сверление легированной стали

Когда говорят про сверление легированной стали, многие сразу думают о твёрдосплавных сверлах и высоких оборотах. Но в реальности, особенно при работе с поковками или отливками для роторов и корпусов паровых турбин, всё упирается не столько в инструмент, сколько в понимание самой стали. Её поведение под режущей кромкой — это целая история.

Что скрывается за маркой стали?

Вот, к примеру, классические марки типа 25Х1М1Ф или 20Х3МВФ. Для непосвящённого — просто легированная сталь. Но попробуй просверлить глубокое отверстие под шпильку или канал в такой заготовке после черновой термообработки. Твёрдость может быть вроде бы приемлема, 280-320 HB, но внутренние напряжения от предыдущих обработок дают о себе знать. Сверло, казалось бы, идёт ровно, а на глубине 5-7 диаметров вдруг начинает ?уводить? или, что хуже, ломаться без видимой причины. Это не дефект сверла — это материал ?играет?.

Здесь ошибка многих — брать стандартные таблицы режимов резания. Они для однородного материала. В нашем же случае, при изготовлении компонентов для паровых турбин, мы часто имеем дело с крупногабаритными деталями, которые неравномерно остывали после ковки или литья. Одна зона может быть мягче, другая — с локальным повышением твёрдости из-за карбидных выделений. Поэтому первое правило — прежде чем запускать серийное сверление легированной стали, нужно сделать пробные отверстия в разных точках заготовки, особенно в местах перехода сечения. Да, это трата времени, но она спасает от брака и поломок дорогостоящего инструмента.

Я вспоминаю случай на одном из ремонтов старой советской турбины. Нужно было рассверлить несколько отверстий в корпусе ЦНД из стали 15Х11МФ. С виду всё нормально. Начали работу — и почти сразу затупилось новое кобальтовое сверло. Оказалось, что за долгие годы работы под воздействием температуры и нагрузок структура металла в поверхностном слое изменилась, появилась своеобразная ?корка?. Пришлось сбавить скорость в разы и применять сверла с более агрессивной геометрией для строгания, а не резания. Без понимания истории детали можно было угробить полный комплект оснастки.

Выбор инструмента: не всё решает цена

Сейчас рынок завален инструментом — от дешёвого ?ноунейма? до премиальных брендов. Для разовых работ на мягких сталях разница, может, и не критична. Но когда речь идёт о точных и ответственных операциях, например, при производстве или ремонте проточной части турбины, экономия на сверле — ложная. Важен не только материал (твердый сплав, кобальтовая сталь), но и покрытие, и, главное, геометрия канавок для отвода стружки.

При сверлении легированной стали с высокой вязкостью стружка часто образуется не ломаной, а сливной, длинной и вьющейся. Если канавка сверла не оптимизирована для её эвакуации, она моментально наматывается на инструмент, заклинивает и ломает его. Мы в своей практике для глубокого сверления (более 5D) в таких сталях почти всегда используем сверла с полированными канавками и специальной геометрией, которая ?ломает? стружку. Это дороже, но надёжность выше на порядок.

Ещё один момент — охлаждение. Эмульсия — это хорошо, но не панацея. При сверлении глубоких глухих отверстий (например, под установку термопар в корпусе) подача СОЖ под давлением к режущей кромке — must have. Иначе перегрев, отпуск материала сверла и быстрый износ. У нас на участке капитального ремонта турбин для таких задач стоит станок с системой подвода через полость сверла. Без этого даже лучший инструмент не проживёт долго.

Режимы резания: где искать компромисс

Скорость и подача — это священный Грааль для любого станочника. С легированными сталями для энергетики правило ?меньше скорость — больше страбатывание? часто не работает. Слишком низкая скорость (менее 15-20 м/мин для твердосплавного сверла) может привести к налипанию материала на кромку, к его выкрашиванию, а не чистому резанию. Нужно найти тот порог, когда стружка отходит равномерно и имеет приемлемый вид.

