Руководство по обработке вольфрама

Вольфрам - один из самых прочных металлов, что делает его идеальным для различных применений. Но его обработка может быть чрезвычайно сложной из-за его высокой прочности и хрупкости.

Как правило, обработка вольфрама осуществляется путем нагрева заготовки до температуры около 400˚C для повышения ее пластичности. Однако хороший контроль процесса и соответствующие режущие инструменты могут позволить обрабатывать вольфрам при комнатной температуре ценой снижения стойкости инструмента.

В этой статье подробно рассматривается обработка вольфрама, в том числе проблемы, связанные с его обработкой, и даются рекомендации по преодолению этих проблем.

Обрабатываемость определяет легкость, с которой материал может быть разрезан или сформирован, обеспечивая при этом тонкую обработку поверхности.

Вольфрам - материал с плохой обрабатываемостью, поскольку он очень быстро изнашивает режущий инструмент, и его обработка обычно приводит к плохой чистоте поверхности.

Хотя обработка вольфрама возможна, его высокая твердость и высокая температура перехода вязкости в хрупкость затрудняют его обработку.

Значения твердости вольфрама по сравнению с другими широко используемыми металлами

По сравнению с другими металлами, вольфрам имеет высокие показатели твердости, что приводит к плохой обрабатываемости.

Более высокие значения твердости вольфрама увеличивают необходимые силы резания для удаления материала, что впоследствии ухудшает срок службы инструмента за счет увеличения скорости износа.

Кроме того, вольфрам является тугоплавким металлом, что означает, что он демонстрирует исключительную стойкость к нагреву и износу, что делает его идеальным для различных применений.

Критическая температура хрупкости - это температура, выше которой вольфрам переходит к вязкому поведению от присущего ему хрупкого поведения.

Вольфрам обычно имеет тенденцию быть хрупким при комнатной температуре, что затрудняет его обработку, а нагрев до критической температуры хрупкости (от 200˚C до 400˚C) повышает его вязкость, улучшая обрабатываемость.

Поэтому обработка вольфрама обычно осуществляется путем его нагрева до критической температуры хрупкости, для чего требуются специализированные нагревательные системы.

В отличие от вольфрама, такие металлы, как алюминий и медь, не обладают высокой критической температуры хрупкости и, как правило, остаются вязкими даже при комнатной температуре.

В результате обработка вольфрама может оказаться сложной задачей, особенно для проектов "сделай сам" или любительских проектов.

Однако ее можно выполнить, используя правильные инструменты и поддерживая хороший контроль на протяжении всего процесса обработки.

Обработка вольфрама при комнатной температуре требует станка, который может обеспечить сильное режущее усилие на заготовку без сбоев.

Обработка вольфрама приводит к микросколам и отслаиванию, которые действуют как абразив, ухудшая стойкость инструмента и качество поверхности заготовки.

Для обработки вольфрама рекомендуется использовать твердосплавный инструмент со сменным твердосплавным наконечником.

Поскольку обработка вольфрама резко сокращает срок службы инструмента, экономически выгодно использовать сменный наконечник, который можно заменить без замены всего инструмента.

Как правило, обработка вольфрама приводит к высокому износу инструмента и плохой чистоте поверхности по сравнению с другими металлами, такими как сталь.

Однако, установив оптимальные параметры для вашей задачи, можно минимизировать износ инструмента и повысить качество обработки вольфрама.

Две основные проблемы, связанные с точением вольфрама, — это короткий срок службы инструмента и сколы поверхности.

При токарной обработке обычно используется одноточечный режущий инструмент, который подвержен быстрому износу и часто может привести к сколам поверхности, если не выполняется при оптимальных параметрах.

Оптимальные параметры для токарной обработки вольфрама

Для точения вольфрама при комнатной температуре рекомендуется использовать одноточечный твердосплавный инструмент без покрытия с отрицательным углом наклона.

Это объясняется тем, что отрицательный угол наклона обеспечивает высокую прочность режущего инструмента, позволяя ему выдерживать большие силы резания, необходимые для обработки вольфрама.

Однако при обработке вольфрама при температуре перехода вязкости в хрупкость около 400˚C предпочтительнее использовать положительный угол наклона.

Использование положительного угла наклона ракеля предпочтительно в этих условиях, поскольку нагрев заготовки повышает ее пластичность, а положительный угол наклона способствует плавному скольжению режущего инструмента при меньшем усилии резания.

Хотя износ инструмента неизбежен, выбор оптимальных параметров обработки поможет контролировать износ, тем самым увеличивая срок службы инструмента и повышая чистоту поверхности.

