CNC obrábanie nehrdzavejúcej ocele: Typ, výzvy a riešenia

Typy nehrdzavejúcej ocele

Austenitická nehrdzavejúca oceľ

bežne sa používa austenitická nehrdzavejúca oceľ. Sú známe tým, že nehrdzavejú, sú pružné a ľahko sa zvárajú. Nie je magnetická a nedá sa spevniť zahrievaním. Austenitické ocele sú typy 304 a 316. Tieto ocele sa používajú v mnohých rôznych typoch náradia, napríklad v plynových motoroch pre továrne a budovy.

Feritická nehrdzavejúca oceľ

Feritické nehrdzavejúce ocele majú približne 12 % chrómu a sú magnetické vďaka svojej kubickej štruktúre zŕn s centrovaným telesom. Majú menšiu odolnosť proti korózii a teplu ako austenitické ocele, ale sú odolnejšie proti koróznemu praskaniu pod napätím. Feritické ocele, ako napríklad typy 430 a 446, sa široko používajú v automobilových súčiastkach a kuchynských spotrebičoch.

Martenzitická nehrdzavejúca oceľ

Martenzitické nehrdzavejúce ocele sa vyznačujú veľkou tvrdosťou a pevnosťou, ktorú možno zvýšiť tepelným spracovaním. Zvyčajne majú horšiu odolnosť proti korózii ako austenitické a feritické ocele. Martenzitické ocele, ako sú typy 410 a 420, sa používajú v nožiarstve, chirurgických nástrojoch a ventiloch vďaka svojim vlastnostiam pri kalení a popúšťaní.

Duplex z nehrdzavejúcej ocele

Duplexné nehrdzavejúce ocele majú zloženie, ktoré je zmesou austenitických a feritických fáz. Vďaka tomu sú pevnejšie a lepšie odolávajú korózii pod napätím. Obsahujú tiež menej molybdénu a niklu ako austenitické typy, vďaka čomu sú lacnejšie. Ľudia používajú duplexné druhy, ako sú 2205 a 2507, v ropnom a plynárenskom priemysle, v chemických procesoch a v lodnom priemysle.

Precipitačné kalenie nehrdzavejúcej ocele

Nehrdzavejúce ocele vytvrdzované zrážaním (PH ocele) sa vyznačujú vysokou pevnosťou a vynikajúcou odolnosťou proti korózii. Tepelným spracovaním sa dajú vytvrdiť a zvýšiť ich medza klzu. Medzi bežné triedy PH patria 17-4 PH a 15-5 PH, ktoré sa vďaka svojej vysokej odolnosti a spoľahlivosti používajú v leteckých súčiastkach, ropných a plynových zariadeniach a jadrových reaktoroch.

Výber správnej triedy zliatiny nehrdzavejúcej ocele

SS Trieda 17-4

Trieda SS 17-4 je martenzitická nehrdzavejúca oceľ s vysokou pevnosťou a vynikajúcou odolnosťou proti korózii. Obsahuje až 30 % chrómu, vďaka čomu je odolnejšia. Schopnosť tejto zliatiny odolávať nepriaznivým prostrediam a vysokým záťažiam ju predurčuje na použitie v ropnom a plynárenskom priemysle, leteckých turbínach a jadrových reaktoroch.

SS303

SS303 je austenitická nehrdzavejúca oceľ, s ktorou sa veľmi ľahko pracuje. Nie je príliš drahá a nehrdzavie, preto ju veľa ľudí používa na výrobu matíc, skrutiek, skrutiek, častí lietadiel a elektrických zariadení. Nemôže sa však používať v morskom prostredí a jej zahrievaním sa nezvýši jej tvrdosť.

SS304

SS304 je jednou z najobľúbenejších dostupných tried nehrdzavejúcej ocele. Vyznačuje sa vynikajúcou zvariteľnosťou, obrobiteľnosťou a odolnosťou proti korózii. Vďaka tomu je užitočná pre širokú škálu aplikácií vrátane architektúry, výmenníkov tepla, zariadení na spracovanie potravín a automobilových dielov. Napriek svojej pružnosti podlieha oceľ SS304 za určitých podmienok korózii pod napätím.

