Jakie są oczywiste zalety części CNC wykorzystujących stal nierdzewną jako surowiec w porównaniu ze stalą i stopami aluminium?
Stal nierdzewna jest doskonałym wyborem do różnorodnych zastosowań ze względu na swoje unikalne właściwości. Jest wysoce odporny na korozję, co czyni go idealnym do stosowania w trudnych warunkach, takich jak przemysł morski, lotniczy i chemiczny. W przeciwieństwie do stali i stopów aluminium, stal nierdzewna nie rdzewieje ani nie ulega łatwo korozji, co zwiększa trwałość i niezawodność części.
Stal nierdzewna jest również niezwykle mocna i trwała, porównywalna ze stopami stali, a nawet przewyższająca wytrzymałość stopów aluminium. Dzięki temu jest to doskonała opcja do zastosowań wymagających wytrzymałości i integralności strukturalnej, takich jak motoryzacja, lotnictwo i budownictwo.
Kolejną zaletą stali nierdzewnej jest to, że zachowuje ona swoje właściwości mechaniczne zarówno w wysokich, jak i niskich temperaturach. Ta cecha sprawia, że nadaje się do zastosowań, w których występują ekstremalne zmiany temperatury. Natomiast stopy aluminium mogą wykazywać zmniejszoną wytrzymałość w wysokich temperaturach, a stal może być podatna na korozję w podwyższonych temperaturach.
Stal nierdzewna jest również z natury higieniczna i łatwa w czyszczeniu. Dzięki temu jest to idealny wybór do zastosowań w przemyśle medycznym, farmaceutycznym i spożywczym, gdzie czystość ma kluczowe znaczenie. W przeciwieństwie do stali, stal nierdzewna nie wymaga dodatkowych powłok ani zabiegów, aby zachować swoje właściwości higieniczne.
Chociaż stal nierdzewna ma wiele zalet, nie można ignorować trudności związanych z jej obróbką.
Trudności w obróbce materiałów ze stali nierdzewnej obejmują głównie następujące aspekty:
1. Wysoka siła skrawania i wysoka temperatura skrawania
Materiał ten charakteryzuje się dużą wytrzymałością i znacznymi naprężeniami stycznymi, a podczas skrawania ulega znacznym odkształceniom plastycznym, co skutkuje powstaniem znacznych sił skrawania. Ponadto materiał ma słabą przewodność cieplną, co powoduje wzrost temperatury cięcia. Wysoka temperatura często koncentruje się w wąskim obszarze w pobliżu krawędzi skrawającej narzędzia, co prowadzi do przyspieszonego zużycia narzędzia.
2. Ciężkie hartowanie
Austenityczna stal nierdzewna i niektóre wysokotemperaturowe stale nierdzewne mają strukturę austenityczną. Materiały te mają większą tendencję do twardnienia podczas skrawania, zazwyczaj kilkukrotnie większą niż zwykła stal węglowa. W rezultacie narzędzie skrawające pracuje w obszarze zahartowanym, co skraca żywotność narzędzia.
3. Łatwe do przyklejenia do noża
Zarówno austenityczna stal nierdzewna, jak i martenzytyczna stal nierdzewna mają wspólne cechy wytwarzania mocnych wiórów i generowania wysokich temperatur skrawania podczas przetwarzania. Może to skutkować przyczepnością, spawaniem i innymi zjawiskami sklejania, które mogą zakłócać chropowatość powierzchniczęści obrobione.
4. Przyspieszone zużycie narzędzia
Wymienione powyżej materiały zawierają pierwiastki o wysokiej temperaturze topnienia, są bardzo plastyczne i generują wysokie temperatury skrawania. Czynniki te prowadzą do przyspieszonego zużycia narzędzi, co wymaga częstego ostrzenia i wymiany narzędzi. Wpływa to negatywnie na wydajność produkcji i zwiększa koszty użytkowania narzędzi. Aby temu zaradzić, zaleca się zmniejszenie prędkości i posuwu żyłki cięcia. Dodatkowo najlepiej jest używać narzędzi specjalnie zaprojektowanych do obróbki stali nierdzewnej lub stopów wysokotemperaturowych, a podczas wiercenia i gwintowania stosować chłodzenie wewnętrzne.
