Quali sono gli ovvi vantaggi delle parti CNC che utilizzano l'acciaio inossidabile come materia prima rispetto all'acciaio e alle leghe di alluminio?
L'acciaio inossidabile è una scelta eccellente per una varietà di applicazioni grazie alle sue proprietà uniche. È altamente resistente alla corrosione, il che lo rende ideale per l'uso in ambienti difficili come l'industria marina, aerospaziale e chimica. A differenza dell'acciaio e delle leghe di alluminio, l'acciaio inossidabile non arrugginisce né si corrode facilmente, il che aumenta la longevità e l'affidabilità delle parti.
L'acciaio inossidabile è anche incredibilmente resistente e durevole, paragonabile alle leghe di acciaio e addirittura superiore alla resistenza delle leghe di alluminio. Ciò lo rende un'ottima opzione per le applicazioni che richiedono robustezza e integrità strutturale, come nel settore automobilistico, aerospaziale ed edilizio.
Un altro vantaggio dell'acciaio inossidabile è che mantiene le sue proprietà meccaniche sia alle alte che alle basse temperature. Questa caratteristica lo rende adatto per applicazioni in cui si incontrano variazioni di temperatura estreme. Al contrario, le leghe di alluminio possono presentare una resistenza ridotta alle alte temperature e l'acciaio può essere suscettibile alla corrosione a temperature elevate.
L’acciaio inossidabile è anche intrinsecamente igienico e semplice da pulire. Ciò lo rende la scelta ideale per applicazioni nei settori medico, farmaceutico e alimentare dove la pulizia è essenziale. A differenza dell’acciaio, l’acciaio inossidabile non necessita di rivestimenti o trattamenti aggiuntivi per mantenere le sue proprietà igieniche.
Sebbene l’acciaio inossidabile presenti numerosi vantaggi, le sue difficoltà di lavorazione non possono essere ignorate.
Le difficoltà nella lavorazione dei materiali in acciaio inossidabile comprendono principalmente i seguenti aspetti:
1. Elevata forza di taglio e temperatura di taglio elevata
Questo materiale possiede un'elevata resistenza e uno stress tangenziale significativo e subisce una significativa deformazione plastica durante il taglio, che porta a una forza di taglio significativa. Inoltre, il materiale ha una scarsa conduttività termica, causando un aumento della temperatura di taglio. L'elevata temperatura è spesso concentrata nella zona ristretta vicino al tagliente dell'utensile, portando ad un'usura accelerata dell'utensile.
2. Grave incrudimento del lavoro
L'acciaio inossidabile austenitico e alcuni acciai inossidabili legati ad alta temperatura hanno una struttura austenitica. Questi materiali hanno una maggiore tendenza a incrudirsi durante il taglio, in genere molte volte di più rispetto al normale acciaio al carbonio. Di conseguenza, l'utensile da taglio opera nell'area indurita, il che riduce la durata dell'utensile.
3. Facile da attaccare al coltello
Sia l'acciaio inossidabile austenitico che l'acciaio inossidabile martensitico condividono le caratteristiche di produrre trucioli resistenti e di generare temperature di taglio elevate durante la lavorazione. Ciò può provocare adesione, saldatura e altri fenomeni di adesione che potrebbero interferire con la ruvidità della superficieparti lavorate.
4. Usura accelerata dell'utensile
I materiali sopra menzionati contengono elementi ad alto punto di fusione, sono altamente malleabili e generano temperature di taglio elevate. Questi fattori portano ad un’usura accelerata degli utensili, rendendo necessarie frequenti affilature e sostituzioni degli utensili. Ciò ha un impatto negativo sull’efficienza produttiva e aumenta i costi di utilizzo degli utensili. Per contrastare questo problema, si consiglia di ridurre la velocità e l'avanzamento del filo di taglio. Inoltre, è meglio utilizzare strumenti appositamente progettati per la lavorazione dell'acciaio inossidabile o delle leghe ad alta temperatura e utilizzare il raffreddamento interno durante la foratura e la maschiatura.
Tecnologia di lavorazione delle parti in acciaio inossidabile
Attraverso l'analisi di cui sopra delle difficoltà di lavorazione, la tecnologia di lavorazione e la relativa progettazione dei parametri dell'utensile dell'acciaio inossidabile dovrebbero essere molto diversi dai normali materiali in acciaio strutturale. La tecnologia di elaborazione specifica è la seguente:
1. Elaborazione della perforazione
Quando si forano materiali in acciaio inossidabile, la lavorazione dei fori può risultare difficile a causa della loro scarsa conduttività termica e del basso modulo elastico. Per superare questa sfida, è necessario selezionare materiali appropriati per l'utensile, determinare parametri geometrici ragionevoli dell'utensile e impostare la quantità di taglio dell'utensile. Per forare questi tipi di materiali sono consigliate punte da trapano realizzate con materiali come W6Mo5Cr4V2Al e W2Mo9Cr4Co8.