SS416

SS416 sa považuje za najobrobiteľnejšiu nehrdzavejúcu oceľ. Má strednú odolnosť proti korózii a vysokú obrobiteľnosť, takže je ideálna na matice, skrutky, hriadele, ozubené kolesá, ventily a čerpadlá. Môže však byť vhodnejšia do morského prostredia alebo prostredia nasýteného chlórom, ako aj má lepšiu zvariteľnosť.

Výhody nehrdzavejúcej ocele pri CNC obrábaní

Vysoká pevnosť v ťahu

Vysoká pevnosť v ťahu znamená, že nehrdzavejúca oceľ znesie silné ťahové alebo ohybové sily bez toho, aby sa zlomila. Táto vlastnosť je veľmi dôležitá pre veci, ktoré sa budú počas svojej životnosti často ohýbať a pretáčať. Nerezová oceľ je pevnejšia ako mäkká oceľ, mosadz a hliník. Vďaka tomu je skvelou voľbou pre diely, ktoré musia byť pevné a dlho vydržať.

Stabilita pri nízkych teplotách

Určité triedy nehrdzavejúcej ocele sú stabilné aj pri nízkych teplotách. Austenitické ocele si napríklad zachovávajú výnimočnú húževnatosť a pevnosť v ťahu pri teplotách nižších ako 0 °C. Vďaka tomu je nehrdzavejúca oceľ vhodná na použitie v kryogénnych podmienkach. Nie všetky triedy nehrdzavejúcej ocele však majú túto vlastnosť, preto je rozhodujúci výber tej správnej pre vaše špecifické požiadavky.

Odolnosť proti korózii

Jednou z najlepších vlastností nehrdzavejúcej ocele je, že nehrdzavie. Nehrdzavie ani nefarbí, ani keď je vystavená vode, chemikáliám a vysokým alebo nízkym teplotám. Pretože nehrdzavejúca oceľ obsahuje chróm, ktorý na jej vrchnej strane vytvára chránenú vrstvu, je pevná. Nerezová oceľ je teda skvelá na použitie v interiéri aj exteriéri, pretože dlho vydrží a nepotrebuje veľkú údržbu.

Výzvy pri CNC obrábaní nehrdzavejúcej ocele

Problémy s prehrievaním

Nerezová oceľ má nízku tepelnú vodivosť, preto sa pri obrábaní rýchlo zahrieva. Toto rýchle nahromadenie tepla môže poškodiť nehrdzavejúcu oceľ aj použité nástroje. Prehriatie môže spôsobiť opotrebovanie nástroja, zníženie presnosti a prípadne deformáciu materiálu. Účinné riadenie tepla je rozhodujúce pre zachovanie kvality obrábaných predmetov.

Obtiažnosť povrchovej úpravy

Dosiahnutie správnej povrchovej úpravy komponentov z nehrdzavejúcej ocele môže byť náročné. Na rozdiel od iných kovov povrchová úprava nehrdzavejúcej ocele ovplyvňuje nielen jej vzhľad, ale aj odolnosť proti korózii, elektrické vlastnosti a zvariteľnosť. Výber správnych dokončovacích procesov a zachovanie presnosti sú rozhodujúce pre zabezpečenie toho, aby hotový výrobok spĺňal požadované normy.

Vyžaduje sa vysoká technická odbornosť

Obrábanie nehrdzavejúcej ocele si vyžaduje pokročilé technické zručnosti a porozumenie. Nevhodný rezný nástroj, rýchlosť alebo technika môžu rýchlo poškodiť materiál. Schopnosť nehrdzavejúcej ocele pracovať tvrdo a jej trvanlivosť z nej robia náročný materiál pre stroje. Na dosiahnutie optimálnych výsledkov je preto potrebný vyškolený personál a vybavenie.

Prekonávanie výziev pri obrábaní nehrdzavejúcej ocele

Výber správnych nástrojov

Výber správnych nástrojov je rozhodujúci pre úspešné obrábanie nehrdzavejúcej ocele. Vysokokvalitné stopkové frézy a vrtáky, napríklad z molybdénovej alebo volfrámovej rýchloreznej ocele (HSS), vydržia namáhanie pri práci s malým opotrebovaním. Tieto nástroje tiež zvyšujú lesk povrchu. Vyhnite sa používaniu nástrojov, ktoré sa rýchlo opotrebúvajú, pretože znižujú rýchlosť obrábania a zvyšujú výrobné náklady.

