CNC obrábění nerezové oceli: Typ, výzvy a řešení

Typy nerezové oceli

Austenitická nerezová ocel

běžně se používá austenitická nerezová ocel. Jsou známé tím, že nerezaví, jsou pružné a snadno se svařují. Není magnetická a zahříváním ji nelze zpevnit. Austenitické oceli jsou typy 304 a 316. Tyto oceli se používají v mnoha různých typech nástrojů, například v plynových motorech pro továrny a budovy.

Feritická nerezová ocel

Feritické nerezové oceli obsahují přibližně 12 % chromu a jsou magnetické díky své kubické struktuře zrn s tělesovým středem. Mají menší korozní a tepelnou odolnost než austenitické oceli, ale jsou odolnější proti koroznímu praskání. Feritické oceli, jako jsou typy 430 a 446, se široce používají v automobilových dílech a kuchyňských spotřebičích.

Martenzitická nerezová ocel

Martenzitické nerezové oceli se vyznačují velkou tvrdostí a pevností, kterou lze zvýšit tepelným zpracováním. Obvykle mají horší odolnost proti korozi než austenitické a feritické oceli. Martenzitické oceli, jako jsou typy 410 a 420, se díky svým kalícím a popouštěcím vlastnostem používají v nožířství, chirurgických nástrojích a ventilech.

Duplexní nerezová ocel

Duplexní nerezové oceli mají složení, které je směsí austenitické a feritické fáze. Díky tomu jsou pevnější a lépe odolávají koroznímu praskání. Obsahují také méně molybdenu a niklu než austenitické typy, což je činí levnějšími. Duplexní druhy, jako jsou 2205 a 2507, se používají v ropném a plynárenském průmyslu, v chemických procesech a v lodním průmyslu.

Precipitační kalení nerezové oceli

Nerezové oceli vytvrzované srážením (PH oceli) se vyznačují vysokou pevností a vynikající odolností proti korozi. Tepelným zpracováním je lze zpevnit a zvýšit jejich mez kluzu. Mezi běžné třídy PH patří 17-4 PH a 15-5 PH, které se díky své vysoké odolnosti a spolehlivosti používají v leteckých komponentech, ropných a plynových zařízeních a jaderných reaktorech.

Výběr správné třídy slitin nerezové oceli

SS Grade 17-4

Třída SS 17-4 je martenzitická nerezová ocel s vysokou pevností a vynikající odolností proti korozi. Obsahuje až 30 % chrómu, díky čemuž je odolnější. Schopnost této slitiny odolávat nepříznivým podmínkám a vysokým zátěžím ji předurčuje k použití v ropném a plynárenském průmyslu, v leteckých turbínách a jaderných reaktorech.

SS303

SS303 je austenitická nerezová ocel, se kterou se velmi snadno pracuje. Není příliš drahá a nerezaví, takže ji spousta lidí používá k výrobě matic, šroubů, vrutů, součástí letadel a elektrických zařízení. Nelze ji však používat v mořském prostředí a zahříváním se nezpevňuje.

SS304

SS304 je jednou z nejoblíbenějších dostupných tříd nerezové oceli. Nabízí vynikající svařitelnost, obrobitelnost a odolnost proti korozi. Díky tomu je použitelná pro širokou škálu aplikací, včetně architektury, výměníků tepla, potravinářských zařízení a automobilových dílů. Navzdory své pružnosti podléhá ocel SS304 za určitých podmínek koroznímu praskání pod napětím.

SS416

SS416 je považována za nejlépe obrobitelnou nerezovou ocel. Má střední odolnost proti korozi a vysokou obrobitelnost, takže je ideální pro matice, šrouby, hřídele, ozubená kola, ventily a čerpadla. Může však být vhodnější pro mořské prostředí nebo prostředí nasycené chlorem, stejně jako má lepší svařitelnost.

Výhody nerezové oceli při CNC obrábění

Vysoká pevnost v tahu

Vysoká pevnost v tahu znamená, že nerezová ocel zvládne silné tahové nebo ohybové síly, aniž by se zlomila. Tato vlastnost je velmi důležitá pro věci, které se v průběhu své životnosti často ohýbají a válcují. Nerezová ocel je pevnější než měkká ocel, mosaz a hliník. Díky tomu je skvělou volbou pro díly, které musí být pevné a dlouho vydržet.

