מחקר שופך אור על מכשולים בעיבוד חומרי נירוסטה

מהם היתרונות הברורים של חלקי CNC המשתמשים בפלדת אל חלד כחומר גלם בהשוואה לפלדה וסגסוגות אלומיניום?

נירוסטה היא בחירה מצוינת למגוון יישומים בשל תכונותיה הייחודיות. הוא עמיד מאוד בפני קורוזיה, מה שהופך אותו לאידיאלי לשימוש בסביבות קשות כמו תעשיות ימיות, תעופה וחלל וכימיקלים. בניגוד לסגסוגות פלדה וסגסוגות אלומיניום, הנירוסטה אינה מחלידה או קורוזיה בקלות, מה שמגדיל את אורך החיים והאמינות של החלקים.

נירוסטה היא גם חזקה ועמידה להפליא, דומה לסגסוגות פלדה ואף עולה על החוזק של סגסוגות אלומיניום. זה הופך אותו לאופציה מצוינת עבור יישומים הדורשים חוסן ושלמות מבנית, כגון רכב, תעופה וחלל ובנייה.

יתרון נוסף של הנירוסטה הוא שהיא שומרת על תכונותיה המכניות בטמפרטורות גבוהות ונמוכות כאחד. מאפיין זה הופך אותו למתאים ליישומים שבהם נתקלים בשינויי טמפרטורה קיצוניים. לעומת זאת, סגסוגות אלומיניום עשויות לחוות חוזק מופחת בטמפרטורות גבוהות, ופלדה עשויה להיות רגישה לקורוזיה בטמפרטורות גבוהות.

נירוסטה היא גם סניטרית מטבעה ופשוטה לניקוי. זה הופך אותו לבחירה אידיאלית עבור יישומים בתעשיות הרפואה, התרופות ועיבוד המזון שבהן הניקיון חיוני. בניגוד לפלדה, הנירוסטה אינה דורשת ציפויים או טיפולים נוספים כדי לשמור על תכונותיה ההיגייניות.

למרות שלנירוסטה יתרונות רבים, אי אפשר להתעלם מקשיי העיבוד שלה.

הקשיים בעיבוד חומרי נירוסטה כוללים בעיקר את ההיבטים הבאים:

1. כוח חיתוך גבוה וטמפרטורת חיתוך גבוהה

חומר זה הינו בעל חוזק גבוה ומתח משיק משמעותי, והוא עובר עיוות פלסטי משמעותי במהלך החיתוך, מה שמוביל לכוח חיתוך משמעותי. יתר על כן, לחומר מוליכות תרמית ירודה, מה שגורם לטמפרטורת החיתוך לעלות. הטמפרטורה הגבוהה מתרכזת לרוב באזור הצר ליד קצה החיתוך של הכלי, מה שמוביל לבלאי מואץ של הכלי.

2. התקשות עבודה חמורה

פלדת אל-חלד אוסטינית וכמה פלדות אל-חלד מסגסוגת בטמפרטורה גבוהה הם בעלי מבנה אוסטניטי. לחומרים אלו יש נטייה גבוהה יותר להתקשות במהלך חיתוך, בדרך כלל פי כמה מפלדת פחמן רגילה. כתוצאה מכך, כלי החיתוך פועל באזור המוקשה בעבודה, מה שמקצר את אורך חיי הכלי.

3. קל להדביק לסכין

גם נירוסטה אוסטניטית וגם נירוסטה מרטנסיטית חולקים את המאפיינים של ייצור שבבים חזקים ויצירת טמפרטורות חיתוך גבוהות תוך כדי עיבוד. זה יכול לגרום להדבקה, ריתוך ותופעות הידבקות אחרות שעלולות להפריע לחספוס פני השטח שלחלקים מעובדים.