Technologia obróbki części ze stali nierdzewnej
Dzięki powyższej analizie trudności w przetwarzaniu technologia przetwarzania i powiązane parametry narzędzi ze stali nierdzewnej powinny znacznie różnić się od zwykłych materiałów ze stali konstrukcyjnej. Specyficzna technologia przetwarzania jest następująca:
1. Obróbka wiertnicza
Podczas wiercenia materiałów ze stali nierdzewnej obróbka otworów może być trudna ze względu na ich słabą przewodność cieplną i mały moduł sprężystości. Aby sprostać temu wyzwaniu, należy dobrać odpowiednie materiały narzędziowe, określić rozsądne parametry geometryczne narzędzia i ustawić wielkość skrawania narzędzia. Do wiercenia tego typu materiałów zalecane są wiertła z materiałów takich jak W6Mo5Cr4V2Al i W2Mo9Cr4Co8.
Wiertła wykonane z materiałów wysokiej jakości mają pewne wady. Są stosunkowo drogie i trudne do kupienia. W przypadku stosowania powszechnie używanego standardowego wiertła ze stali szybkotnącej W18Cr4V występują pewne niedociągnięcia. Na przykład kąt wierzchołkowy jest za mały, powstające wióry są zbyt duże, aby mogły zostać na czas usunięte z otworu, a chłodziwo nie jest w stanie szybko schłodzić wiertła. Ponadto stal nierdzewna, będąc słabym przewodnikiem ciepła, powoduje koncentrację temperatury skrawania na krawędzi skrawającej. Może to łatwo spowodować oparzenia i odpryski na dwóch powierzchniach bocznych i głównej krawędzi, skracając żywotność wiertła.
1) Projektowanie parametrów geometrycznych narzędzia Podczas wiercenia wiertłem W18Cr4V W przypadku używania zwykłego wiertła ze stali szybkotnącej siła skrawania i temperatura skupiają się głównie na końcówce wiertła. Aby poprawić trwałość części tnącej wiertła, możemy zwiększyć kąt wierzchołkowy do około 135°~140°. Zmniejszy to również kąt natarcia zewnętrznej krawędzi i zawęzi wióry wiertnicze, aby ułatwić ich usuwanie. Jednakże zwiększenie kąta wierzchołkowego spowoduje poszerzenie krawędzi dłuta wiertła, co spowoduje większy opór skrawania. Dlatego musimy szlifować krawędź dłuta wiertła. Po szlifowaniu kąt skosu krawędzi dłuta powinien wynosić od 47° do 55°, a kąt natarcia powinien wynosić 3°~5°. Podczas szlifowania krawędzi dłuta należy zaokrąglić narożnik pomiędzy krawędzią tnącą a powierzchnią cylindryczną, aby zwiększyć wytrzymałość krawędzi dłuta.
Materiały ze stali nierdzewnej mają mały moduł sprężystości, co oznacza, że metal pod warstwą wiórów charakteryzuje się dużym powrotem sprężystym i umocnieniem podczas obróbki. Jeżeli kąt przyłożenia będzie zbyt mały, przyspieszy się zużycie powierzchni bocznej wiertła, wzrośnie temperatura skrawania i zmniejszy się żywotność wiertła. Dlatego konieczne jest odpowiednie zwiększenie kąta przyłożenia. Jeśli jednak kąt przyłożenia będzie zbyt duży, główna krawędź wiertła stanie się cienka, a sztywność głównej krawędzi zmniejszy się. Ogólnie preferowany jest kąt przyłożenia wynoszący 12° do 15°. Aby zawęzić wióry wiertnicze i ułatwić ich usuwanie, konieczne jest również otwarcie naprzemiennych rowków wiórowych na dwóch powierzchniach bocznych wiertła.
