¿Cuáles son las ventajas obvias de las piezas CNC que utilizan acero inoxidable como materia prima en comparación con las aleaciones de acero y aluminio?
El acero inoxidable es una excelente opción para una variedad de aplicaciones debido a sus propiedades únicas. Es altamente resistente a la corrosión, lo que lo hace ideal para su uso en entornos hostiles como las industrias marina, aeroespacial y química. A diferencia del acero y las aleaciones de aluminio, el acero inoxidable no se oxida ni se corroe fácilmente, lo que aumenta la longevidad y confiabilidad de las piezas.
El acero inoxidable también es increíblemente resistente y duradero, comparable a las aleaciones de acero e incluso superando la resistencia de las aleaciones de aluminio. Esto lo convierte en una excelente opción para aplicaciones que requieren robustez e integridad estructural, como las de automoción, aeroespacial y construcción.
Otro beneficio del acero inoxidable es que mantiene sus propiedades mecánicas tanto a altas como a bajas temperaturas. Esta característica lo hace adecuado para aplicaciones donde se encuentran variaciones extremas de temperatura. Por el contrario, las aleaciones de aluminio pueden experimentar una resistencia reducida a altas temperaturas y el acero puede ser susceptible a la corrosión a temperaturas elevadas.
El acero inoxidable también es inherentemente sanitario y fácil de limpiar. Esto lo convierte en una opción ideal para aplicaciones en las industrias médica, farmacéutica y de procesamiento de alimentos donde la limpieza es esencial. A diferencia del acero, el acero inoxidable no requiere recubrimientos ni tratamientos adicionales para mantener sus propiedades higiénicas.
Aunque el acero inoxidable tiene muchas ventajas, no se pueden ignorar sus dificultades de procesamiento.
Las dificultades en el procesamiento de materiales de acero inoxidable incluyen principalmente los siguientes aspectos:
1. Alta fuerza de corte y alta temperatura de corte
Este material posee una alta resistencia y una tensión tangencial significativa, y sufre una deformación plástica significativa durante el corte, lo que conduce a una fuerza de corte significativa. Además, el material tiene una mala conductividad térmica, lo que provoca un aumento de la temperatura de corte. La alta temperatura a menudo se concentra en el área estrecha cerca del filo de la herramienta, lo que provoca un desgaste acelerado de la herramienta.
2. Endurecimiento laboral severo
El acero inoxidable austenítico y algunos aceros inoxidables aleados de alta temperatura tienen una estructura austenítica. Estos materiales tienen una mayor tendencia a endurecerse durante el corte, generalmente varias veces más que el acero al carbono ordinario. Como resultado, la herramienta de corte opera en el área endurecida, lo que acorta la vida útil de la herramienta.
3. Fácil de pegar al cuchillo.
Tanto el acero inoxidable austenítico como el acero inoxidable martensítico comparten las características de producir virutas fuertes y generar altas temperaturas de corte durante el procesamiento. Esto puede resultar en adhesión, soldadura y otros fenómenos de pegado que pueden interferir con la rugosidad de la superficie delpiezas mecanizadas.
4. Desgaste acelerado de la herramienta
Los materiales mencionados anteriormente contienen elementos de alto punto de fusión, son altamente maleables y generan altas temperaturas de corte. Estos factores conducen a un desgaste acelerado de las herramientas, lo que requiere un afilado y reemplazo frecuentes de las mismas. Esto afecta negativamente la eficiencia de la producción y aumenta los costos de uso de herramientas. Para combatir esto, se recomienda reducir la velocidad y el avance de la línea de corte. Además, es mejor utilizar herramientas diseñadas específicamente para procesar acero inoxidable o aleaciones de alta temperatura, y utilizar refrigeración interna al taladrar y roscar.
Tecnología de procesamiento de piezas de acero inoxidable.
A través del análisis anterior de las dificultades de procesamiento, la tecnología de procesamiento y el diseño de los parámetros de herramientas relacionados del acero inoxidable deberían ser bastante diferentes de los materiales de acero estructural ordinarios. La tecnología de procesamiento específica es la siguiente:
1. Procesamiento de perforación
Al perforar materiales de acero inoxidable, el procesamiento de los orificios puede resultar difícil debido a su mala conductividad térmica y su pequeño módulo elástico. Para superar este desafío, se deben seleccionar los materiales de herramienta apropiados, se deben determinar los parámetros geométricos razonables de la herramienta y se debe establecer la cantidad de corte de la herramienta. Para perforar este tipo de materiales se recomiendan brocas fabricadas con materiales como W6Mo5Cr4V2Al y W2Mo9Cr4Co8.
