Обработка нержавеющей стали на станках с ЧПУ: как преодолеть упрочнение при обработке, наплавление кромок и смещение размеров.

Нержавеющая сталь используется практически во всех отраслях, для которых мы производим металлообрабатывающие изделия: пищевая промышленность, медицинские приборы, химическое оборудование, клапаны, инструменты и фитинги. Марки 304 и 316 — это настоящие «рабочие лошадки». Они устойчивы к коррозии, выдерживают агрессивную очистку и суровые условия эксплуатации. Чего они точно не смогут обрабатывать так же эффективно, как углеродистая сталь.

Почему нержавеющая сталь оказывает сопротивление

В обработке нержавеющей стали доминируют три проблемы: упрочнение при обработке, образование наростов на кромке и нагрев.

Аустенитные стали затвердевают в местах трения инструмента, а не при резке. Затупившийся инструмент или легкая чистовая обработка, которая лишь полирует поверхность, создают затвердевшую корку. Затем следующий инструмент должен прорезать эту корку, что приводит к его более быстрому затуплению и, следовательно, к еще большему затвердению поверхности. Цикл самоподаётся.

Низкая теплопроводность приводит к тому, что тепло от резки концентрируется на режущей кромке инструмента, а не уходит со стружкой. В результате образуется нарост на режущей кромке: нержавеющая сталь приваривается к ней, стружка не срезается, а отслаивается, и качество обработки ухудшается.

А сами стружки длинные и нитевидные. Они обвиваются вокруг инструмента и детали, повреждая обработанные поверхности и затрудняя автоматизацию процесса.

Существует четвертая, менее заметная проблема: смещение размеров. Поскольку износ инструмента в нержавеющей стали ускоряется, деталь, обработанная в начале цикла, может отличаться от той же детали, обработанной четыре часа спустя, если процесс не контролируется и не отслеживается.

1. Жесткость важнее скорости.

Нержавеющая сталь создает трудности при использовании гибких конструкций. Станок, зажимное устройство и держатель инструмента должны быть максимально жесткими, насколько это позволяет выполняемая работа: короткий вылет инструмента, гидравлические или термоусадочные держатели и приспособление, не деформирующееся под нагрузкой.

Любое отклонение приводит к вибрации, а вибрация в нержавеющей стали — это быстрый путь к упрочнению при обработке и сколам кромок.

2. Никогда не допускайте трения инструмента.

Правило, предотвращающее большинство проблем, связанных с нержавеющей сталью: инструмент должен постоянно резать, а глубина резания должна быть ниже слоя упрочненной стали.

Избегайте слишком лёгких чистовых проходов по аустенитным маркам. Проход настолько лёгкий, что он скорее полирует, чем режет, оставляет твёрдую, блестящую поверхность, которую потом очень сложно обрабатывать. Используйте пластину с положительным углом заточки, остро заточенную концевую фрезу и поддерживайте постоянную нагрузку на стружку без резких изменений зацепления.

3. Выбирайте геометрию инструмента с учетом сцепления, а не только износа.

• Токарная обработка: вставки с положительным углом заточки, острым краем и стружколом, предназначенные для нержавеющей стали.
• Фрезерование: концевые фрезы с переменным шагом для гашения вибрации; полированные канавки для уменьшения прилипания.
• Покрытия: Покрытия типа AlTiN оправдывают свою стоимость при производстве нержавеющей стали, поскольку режущая кромка сильно нагревается.

4. Использование трохоидального и шелушительного измельчения.

Радиальное зацепление — это рычаг. Паз во всю ширину нержавеющей стали передает огромное количество тепла в небольшую часть режущей кромки. Трохоидальные траектории движения инструмента используют небольшое радиальное зацепление с большей осевой глубиной резания; инструмент проводит меньше времени в контакте, тепло рассеивается, и срок службы инструмента значительно увеличивается. На экране это выглядит необычно, но это стандартная практика в цехах, которые хорошо обрабатывают нержавеющую сталь.

5. Охлаждающая жидкость: давление и направление потока.

Стружку из нержавеющей стали необходимо измельчить и удалить из зоны резания. Сжиженный газ под высоким давлением, подаваемый через инструмент, по возможности, выполняет обе функции: удаляет стружку и охлаждает режущую кромку. Для глубоких отверстий циклы прерывистого охлаждения со сжатым газом не являются необязательными; именно они предотвращают приваривание стружки к отверстию.

6. Сохраняйте терпимость на протяжении всего забега.

Поскольку износ инструмента приводит к смещению размеров, критически важные элементы необходимо контролировать не только на этапе окончательной проверки, но и в процессе производства. Промежуточные проверки позволяют выявить смещение размеров до того, как они приведут к браку. При длительных производственных циклах следует планировать замену инструмента и вставлять поворотные элементы через заданные интервалы, вместо того чтобы ждать поломки; размеры остаются неизменными, а стоимость оснастки — предсказуемой.

Как компания KGL производит оборудование из нержавеющей стали

Мы еженедельно обрабатываем сплавы марок 304, 316 и выше для изготовления клапанов, приборов, медицинского оборудования и промышленного оборудования. В цехе используются 3-, 4- и 5-осевые фрезерные станки, токарные станки с ЧПУ и токарно-фрезерные центры, обеспечивающие точность обработки критически важных элементов от ±0,005 до 0,01 мм.

Технологический процесс строится на основе вышеуказанных правил: постоянная нагрузка на режущий инструмент, жесткая фиксация инструмента, подача охлаждающей жидкости под высоким давлением там, где это необходимо для заданной геометрии. Качество проверяется с помощью первичного, промежуточного и окончательного контроля, включая проверки на координатно-измерительной машине сложной геометрии.

Если на вашей детали из нержавеющей стали есть твердое место, которое трудно обработать чисто, или размер, изменяющийся от партии к партии, пришлите нам чертеж и 3D-модель. В большинстве случаев причину можно определить до того, как мы составим смету.

Заключение

Нержавеющая сталь не поощряет хитрость; она поощряет дисциплину. Жесткая настройка, острые инструменты, постоянная работа и охлаждающая жидкость, которая действительно достигает обрабатываемой поверхности. Если правильно подобрать эти четыре параметра, то стали 304 и 316 становятся предсказуемыми материалами. Предсказуемые материалы обеспечивают предсказуемые результаты.

FAQ

Q: Почему на моей детали из нержавеющей стали есть твердый, блестящий участок, который не поддается чистой обработке?

A: Это процесс упрочнения при обработке. В какой-то момент поверхность была обработана трением, а не разрезанием, обычно тупым инструментом или полировкой. После образования корки следующий разрез должен пройти сквозь нее. Решение заключается в самом процессе: острые инструменты, достаточная глубина резания и недопущение задержки или трения инструмента.

Q: Как лучше всего обрабатывать нержавеющую сталь марки 304?

A: Для большинства деталей из стали 304: жесткая установка, инструмент с положительным углом наклона, постоянная нагрузка на стружку и трохоидальное фрезерование пазов и углублений. Используйте охлаждающую жидкость под высоким давлением для удаления стружки. Избегайте легких чистовых проходов, которые скорее трутся, чем режут.

Q: Почему обработка нержавеющей стали обходится дороже, чем обработка алюминия?

A: Скорость резания ниже, срок службы инструмента короче, а материал подвергается большей нагрузке на всех этапах процесса. Нержавеющая сталь также требует более тщательного контроля стружки и более строгих проверок. Стоимость материала выше, а время обработки одной детали увеличивается.