4. שחיקה מואצת של הכלים

החומרים שהוזכרו לעיל מכילים אלמנטים בעלי נקודת התכה גבוהה, ניתנים לגיבוש גבוה ומייצרים טמפרטורות חיתוך גבוהות. גורמים אלו מובילים לבלאי מואץ של הכלים, המחייב השחזה והחלפה תכופות של הכלים. זה משפיע לרעה על יעילות הייצור ומגדיל את עלויות השימוש בכלים. כדי להילחם בכך, מומלץ להפחית את מהירות קו החיתוך והזנה. בנוסף, עדיף להשתמש בכלים שתוכננו במיוחד לעיבוד נירוסטה או סגסוגות בטמפרטורה גבוהה, ולהשתמש בקירור פנימי בעת קידוח והקשה.

טכנולוגיית עיבוד חלקי נירוסטה

באמצעות הניתוח שלעיל של קשיי העיבוד, טכנולוגיית העיבוד ועיצוב פרמטרי הכלים הקשורים של נירוסטה צריכים להיות שונים למדי מחומרי פלדה מבניים רגילים. טכנולוגיית העיבוד הספציפית היא כדלקמן:

1. עיבוד קידוח

בעת קידוח חומרי נירוסטה, עיבוד חורים יכול להיות קשה בגלל המוליכות התרמית הירודה ומודול האלסטי הקטן שלהם. כדי להתגבר על אתגר זה, יש לבחור חומרים מתאימים לכלי, לקבוע פרמטרים גיאומטריים סבירים של הכלי ולהגדיר את כמות החיתוך של הכלי. מקדחים העשויים מחומרים כמו W6Mo5Cr4V2Al ו-W2Mo9Cr4Co8 מומלצים לקידוח חומרים מסוג זה.

למקדחים העשויים מחומרים איכותיים יש כמה חסרונות. הם יקרים יחסית וקשים לרכישה. כאשר משתמשים במקדחת הפלדה המהירה הסטנדרטית W18Cr4V הנפוץ, ישנם כמה חסרונות. לדוגמה, זווית הקודקוד קטנה מדי, השבבים המיוצרים רחבים מדי מכדי להיפלט מהחור בזמן, ונוזל החיתוך אינו מסוגל לקרר את המקדחה במהירות. יתר על כן, נירוסטה, בהיותה מוליך תרמי גרוע, גורמת לריכוז טמפרטורת החיתוך על קצה החיתוך. זה יכול בקלות לגרום לכוויות ושברים של שני משטחי הצד והקצה הראשי, להפחית את חיי השירות של המקדחה.

1) עיצוב פרמטר גיאומטרי של הכלי בעת קידוח עם W18Cr4V בעת שימוש במקדחה רגילה מפלדה במהירות גבוהה, כוח החיתוך והטמפרטורה מתרכזים בעיקר בקצה המקדחה. כדי לשפר את העמידות של החלק החותך של המקדחה, נוכל להגדיל את זווית הקודקוד לכ-135°~140°. זה גם יקטין את זווית הגריפה של הקצה החיצוני ויצמצם את שבבי הקידוח כדי להקל על הסרתם. עם זאת, הגדלת זווית הקודקוד תהפוך את קצה האזמל של המקדחה לרחבה יותר, וכתוצאה מכך התנגדות חיתוך גבוהה יותר. לכן, עלינו לטחון את קצה האזמל של המקדח. לאחר השחזה, זווית השיפוע של קצה האזמל צריכה להיות בין 47° ל-55°, וזווית הגריפה צריכה להיות 3°~5°. בזמן השחזה של קצה האזמל, עלינו לעגל את הפינה בין קצה החיתוך למשטח הגלילי כדי להגביר את חוזק קצה האזמל.

לחומרי נירוסטה יש מודול אלסטי קטן, כלומר למתכת מתחת לשכבת השבב יש התאוששות אלסטית גדולה והתקשות עבודה במהלך העיבוד. אם זווית השחרור קטנה מדי, השחיקה של משטח צד המקדחה תואץ, טמפרטורת החיתוך תגדל, וחיי המקדחה יצטמצמו. לכן, יש צורך להגדיל את זווית ההקלה כראוי. עם זאת, אם זווית ההקלה גדולה מדי, הקצה הראשי של המקדחה יהפוך לדק, וקשיחות הקצה הראשי תפחת. זווית הקלה של 12° עד 15° מועדפת בדרך כלל. על מנת לצמצם את שבבי המקדחה ולהקל על הסרת השבבים, יש צורך גם לפתוח חריצי שבב מדורגים על שני משטחי הצד של המקדחה.