Las brocas fabricadas con materiales de alta calidad tienen algunas desventajas. Son relativamente caros y difíciles de comprar. Cuando se utiliza la broca de acero de alta velocidad estándar W18Cr4V de uso común, existen algunas deficiencias. Por ejemplo, el ángulo del vértice es demasiado pequeño, las virutas producidas son demasiado anchas para ser descargadas fuera del agujero a tiempo y el fluido de corte no puede enfriar la broca rápidamente. Además, el acero inoxidable, al ser un mal conductor térmico, provoca la concentración de la temperatura de corte en el filo. Esto puede provocar fácilmente quemaduras y astillas en las dos superficies laterales y en el borde principal, lo que reduce la vida útil de la broca.
1) Diseño de parámetros geométricos de la herramienta Al perforar con W18Cr4V Cuando se utiliza una broca de acero de alta velocidad común, la fuerza de corte y la temperatura se concentran principalmente en la punta de la broca. Para mejorar la durabilidad de la parte cortante de la broca, podemos aumentar el ángulo del vértice a aproximadamente 135°~140°. Esto también reducirá el ángulo de inclinación del borde exterior y estrechará las virutas de perforación para facilitar su extracción. Sin embargo, aumentar el ángulo del vértice hará que el borde del cincel de la broca sea más ancho, lo que dará como resultado una mayor resistencia al corte. Por tanto, debemos pulir el borde cincelado de la broca. Después del pulido, el ángulo de bisel del borde del cincel debe estar entre 47° y 55°, y el ángulo de inclinación debe ser de 3°~5°. Mientras rectificamos el borde del cincel, debemos redondear la esquina entre el borde cortante y la superficie cilíndrica para aumentar la resistencia del borde del cincel.
Los materiales de acero inoxidable tienen un módulo elástico pequeño, lo que significa que el metal debajo de la capa de viruta tiene una gran recuperación elástica y endurecimiento por trabajo durante el procesamiento. Si el ángulo libre es demasiado pequeño, se acelerará el desgaste de la superficie del flanco de la broca, aumentará la temperatura de corte y se reducirá la vida útil de la broca. Por lo tanto, es necesario aumentar adecuadamente el ángulo de alivio. Sin embargo, si el ángulo de relieve es demasiado grande, el borde principal de la broca se adelgazará y se reducirá la rigidez del borde principal. Generalmente se prefiere un ángulo de relieve de 12° a 15°. Para estrechar las virutas de perforación y facilitar su evacuación, es necesario abrir también ranuras para virutas escalonadas en las dos superficies laterales de la broca.
2) Al seleccionar la cantidad de corte para taladrar, la selección del Cuando se trata de cortar, el punto de partida debe ser reducir la temperatura de corte. El corte a alta velocidad produce un aumento de la temperatura de corte, lo que a su vez agrava el desgaste de la herramienta. Por tanto, el aspecto más importante del corte es seleccionar la velocidad de corte adecuada. Generalmente, la velocidad de corte recomendada es entre 12-15m/min. La velocidad de avance, por otra parte, tiene poco efecto sobre la vida útil de la herramienta. Sin embargo, si la velocidad de avance es demasiado baja, la herramienta cortará la capa endurecida, lo que empeorará el desgaste. Si la velocidad de avance es demasiado alta, la rugosidad de la superficie también empeorará. Teniendo en cuenta los dos factores anteriores, la velocidad de avance recomendada está entre 0,32 y 0,50 mm/r.
3) Selección del fluido de corte: para reducir la temperatura de corte durante la perforación, se puede utilizar una emulsión como medio de enfriamiento.
2. Procesamiento de escariado
1) Al escariar materiales de acero inoxidable, se utilizan comúnmente escariadores de carburo. La estructura y los parámetros geométricos del escariador difieren de los de los escariadores comunes. Para evitar la obstrucción de las virutas durante el escariado y mejorar la resistencia de los dientes del cortador, el número de dientes del escariador generalmente se mantiene relativamente bajo. El ángulo de inclinación del escariador suele estar entre 8° y 12°, aunque en algunos casos específicos se puede utilizar un ángulo de inclinación de 0° a 5° para lograr un escariado de alta velocidad. El ángulo libre es generalmente de 8° a 12°.