2) Przy doborze wielkości skrawania do wiercenia, przy wyborze punktu wyjścia przy cięciu należy obniżyć temperaturę skrawania. Skrawanie z dużymi prędkościami powoduje podwyższoną temperaturę skrawania, co z kolei zwiększa zużycie narzędzia. Dlatego najważniejszym aspektem cięcia jest dobór odpowiedniej prędkości cięcia. Ogólnie zalecana prędkość cięcia wynosi 12-15 m/min. Z drugiej strony posuw ma niewielki wpływ na trwałość narzędzia. Jeżeli jednak posuw będzie zbyt mały, narzędzie będzie wcinać się w zahartowaną warstwę, co pogłębia zużycie. Jeśli posuw jest zbyt duży, chropowatość powierzchni również ulegnie pogorszeniu. Biorąc pod uwagę powyższe dwa czynniki, zalecany posuw wynosi od 0,32 do 0,50 mm/obr.
3) Dobór chłodziwa: Aby obniżyć temperaturę skrawania podczas wiercenia, jako czynnik chłodzący można zastosować emulsję.
2. Obróbka rozwiercania
1) Podczas rozwiercania materiałów ze stali nierdzewnej powszechnie stosuje się rozwiertaki węglikowe. Budowa i parametry geometryczne rozwiertaka różnią się od rozwiertaków zwykłych. Aby zapobiec zatykaniu się wiórów podczas rozwiercania i zwiększyć wytrzymałość zębów frezu, liczba zębów rozwiertaka jest zwykle utrzymywana na stosunkowo niskim poziomie. Kąt natarcia rozwiertaka wynosi zwykle od 8° do 12°, chociaż w niektórych szczególnych przypadkach można zastosować kąt natarcia od 0° do 5°, aby osiągnąć rozwiercanie z dużą prędkością. Kąt przyłożenia wynosi zazwyczaj około 8° do 12°.
Główny kąt deklinacji dobierany jest w zależności od otworu. Ogólnie rzecz biorąc, dla otworu przelotowego kąt wynosi od 15° do 30°, natomiast dla otworu nieprzelotowego wynosi on 45°. Aby odprowadzać wióry do przodu podczas rozwiercania, kąt nachylenia krawędzi można zwiększyć o około 10° do 20°. Szerokość ostrza powinna wynosić od 0,1 do 0,15 mm. Odwrócony stożek rozwiertaka powinien być większy niż w przypadku zwykłych rozwiertaków. Rozwiertaki węglikowe mają zazwyczaj średnicę od 0,25 do 0,5 mm/100 mm, natomiast rozwiertaki ze stali szybkotnącej mają zbieżność od 0,1 do 0,25 mm/100 mm.
Część korekcyjna rozwiertaka wynosi zazwyczaj od 65% do 80% długości zwykłych rozwiertaków. Długość części cylindrycznej wynosi zwykle 40% do 50% długości zwykłych rozwiertaków.
2) Podczas rozwiercania ważny jest dobór odpowiedniej wielkości posuwu, która powinna mieścić się w przedziale od 0,08 do 0,4 mm/obr oraz prędkości skrawania, która powinna wynosić od 10 do 20 m/min. Naddatek na rozwiercenie zgrubne powinien wynosić od 0,2 do 0,3 mm, natomiast naddatek na rozwiercenie dokładne powinien wynosić od 0,1 do 0,2 mm. Do rozwiercania zgrubnego zaleca się stosowanie narzędzi węglikowych, a do rozwiercania dokładnego narzędzi ze stali szybkotnącej.
3) Przy wyborze chłodziwa do rozwiercania materiałów ze stali nierdzewnej jako czynnik chłodzący można zastosować olej z układu total loss lub dwusiarczek molibdenu.
