Строгальная обработка металлов: технологии, станки, применение

Строгальная обработка металлов: классика станочной технологии в эпоху цифровизации

Строгание — один из самых «внятных» и наглядных процессов в металлообработке: прямолинейное возвратно-поступательное движение инструмента, чёткий рез, стружка, уложенная рядами… Несмотря на то, что в XXI веке строгальные станки уступили место фрезерным ЦПУ-центрам в большинстве массовых производств, они по-прежнему незаменимы там, где важны крупногабаритные детали, прямолинейные поверхности большой длины, высокая геометрическая точность и минимальные остаточные напряжения.

В этой статье мы подробно разберём:

• суть строгального процесса и его физические основы,
• типы строгальных станков и их конструктивные особенности,
• сравнение строгания с фрезерованием и шлифованием,
• области применения в современном производстве,
• перспективы развития и «реабилитацию» метода в нишевых сегментах.

1. Что такое строгание? Принцип работы и физика процесса

Строгание — это механический способ обработки металлов резанием, при котором с заготовки снимается слой материала за счёт прямолинейного возвратно-поступательного движения режущего инструмента (строгального резца), в то время как заготовка остаётся неподвижной (или совершает поперечную подачу).

Кинематика строгания:

• Рабочий ход — резец движется в одном направлении (например, слева направо), внедряясь в металл и формируя стружку.
• Холостой ход — резец возвращается в исходное положение без резания (обычно с подъёмом или отводом резца для снижения износа).
• Подача — после каждого рабочего хода заготовка или инструмент смещаются перпендикулярно направлению резания на величину, равную шагу подачи (S, мм/дв. ход). Цикл повторяется.

Важно: Резание происходит только в одном направлении — в отличие от долбления, где резание идёт в обоих направлениях (но с меньшей жёсткостью).

Основные элементы режима резания при строгании:

Параметр	Обозначение	Типичный диапазон	Влияние
Глубина резания	t, мм	1–15 (черновая), 0.2–2 (чистовая)	Влияет на силу резания, мощность станка
Подача	S, мм/дв. ход	0.3–2.0	Определяет шероховатость поверхности и производительность
Скорость резания	V, м/мин	10–40 (сталь), до 80 (чугун, алюминий)	Зависит от материала, стойкости резца, жёсткости системы

Скорость резания при строгании значительно ниже, чем при фрезеровании (где V = 100–500+ м/мин), что объясняется:

• инерционными нагрузками при реверсе массивных узлов,
• вибрациями в мёртвых точках хода,
• необходимостью обеспечить плавный разгон/торможение.

Однако низкая скорость — не всегда минус. Это преимущество при обработке хрупких материалов (легированные чугуны, композиты с металлической матрицей) и при необходимости минимизировать термические деформации.

2. Типы строгальных станков: конструкция и назначение

Современные строгальные станки подразделяются по конструкции и исполнению. Основные типы:

2.1. Настольные и лёгкие строгальные станки

• Назначение: учебные цеха, ремонтные мастерские, мелкосерийное производство.
• Ход поршня: до 500 мм.
• Заготовки: до 100–200 кг.
• Примеры: советские модели 721, 722, 726.

2.2. Консольно-строгальные станки

• Самый распространённый тип в XX веке.
• Конструкция: массивная станина, подвижная траверса (консоль) с суппортом и резцедержателем.
• Возможна обработка вертикальных и горизонтальных поверхностей, пазов, уступов.
• Подача — вручную или механически (червячная передача).
• Макс. длина хода: до 3–4 м.
• Примеры: 7305, 7312, 7320.

2.3. Поперечно-строгальные (долбёжные) станки

• Важно: часто их называют «строгальными», но технически это — долбёжные станки (shaping machines).
• Резец закреплён на ползуне, совершающем вертикальные возвратно-поступательные движения.
• Заготовка — на столе, который может совершать продольную и поперечную подачу.
• Используются для обработки внутренних поверхностей: шпоночных пазов, шлицевых отверстий, проушин.
• Ход: до 700 мм.
• Примеры: 7520, 7532, 7A520.

2.4. Плоскошлифовально-строгальные станки (гибридные)

• Совмещают строгание и шлифование в одном цикле.
• После чернового строгания — автоматическая смена инструмента на шлифовальный круг.
• Применяются для изготовления направляющих станин, плит прецизионных станков.