El ángulo de declinación principal se elige en función del agujero. Generalmente, para un orificio pasante, el ángulo es de 15° a 30°, mientras que para un orificio no pasante es de 45°. Para descargar las virutas hacia adelante al escariar, el ángulo de inclinación del borde se puede aumentar entre 10° y 20° aproximadamente. El ancho de la hoja debe estar entre 0,1 y 0,15 mm. El cono invertido del escariador debe ser más grande que el de los escariadores normales. Los escariadores de carburo miden generalmente de 0,25 a 0,5 mm/100 mm, mientras que los escariadores de acero de alta velocidad miden de 0,1 a 0,25 mm/100 mm en términos de su conicidad.
La parte de corrección de la fresa suele ser del 65 % al 80 % de la longitud de las fresas ordinarias. La longitud de la parte cilíndrica suele ser del 40% al 50% de la de los escariadores ordinarios.
2) Al escariar, es importante elegir la cantidad de avance adecuada, que debe estar entre 0,08 y 0,4 mm/r, y la velocidad de corte, que debe oscilar entre 10 y 20 m/min. El margen de escariado aproximado debe estar entre 0,2 y 0,3 mm, mientras que el margen de escariado fino debe estar entre 0,1 y 0,2 mm. Se recomienda utilizar herramientas de carburo para escariado aproximado y herramientas de acero de alta velocidad para escariado fino.
3) Al seleccionar el fluido de corte para escariar materiales de acero inoxidable, se puede utilizar aceite del sistema de pérdida total o disulfuro de molibdeno como medio de enfriamiento.
3. Procesamiento aburrido
1) Al seleccionar el material de la herramienta para procesar piezas de acero inoxidable, es importante tener en cuenta la alta fuerza de corte y la temperatura. Se recomiendan carburos con alta resistencia y buena conductividad térmica, como el carburo YW o YG. Para el acabado, también se pueden utilizar insertos de carburo YT14 y YT15. Se pueden utilizar herramientas de material cerámico para el procesamiento por lotes. Sin embargo, es importante tener en cuenta que estos materiales se caracterizan por una alta tenacidad y un severo endurecimiento por trabajo, lo que hará que la herramienta vibre y puede provocar vibraciones microscópicas en la hoja. Por lo tanto, al seleccionar herramientas cerámicas para cortar estos materiales, se debe tener en cuenta la tenacidad microscópica. Actualmente, el material α/βSialon es una mejor opción debido a su excelente resistencia a la deformación a alta temperatura y al desgaste por difusión. Se ha utilizado con éxito para cortar aleaciones a base de níquel y su vida útil supera con creces la de las cerámicas a base de Al2O3. La cerámica reforzada con bigotes de SiC también es un material de herramienta eficaz para cortar acero inoxidable o aleaciones a base de níquel.
Se recomiendan hojas de CBN (nitruro de boro cúbico) para procesar piezas templadas hechas de estos materiales. El CBN ocupa el segundo lugar después del diamante en términos de dureza, con un nivel de dureza que puede alcanzar 7000~8000HV. Tiene una alta resistencia al desgaste y puede soportar altas temperaturas de corte de hasta 1200°C. Además, es químicamente inerte y no tiene interacción química con metales del grupo del hierro entre 1200 y 1300°C, lo que lo hace ideal para procesar materiales de acero inoxidable. La vida útil de su herramienta puede ser decenas de veces mayor que la de las herramientas de carburo o cerámica.
2) El diseño de los parámetros geométricos de la herramienta es fundamental para lograr un rendimiento de corte eficiente. Las herramientas de carburo requieren un ángulo de ataque mayor para garantizar un proceso de corte suave y una vida útil más larga. El ángulo de inclinación debe ser de alrededor de 10° a 20° para mecanizado en desbaste, de 15° a 20° para semiacabado y de 20° a 30° para acabado. El ángulo de deflexión principal debe elegirse en función de la rigidez del sistema de proceso, con un rango de 30° a 45° para una buena rigidez y de 60° a 75° para una rigidez deficiente. Cuando la relación longitud-diámetro de la pieza de trabajo excede diez veces, el ángulo de desviación principal puede ser de 90°.