Stabilita při nízkých teplotách

Určité druhy nerezové oceli jsou stabilní i při nízkých teplotách. Například austenitické oceli si zachovávají výjimečnou houževnatost a pevnost v tahu i při teplotách pod 0 °C. Díky tomu je nerezová ocel vhodná pro použití v kryogenních podmínkách. Tuto vlastnost však nemají všechny třídy nerezové oceli, proto je rozhodující vybrat tu správnou pro vaše konkrétní požadavky.

Odolnost proti korozi

Skutečnost, že nerezová ocel nerezaví, je jednou z jejích nejlepších vlastností. Nerezaví ani nezanechává skvrny, ani když je vystavena působení vody, chemikálií a vysokých či nízkých teplot. Protože nerezová ocel obsahuje chrom, který na vrchní straně vytváří chráněnou vrstvu, je pevná. Nerezová ocel je tedy skvělá pro vnitřní i venkovní použití, protože dlouho vydrží a nepotřebuje velkou údržbu.

Úskalí CNC obrábění nerezové oceli

Problémy s přehříváním

Nerezová ocel má nízkou tepelnou vodivost, proto se při obrábění rychle zahřívá. Toto rychlé zahřívání může poškodit nerezovou ocel i použité nástroje. Přehřátí může způsobit opotřebení nástroje, snížení přesnosti a případně i deformaci materiálu. Účinné řízení tepla je rozhodující pro zachování kvality obráběných předmětů.

Obtížnost povrchové úpravy

Dosažení správné povrchové úpravy u součástí z nerezové oceli může být obtížné. Na rozdíl od jiných kovů ovlivňuje povrchová úprava nerezové oceli nejen její vzhled, ale také odolnost proti korozi, elektrické vlastnosti a svařitelnost. Volba správných postupů povrchové úpravy a zachování přesnosti jsou rozhodující pro zajištění toho, aby hotový výrobek splňoval požadované normy.

Vyžaduje se vysoká technická odbornost

Obrábění nerezové oceli vyžaduje pokročilé technické dovednosti a znalosti. Nevhodný řezný nástroj, rychlost nebo technika mohou materiál rychle poškodit. Schopnost nerezové oceli pracovat tvrdě a její trvanlivost z ní činí pro stroje obtížný materiál. K dosažení optimálních výsledků je proto zapotřebí vyškolený personál a vybavení.

Překonávání problémů při obrábění nerezové oceli

Výběr správných nástrojů

Výběr správných nástrojů je pro úspěšné obrábění nerezové oceli zásadní. Vysoce kvalitní frézy a vrtáky, například z molybdenové nebo wolframové rychlořezné oceli (HSS), vydrží namáhání při práci s malým opotřebením. Tyto nástroje také zvyšují lesk povrchu. Vyhněte se používání nástrojů, které se rychle opotřebovávají, protože snižují rychlost obrábění a zvyšují výrobní náklady.

Řízení výroby tepla

Řízení tepla má zásadní význam pro prevenci problémů se strojem. Chcete-li efektivně řídit teplo, snižte řeznou rychlost a použijte chladicí kapaliny. Chladicí kapaliny pomáhají rozptylovat teplo a udržovat materiál v neporušeném stavu. Pokud se materiál začne při obrábění přehřívat, je lepší jej zastavit a nechat vychladnout, než budete pokračovat. Tato metoda zvyšuje přesnost a zabraňuje poškození.

Řízení tvorby čipů

Tvorba třísek může být při řezání nerezové oceli velkým problémem. Používání cyklů klování a lámání třísek zlepšuje tvorbu třísek a zabraňuje vzniku dlouhých, vláknitých třísek. Důležitá je také pravidelná kontrola opotřebení nástrojů, protože opotřebované nástroje vytvářejí více třísek. Zavedení těchto zásad může zvýšit efektivitu procesu obrábění a zároveň zlepšit kvalitu hotového výrobku.

Obvyklé problémy a jejich řešení při obrábění nerezové oceli

Přehřátí

Vzhledem ke své špatné tepelné vodivosti je nerezová ocel náchylná k přehřívání při obrábění. To může způsobit opotřebení nástroje a deformaci materiálu. Abyste zabránili přehřátí, sledujte teplotu obrobku a používejte vhodné chladicí kapaliny. Snížení řezné rychlosti a používání ostrých nástrojů může rovněž pomoci s hromaděním tepla.

Nástrojové opotřebení

Nerezová ocel je tuhý materiál, který může způsobit rychlé opotřebení nástroje. Vysoce kvalitní nástroje s dlouhou životností, jako je rychlořezná ocel (HSS) nebo cementované karbidy, mohou prodloužit životnost nástroje. Pravidelná kontrola a výměna opotřebovaných nástrojů je zásadní pro zachování přesnosti obrábění a zamezení vzniku vad v hotovém výrobku.