2.5. Гидравлические и гидромеханические строгальные станки

Современные модификации (например, Model 6B20, CNC-enabled retrofits) используют:

• Гидравлический привод хода — плавный разгон, регулируемая скорость, отсутствие рывков в мёртвых точках.
• ЧПУ-управление — точное позиционирование стола, автоматическая коррекция подачи, память программ.
• Системы активной виброкомпенсации — уменьшают дрожание в холостом ходе.

Интересный факт: в 2020-х годах в Германии и Японии возродился интерес к модернизации старых строгальных станков (например, Bertsche, SMS Meer) с добавлением линейных двигателей и оптических энкодеров. Такие «цифровые ретро-станки» способны обеспечивать точность ±0,01 мм на длине 6 метров — лучше, чем у многих фрезерных центров.

3. Инструмент для строгания: резцы, материалы, геометрия

Типы строгальных резцов:

Вид	Применение	Особенности
Прямой проходной	Черновое и чистовое строгание плоскостей	Главный угол в плане φ = 45°–75°
Отогнутый	Обработка уступов, кромок	Отгиб позволяет избежать задевания за обработанную поверхность
Подрезной	Торцевание, обработка узких полок	Узкое лезвие, повышенная хрупкость
Прорезной	Пазы, канавки	Ширина 3–20 мм, усиленное крепление
Фасонный	Формирование профилей (трапециевидные направляющие и т.п.)	Изготавливается по шаблону, часто из быстрорежущей стали (Р6М5, Р18) или твёрдого сплава (Т15К6, ВК8)

Материалы режущей части:

• Быстрорежущая сталь (Р6М5, Р12Ф3) — для черновой обработки, ударных нагрузок, низкоскоростного резания.
• Твёрдые сплавы (группы P, K, M) — для чистовых операций, обработки закалённых сталей (до HRC 45), чугунов.
• Кермет и керамика — в экспериментальных установках, при строгании жаропрочных сплавов (Inconel 718).
• Алмазные поликристаллические вставки (PCD) — для цветных сплавов (алюминий, медь) с высоким содержанием кремния.

Совет технологу: при обработке нержавеющих сталей (12Х18Н10Т) рекомендуется использовать резцы с отрицательным передним углом (γ = –5°) и обильным СОЖ — это снижает наростообразование и улучшает чистоту поверхности.

4. Строгание vs Фрезерование vs Шлифование: сравнительный анализ

Критерий	Строгание	Фрезерование	Шлифование
Производительность	Низкая–средняя (из-за холостого хода)	Высокая (непрерывное резание)	Низкая (тонкий съём)
Точность (IT)	IT8–IT7 (черновое), IT6 (чистовое)	IT7–IT6 (с ЧПУ — IT5)	IT5–IT4
Шероховатость Ra	6,3–1,6 мкм	3,2–0,8 мкм	0,8–0,05 мкм
Габариты деталей	До 10+ м длины (станины, плиты)	Ограничено рабочей зоной станка (обычно ≤ 4 м)	Как строгание, но требует предварительной обработки
Остаточные напряжения	Минимальные (низкая V, отсутствие центробежных сил)	Средние (локальный нагрев)	Высокие (термомеханическое воздействие)
Гибкость	Низкая (переналадка — часы)	Высокая (смена инструмента — минуты)	Средняя
Энергопотребление	Высокое (инерция массы)	Умеренное	Высокое (мощный шпиндель + пылеудаление)

Когда строгание выгоднее фрезерования:

• Обработка плоскостей длиной > 2 м (например, направляющие гидропрессов, плиты координатно-расточных станков).
• Чёрная обработка чугунных отливок с коркой (строгание «не боится» литейной корки, в отличие от фрез).
• Производство одиночных или мелкосерийных деталей, где экономически нецелесообразно изготавливать фрезу или оснастку.
• Ремонт крупногабаритного оборудования на месте — с помощью портативных строгальных головок, устанавливаемых непосредственно на станину.

5. Области применения строгания в XXI веке

Хотя строгание ушло из массового автопрома и авиастроения, оно остаётся ключевой технологией в следующих отраслях:

Тяжёлое машиностроение

• Изготовление станин, колонн, плит, направляющих для:
  • прессов (кузнечных, гидравлических),
  • экструдеров для полимеров и алюминия,
  • станков с ЧПУ (в т.ч. гигантских портальных фрезерных центров).