2) בעת בחירת כמות החיתוך לקידוח, הבחירה של כאשר מדובר בחיתוך, נקודת ההתחלה צריכה להיות הפחתת טמפרטורת החיתוך. חיתוך מהיר מביא לעלייה בטמפרטורת החיתוך, מה שבתורו מחמיר את בלאי הכלים. לכן, ההיבט החשוב ביותר בחיתוך הוא בחירת מהירות החיתוך המתאימה. בדרך כלל, מהירות החיתוך המומלצת היא בין 12-15 מטר לדקה. לקצב ההזנה, לעומת זאת, יש השפעה מועטה על חיי הכלי. עם זאת, אם קצב ההזנה נמוך מדי, הכלי ייחתך לתוך השכבה המוקשה, מה שיחריף את הבלאי. אם קצב ההזנה גבוה מדי, גם החספוס של פני השטח יחמיר. בהתחשב בשני הגורמים לעיל, קצב ההזנה המומלץ הוא בין 0.32 ל-0.50 מ"מ/ר.

3) בחירת נוזל חיתוך: על מנת להפחית את טמפרטורת החיתוך במהלך הקידוח, ניתן להשתמש באמולסיה כמדיום הקירור.

2. עיבוד רימינג

1) כאשר חורצים חומרי נירוסטה, נעשה שימוש נפוץ בפורצי קרביד. המבנה והפרמטרים הגיאומטריים של החוטם שונים מאלה של חוצצים רגילים. כדי למנוע סתימת שבבים במהלך החפירה ולשפר את חוזק שיני החותך, מספר שיני החוטם נשמר בדרך כלל נמוך יחסית. זווית הגריפה של הפורץ היא בדרך כלל בין 8° ל- 12°, אם כי במקרים מסוימים, ניתן להשתמש בזווית גריפה של 0° עד 5° כדי להשיג זרימה במהירות גבוהה. זווית המרווח היא בדרך כלל סביב 8° עד 12°.

זווית הנטייה העיקרית נבחרת בהתאם לחור. בדרך כלל, עבור חור עובר, הזווית היא 15° עד 30°, בעוד עבור חור לא דרך, היא 45°. כדי לפרוק שבבים לפנים בעת זרימה, ניתן להגדיל את זווית נטיית הקצה בכ-10° עד 20°. רוחב הלהב צריך להיות בין 0.1 ל-0.15 מ"מ. החוד ההפוך על החודר צריך להיות גדול יותר מזה של חוצצים רגילים. החורצים מקרביד הם בדרך כלל 0.25 עד 0.5 מ"מ/100 מ"מ, בעוד שחוררי הפלדה המהירים הם 0.1 עד 0.25 מ"מ/100 מ"מ מבחינת המתח שלהם.

חלק התיקון של החורר הוא בדרך כלל 65% עד 80% מאורך החורצים הרגילים. אורכו של החלק הגלילי הוא בדרך כלל 40% עד 50% מזה של חולטים רגילים.

2) בעת ריזור, חשוב לבחור את כמות ההזנה הנכונה, אשר צריכה להיות בין 0.08 ל-0.4 מ"מ/ר, ומהירות חיתוך, שצריכה לנוע בין 10 ל-20 מ' לדקה. הקצבה של הגירוש הגס צריכה להיות בין 0.2 ל-0.3 מ"מ, בעוד שהקצבה הדקיקה צריכה להיות בין 0.1 ל-0.2 מ"מ. מומלץ להשתמש בכלי קרביד לגילוח גס, ובכלי פלדה מהירים לגילוח עדין.

3) בעת בחירת נוזל החיתוך לקריסת חומרי נירוסטה, ניתן להשתמש בשמן אובדן מוחלט של מערכת או מוליבדן דיסולפיד כמדיום הקירור.