Как правило, при обработке вольфрамовой заготовки с твердостью около 180HB рекомендуется небольшая глубина реза 4 мм при скорости резания около 3000 см/мин и скорости подачи 0,25 мм/об .

Сверление вольфрама является сравнительно более сложной задачей, чем токарная обработка.

Это связано с тем, что сверление вольфрама при комнатной температуре приводит к сколам кромок вдоль отверстия, радиальным трещинам, возникающим вблизи отверстия, и разрушению сверла из-за интерференции стружки.

Поэтому перед сверлением вольфрамовую заготовку обычно нагревают до 200˚C - 450˚C для повышения ее пластичности.

Однако удовлетворительные результаты могут быть достигнуты при соблюдении правильной процедуры сверления вольфрама при комнатной температуре.

Оптимальные параметры для сверления вольфрама

Для сверления вольфрама рекомендуется использовать правильно заточенные твердосплавные сверла с биением наконечника менее 0,025 мм.

При сверлении вольфрама необходимо учитывать несколько факторов; например, отверстия должны сверлиться с зазором около одного диаметра сверла от края заготовки.

Это позволяет минимизировать образование трещин и получить гладкую поверхность сверла.

Как правило, твердосплавное сверло может просверлить около 14-15 отверстий в вольфраме, прежде чем потеряет свою остроту.

Однако использование сильной струи смазочно-охлаждающей жидкости для смыва стружки может увеличить срок службы инструмента за счет снижения трения и нагрева.

Для сверления вольфрама с минимальным износом и гладкой поверхностью рекомендуется использовать умеренную скорость с медленной подачей.

В случае операций торцевого фрезерования решающую роль играют состав и процентное содержание вольфрама.

Однако при концевом фрезеровании процент вольфрама не играет решающей роли, но интенсивная подача в процессе очень быстро изнашивает инструмент.

Фрезерование по подаче (попутное фрезерование) предпочтительно использовать при торцевом фрезеровании для уменьшения сколов за счет минимизации нагрузки стружки на режущую кромку.

Торцевое фрезерование в обычных условиях затруднительно и обычно требует специализированных инструментов, таких как инструмент с монокристаллическим алмазом или инструмент с поликристаллическим алмазом.

Оптимальные параметры для фрезерования вольфрама

Если вам требуется фрезеровать вольфрам при комнатной температуре, рекомендуется использовать 85% вольфрам с твердостью по Бринеллю (HB) от 180 до 200.

Как правило, для фрезерования вольфрама рекомендуется использовать твердосплавный инструмент с отрицательным углом наклона и углом рельефа около 15˚.

Кроме того, острый инструмент с умеренной глубиной резания обеспечивает гладкие резы и чистовую обработку без заусенцев.

Однако поддержание низкой скорости подачи и малой глубины резания обычно приводит к накоплению стружки и засорению фрезы.

При шлифовании вольфрама предпочтительно использовать мягкий шлифовальный круг, чтобы свести к минимуму вероятность растрескивания вольфрамовой заготовки.

Оптимальные параметры для шлифования вольфрама

В промышленных системах для шлифования вольфрама используются алмазные абразивы для достижения высококачественной обработки поверхности и минимизации риска растрескивания заготовки.

Однако эти абразивы чрезвычайно дороги и не подходят для мелкосерийного применения.

Использование абразивного круга на основе карбида кремния C46N5V со скоростью около 1200 м/мин и подачей 0,015 мм/проход также может дать хорошие результаты ценой снижения срока службы инструмента.

Хотя аналогичных результатов можно добиться и с помощью абразивного круга на основе оксида алюминия, более высокая твердость абразивов из карбида кремния обеспечивает лучший съем материала при сравнительно меньшем износе.

Вольфрам из-за своей хрупкости подвержен отслаиванию на углах даже при малейшем давлении при шлифовании. Поэтому угловое шлифование вольфрамовых заготовок не рекомендуется.

Как правило, для минимизации риска растрескивания поверхности при шлифовании вольфрамовых заготовок рекомендуется постоянный поток растворимой масляной охлаждающей жидкости, нагретой до температуры от 40˚C до 50˚C.

Растворимые масляные эмульсии (1:20) рекомендуются для большинства операций обработки вольфрама, за исключением сверления.

Это связано с тем, что растворимые масляные СОЖ обеспечивают высокую смазку при сравнительно меньшем отводе тепла, чем СОЖ на водной основе.