Подача — отдельная тема. Слишком малая подача ведёт к трению и наклёпу, слишком большая — к перегрузке и поломке. На практике для большинства наших операций по сверлению легированной стали (марки типа 12ХМ, 15Х5М) мы используем умеренные подачи, но стараемся их поддерживать стабильно. Ручная подача здесь — зло. Любое колебание, ?подёргивание? рукоятки станка ведёт к ударным нагрузкам на режущую кромку, к её микросколам. Поэтому везде, где можно, стараемся переходить на станки с ЧПУ или хотя бы с механической подачей. Постоянство — залог успеха.

Важно помнить и о биении. Даже самое дорогое сверло, зажатое в разбитый патрон с биением в 0.1 мм, будет работать плохо и износится в разы быстрее. Перед началом ответственной работы всегда проверяем оснастку. Это кажется мелочью, но именно такие мелочи в итоге определяют качество отверстия под развёртку или резьбу в ответственном узле турбины.

Практические ловушки и неочевидные проблемы

Одна из самых коварных проблем — это сверление наклонных или криволинейных поверхностей. При монтаже или ремонте турбинного оборудования, которое поставляет, например, компания ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование, часто приходится иметь дело с уже собранными или сложными узлами. Попасть сверлом точно в место, где поверхность не перпендикулярна оси инструмента, — целое искусство. Начинающий сразу получит увод или поломку. Решение — предварительное центрование: либо засверливание маленьким сверлом, либо использование центровочных фрез с плоским торцом, чтобы создать ?площадку? для нормального входа основного инструмента.

Другая частая ситуация — сверление в зоне сварного шва. При модернизации или ремонте турбин часто наращивают или заваривают материал. Структура металла в зоне термического влияния шва резко отличается от основного материала. Она может быть твёрже или, наоборот, мягче, но всегда неоднородна. Здесь стандартные режимы не подходят. Нужно снижать и скорость, и подачу, быть готовым к тому, что сверло будет ?петь? разными тонами, проходя разные зоны. Иногда помогает переход на ступенчатое сверление, с постепенным увеличением диаметра.

И, конечно, человеческий фактор. Усталость, невнимательность. Бывает, работаешь с одной и той же маркой стали, всё отлажено, и рука сама выставляет привычные режимы. А в новой партии заготовок из-за микропримесей или чуть иного режима термообработки поведение металла другое. Нужно постоянно ?слушать? процесс: звук резания, вид стружки, даже запах. Если что-то пошло не так, как обычно, — лучше остановиться и проверить. Спешка в нашем деле — прямой путь к браку.

Взаимосвязь с общим процессом производства турбин

Сверление легированной стали — это не изолированная операция. Это звено в цепочке. От качества полученного отверстия зависит последующая обработка — развёртывание, нарезание резьбы, посадка шпилек или втулок. Неровное, ?разбитое? отверстие не спасёт даже самая точная развёртка. А в турбиностроении, где важны герметичность фланцевых соединений и точная центровка роторов, такие дефекты недопустимы.

В деятельности нашей компании, ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование, которая занимается полным циклом от проектирования до монтажа и обслуживания паровых турбин, к таким, казалось бы, простым операциям, как сверление, предъявляются жёсткие требования. Ведь от этого зависит надёжность всего агрегата. При капитальном ремонте, например, часто приходится рассверливать старые, ?уставшие? отверстия под ремонтный размер. Здесь риски ещё выше: материал уже отработал десятки тысяч часов, его свойства изменились. Нужно не просто сделать отверстие, а сделать его, не создав новых концентраторов напряжений, не нарушив геометрию соседних элементов.

Поэтому итог мой такой: успешное сверление легированной стали в энергомашиностроении — это синтез знаний о материале, правильного выбора инструмента, точной настройки оборудования и, что немаловажно, опыта. Опыта, который накапливается не только удачными операциями, но и анализом неудач. Не бывает универсального рецепта, но есть понимание физики процесса, которое позволяет принимать верные решения прямо у станка. И это, пожалуй, главное.