3. עיבוד משעמם

1) בעת בחירת חומר כלי לעיבוד חלקי נירוסטה, חשוב לקחת בחשבון את כוח החיתוך והטמפרטורה הגבוהים. מומלצים קרבידים בעלי חוזק גבוה ומוליכות תרמית טובה, כגון YW או YG קרביד. לגימור, ניתן להשתמש גם בתוספות קרביד YT14 ו-YT15. ניתן להשתמש בכלי חומר קרמי לעיבוד אצווה. עם זאת, חשוב לציין כי חומרים אלו מתאפיינים בקשיחות גבוהה ובהקשחת עבודה קשה, אשר תגרום לרטט של הכלי ועלול לגרום לרעידות מיקרוסקופיות על הלהב. לכן, בעת בחירת כלי קרמי לחיתוך חומרים אלה, יש לקחת בחשבון קשיחות מיקרוסקופית. נכון לעכשיו, חומר α/βSialon הוא בחירה טובה יותר בגלל העמידות המצוינת שלו לעיוות בטמפרטורה גבוהה ולבלאי דיפוזיה. הוא שימש בהצלחה בחיתוך סגסוגות על בסיס ניקל, וחיי השירות שלו עולים בהרבה על קרמיקה על בסיס Al2O3. קרמיקה מחוזקת בזפם SiC היא גם חומר כלי יעיל לחיתוך נירוסטה או סגסוגות על בסיס ניקל.

להבי CBN (קוביק בורון ניטריד) מומלצים לעיבוד חלקים מרווים העשויים מחומרים אלה. CBN הוא שני רק ליהלום מבחינת קשיות, עם רמת קשיות שיכולה להגיע ל-7000~8000HV. יש לו עמידות בפני שחיקה גבוהה ויכול לעמוד בטמפרטורות חיתוך גבוהות עד 1200 מעלות צלזיוס. יתר על כן, הוא אינרטי מבחינה כימית ואין לו אינטראקציה כימית עם מתכות מקבוצת ברזל ב-1200 עד 1300 מעלות צלזיוס, מה שהופך אותו לאידיאלי לעיבוד חומרי נירוסטה. חיי הכלי שלו יכולים להיות ארוכים עשרות מונים מזה של כלי קרביד או קרמיים.

2) העיצוב של פרמטרים גיאומטריים של הכלי הוא קריטי להשגת ביצועי חיתוך יעילים. כלי קרביד דורשים זווית גריפה גדולה יותר כדי להבטיח תהליך חיתוך חלק וחיי כלי ארוכים יותר. זווית הגריפה צריכה להיות סביב 10° עד 20° עבור עיבוד גס, 15° עד 20° עבור חצי גימור ו-20° עד 30° עבור גימור. יש לבחור את זווית ההטיה העיקרית על סמך קשיחות מערכת התהליך, עם טווח של 30° עד 45° לקשיחות טובה ו-60° עד 75° לקשיחות גרועה. כאשר יחס האורך לקוטר של חומר העבודה עולה על פי עשרה, זווית הסטייה העיקרית יכולה להיות 90 מעלות.

כאשר משתמשים בחומרי נירוסטה משעממים עם כלים קרמיים, בדרך כלל משתמשים בזווית גריפה שלילית לחיתוך, הנעה בין -5° ל-12°. זה עוזר לחזק את הלהב ומנצל עד תום את חוזק הלחיצה הגבוה של כלי קרמיקה. גודל זווית ההקלה משפיע ישירות על שחיקת הכלים וחוזק הלהב, עם טווח של 5° עד 12°. שינויים בזווית הסטייה הראשית משפיעים על כוחות החיתוך הרדיאליים והציריים, כמו גם על רוחב ועובי החיתוך. מכיוון שרטט יכול להזיק לכלי חיתוך קרמיים, יש לבחור את זווית הסטייה העיקרית כדי להפחית את הרטט, בדרך כלל בטווח של 30° עד 75°.

כאשר CBN משמש כחומר הכלי, הפרמטרים הגיאומטריים של הכלי צריכים לכלול זווית גריפה של 0° עד 10°, זווית הקלה של 12° עד 20°, וזווית סטייה עיקרית של 45° עד 90°.