3. Nudne przetwarzanie
1) Przy wyborze materiału narzędziowego do obróbki części ze stali nierdzewnej należy wziąć pod uwagę dużą siłę skrawania i temperaturę. Zalecane są węgliki o dużej wytrzymałości i dobrej przewodności cieplnej, takie jak węglik YW lub YG. Do obróbki wykańczającej można zastosować także płytki węglikowe YT14 i YT15. Narzędzia do materiałów ceramicznych można wykorzystać do przetwarzania wsadowego. Należy jednak pamiętać, że materiały te charakteryzują się dużą wytrzymałością i dużym umocnieniem przez zgniot, co powoduje wibrację narzędzia i może skutkować mikroskopijnymi wibracjami ostrza. Dlatego przy wyborze narzędzi ceramicznych do cięcia tych materiałów należy wziąć pod uwagę mikroskopijną wytrzymałość. Obecnie lepszym wyborem jest materiał α/βSialon ze względu na jego doskonałą odporność na odkształcenia w wysokiej temperaturze i zużycie dyfuzyjne. Jest z powodzeniem stosowany do cięcia stopów na bazie niklu, a jego żywotność znacznie przewyższa ceramikę na bazie Al2O3. Ceramika wzmocniona wąsami SiC jest również skutecznym materiałem narzędziowym do cięcia stali nierdzewnej lub stopów na bazie niklu.
Do obróbki hartowanych części wykonanych z tych materiałów zalecane są ostrza CBN (sześcienny azotek boru). CBN ustępuje jedynie diamentowi pod względem twardości, a jego poziom twardości może osiągnąć 7000 ~ 8000HV. Ma wysoką odporność na zużycie i wytrzymuje wysokie temperatury skrawania do 1200°C. Ponadto jest chemicznie obojętny i nie wchodzi w interakcje chemiczne z metalami z grupy żelaza w temperaturach od 1200 do 1300°C, co czyni go idealnym do obróbki materiałów ze stali nierdzewnej. Jego żywotność może być kilkadziesiąt razy dłuższa niż w przypadku narzędzi węglikowych lub ceramicznych.
2) Zaprojektowanie parametrów geometrycznych narzędzia ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia wydajnej wydajności skrawania. Narzędzia węglikowe wymagają większego kąta natarcia, aby zapewnić płynny proces cięcia i dłuższą żywotność narzędzia. Kąt natarcia powinien wynosić około 10° do 20° w przypadku obróbki zgrubnej, 15° do 20° w przypadku obróbki półwykańczającej i 20° do 30° w przypadku obróbki wykańczającej. Główny kąt odchylenia należy wybrać w oparciu o sztywność układu technologicznego, w zakresie od 30° do 45° dla dobrej sztywności i od 60° do 75° dla słabej sztywności. Gdy stosunek długości do średnicy przedmiotu obrabianego przekracza dziesięciokrotność, główny kąt odchylenia może wynosić 90°.
W przypadku wytaczania materiałów ze stali nierdzewnej za pomocą narzędzi ceramicznych do skrawania zwykle stosuje się ujemny kąt natarcia, mieszczący się w zakresie od -5° do -12°. Pomaga to wzmocnić ostrze i pozwala w pełni wykorzystać wysoką wytrzymałość narzędzi ceramicznych na ściskanie. Rozmiar kąta przyłożenia ma bezpośredni wpływ na zużycie narzędzia i wytrzymałość ostrza, w zakresie od 5° do 12°. Zmiany głównego kąta odchylenia wpływają na promieniowe i osiowe siły skrawania oraz szerokość i grubość skrawania. Ponieważ wibracje mogą być szkodliwe dla ceramicznych narzędzi skrawających, główny kąt odchylenia powinien być tak dobrany, aby zredukować wibracje, zwykle w zakresie od 30° do 75°.
Jeżeli jako materiał narzędzia stosowany jest CBN, parametry geometryczne narzędzia powinny obejmować kąt natarcia od 0° do 10°, kąt przyłożenia od 12° do 20° i główny kąt odchylenia od 45° do 90°.