Riadenie výroby tepla

Riadenie tepla je rozhodujúce pri predchádzaní problémom so strojom. Ak chcete efektívne riadiť teplo, znížte rýchlosť rezania a použite chladiace kvapaliny. Chladiace kvapaliny pomáhajú rozptyľovať teplo a udržiavať materiál neporušený. Ak sa materiál začne počas obrábania prehrievať, je lepšie ho zastaviť a nechať vychladnúť, než budete pokračovať. Táto metóda zvyšuje presnosť a zabraňuje poškodeniu.

Správa tvorby čipov

Tvorba triesky môže byť pri rezaní nehrdzavejúcej ocele veľkým problémom. Používanie cyklov pecking a chip-breaking zlepšuje tvorbu triesok a zabraňuje vzniku dlhých, vláknitých triesok. Dôležitá je aj pravidelná kontrola opotrebovania nástrojov, pretože opotrebované nástroje vytvárajú viac triesok. Uplatňovanie týchto zásad môže zvýšiť účinnosť procesu obrábania a zároveň zlepšiť kvalitu hotového výrobku.

Obvyklé problémy a riešenia pri obrábaní nehrdzavejúcej ocele

Prehriatie

Nerezová oceľ je kvôli svojej slabej tepelnej vodivosti náchylná na prehrievanie počas obrábania. To môže spôsobiť opotrebovanie nástroja a deformáciu materiálu. Aby ste predišli prehriatiu, sledujte teplotu obrobku a používajte vhodné chladiace kvapaliny. Zníženie reznej rýchlosti a používanie ostrých nástrojov môže tiež pomôcť pri nahromadení tepla.

Náradie na nosenie

Nerezová oceľ je tuhý materiál, ktorý môže spôsobiť rýchle opotrebovanie nástroja. Vysokokvalitné nástroje s dlhou životnosťou, ako napríklad rýchlorezná oceľ (HSS) alebo cementované karbidy, môžu zvýšiť životnosť nástroja. Pravidelná kontrola a výmena opotrebovaných nástrojov je rozhodujúca pre zachovanie presnosti obrábania a zabránenie chybám v hotovom výrobku.

Kontrola čipov

Tvorba triesok môže byť pri rezaní nehrdzavejúcej ocele problémom, pretože sa vytvárajú dlhé, vláknité triesky, ktoré môžu stroj zaseknúť. Zavedenie oddeľovacích cyklov a nástrojov na lámanie triesok môže pomôcť pri riadení triesok. Zabezpečenie správnych systémov odvodu triesok podporuje plynulú prevádzku a znižuje poškodenie stroja.

Riešenia pre efektívne CNC obrábanie nehrdzavejúcej ocele

Výber vhodných materiálov na náradie

Pre efektívne rezanie nehrdzavejúcej ocele je rozhodujúci výber vhodných materiálov nástrojov.

Vysokootáčková oceľ (HSS)

Nástroje z rýchloreznej ocele sú pevné a odolávajú vysokým teplotám bez straty tvrdosti. Sú vhodné na rôzne obrábacie procesy, ako je vŕtanie a frézovanie.

Cementované karbidy

Nástroje z cementovaného karbidu sú skvelou alternatívou k HSS, keď sú potrebné vyššie posuvy alebo rýchlosti. Tieto nástroje vytvárajú vynikajúci lesk a majú dlhšiu životnosť, takže sú ideálne pre vysokoprodukčné prostredie.

Optimalizácia geometrie nástroja

Geometria nástroja je rozhodujúca pre efektívnosť obrábacích operácií.

Nástroje na hrubovanie

Hrubovacie nástroje sú určené na rýchle odstránenie veľkého množstva materiálu. Vyznačujú sa pevnou konštrukciou, ktorá odoláva vysokému namáhaniu počas počiatočných fáz obrábania.