Řízení čipů

Tvorba třísek může být při řezání nerezové oceli problémem, protože se vytvářejí dlouhé, vláknité třísky, které mohou stroj zaseknout. Se zvládáním třísek může pomoci zavádění odlamovacích cyklů a nástrojů na odlamování třísek. Zajištění správného systému odvodu třísek podporuje hladký provoz a snižuje poškození stroje.

Řešení pro efektivní CNC obrábění nerezové oceli

Výběr vhodných materiálů pro nářadí

Pro efektivní řezání nerezové oceli je rozhodující výběr vhodných materiálů nástrojů.

Vysokootáčková ocel (HSS)

Nástroje z rychlořezné oceli jsou pevné a odolávají vysokým teplotám bez ztráty tvrdosti. Jsou vhodné pro různé obráběcí procesy, jako je vrtání a frézování.

Cementované karbidy

Nástroje z cementovaného karbidu jsou skvělou volbou k HSS, pokud jsou potřeba vyšší posuvy nebo rychlosti. Tyto nástroje vytvářejí vynikající lesk a mají delší životnost, takže jsou ideální pro vysoce produktivní prostředí.

Optimalizace geometrie nástroje

Geometrie nástroje má zásadní význam pro efektivitu obráběcích operací.

Hrubovací nástroje

Hrubovací nástroje jsou určeny k rychlému odebírání velkého množství materiálu. Vyznačují se pevnou konstrukcí, která odolává vysokému namáhání v počátečních fázích obrábění.

Dokončovací nástroje

Dokončovací nástroje mají jemnější geometrii, což vede k lepší povrchové úpravě. Používají se v závěrečných fázích obrábění k dosažení požadované přesnosti a krásy.

Nástroje na drážkování

Drážkovací nástroje jsou určeny k vytváření drážek v materiálech. Mají jedinečnou konstrukci, která umožňuje rychlý odvod třísek a přesné řezání.

Vysoce účinné frézovací nástroje

Vysoce účinné frézovací nástroje jsou navrženy tak, aby zvyšovaly produkci při zachování přesnosti. Poskytují vyšší řezné rychlosti a vynikající kvalitu povrchu.

Řízení řezných parametrů

Správná kontrola řezných parametrů je pro úspěšné obrábění klíčová.

Rychlost řezání (SFM)

Udržování správné řezné rychlosti podporuje efektivní úběr materiálu a zároveň snižuje opotřebení nástroje. Otáčky nastavte v závislosti na tvrdosti materiálu a typu operace.

Sazba krmiva

Chcete-li dosáhnout rovnováhy mezi účinností řezání a životností nástroje, nastavte rychlost posuvu. Vyšší rychlost posuvu může zvýšit produktivitu, ale při nesprávném použití může také zvýšit opotřebení nástroje.

Hloubka řezu

Hloubka řezu by měla být stanovena tak, aby na nástroj nebo materiál nepůsobila nadměrná síla. Jde o dosažení rovnováhy, která umožňuje účinný úběr materiálu, aniž by byla ohrožena celistvost nástroje.

Použití chladicích kapalin

Chladicí kapaliny hrají zásadní roli při řízení tvorby tepla během obrábění. Pomáhají:

• Snížení tření mezi řezným nástrojem a materiálem.
• Snižte teplotu řezné zóny.
• Zlepšete životnost nástroje minimalizací opotřebení.
• Zlepšete kvalitu povrchu tím, že zabráníte přehřátí a deformaci materiálu.

Předcházení deformaci obrobku

Aby nedošlo k deformaci obrobku, je nutné:

• Pro minimalizaci vibrací používejte tuhé nastavení nástrojů.
• Dbejte na správné upnutí, aby byl obrobek bezpečně držen na místě.
• Sledujte a upravujte parametry řezání, abyste zabránili působení nadměrné síly na obrobek.

Možnosti povrchové úpravy nerezové oceli

Leštění

Leštění je způsob leštění povrchu spár nerezové oceli. Vytváří hladký, lesklý povrch. Většina součástí z nerezové oceli má zrcadlový povrch #3, #4 nebo #8. Zrcadlový povrch je oblíbený, protože odráží světlo a vytváří leštěný, elegantní vzhled. Leštěné povrchové úpravy se běžně používají tam, kde je důležitá estetika, například u spotřebního zboží a dekorativních předmětů.