Увеличение смазки обеспечивает плавное скольжение режущего инструмента, что приводит к более гладкому резу с высокой чистотой поверхности.

С другой стороны, масла, содержащие хлор и серу, предпочтительны для операций сверления для лучшего отвода стружки.

Принятие традиционной стратегии траектории движения инструмента при обработке вольфрама с ЧПУ может привести к чрезмерной вибрации и преждевременному износу инструмента.

Вместо этого необходимо использовать подход, основанный на трохоидальной производительности резания (TPC).

Планирование траектории инструмента включает в себя выбор неравномерных углов спирали вместе с изменяющейся длиной передней режущей кромки для получения лучшей чистоты поверхности при минимальной вибрации.

Добавление других материалов к вольфраму улучшает его обрабатываемость и способствует его многофункциональным свойствам.

Тяжелые металлы на основе вольфрама можно разделить на магнитные и немагнитные, в которых содержание вольфрама составляет от 90% до 98%.

Состав магнитных тяжелых металлов состоит из W-Ni-Fe-(Co, Mo), а немагнитных - из W-Ni-Cu.

В зависимости от процентного содержания вольфрама плотность этих материалов варьируется в пределах 17-18,8 гм/см3.

В целом, сплавы тяжелых металлов на основе вольфрама обеспечивают повышенную пластичность, увеличенное растяжение и лучшую обрабатываемость.

Благодаря способности поглощать γ- и рентгеновское излучение, они подходят для применения в тех случаях, когда требуется защита от радиации.

W-Cu и W-Ag, также известные как псевдосплавы, демонстрируют выдающуюся тепло- и электропроводность и отличную износостойкость.

Композиты обычно состоят из 10 и 40 весовых процентов меди, в то время как доля серебра находится в диапазоне 20-50 процентов.

Учитывая их превосходные электрические и механические свойства, они используются для таких применений, как выключатели, теплоотводы и сварочные электроды.

Продукция из Wc-Co представляет собой наиболее значительное использование вольфрама (примерно 60%-70%) во многих отраслях промышленности.

Этот материал обладает выдающимся сочетанием свойств, включая превосходную износостойкость, высокую твердость и отличную вязкость при высоких температурах.

Материал WC-Co в основном используется для изготовления режущих инструментов (фрезерных, сверлильных, токарных), пригодных для обработки различных материалов.

Цементированные карбиды также используются в качестве абразивов для изготовления шлифовальных кругов.

Вольфрам в весовом процентном соотношении 1-18% также добавляется в некоторые марки стали.

Стали с добавлением вольфрама демонстрируют лучший предел текучести и повышенный предел прочности на разрыв.

Одним из типичных примеров являются инструменты из быстрорежущей стали, легированные вольфрамом, что позволяет им демонстрировать лучшую стойкость и высокую твердость при высоких температурах около 600˚C.

Какие инструменты следует выбирать для развертывания вольфрама?

Для развертывания рекомендуется использовать инструменты из карбида вольфрама. Однако развертки из быстрорежущей стали также могут использоваться при меньшей скорости обработки и подаче по сравнению с твердосплавными инструментами.

Как выполнять нарезание резьбы на вольфраме?

Нарезание резьбы по вольфраму является довольно сложной задачей при комнатной температуре, заготовку необходимо нагревать до 425˚C. Предпочтение следует отдавать метчикам из азотированной или быстрорежущей стали со скоростью 1,5 м/мин.

Почему W-Cu называют псевдосплавом?

Вольфрам и медь не растворяются друг в друге; следовательно, медь имеет тенденцию оставаться дисперсной в вольфрамовой матрице. Поэтому при наблюдении под микроскопом материал больше похож на композит, чем на сплав.

Хотя использование соответствующего инструмента и обеспечение хорошего контроля процесса может позволить вам обрабатывать вольфрам при комнатной температуре, это резко сокращает срок службы инструмента и приводит к плохой обработке поверхности.

Для промышленного применения обработка вольфрама осуществляется путем нагрева заготовки для повышения ее пластичности, что снижает потребность в сильном режущем усилии и повышает обрабатываемость.

В результате, обработка вольфрама в небольших масштабах затруднена.

Поэтому рекомендуется выбрать альтернативный сплав вольфрама, такой как W-Cu или W-Ni-Cu, чтобы улучшить его обрабатываемость при сохранении основных механических свойств.

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎Металлообработка как хобби, с чего начать? [Часть 1]»‎ и «‎Бизнес-план: как открыть кузнечную мастерскую и заработать на этом?»‎.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!