Le punte da trapano realizzate con materiali di alta qualità presentano alcuni svantaggi. Sono relativamente costosi e difficili da acquistare. Quando si utilizza la punta da trapano in acciaio ad alta velocità standard W18Cr4V comunemente usata, ci sono alcune carenze. Ad esempio, l'angolo al vertice è troppo piccolo, i trucioli prodotti sono troppo larghi per essere scaricati fuori dal foro in tempo e il fluido da taglio non è in grado di raffreddare rapidamente la punta. Inoltre l'acciaio inox, essendo un cattivo conduttore termico, provoca una concentrazione della temperatura di taglio sul tagliente. Ciò può facilmente provocare bruciature e scheggiature delle due superfici dei fianchi e del bordo principale, riducendo la durata della punta.
1) Progettazione dei parametri geometrici dell'utensile Durante la foratura con un W18Cr4V Quando si utilizza una normale punta da trapano in acciaio rapido, la forza di taglio e la temperatura sono concentrate principalmente sulla punta del trapano. Per migliorare la durata della parte tagliente della punta del trapano, possiamo aumentare l'angolo del vertice a circa 135°~140°. Ciò ridurrà anche l'angolo di spoglia del bordo esterno e restringerà i trucioli di perforazione per facilitarne la rimozione. Tuttavia, aumentando l'angolo del vertice, il bordo dello scalpello della punta del trapano sarà più ampio, con conseguente maggiore resistenza al taglio. Pertanto, dobbiamo levigare il bordo dello scalpello della punta del trapano. Dopo la molatura, l'angolo smussato del bordo dello scalpello deve essere compreso tra 47° e 55° e l'angolo di spoglia deve essere compreso tra 3°~5°. Durante l'affilatura del bordo dello scalpello, dovremmo arrotondare l'angolo tra il tagliente e la superficie cilindrica per aumentare la resistenza del bordo dello scalpello.
I materiali in acciaio inossidabile hanno un modulo elastico ridotto, il che significa che il metallo sotto lo strato di truciolo ha un ampio recupero elastico e incrudimento durante la lavorazione. Se l'angolo di spoglia è troppo piccolo, l'usura della superficie del fianco della punta sarà accelerata, la temperatura di taglio aumenterà e la durata della punta sarà ridotta. Pertanto è necessario aumentare opportunamente l'angolo di spoglia. Tuttavia, se l'angolo di scarico è troppo ampio, il bordo principale della punta del trapano diventerà sottile e la sua rigidità sarà ridotta. Generalmente è preferito un angolo di scarico compreso tra 12° e 15°. Per restringere i trucioli e facilitare l'evacuazione dei trucioli è inoltre necessario aprire scanalature per trucioli sfalsate sulle due superfici dei fianchi della punta.
2) Quando si seleziona la quantità di taglio per la foratura, la selezione del Quando si tratta di taglio, il punto di partenza dovrebbe essere quello di ridurre la temperatura di taglio. Il taglio ad alta velocità determina un aumento della temperatura di taglio, che a sua volta aggrava l'usura dell'utensile. Pertanto, l'aspetto più importante del taglio è selezionare la velocità di taglio appropriata. Generalmente, la velocità di taglio consigliata è compresa tra 12 e 15 m/min. La velocità di avanzamento, invece, ha poco effetto sulla durata dell'utensile. Tuttavia, se la velocità di avanzamento è troppo bassa, l'utensile taglierà lo strato indurito, peggiorando l'usura. Se la velocità di avanzamento è troppo elevata, anche la rugosità superficiale peggiorerà. Considerando i due fattori precedenti, la velocità di avanzamento consigliata è compresa tra 0,32 e 0,50 mm/giro.
3) Selezione del fluido da taglio: per ridurre la temperatura di taglio durante la foratura, è possibile utilizzare l'emulsione come mezzo di raffreddamento.
2. Elaborazione dell'alesatura
1) Quando si alesano materiali in acciaio inossidabile, vengono comunemente utilizzati alesatori in metallo duro. La struttura e i parametri geometrici dell'alesatore differiscono da quelli degli alesatori comuni. Per prevenire l'intasamento dei trucioli durante l'alesatura e aumentare la resistenza dei denti della fresa, il numero di denti dell'alesatore viene generalmente mantenuto relativamente basso. L'angolo di spoglia dell'alesatore è generalmente compreso tra 8° e 12°, anche se in alcuni casi specifici è possibile utilizzare un angolo di spoglia compreso tra 0° e 5° per ottenere un'alesatura ad alta velocità. L'angolo di spoglia è generalmente compreso tra 8° e 12°.
