструкция и расположение сопла имеют гораздо большее значение, чем многие думают. Мы подробно рассматриваем это в нашем руководстве по... Оптимизация подачи охлаждающей жидкости для прецизионного шлифования.
3. Не загоритесь искрой. Три-четыре дополнительных прохода после того, как искровой разряд погаснет, — это пустая трата времени и нагрев детали. Если вам нужна определенная чистота поверхности, укажите ее с помощью абразива нужной зернистости, а не шлифуйте поверхность до полного износа.

Целевые показатели качества поверхности при шлифовании инструментальной стали

Для разных задач требуются разные виды отделки, и правильный выбор позволяет сэкономить время и деньги.

• D2 бьет кулаками и умирает: Типичный показатель Ra составляет от 0,4 до 0,8 мкм. Этого можно достичь с помощью абразива из кубического нитрида бора с зернистостью от 100 до 120.
• Канавки и насадки сверла М2: Ra составляет от 0,8 до 1,6 мкм для стандартных сверл, Ra 0,4 мкм или лучше для высокоэффективных сверл с покрытием.
• Секции штампов A2 и O1: Ra составляет от 0,4 до 0,8 мкм для обычных работ, Ra — 0,2 мкм для поверхностей класса притирки.
• Прецизионные пуансоны (из любой инструментальной стали): Радиус шероховатости Ra от 0,1 до 0,2 мкм достигается с помощью абразива из кубического нитрида бора с зернистостью от 150 до 240 и легкой финишной обработки.

Если вы постоянно не достигаете целевых значений Ra, прежде чем винить шлифовальный круг, проверьте три вещи: условия правки, концентрацию охлаждающей жидкости и балансировку круга. Несбалансированный круг из кубического нитрида бора на высоких скоростях будет вибрировать, а следы вибрации ухудшают качество поверхности независимо от размера зерна.

CBN против традиционного глинозема: когда следует переходить на другой материал?

Нам постоянно задают этот вопрос: “Действительно ли мне нужен кубический нитрид бора, или можно просто использовать белый оксид алюминия?” Честный ответ зависит от объёма производства, требований к допускам и от того, насколько вы цените стабильность качества.

Белый плавленый оксид алюминия (WFA) Подходит для закаленных инструментальных сталей. Он дешевле в расчете на один круг, и для мелкосерийного производства или изготовления прототипов вполне подходит. Но WFA быстро изнашивается на материалах с твердостью выше 60 HRC. Придется чаще производить правку, точность размеров будет снижаться, а риск термического повреждения возрастет, поскольку круг затупится между правками.

ЦБН Первоначальные затраты выше, но на закаленной стали с твердостью выше 58 HRC он обычно служит в 50-150 раз дольше, чем оксид алюминия. Стоимость детали значительно снижается в процессе производства. Улучшается стабильность качества поверхности. Риск термического повреждения снижается, поскольку кубический нитрид бора сохраняет остроту и отводит тепло от заготовки.

Наше эмпирическое правило таково: если вы шлифуете более нескольких закаленных инструментальных деталей в неделю, то CBN быстро окупается. Для разовых ремонтных и профилактических работ WFA — разумный выбор.

Вопросы, касающиеся охлаждающей жидкости при шлифовании закаленной стали.

Использование охлаждающей жидкости обязательно при шлифовании закаленных инструментальных сталей. Сухое шлифование сталей D2 или M2 всегда приведет к пригоранию детали, независимо от качества шлифовального круга. Для большинства применений используйте водорастворимую синтетическую или полусинтетическую охлаждающую жидкость с концентрацией от 5 до 8%.

При работе с дисками из кубического нитрида бора (CBN) в некоторых мастерских вместо охлаждающей жидкости на водной основе используют чистое масло. Масло обеспечивает лучшее качество поверхности и более длительный срок службы дисков, но оно более грязное и создает риск возгорания. Для большинства производственных цехов практичным выбором является качественная синтетическая охлаждающая жидкость в надлежащей концентрации.

Система подачи охлаждающей жидкости имеет такое же значение, как и сама охлаждающая жидкость. Правильно направленная форсунка, подающая от 20 до 30 литров в минуту в зону шлифования, будет работать эффективнее, чем плохо направленная система, подающая вдвое больший объем. Подберите ширину выходного отверстия форсунки в соответствии с шириной шлифовального круга, расположите ее как можно ближе к заготовке и поддерживайте систему фильтрации в исправном состоянии, чтобы стружка не засоряла поток.