3) בעת השחזה של משטח המגרפה, חשוב לשמור על ערך החספוס קטן. הסיבה לכך היא שכאשר לכלי יש ערך חספוס קטן, זה עוזר בהפחתת התנגדות הזרימה של שבבי חיתוך ומונע את בעיית הדבקות של שבבים לכלי. כדי להבטיח ערך חספוס קטן, מומלץ לטחון בזהירות את המשטחים הקדמיים והאחוריים של הכלי. זה גם יעזור להימנע מהדבקת צ'יפס לסכין.

4) חשוב לשמור על קצה החיתוך של הכלי חד על מנת להפחית את התקשות העבודה. בנוסף, כמות ההזנה וכמות החיתוך האחורי צריכים להיות סבירים כדי למנוע מהכלי לחתוך לתוך השכבה המוקשה, מה שעלול להשפיע לרעה על תוחלת החיים של הכלי.

5) חשוב לשים לב לתהליך השחזה של מפסק השבבים בעבודה עם נירוסטה. שבבים אלו ידועים במאפיינים החזקים והקשיחים שלהם, ולכן מפסק השבבים על משטח המגרפה של הכלי צריך להיות טחון כראוי. זה יקל על שבירה, אחיזה והסרה של שבבים במהלך תהליך החיתוך.

6) בעת חיתוך נירוסטה, מומלץ להשתמש במהירות נמוכה ובכמויות הזנה גדולות. עבור משעמם עם כלים קרמיים, בחירת כמות החיתוך הנכונה היא חיונית לביצועים מיטביים. עבור חיתוך מתמשך, יש לבחור את כמות החיתוך בהתבסס על הקשר בין עמידות הבלאי לכמות החיתוך. עבור חיתוך לסירוגין, יש לקבוע את כמות החיתוך המתאימה בהתבסס על דפוס שבירת הכלי.

מכיוון שלכלים קרמיים יש עמידות מצוינת בחום ובלאי, ההשפעה של כמות החיתוך על חיי בלאי הכלים אינה משמעותית כמו בכלי קרביד. באופן כללי, בעת שימוש בכלים קרמיים, קצב ההזנה הוא הגורם הרגיש ביותר לשבירת הכלים. לכן, כאשר משעמם חלקי נירוסטה, נסה לבחור מהירות חיתוך גבוהה, כמות חיתוך אחורית גדולה והתקדמות קטנה יחסית, בהתבסס על חומר היצירה ובכפוף להספק כלי המכונה, קשיחות מערכת התהליך וחוזק הלהב.

7) כאשר עובדים עם נירוסטה, חשוב לבחור את נוזל החיתוך הנכון כדי להבטיח משעמם מוצלח. נירוסטה נוטה להידבק ובעלת פיזור חום גרוע, ולכן נוזל החיתוך שנבחר חייב להיות בעל עמידות טובה בחיבור ופיזור חום. לדוגמה, ניתן להשתמש בנוזל חיתוך בעל תכולת כלור גבוהה.

בנוסף, קיימות תמיסות מימיות נטולות שמן מינרלי וללא חנקות בעלות השפעות קירור, ניקוי, אנטי חלודה ושימון טובות, כגון נוזל החיתוך הסינטטי H1L-2. על ידי שימוש בנוזל החיתוך המתאים, ניתן להתגבר על הקשיים הקשורים לעיבוד נירוסטה, וכתוצאה מכך משפרים את חיי הכלים במהלך הקידוח, הקידוח והקימום, הפחתת השחזה ושינויים של הכלים, יעילות ייצור משופרת ועיבוד חורים באיכות גבוהה יותר. זה יכול בסופו של דבר להפחית את עוצמת העבודה ועלויות הייצור תוך השגת תוצאות משביעות רצון.

ב-Anebon הרעיון שלנו הוא לתת עדיפות לאיכות ויושר, להעניק סיוע כנה ולשאוף לרווח הדדי. אנו שואפים ליצור באופן עקבי מצויןחלקי מתכת הפכוומיקרוחלקי כרסום CNC. אנו מעריכים את פנייתך ונשיב לך בהקדם האפשרי.