Nástroje na konečnú úpravu

Dokončovacie nástroje majú jemnejšiu geometriu, čo vedie k lepšej povrchovej úprave. Používajú sa v záverečných fázach obrábania na dosiahnutie požadovanej presnosti a krásy.

Drážkovacie nástroje

Drážkovacie nástroje sú určené na vytváranie drážok v materiáloch. Majú jedinečnú konštrukciu, ktorá umožňuje rýchly odvod triesok a presné rezanie.

Vysokoúčinné frézovacie nástroje

Vysokoúčinné frézovacie nástroje sú navrhnuté tak, aby zvyšovali výrobu pri zachovaní presnosti. Poskytujú vyššiu rýchlosť rezania a vynikajúcu kvalitu povrchu.

Kontrola parametrov rezania

Správna kontrola rezných parametrov je rozhodujúca pre úspešné obrábanie.

Rýchlosť rezania (SFM)

Udržiavanie správnej reznej rýchlosti podporuje efektívny úber materiálu a zároveň znižuje opotrebovanie nástroja. Otáčky nastavte v závislosti od tvrdosti materiálu a typu operácie.

Sadzba krmiva

Ak chcete dosiahnuť rovnováhu medzi účinnosťou rezania a životnosťou nástroja, nastavte rýchlosť posuvu. Vyššia rýchlosť posuvu môže zvýšiť produktivitu, ale pri nesprávnom použití môže tiež zvýšiť opotrebovanie nástroja.

Hĺbka rezu

Hĺbka rezu by sa mala určiť tak, aby na nástroj alebo materiál nepôsobila nadmerná sila. Ide o dosiahnutie rovnováhy, ktorá umožňuje účinný úber materiálu bez ohrozenia integrity nástroja.

Používanie chladiacich kvapalín

Chladiace kvapaliny zohrávajú dôležitú úlohu pri riadení tvorby tepla počas obrábania. Pomáhajú:

• Zníženie trenia medzi rezným nástrojom a materiálom.
• Znížte teplotu reznej zóny.
• Zlepšite životnosť nástroja minimalizovaním opotrebovania.
• Zlepšite kvalitu povrchu tým, že zabránite prehriatiu a deformácii materiálu.

Prevencia deformácie obrobku

Aby sa zabránilo deformácii obrobku, je nevyhnutné:

• Používajte tuhé nastavenia nástrojov na minimalizáciu vibrácií.
• Dodržiavajte správne upnutie, aby ste zabezpečili, že obrobok bude bezpečne držať na mieste.
• Sledujte a nastavujte parametre rezania, aby ste zabránili pôsobeniu nadmernej sily na obrobok.

Možnosti povrchovej úpravy nehrdzavejúcej ocele

Listenie

Leštenie je spôsob leštenia povrchu spojov z nehrdzavejúcej ocele. Vytvára hladký, lesklý povrch. Väčšina komponentov z nehrdzavejúcej ocele má zrkadlový povrch #3, #4 alebo #8. Zrkadlový povrch je obľúbený, pretože odráža svetlo a vytvára leštený, elegantný vzhľad. Leštené povrchové úpravy sa bežne používajú tam, kde je dôležitá estetika, napríklad v spotrebnom tovare a dekoratívnych predmetoch.

Odstraňovanie a nakladanie

Na dosiahnutie matného povrchu sa používa tryskanie a morenie. Tento proces zahŕňa mechanické čistenie prostredníctvom tryskania guličkami, po ktorom nasleduje chemické čistenie v pasivačnej nádrži z nehrdzavejúcej ocele. Výsledkom je moderný, priemyselný vzhľad, ktorý dokáže zakryť nedokonalosti. Táto povrchová úprava je obľúbená pri námorných projektoch a iných aplikáciách vystavených drsným poveternostným podmienkam.

Brushing

Brúsená nehrdzavejúca oceľ je vytvorená miernym procesom odierania, ktorý jej dodáva výrazný vzhľad. Brúsená povrchová úprava je striebornošedá s tenkými linkami prechádzajúcimi cez povrch. Táto povrchová úprava neodráža svetlo v takej miere ako leštená povrchová úprava, čo má za následok nenápadnejší, rafinovanejší vzhľad. Bežne sa používa v spotrebičoch, architektonických prvkoch a interiérovom dizajne.

