Обработка стали на станках с ЧПУ: как устранить поверхностные дефекты

Износ инструмента и вибрации (чATTER) — две из самых дорогостоящих и губительных для качества проблем при Обработке стали на станках с ЧПУ . Они приводят к браку, плохому качеству поверхности, отклонениям размеров и незапланированным простоюм.

На основе испытаний на производственном участке, практических примеров серийного производства и измеренных данных резания в данной статье объясняется как предотвратить износ инструмента и вибрации при обработке стали на станках с ЧПУ , используя практические методы, проверенные в промышленных условиях — а не общие теоретические положения.

---

Почему износ инструмента и вибрации имеют значение при обработке стали на станках с ЧПУ

В ходе внутреннего производственного аудита 2025 года на предприятии автопоставщика второго уровня, обрабатывающем валы из стали 42CrMo4:

• Уровень брака снизился на 31 % после устранения вибраций (чATTER)

• Срок службы инструмента увеличился с 220 до 360 деталей на одну вставку

• Цикловое время сократилось на 12 % после оптимизации режимов резания

Коренные причины были следующими:

• Чрезмерное радиальное врезание

• Неподходящее покрытие инструмента

• Недостаточная жёсткость при обработке с большим вылетом

• Прилипание стружки на низкоуглеродистых сталях

---

Что вызывает быстрый износ инструмента при фрезеровании стали на станках с ЧПУ?

1. Неправильная скорость резания для марки стали

Разные стали ведут себя совершенно по-разному:

Результаты в производственных условиях:
Снижение скорости резания с 210 до 165 м/мин при обработке стали 4140 увеличило стойкость пластины на 41%без потери производительности.

---

2. Неправильное покрытие инструмента

Выбор покрытия критически важен при ЧПУ-обработке стальных деталей:

• TiAlN / AlTiN → Высокая термостойкость, идеально подходит для сухой обработки или обработки с минимальной подачей СОЖ (MQL)

• TiCN → Стойкость к абразивному износу для легированных сталей

• Многослойное PVD-покрытие → Прерывистое резание и обработка поковок

не используйте DLC-покрытия, оптимизированные для алюминия, на стальных заготовках — адгезионный отказ возникает быстро.

---

3. Плохое удаление стружки

Длинная сливная стружка вызывает:

• Сколы кромки

• Концентрацию тепла

• Царапины на поверхности

Решение, применяемое в производстве:

• Перейти на охлаждение высокого давления (70 бар)

• Использовать геометрию режущих пластин с отводом стружки

• Увеличьте подачу на 8–12 % для повышения толщины стружки

---

Что вызывает вибрации при фрезеровании стальных деталей на станках с ЧПУ?

Вибрации — это самовозбуждаемые колебания, оставляющие волноподобные следы на поверхности и приводящие к разрушению инструмента.

Основные причины:

• Вылет инструмента более чем в 4 раза превышает его диаметр

• Низкая жёсткость шпинделя

• Стальные компоненты с тонкими стенками

• Агрессивная радиальная глубина резания

---

Как предотвратить вибрации: проверенные методы, применяемые на производстве

1. Проведите испытания по карте устойчивости резания

Один аэрокосмический субподрядчик определил стабильность шпинделя, выполняя пробные резания при различных значениях частоты вращения.

Результат:

• Оптимальный диапазон скоростей определён в пределах 4600–5200 об/мин

• Среднее арифметическое отклонение профиля поверхности (Ra) улучшилось с 3,2 мкм до 1,1 мкм

• Отказы режущих пластин устранены

---

2. Снижение радиального захода

Переход от 40 % до 12–18 % шага подачи при одновременном увеличении осевой глубины резания позволил:

• Повысить скорость снятия металла

• Стабильная резка

• Снижение амплитуды вибрации (на 55 % по данным датчиков шпинделя)

---

3. Сократите длину сборки инструмента

Каждые дополнительные 10 мм вылета повышают риск прогиба.

Лучшие практики:

• Используйте зажимные патроны с термоусадкой или гидравлические патроны

• Выбирайте фрезы с укороченной рабочей частью

• Для внутреннего точения используйте демпфирующие расточные оправки

---

4. Измените подачу на зуб

Вместо снижения частоты вращения в первую очередь отрегулируйте нагрузку на зуб:

• Увеличьте fz на 5–10 % → это выведет инструмент за резонансную зону

• Избегайте растирания, которое ускоряет износ

---

Стратегия охлаждающей жидкости при фрезеровании стальных деталей на станках с ЧПУ

Выбор охлаждающей жидкости напрямую влияет на характер износа:

Измеренный результат:
Переход на минимальную смазку (MQL) при обработке стали 4340 позволил снизить количество отказов из-за термических трещин на 27%более трех месяцев.

---

Пошаговый контрольный список для снижения износа инструмента и вибрации

Перед обработкой:

• ✅ Проверьте марку стали и ее твердость

• ✅ Выберите покрытие, устойчивое к тепловым нагрузкам

• ✅ Минимизируйте вылет инструмента

• ✅ Выберите геометрию отвода стружки

Во время пробных резов:

• ✅ Проведите сканирование по частоте вращения для определения устойчивой зоны

• ✅ Измерьте параметр шероховатости Ra и вибрацию

• ✅ Отслеживание срока службы инструмента на каждую вставку

После оптимизации:

• ✅ Стандартизация параметров в CAM

• ✅ Добавление контрольных точек

• ✅ Отслеживание количества брака по сравнению с базовым показателем

---

Часто задаваемые вопросы о фрезеровании стальных деталей на станках с ЧПУ

Какой срок службы карбидного инструмента при обработке стали?

В производственных условиях 250–500 деталей на режущую кромку является типичным показателем для сталей средней углеродистости при оптимизированных режимах обработки.

---

Каков самый быстрый способ устранить вибрации?

• Увеличьте скорость шпинделя до стабильной зоны

• Уменьшите радиальную глубину резания

• Сократите длину оправки инструмента

• Перейдите на демпфирующие инструменты

---

Всегда ли более твёрдая сталь приводит к более быстрому износу инструментов?

Не обязательно — плохой отвод стружки и термоциклирование зачастую вызывают преждевременный выход инструмента из строя сильнее, чем одна лишь твёрдость материала.