Механическая обработка медных сплавов: режимы резания, инструмент

Медные сплавы режутся по-разному в разы: вязкую медь М1 и бериллиевую бронзу БрБ2 в мягком состоянии инструмент тянет и налипает, а свинцовую латунь ЛС59−1 точат почти всухую на 150−300 м/мин как эталон обрабатываемости (100%). Поэтому режим резания, геометрию инструмента и подачу СОЖ назначают под конкретное семейство сплава и операцию, а не по общей таблице. Ниже разбираем обрабатываемость меди, латуней и бронз, инструмент под каждую группу и то, как Специальные Материалы изготавливает готовые детали по чертежам заказчика.

Особенности обработки медных сплавов

Поведение медного сплава под резцом определяют три свойства: вязкость, теплопроводность и склонность к налипанию на инструмент. Чем больше в сплаве пластичной медной основы и меньше дробящих стружку включений, тем труднее его резать и тем хуже выходит поверхность и точность.

Чистая медь пластична: относительное удлинение в отожжённом состоянии достигает 35−50%. Стружка не скалывается аккуратным элементом, а тянется длинной сливной лентой, наматывается на инструмент и забивает зону резания. Тот же механизм у бериллиевой бронзы БрБ2 в закалённом (мягком) состоянии, в котором её и обрабатывают перед старением: до дисперсионного упрочнения она вязкая, тянется и налипает не хуже меди. По нашей практике именно вязкие марки дают большинство проблем в цехе — нарост, задиры, заусенцы по кромкам отверстий.

Второе свойство — высокая теплопроводность, у чистой меди 390−400 Вт/(м·К). Медь быстро уводит тепло из зоны резания в тело детали, заготовка греется и расширяется, и на ответственных размерах припуск на чистовой проход назначают с учётом остывания. Обильная СОЖ здесь снимает тепло, смывает вязкую стружку и смазывает кромку против налипания.

Третье — приваривание меди к передней поверхности инструмента и к ленточке сверла. На кромке нарастает нарост, он периодически срывается, рвёт поверхность и оставляет заусенцы. Против этого работают полированная передняя поверхность, острая доведённая кромка и инструмент группы ВК, к которому медь липнет меньше, чем к титановольфрамовым сплавам группы ТК.

Обрабатываемость по семействам

Главный практический вопрос — насколько легче или труднее режется конкретное семейство. Сравнивают по относительной обрабатываемости: за 100% принимают свинцовую латунь ЛС59−1, остальные выражают в процентах от неё. Цифры ориентировочные, по справочникам они расходятся, но порядок устойчив и задаёт стартовый режим.

Разберём логику. Латунь ЛС59−1 содержит около 1% свинца, который не растворяется в металле, а сидит мелкими включениями. Они дробят стружку на короткие элементы: её удобно убирать, инструмент не налипает, скорость держится высокой. Поэтому из ЛС59−1 точат массовые детали на токарных автоматах, и её берут за эталон обрабатываемости.

Чистая медь и бериллиевая бронза БрБ2 в мягком состоянии лишены таких дробящих включений и тянутся в длинную ленту — отсюда показатель около 20% и все приёмы с большими углами и СОЖ. У БрБ2 есть тонкость: черновые проходы ведут до старения, пока сплав мягкий и вязкий, а окончательный размер и чистоту получают после дисперсионного старения, когда твёрдость поднимается и металл скалывается чище. Российский аналог импортной CuBe2 в линейке Специальные Материалы — AERIS 1345.

Бронзы по обрабатываемости ближе к меди, чем к латуни, но по разным причинам. Мягкие оловянные бронзы БрОФ и БрОЦС дают вязкую элементную стружку и режутся на уровне 20−40%. Алюминиевые и безоловянные бронзы с твёрдыми интерметаллидными фазами абразивно изнашивают кромку, поэтому их точат пониженными скоростями 60−150 м/мин твёрдым сплавом ВК8. У литейных бронз добавляется неоднородность структуры, и режим под литьё отличается от режима под деформируемый пруток.

Виды обработки и инструмент

Медные сплавы проходят все основные операции резания, но требования к геометрии и режиму у каждой свои. Инструментальный материал под медь и бронзы — вольфрамокобальтовые твёрдые сплавы группы ВК (ВК6, ВК8), реже быстрорежущая сталь Р6М5 с острой заточкой на невысоких скоростях. Титановольфрамовая группа ТК предназначена для сталей, по меди она налипает и работает хуже.

Точение и растачивание. Базовая операция для прутка и труб. Для вязкой меди и мягкой БрБ2 передний угол назначают большим, 20−30°, задний 6−12°, кромку доводят до острой. Скорость твёрдым сплавом ВК по чистой меди — ориентировочно 150−400 м/мин, быстрорежущей сталью Р6М5 заметно ниже, 60−120 м/мин; подача 0,1−0,4 мм/об по проходу. Свинцовую латунь ЛС59−1 точат на тех же или больших скоростях, но с малым передним углом 0−8°, чтобы стружка дробилась сама и не требовала стружколома.

Фрезерование. Берут острые фрезы с увеличенным углом наклона винтовой канавки и полированными стружечными канавками — вязкая стружка должна свободно выходить и не забивать зубья. По меди и бронзе работают попутным резанием с обильным охлаждением, врезание делают плавным, без выхаживания на месте, иначе кромка налипает и на поверхности остаются задиры. Для контурных деталей и корпусов из латуни ЛС59−1 фрезерование идёт быстрее и чище, чем по меди.