L'angolo di declinazione principale viene scelto in base alla buca. Generalmente per un foro passante l'angolo è compreso tra 15° e 30°, mentre per un foro non passante è di 45°. Per scaricare i trucioli in avanti durante l'alesatura, l'angolo di inclinazione del tagliente può essere aumentato di circa 10° - 20°. La larghezza della lama deve essere compresa tra 0,1 e 0,15 mm. La conicità invertita dell'alesatore dovrebbe essere più grande di quella degli alesatori normali. Gli alesatori in metallo duro sono generalmente da 0,25 a 0,5 mm/100 mm, mentre gli alesatori in acciaio ad alta velocità vanno da 0,1 a 0,25 mm/100 mm in termini di conicità.
La parte di correzione dell'alesatore è generalmente compresa tra il 65% e l'80% della lunghezza degli alesatori ordinari. La lunghezza della parte cilindrica è solitamente dal 40% al 50% di quella dei comuni alesatori.
2) Durante l'alesatura, è importante scegliere la giusta quantità di avanzamento, che dovrebbe essere compresa tra 0,08 e 0,4 mm/giro, e la velocità di taglio, che dovrebbe essere compresa tra 10 e 20 m/min. Il margine di alesatura grossolana deve essere compreso tra 0,2 e 0,3 mm, mentre il margine di alesatura fine deve essere compreso tra 0,1 e 0,2 mm. Si consiglia di utilizzare utensili in metallo duro per l'alesatura grossolana e utensili in acciaio rapido per l'alesatura fine.
3) Quando si seleziona il fluido da taglio per l'alesatura di materiali in acciaio inossidabile, come mezzo di raffreddamento è possibile utilizzare l'olio del sistema a perdita totale o il bisolfuro di molibdeno.
3. Elaborazione noiosa
1) Quando si seleziona il materiale dell'utensile per la lavorazione di parti in acciaio inossidabile, è importante considerare l'elevata forza di taglio e temperatura. Si consigliano carburi con elevata resistenza e buona conduttività termica, come il carburo YW o YG. Per la finitura si possono utilizzare anche inserti in metallo duro YT14 e YT15. Gli strumenti in materiale ceramico possono essere utilizzati per la lavorazione in batch. Tuttavia, è importante notare che questi materiali sono caratterizzati da elevata tenacità e forte incrudimento, che provocano vibrazioni dell'utensile e possono provocare vibrazioni microscopiche sulla lama. Pertanto, quando si scelgono gli utensili ceramici per il taglio di questi materiali, è necessario prendere in considerazione la tenacità microscopica. Attualmente, il materiale α/βSialon è una scelta migliore grazie alla sua eccellente resistenza alla deformazione ad alta temperatura e all’usura per diffusione. È stato utilizzato con successo nel taglio di leghe a base di nichel e la sua durata supera di gran lunga quella delle ceramiche a base di Al2O3. La ceramica rinforzata con baffi SiC è anche un materiale per utensili efficace per il taglio di acciaio inossidabile o leghe a base di nichel.
Per la lavorazione di pezzi temprati realizzati con questi materiali sono consigliate le lame CBN (nitruro di boro cubico). Il CBN è secondo solo al diamante in termini di durezza, con un livello di durezza che può raggiungere 7000~8000HV. Ha un'elevata resistenza all'usura e può sopportare temperature di taglio elevate fino a 1200°C. Inoltre, è chimicamente inerte e non presenta alcuna interazione chimica con i metalli del gruppo del ferro a temperature comprese tra 1200 e 1300°C, rendendolo ideale per la lavorazione di materiali in acciaio inossidabile. La sua durata dell'utensile può essere decine di volte più lunga di quella degli utensili in metallo duro o ceramica.
2) La progettazione dei parametri geometrici dell'utensile è fondamentale per ottenere prestazioni di taglio efficienti. Gli utensili in metallo duro richiedono un angolo di spoglia maggiore per garantire un processo di taglio regolare e una maggiore durata dell'utensile. L'angolo di spoglia dovrebbe essere compreso tra 10° e 20° per la lavorazione di sgrossatura, tra 15° e 20° per la semifinitura e tra 20° e 30° per la finitura. L'angolo di deflessione principale deve essere scelto in base alla rigidità del sistema di processo, con un intervallo compreso tra 30° e 45° per una buona rigidità e tra 60° e 75° per una scarsa rigidità. Quando il rapporto lunghezza/diametro del pezzo supera dieci volte, l'angolo di deflessione principale può essere di 90°.