Распространенные ошибки при шлифовке инструментальной стали

После многолетней работы в цехах, занимающихся шлифовкой закаленной инструментальной стали, мы чаще всего сталкиваемся со следующими ошибками:

• Использование неподходящего абразива. Коричневый оксид алюминия на закаленной быстрорежущей стали, или, что еще хуже, алмаз на стали. Подбирайте абразив в соответствии с материалом. Для углеродистой стали используйте BFA. Для закаленной стали и быстрорежущей стали используйте WFA или CBN. Для карбида используйте алмаз.
• Колесо вращается слишком туго. Твердый шлифовальный круг с твердостью 65 HRC M42 будет покрываться глазурью и пригорать. Используйте более мягкий круг. Дайте кругу заточить себя самостоятельно.
• Пропускаю переодевание. Невыразительные показатели Центрального банка Нигерии по-прежнему высоки, но незначительны. Одевайтесь легко и часто, а не тяжело и редко.
• Игнорируя подачу охлаждающей жидкости. Хорошая охлаждающая жидкость, подаваемая под неправильным углом, расходуется впустую. Направляйте её в зону контакта.
• Слишком глубокий порез. Терпение окупается. Два легких прохода лучше одного тяжелого прохода по любому типу инструментальной стали.

Практические примеры технических характеристик колес

Допустим, вам нужно отшлифовать набор пуансонов D2 до шероховатости Ra 0,4 мкм. Вот реалистичные характеристики шлифовального круга: 1A1 CBN 150# VK, ширина 10 мм, внешний диаметр 150 мм. Это прямой шлифовальный круг, зернистость 150 CBN, стекловидная связка, мягкий сорт K, ширина обода 10 мм. Обрабатывайте его со скоростью вращения 30 м/с, глубиной 0,01 мм за проход, с поперечной подачей 1 мм за ход. Используйте охлаждающую жидкость с концентрацией 6%. Вы будете стабильно достигать шероховатости Ra 0,4 мкм.

Теперь сменим материал на заточку сверл из быстрорежущей стали M2. Другие характеристики: Колесо с чашкой 11V9 CBN 120# BJ. Смоляная связка для более мягкого воздействия при заточке ручного инструмента, зернистость 120 для чистой обработки канавок с шероховатостью Ra 0,8 мкм, мягкий сорт J, поскольку для стали M2 с твердостью 63 HRC требуется агрессивное отделение зерна.

Это отправные точки. Далее корректируйте параметры в зависимости от возможностей станка и детали. Шлифовка – это эмпирический процесс. Цифры позволяют приблизиться к цели; опыт помогает преодолеть разрыв.

Выберите подходящий шлифовальный круг из инструментальной стали в магазине Zhengzhou Zhongxin.

Шлифовка закаленных инструментальных сталей, таких как HSS, D2 и A2, сводится к использованию правильного шлифовального круга с правильными параметрами. Любая ошибка в этом случае приведет к потере деталей, времени и денег. Компания Zhengzhou Zhongxin Grinding Wheel Co., Ltd. производит шлифовальные круги из кубического нитрида бора (CBN) с керамическим и полимерным покрытием, специально разработанные для шлифовки закаленной стали. Независимо от того, нужен ли вам круг стандартной спецификации или круг, изготовленный на заказ с учетом особенностей вашей инструментальной стали и конфигурации станка, мы можем вам помочь.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваши потребности в шлифовке инструментальной стали:

• Электронная почта: root@shalun.net
• Мобильная версия/WeChat: 15538050608
• Тел.: 0371-62513386
• Адрес: № 1111-1, проспект Кэсюэ, район Шанцзе, Чжэнчжоу, Хэнань, Китай (河南省郑州市上街区科学大道1111-1号)

Отправьте нам подробную информацию о вашей задаче шлифовки: материал, твердость, требуемая чистота поверхности и тип станка, и мы порекомендуем оптимальные характеристики шлифовального круга. Быстрое выполнение как стандартных, так и нестандартных заказов на шлифовальные круги из кубического нитрида бора.