Сверление и нарезание резьбы. Самые проблемные операции для вязких сплавов: сверло налипает, стружка наматывается, в глухом отверстии резьбу часто рвёт. Берут свёрла с подполированными канавками и увеличенным передним углом, работают с периодическим выводом стружки и активной подачей СОЖ. Под резьбу в вязкой меди и мягкой БрБ2 оставляют увеличенный припуск и применяют метчики для пластичных материалов. По ЛС59−1 сверление и нарезание резьбы идут почти без ограничений — короткая стружка не мешает.

Отдельная забота при обработке вязких сплавов — заусенцы. Медь и мягкая БрБ2 при выходе инструмента отгибаются, а не срезаются, и по кромкам отверстий и контуров остаётся заусенец. Его снимают острой кромкой, правильным направлением фрезерования и отдельной операцией снятия фаски; на ответственных деталях зачистку закладывают в маршрут заранее.

Как выбрать режим

Единой таблицы режимов для всех медных сплавов нет: цифры зависят от марки, состояния поставки, жёсткости станка и требуемой чистоты. Технолог идёт по порядку.

Сначала определяют семейство и обрабатываемость по таблице выше — это задаёт диапазон скорости и передний угол. Затем учитывают состояние поставки. Мягкую отожжённую медь резать труднее, чем нагартованную: твёрдый наклёпанный металл скалывается чище и даёт лучшую шероховатость. Поэтому под точную чистовую обработку медь иногда специально берут в нагартованном состоянии, а под гибку и вытяжку — в отожжённом. У БрБ2 то же правило по-своему: черновая обработка до старения, финиш после.

Дальше назначают геометрию и СОЖ. Для вязких марок — большой передний угол 20−30°, острая доведённая кромка, обильная подача СОЖ. Для абразивных алюминиевых бронз — твёрдый сплав ВК8 и пониженная скорость 60−150 м/мин, чтобы удержать износ кромки. Для ЛС59−1 — малый угол и высокая скорость, СОЖ по необходимости. Финальный режим отрабатывают на первой детали: справочные диапазоны это отправная точка, а не паспортные значения.

Качество исходного прутка или заготовки на режим влияет напрямую. Внутренняя раковина, расслой или неоднородность структуры рвут стружку, портят поверхность и уводят размер. В Специальные Материалы каждая партия проходит ультразвуковой контроль по ГОСТ 14 782–86, и такой металл отсеивается до запуска в обработку — технолог получает заготовку с подтверждённым химсоставом и механическими свойствами по сертификату.

Изготовление деталей по чертежам заказчика

Специальные Материалы работает как контрактное производство: клиент приходит за готовой деталью по чертежу, а не за прутком. Технолог подбирает марку и состояние поставки под задачу, назначает маршрут обработки, режимы и инструмент, а на выходе заказчик получает изделие с сертификатом и УЗК-контролем партии.

Логика подбора идёт от функции детали. Нужны массовые точёные детали простой формы — выбираем автоматную латунь ЛС59−1, её обрабатываемость 100% даёт минимальную стоимость и высокую скорость на автоматах. Нужны токоведущие детали с высокой проводимостью — берём медь М1/М2 и закладываем в маршрут увеличенный припуск и зачистку заусенцев. Нужны пружинные контакты и ответственные упругие детали — идём на бериллиевую бронзу БрБ2 (AERIS 1345), ведём черновую обработку в мягком состоянии и получаем окончательный размер после старения. Под износостойкие втулки и вкладыши подходят оловянные и алюминиевые бронзы.

По нашей практике узкое место контрактной обработки медных сплавов — именно вязкие марки и тонкостенные детали, где заусенцы и увод размера от нагрева требуют отдельных операций. Специальные Материалы закрывает такие позиции, за которые не берутся универсальные производства из-за малых партий, и согласует технические требования индивидуально по чертежу. Механические свойства и химсостав подтверждаются сертификатом по ГОСТ 859–2014, 15 527−2004 и 18 175−78; при несоответствии — замена партии за счёт Специальные Материалы.

Нужны детали из меди или бронзы по чертежу? Технолог Специальные Материалы подберёт марку и режим обработки, согласует сортамент заготовки и подготовит расчёт под вашу партию.

Заключение

Обрабатываемость медных сплавов резанием задаёт их структура и семейство. Свинцовая латунь ЛС59−1 с дроблёной стружкой — эталон (100%), её режут острым инструментом на 150−300 м/мин почти всухую. Вязкая медь М1/М2 и бериллиевая бронза БрБ2 в мягком состоянии стоят на уровне около 20%: длинная стружка, налипание и заусенцы, поэтому им нужны большие передние углы 20−30°, острая кромка группы ВК и обильная СОЖ. Оловянные бронзы режутся на 20−40%, абразивные алюминиевые — твёрдым сплавом ВК8 на пониженной скорости 60−150 м/мин. Режим под каждую операцию подбирают по марке, состоянию поставки и требуемой чистоте, а финальные значения отрабатывают на первой детали.

Специальные Материалы изготавливает детали из меди, латуни и бронзы по чертежу заказчика: технолог подбирает марку и режим обработки, подтверждает химсостав и механические свойства сертификатом по ГОСТ с ультразвуковым контролем партии.

Статью подготовили

Автор: Сергей Ковриго

Эксперт в области: механическая обработка медных сплавов

Редактор: Роман Отроков

Эксперт в области: металлургия цветных сплавов

Технолог «Специальные Материалы»