Quando si utilizzano materiali noiosi in acciaio inossidabile con utensili in ceramica, per il taglio viene generalmente utilizzato un angolo di spoglia negativo, compreso tra -5° e -12°. Ciò aiuta a rafforzare la lama e sfrutta appieno l'elevata resistenza alla compressione degli utensili in ceramica. La dimensione dell'angolo di scarico influisce direttamente sull'usura dell'utensile e sulla resistenza della lama, con un intervallo compreso tra 5° e 12°. Le modifiche dell'angolo di deflessione principale influiscono sulle forze di taglio radiali e assiali, nonché sulla larghezza e sullo spessore di taglio. Poiché le vibrazioni possono essere dannose per gli utensili da taglio in ceramica, l'angolo di deflessione principale dovrebbe essere scelto per ridurre le vibrazioni, solitamente nell'intervallo compreso tra 30° e 75°.
Quando si utilizza CBN come materiale dell'utensile, i parametri geometrici dell'utensile dovrebbero includere un angolo di spoglia compreso tra 0° e 10°, un angolo di scarico compreso tra 12° e 20° e un angolo di deflessione principale compreso tra 45° e 90°.
3) Quando si affila la superficie della lama, è importante mantenere basso il valore della rugosità. Questo perché quando l'utensile ha un valore di rugosità basso, aiuta a ridurre la resistenza al flusso dei trucioli da taglio ed evita il problema dell'adesione dei trucioli all'utensile. Per garantire un valore di rugosità basso, si consiglia di rettificare attentamente le superfici anteriore e posteriore dell'utensile. Ciò aiuterà anche ad evitare che i trucioli si attacchino al coltello.
4) È importante mantenere affilato il tagliente dell'utensile per ridurre l'incrudimento. Inoltre, la quantità di avanzamento e l'entità del taglio posteriore dovrebbero essere ragionevoli per evitare che l'utensile tagli lo strato indurito, il che potrebbe avere un impatto negativo sulla durata dell'utensile.
5) È importante prestare attenzione al processo di affilatura del rompitruciolo quando si lavora con l'acciaio inossidabile. Questi trucioli sono noti per le loro caratteristiche forti e tenaci, pertanto il rompitruciolo sulla superficie di spoglia dell'utensile deve essere adeguatamente rettificato. Ciò renderà più semplice rompere, trattenere e rimuovere i trucioli durante il processo di taglio.
6) Quando si taglia l'acciaio inossidabile, si consiglia di utilizzare una bassa velocità e grandi quantità di avanzamento. Per l'alesatura con utensili in ceramica, selezionare la giusta quantità di taglio è fondamentale per ottenere prestazioni ottimali. Per il taglio continuo, la quantità di taglio deve essere scelta in base al rapporto tra resistenza all'usura e quantità di taglio. Per il taglio intermittente, la quantità di taglio appropriata deve essere determinata in base al tipo di rottura dell'utensile.
Poiché gli utensili in ceramica hanno un'eccellente resistenza al calore e all'usura, l'impatto della quantità di taglio sulla durata dell'usura dell'utensile non è così significativo come con gli utensili in metallo duro. In generale, quando si utilizzano utensili ceramici, la velocità di avanzamento è il fattore più sensibile alla rottura dell'utensile. Pertanto, quando si alesano parti in acciaio inossidabile, provare a selezionare una velocità di taglio elevata, una grande quantità di taglio posteriore e un avanzamento relativamente piccolo, in base al materiale del pezzo e soggetto alla potenza della macchina utensile, alla rigidità del sistema di processo e alla resistenza della lama.
7) Quando si lavora con l'acciaio inossidabile, è importante scegliere il fluido da taglio giusto per garantire una foratura di successo. L'acciaio inossidabile è incline all'incollaggio e ha una scarsa dissipazione del calore, quindi il fluido da taglio selezionato deve avere una buona resistenza all'adesione e proprietà di dissipazione del calore. Ad esempio è possibile utilizzare un fluido da taglio con un elevato contenuto di cloro.
Inoltre, sono disponibili soluzioni acquose prive di oli minerali e nitrati che hanno buoni effetti di raffreddamento, pulizia, antiruggine e lubrificazione, come il fluido da taglio sintetico H1L-2. Utilizzando il fluido da taglio appropriato, è possibile superare le difficoltà associate alla lavorazione dell'acciaio inossidabile, con conseguente miglioramento della durata dell'utensile durante la foratura, l'alesatura e l'alesatura, riduzione dell'affilatura e delle modifiche dell'utensile, miglioramento dell'efficienza produttiva e lavorazione dei fori di qualità superiore. Ciò può in definitiva ridurre l’intensità della manodopera e i costi di produzione ottenendo risultati soddisfacenti.
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Orario di pubblicazione: 24 aprile 2024