Виды стружек в металлообработке

Виды стружек, образующихся при обработке металла, отличаются по физическим характеристикам, которые в свою очередь зависят от способа обработки и материала. Когда-то стружка считалась просто отходом производства, теперь же ее используют как сырье не только в металлургии, но и в химическом производстве (при изготовлении тонера, красок и даже твердого ракетного топлива).

Безопасность важна и во время получения этого, казалось бы, отходного материала. Во время работы для защиты от отлетающей стружки важно использовать защитные экраны, очки, щитки и пр. Некоторые виды работы, связанные, например, с обработкой чугуна, предполагают установку на станки специальных пылеотсосов. Подробнее о видах стружки и способах ее утилизации читайте в нашем материале.

Процесс образования стружки

Стружка образуется в результате уменьшения или срезания припуска. При данной манипуляции убранный слой металла меняет форму и размеры. Под действием силы, приложенной к зубу фрезы, материал отделяется и появляется стружка. Изменение формы последней, а именно, срезанного металла обрабатываемой детали, – тоже результат воздействия внешней силы, приложенной к резцу.

Физика определяет деформацию как любое изменение конфигурации тела под воздействием силы. Если первоначальная форма тела восстанавливается после того, как воздействие силы прекратилось, – речь идет об упругой деформации, в противном случае – о пластической.

Пластическая деформация возникает и при резке металлов. Под действием приложенной силы резец входит в толщу металла и меняет форму его поверхности на обрабатываемой детали, частицы сдвигаются, и образуется стружка. Если кратко, то процесс появления стружки начинается с проникновения фрезы в заготовку, далее металлические частицы смещаются, мы наблюдаем стружку, которая затем отделяется от детали.

У вязких и хрупких металлов образование стружки происходит по-разному. В первом случае (если рассматривать обработку алюминия, меди или мягкой стали) зубцы фрезы врезаются в обрабатываемую деталь и сжимают металл передней поверхностью. Сжатие при этом будет распространяться только на часть снимаемого слоя – по «закону резания».

Виды стружки при обработке металлов

Виды стружки могут быть разнообразными. Из-за сжатия ее элементы способны поворачиваться и становится изогнутой формы. Одна ее сторона находится ближе к резцу, поэтому абсолютно гладкая, другая же – зазубренная, похожая на пилу. Такой вид стружки при резании металла назвали «стружкой скалывания».

В работе с хрупкими металлами, такими как бронза, чугун либо закаленная сталь, резец также погружается в обрабатываемую деталь, но через какое-то время элемент стружки отламывается, не скалывается. Элемент под кромкой резца при этом будет другой формы, нежели стружка скалывания. Обработанная поверхность окажется не идеально гладкой, поскольку часть металла, находящаяся ниже вершины острия резца, вырывается.

Стружка при резании хрупких металлов обладает неправильной формой, ее элементы похожи на чешуйки и не связаны друг с другом. Соприкасаясь с резцом, с одной стороны она неровная, а с другой – гладкая и вогнутая. И. А. Тиме назвал этот вид «стружкой надлома».

Увеличение переднего угла Ƴ значительно способствует образованию сливной стружки, как и уменьшение толщины среза α, увеличение скорости резки и пластичности самого материала при обработке.

Виды стружки при фрезеровании

Процесс фрезеровки означает прерывистое резание, поскольку каждый зубец снимает порции металла поочередно. Именно поэтому и стружка получается достаточно короткая.

Любая стружка образуется в соответствии с определенной закономерностью, которая является общей для всех видов фрезерования.

Как уже было сказано выше, фрезеровка вязких металлов с большой подачей и глубиной резания, так же как и фрезерование металлов с небольшой степенью вязкости и средней твердости (например, марганцовистые среднеуглеродистые стали или хромоникелевые), дает стружку скалывания. При фрезеровании хрупких и твердых материалов получается стружка надлома.

Сливная стружка возникнет при фрезеровании вязких металлов с малыми подачами и резанием на небольшой глубине на высокой скорости (это, как правило, чистовая обработка). Тот же вид стружки получится при фрезеровке твердой стали на тех же скоростных режимах.

Более чистой поверхность заготовки окажется после образования сливной стружки или скалывания, в отличие от вида стружки надлома. Скоростная фрезеровка со сливной стружкой дает чистоту поверхности ∇7 – ∇8. Именно поэтому в дальнейшем деталь не шлифуют.