Cuando se utilizan materiales de acero inoxidable con herramientas cerámicas, generalmente se utiliza un ángulo de ataque negativo para cortar, que oscila entre -5° y -12°. Esto ayuda a fortalecer la hoja y aprovecha al máximo la alta resistencia a la compresión de las herramientas cerámicas. El tamaño del ángulo de alivio afecta directamente el desgaste de la herramienta y la resistencia de la hoja, con un rango de 5° a 12°. Los cambios en el ángulo de deflexión principal afectan las fuerzas de corte radiales y axiales, así como el ancho y el espesor del corte. Dado que la vibración puede ser perjudicial para las herramientas de corte de cerámica, se debe elegir el ángulo de desviación principal para reducir la vibración, generalmente en el rango de 30° a 75°.
Cuando se utiliza CBN como material de herramienta, los parámetros geométricos de la herramienta deben incluir un ángulo de inclinación de 0° a 10°, un ángulo de relieve de 12° a 20° y un ángulo de deflexión principal de 45° a 90°.
3) Al afilar la superficie del rastrillo, es importante mantener pequeño el valor de rugosidad. Esto se debe a que cuando la herramienta tiene un valor de rugosidad pequeño, ayuda a reducir la resistencia al flujo de las virutas de corte y evita el problema de que las virutas se peguen a la herramienta. Para garantizar un valor de rugosidad pequeño, se recomienda pulir con cuidado las superficies delantera y trasera de la herramienta. Esto también ayudará a evitar que las virutas se peguen al cuchillo.
4) Es importante mantener afilado el filo de la herramienta para reducir el endurecimiento por trabajo. Además, la cantidad de avance y la cantidad de contracorte deben ser razonables para evitar que la herramienta corte la capa endurecida, lo que podría afectar negativamente la vida útil de la herramienta.
5) Es importante prestar atención al proceso de rectificado del rompevirutas cuando se trabaja con acero inoxidable. Estas virutas son conocidas por sus características fuertes y resistentes, por lo que el rompevirutas en la superficie de inclinación de la herramienta debe estar correctamente rectificado. Esto hará que sea más fácil romper, sujetar y quitar virutas durante el proceso de corte.
6) Al cortar acero inoxidable, se recomienda utilizar baja velocidad y grandes cantidades de avance. Para perforar con herramientas cerámicas, seleccionar la cantidad de corte adecuada es crucial para un rendimiento óptimo. Para corte continuo, la cantidad de corte debe elegirse basándose en la relación entre la durabilidad al desgaste y la cantidad de corte. Para cortes intermitentes, se debe determinar la cantidad de corte adecuada según el patrón de rotura de la herramienta.
Dado que las herramientas cerámicas tienen una excelente resistencia al calor y al desgaste, el impacto de la cantidad de corte en la vida útil de la herramienta no es tan significativo como con las herramientas de carburo. En general, cuando se utilizan herramientas cerámicas, la velocidad de avance es el factor más sensible a la rotura de la herramienta. Por lo tanto, al perforar piezas de acero inoxidable, intente seleccionar una velocidad de corte alta, una cantidad de corte posterior grande y un avance relativamente pequeño, según el material de la pieza de trabajo y sujeto a la potencia de la máquina herramienta, la rigidez del sistema de proceso y la resistencia de la hoja.
7) Cuando se trabaja con acero inoxidable, es importante elegir el fluido de corte adecuado para garantizar un mandrinado exitoso. El acero inoxidable es propenso a adherirse y tiene mala disipación de calor, por lo que el fluido de corte seleccionado debe tener buenas propiedades de resistencia a la adhesión y de disipación de calor. Por ejemplo, se puede utilizar un fluido de corte con un alto contenido de cloro.
Además, existen soluciones acuosas sin aceite mineral ni nitratos disponibles que tienen buenos efectos de enfriamiento, limpieza, antioxidantes y lubricantes, como el fluido de corte sintético H1L-2. Al utilizar el fluido de corte adecuado, se pueden superar las dificultades asociadas con el procesamiento de acero inoxidable, lo que da como resultado una mayor vida útil de la herramienta durante la perforación, el escariado y el mandrinado, una reducción del afilado y los cambios de herramientas, una mayor eficiencia de producción y un procesamiento de orificios de mayor calidad. En última instancia, esto puede reducir la intensidad de la mano de obra y los costos de producción y, al mismo tiempo, lograr resultados satisfactorios.
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Hora de publicación: 24 de abril de 2024