Etting

Leptanie je proces nanášania chemikálií na povrch nehrdzavejúcej ocele s cieľom vytvoriť vzory alebo textúry. Výsledkom tejto techniky môžu byť komplikované vzory, ktoré sú dekoratívne aj praktické. Leptané povrchové úpravy sa široko používajú v označeniach, umeleckých inštaláciách a na zákazku vyrábanom kovaní. Tento proces umožňuje kreatívne prispôsobenie a môže zlepšiť vizuálnu príťažlivosť predmetov z nehrdzavejúcej ocele.

Elektrolytické pokovovanie

Galvanizácia je proces pridávania tenkej vrstvy iného kovu na povrch z nehrdzavejúcej ocele pomocou elektrického prúdu. Tento postup môže zvýšiť odolnosť proti korózii a estetiku nehrdzavejúcej ocele. Pri galvanickom pokovovaní sa bežne používajú chróm, nikel a zlato. Galvanické povlaky sa široko používajú v automobilovom priemysle, šperkárstve a spotrebnej elektronike, pretože zvyšujú ich odolnosť a vizuálnu príťažlivosť.

Faktory, ktoré treba zvážiť pri výbere nehrdzavejúcej ocele

pevnosť v ťahu

Pri výbere nehrdzavejúcej ocele pre projekt je dôležitá pevnosť v ťahu. Pochopenie tlakov a zaťažení, ktorým budú komponenty vystavené, pomáha pri výbere materiálu, ktorý vydrží tieto namáhania bez toho, aby došlo k jeho zlyhaniu. Porovnanie pevnosti v ťahu rôznych tried vám pomôže vylúčiť nevhodné riešenia.

Požiadavky na tvrdosť

Ak váš projekt vyžaduje komponenty s určitou úrovňou tvrdosti, zistite, či je možné materiál tepelne upraviť, aby získal požadované vlastnosti. Austenitické nehrdzavejúce ocele nie je možné tvrdiť tepelným spracovaním, čo môže obmedzovať ich použitie v niektorých aplikáciách. Vyváženie tvrdosti s ostatnými mechanickými vlastnosťami je rozhodujúce pre dosiahnutie špičkového výkonu.

Magnetické vlastnosti

Pri projektoch týkajúcich sa magnetizmu je veľmi dôležité pochopiť, že austenitické nehrdzavejúce ocele sú nemagnetické vďaka svojej mikroštruktúre. Naproti tomu feritické a martenzitické nehrdzavejúce ocele sú magnetické. Tento rozdiel je dôležitý pre aplikácie v elektronických súčiastkach a zdravotníckych pomôckach, kde je potrebné znížiť magnetické rušenie.

Úvahy o nákladoch

Hoci náklady sú vždy dôležitým faktorom, je veľmi dôležité preskúmať celkové náklady na projekt, nielen výdavky na materiál. Znížte množstvo procesov obrábania a zjednodušte návrhy komponentov, aby ste ušetrili peniaze. Okrem toho sa vyhnite požiadavkám na príliš špecializované triedy alebo značkové materiály, pretože by mohli zvýšiť ceny a časy dodania.

Záver

Nerezová oceľ je vynikajúci materiál na CNC obrábanie, pretože je pevná, odolná voči korózii a vizuálne atraktívna. Jej vysoká pevnosť v ťahu, stabilita pri nízkych teplotách a schopnosť znášať nepriaznivé podmienky z nej robia ideálnu voľbu pre rôzne aplikácie. Predstavuje však aj ťažkosti, ako je prehrievanie, opotrebovanie nástrojov a dosiahnutie správnej kvality povrchu.

Keďže rezanie nehrdzavejúcej ocele je veľmi náročné, je veľmi dôležité spolupracovať s dôveryhodnou a kvalifikovanou CNC strojárňou. Problémy, ktoré s tým súvisia, dokážu vyriešiť kvalifikovaní strojári, ktorí majú správne nástroje a know-how. Správna dielňa bude vedieť, ako vybrať správne materiály, kontrolovať nastavenia rezania, riadiť teplo a zaviesť účinné opatrenia na kontrolu triesok.