Образование стружки при сверлении

Виды стружки при обработке металлов сверлением и точением довольно схожи. Как и при точении, будут наблюдаться разбухание и усадка стружки, могут появляться наросты, обязательно выделяется теплота и т. д. 

Основные виды стружки образуются и при сверлении, поскольку принцип работы режущего элемента сверла идентичен другим видам резки металла, например, фрезеровке, точению, строганию и т. д. При этом сверление имеет свои особенности, напрямую зависящие от геометрии рабочего инструмента и других условий проведения работы.

Например, сверло не «однолезвийное» (как резец). Это более сложный инструмент, так как при резании сверлением работают не только два основных лезвия, но и перемычка, а также два дополнительных лезвия, расположенных на направляющих лентах сверла, тем самым процесс стружкообразования значительно усложняется.

Кроме того, резка и образование стружки при сверлении также имеют особенности. Основная работа выполняется двумя режущими кромками, в отличие от токарного резца. Помимо прочего, поперечная кромка тоже участвует в процессе резания при сверлении. Это тоже усложняет образование стружки.

Несмотря на схожесть с точением, процесс резки и образования стружки при сверлении обладает отличительными чертами. Деформация срезаемого слоя и упругая, и пластическая, поэтому проявляются разные физические явления, такие как завивание и усадка стружки, образование нароста, выделение тепла, наклеп (поверхность становится более прочной), взаимное трение задней поверхности и поверхности резания и др.

Обычно в этом случае используется охлаждающая жидкость. Она же обеспечивает надежность процесса алмазного сверления. А вот перебои в ее подаче провоцируют выгорание связующего обрабатываемого материала и способствуют серьезному ухудшению качества обработки поверхности – доказано экспериментально.

Сбор и переплавка металлической стружки

Важно заметить, что при работе с деталями в промышленных масштабах, то есть на крупных предприятиях, количество стружки (точнее, ее вес) может достигать 10 % от массы обрабатываемых заготовок. Это довольно много, поэтому подобные отходы обычно перерабатываются для повторного применения и получения изделий из металла.

Поскольку плотность отходов невелика, то транспортировка, а до этого и сбор стружки существенно усложняются. Емкость для сбора отходов наполняется быстро, соответственно, на перерабатывающее предприятие потребуется сделать большее количество рейсов.

В процессе переработки стружки также могут возникнуть проблемы. Если она не прессованная и ее начинают плавить, наблюдаются серьезные потери металла из-за угара вторсырья и окисления лигатуры, имеющейся в составе стальной стружки. В связи с этим качество получаемой стали может снижаться.

Чтобы избавиться от обозначенных выше проблем, предприятия используют особые механические системы для транспортировки, а также сбора и хранения стружки, подготовки к утилизации и переработке.

Это довольно трудоемкая задача. Необходимо обязательно проводить такие процедуры, как:

• сбор металлической стружки;
• измельчение;
• очистка и осушение стружки от СОЖ;
• прессование (брикетирование).

Эти действия позволяют получить брикеты сырья компактной формы. Их удобно перевозить, а при переплавке они не дадут серьезного процента угара, чем обеспечивают получение хороших объемов качественного металла.

Довольно большую долю металлической стружки составляют черные металлы, например, чугун или сталь. Классы стружки и требования к ее состоянию описаны в ГОСТ 2787-75. В соответствии с ним и производится прием вторсырья черных металлов.

Металлическая стружка любого вида отправляется на переплавку при соответствии всем стандартам ГОСТа.

Говоря о вторичной переработке стружки цветных металлов, мы подразумеваем, что этот процесс также регламентирован и тут есть определенные особенности, к примеру, вторсырье должно иметь определенную чистоту от примесей. За качество отвечает ГОСТ 28053-89. Он же дает рекомендации по использованию определенных методик отбора стружки.

Перерабатывающие предприятия обычно используют несколько способов распределения металлической стружки по категориям:

• визуальный осмотр;
• фиксирование магнитных свойств вторсырья;
• химический анализ состава.

После необходимого отбора стружка идет на переплавку. Иногда в процессе берутся пробы на спектральный анализ прогноза чистоты металла на выходе.

Использование металла – это следствие неумолимого технического прогресса всего человечества. Движение вперед требует интенсивного использования этого материала практически везде, однако ресурсы не бесконечны. В результате имеем подорожание и дефицит сырья.

Запасы руды ограничены, металлический лом уже не так доступен, как раньше, поэтому приходится искать новые возможности для возобновления запасов металла и пополнения сырья, одно из решений – сбор и вторичная переработка металлической стружки после обработки металлических деталей на станках.