3) Podczas ostrzenia powierzchni natarcia ważne jest, aby wartość chropowatości była mała. Dzieje się tak dlatego, że gdy narzędzie ma małą wartość chropowatości, pomaga to zmniejszyć opór przepływu wiórów skrawających i pozwala uniknąć problemu przyklejania się wiórów do narzędzia. Aby zapewnić małą wartość chropowatości, zaleca się dokładne przeszlifowanie przedniej i tylnej powierzchni narzędzia. Pomoże to również uniknąć przyklejania się wiórów do noża.
4) Ważne jest, aby krawędź tnąca narzędzia była ostra, aby zmniejszyć utwardzanie przez zgniot. Dodatkowo wielkość posuwu i ilość wcięcia wstecznego powinny być rozsądne, aby uniknąć wcinania się narzędzia w hartowaną warstwę, co mogłoby mieć negatywny wpływ na żywotność narzędzia.
5) Podczas pracy ze stalą nierdzewną należy zwrócić uwagę na proces szlifowania łamacza wióra. Wióry te są znane ze swojej wytrzymałości i wytrzymałości, dlatego łamacz wiórów na powierzchni natarcia narzędzia powinien być odpowiednio oszlifowany. Ułatwi to łamanie, trzymanie i usuwanie wiórów podczas procesu cięcia.
6) Podczas cięcia stali nierdzewnej zaleca się stosowanie niskich prędkości i dużych ilości posuwu. W przypadku wytaczania narzędziami ceramicznymi wybór właściwej wielkości skrawania ma kluczowe znaczenie dla optymalnej wydajności. W przypadku cięcia ciągłego wielkość skrawania należy wybrać na podstawie zależności pomiędzy trwałością na zużycie a wielkością skrawania. W przypadku obróbki przerywanej odpowiednią wielkość skrawania należy określić na podstawie wzoru złamania narzędzia.
Ponieważ narzędzia ceramiczne charakteryzują się doskonałą odpornością na ciepło i zużycie, wpływ wielkości skrawania na trwałość narzędzia nie jest tak znaczący jak w przypadku narzędzi węglikowych. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku narzędzi ceramicznych prędkość posuwu jest najbardziej wrażliwym czynnikiem wpływającym na pękanie narzędzia. Dlatego też podczas wytaczania części ze stali nierdzewnej należy wybierać dużą prędkość skrawania, dużą głębokość skrawania wstecznego i stosunkowo mały posuw, w zależności od materiału przedmiotu obrabianego i mocy obrabiarki, sztywności systemu procesowego i wytrzymałości ostrza.
7) Podczas pracy ze stalą nierdzewną ważny jest wybór odpowiedniego chłodziwa, aby zapewnić pomyślne wytaczanie. Stal nierdzewna jest podatna na sklejanie i słabo odprowadza ciepło, dlatego wybrany płyn obróbkowy musi mieć dobrą odporność na wiązanie i dobre właściwości rozpraszania ciepła. Można na przykład zastosować płyn obróbkowy o dużej zawartości chloru.
Ponadto dostępne są roztwory wodne niezawierające olejów mineralnych i azotanów, które mają dobre działanie chłodzące, czyszczące, antykorozyjne i smarujące, takie jak syntetyczny płyn obróbkowy H1L-2. Stosując odpowiedni płyn obróbkowy, można przezwyciężyć trudności związane z obróbką stali nierdzewnej, co skutkuje wydłużeniem trwałości narzędzia podczas wiercenia, rozwiercania i wytaczania, ograniczeniem konieczności ostrzenia i wymiany narzędzi, poprawą wydajności produkcji i wyższą jakością obróbki otworów. Może to ostatecznie zmniejszyć pracochłonność i koszty produkcji, jednocześnie osiągając zadowalające wyniki.
W Anebon naszą ideą jest priorytetowe traktowanie jakości i uczciwości, zapewnianie szczerej pomocy i dążenie do obopólnego zysku. Naszym celem jest konsekwentne tworzenie doskonałościtoczone części metalowei mikroCzęści frezowane CNC. Cenimy Twoje zapytanie i odpowiemy tak szybko, jak to możliwe.
Czas publikacji: 24 kwietnia 2024 r