Odstřelování a nakládání

K dosažení matného povrchu se používá tryskání a moření. Tento proces zahrnuje mechanické čištění tryskáním kuličkami a následné chemické čištění v pasivační nádrži z nerezové oceli. Výsledkem je moderní, průmyslový vzhled, který dokáže zakrýt nedokonalosti. Tato povrchová úprava je oblíbená pro námořní projekty a další aplikace vystavené drsným povětrnostním podmínkám.

Brushing

Kartáčovaná nerezová ocel vzniká mírným odíráním, které jí dodává výrazný vzhled. Kartáčovaná povrchová úprava je stříbrošedá s tenkými liniemi, které se táhnou po celém povrchu. Tato povrchová úprava neodráží světlo tolik jako leštěná povrchová úprava, což vede k decentnějšímu a rafinovanějšímu vzhledu. Běžně se používá u spotřebičů, architektonických prvků a v interiérech.

Etching

Leptání je proces nanášení chemických látek na povrch nerezové oceli za účelem vytvoření vzorů nebo textur. Výsledkem této techniky mohou být složité vzory, které jsou jak ozdobné, tak praktické. Leptané povrchové úpravy se hojně používají v nápisech, uměleckých instalacích a zakázkovém kování. Tento proces umožňuje kreativní přizpůsobení a může zlepšit vizuální atraktivitu předmětů z nerezové oceli.

Elektrolytické pokovování

Galvanické pokovování je proces přidávání tenké vrstvy jiného kovu na povrch nerezové oceli pomocí elektrického proudu. Tento postup může zvýšit korozní odolnost a estetiku nerezové oceli. Chrom, nikl a zlato jsou běžné kovy používané při galvanickém pokovování. Galvanické povlaky jsou široce používány v automobilovém průmyslu, šperkařství a spotřební elektronice, protože zvyšují odolnost a vizuální přitažlivost.

Faktory, které je třeba zvážit při výběru nerezové oceli

Pevnost v tahu

Při výběru nerezové oceli pro projekt je důležitá pevnost v tahu. Pochopení tlaků a zatížení, kterým budou součásti vystaveny, pomáhá při výběru materiálu, který tato namáhání vydrží, aniž by došlo k jeho selhání. Porovnání pevnosti v tahu různých tříd vám pomůže vyloučit nevhodná řešení.

Požadavky na tvrdost

Pokud váš projekt vyžaduje komponenty s určitou tvrdostí, zjistěte, zda lze materiál tepelně upravit, aby získal požadované vlastnosti. Austenitické nerezové oceli nelze tepelně zpevnit, což může omezit jejich použití v některých aplikacích. Pro špičkový výkon je rozhodující vyvážení tvrdosti s ostatními mechanickými vlastnostmi.

Magnetické vlastnosti

U projektů týkajících se magnetismu je důležité si uvědomit, že austenitické nerezové oceli jsou díky své mikrostruktuře nemagnetické. Naproti tomu feritické a martenzitické nerezové oceli jsou magnetické. Tento rozdíl je důležitý pro aplikace v elektronických součástkách a lékařských přístrojích, kde je třeba omezit magnetické rušení.

Úvahy o nákladech

Přestože náklady jsou vždy důležitým faktorem, je důležité zkoumat celkové náklady na projekt, nikoli pouze výdaje na materiál. Snižte množství obráběcích procesů a zjednodušte konstrukce součástí, abyste ušetřili peníze. Dále se vyhněte požadavkům na příliš specializované třídy nebo značkové materiály, protože by mohly zvýšit ceny a dodací lhůty.

Závěr

Nerezová ocel je vynikajícím materiálem pro CNC obrábění, protože je pevná, odolná proti korozi a vizuálně atraktivní. Její vysoká pevnost v tahu, stabilita při nízkých teplotách a schopnost snášet nepříznivé podmínky z ní činí ideální volbu pro různé aplikace. Přináší však také obtíže, jako je přehřívání, opotřebení nástrojů a dosažení správné kvality povrchu.

Protože řezání nerezové oceli je velmi obtížné, je velmi důležité spolupracovat s důvěryhodnou a kvalifikovanou CNC dílnou. Problémy, které s tím souvisejí, mohou vyřešit kvalifikovaní obráběči, kteří mají správné nástroje a know-how. Správná dílna bude vědět, jak vybrat správné materiály, kontrolovat nastavení řezu, řídit teplo a zavést účinná opatření pro kontrolu třísek.