Пример: на заводе «Уралмаш» для обработки плит прессов весом 60+ тонн до сих пор используются строгальные станки с ходом 8 м — фрезеровка таких поверхностей привела бы к чрезмерным деформациям из-за вибраций.

Энергетическое машиностроение

• Обработка фланцев турбинных корпусов, арматуры большого диаметра (задвижки, краны DN1000+).
• Формирование уплотнительных поверхностей по ГОСТ 10607–80 — строгание даёт идеальную плоскостность без «волн».

Ремонт и восстановление

• Восстановление направляющих станков: снятие повреждённого слоя, строгание до «живого» металла, последующая наплавка и шабровка.
• Портативные строгальные агрегаты (например, «СтроМобил-500») монтируются прямо на деталь — позволяют ремонтировать оборудование без демонтажа.

Научное и прецизионное приборостроение

• Изготовление базовых плит для координатно-измерительных машин (КИМ).
• Обработка керамических и композитных заготовок, чувствительных к вибрациям (фрезерование может вызвать микротрещины).

6. Современные инновации и будущее строгания

Строгание не «умерло» — оно эволюционирует:

Цифровые ретро-станки

Модернизация советских и 80-х станков:

• Замена механического привода хода на линейные серводвигатели (например, Kollmorgen или Yaskawa).
• Установка оптических линеек с разрешением 0,1 мкм.
• Внедрение ЧПУ на базе Siemens 840D SL с 3D-визуализацией траектории.
• Результат: точность, сопоставимая с портальными фрезерными центрами, но по цене 1/5 от нового оборудования.

Адаптивное строгание

Экспериментальные системы с:

• датчиками сил резания в резцедержателе,
• ИИ-алгоритмами, корректирующими подачу в реальном времени (например, при переходе от литейной корки к «чистому» металлу),
• прогнозированием износа инструмента по изменению вибрационного спектра.

Экологичное строгание

• Замкнутые системы СОЖ с ультрафильтрацией — ресурс масла до 2 лет.
• Утилизация стружки на месте — прессование в брикеты для вторичной переплавки.
• Рекуперация энергии при торможении ползуна (аналогично лифтовым системам).

7. Техника безопасности при строгании: особое внимание!

Строгальные станки относятся к повышенной категории опасности (ПО-3) из-за:

• больших движущихся масс,
• открытых зон резания,
• холостого хода с высоким ускорением.

Обязательные меры:

• Ограждение зоны хода ползуна механическими щитами с блокировкой (по ГОСТ 12.2.009).
• Использование двухкнопочного пуска (для исключения случайного включения).
• Контроль износа тормозных лент и гидроцилиндров.
• Запрет на ручную подачу на станках с ходом > 500 мм.

Напоминание: в 2024 г. Ростехнадзор ужесточил требования к эксплуатации строгальных станков старше 30 лет — требуется ежегодная аттестация жёсткости станины и виброакустический контроль.

Заключение: зачем возвращаться к «старому» — и как извлечь из этого выгоду

Строгание — это не анахронизм. Это стратегический резерв для производств, сталкивающихся с:

• обработкой габаритных деталей,
• высокими требованиями к плоскостности и отсутствию деформаций,
• необходимостью ремонтных работ «в полевых условиях».

В эпоху, когда все спешат за цифровыми фрезерными центрами, компании, сохранившие и модернизировавшие строгальные мощности, получают:

• уникальную конкурентоспособность в нишах тяжёлого машиностроения,
• снижение себестоимости при мелкосерийном производстве,
• независимость от импортных многоосевых станков в условиях санкций.

Как говорил один ветеран-технолог из Новокузнецка:
«Фреза — как спорткар: быстро, красиво, но дорог. Строгальный станок — как трактор: медленно, шумно… но пройдёт там, где другие застрянут».

Готовы оценить возможности строгания для вашего производства?
Наш инженерный центр предлагает:

• аудит существующего оборудования с рекомендациями по модернизации,
• подбор б/у строгальных станков с гарантией,
• разработку ЧПУ-ретрофитов под ключ.