Обработка нержавеющей стали: термические и механические способы, тонкости их применения

Содержание

Обработка нержавеющей стали: виды и основные этапы

Нержавеющая сталь ценится в промышленности благодаря тому, что она устойчива к коррозии. Ее используют в медицине, пищевой промышленности, строительстве, на производстве. Для определенных целей нужны разные виды нержавейки, которые получают несколькими способами.

Что такое нержавейка

Антикоррозийные свойства металла обеспечиваются оксидной пленкой на поверхности листа. Единственным минусом покрытия является низкая устойчивость к факторам окружающей среды:

пыли;
высокой температуре;
металлической стружке.

В результате кислородный сплав становится тоньше, а изделие ржавеет. Чтобы избежать этого, обработка металла проводится в специальном помещении, где хранятся только полированные изделия и абразивы.

Основные этапы обработки

Процесс изготовления детали из нержавеющей стали состоит из 4 этапов. В ходе работ применяются разные виды обработки, в зависимости от конечного назначения детали.

Технологический процесс изготовления детали

Первый этап – резка нержавейки. Металлические листы необходимо нарезать на заготовки, которые позже соединят в единую деталь. Для этого используются ручные и автоматические приемы обработки. Они дают высокую точность и маленький процент брака.

Вторая часть обработки нержавейки – зажим. Станки надежно фиксируют заготовки, чтобы избежать перекосов. После этого в местах стыков делают сварные швы. Надежный метод соединения заготовок обеспечивает прочность и устойчивость к механическим воздействиям. Качественные сварные соединения выглядят аккуратно, незаметны под слоем краски.

Финальный этап изготовления детали из нержавеющей стали – шлифовка. Проводится на станке или ручными инструментами. Абразивный материал обрабатывает поверхность нержавейки, делает ее гладкой и блестящей.

Виды обработки нержавеющей стали

Самый современный вид нарезки заготовок – лазерная резка. Тонкий лазерный луч нагревает поверхность металла и разрезает его. Технология подходит не только для нержавеющей стали, но и для других металлов, вне зависимости от их физических свойств. Метод обеспечивает низкий процент брака, так как используется только термическое воздействие, оно не наносит вреда нержавейки.

Гидроабразивный способ

Гидроабразивная резка используется большое давление воды с абразивными веществами в ней. Технология основана на отрыве металлических частиц под большим потоком твердых веществ. Процесс резки металла:

Подача воды в большой резервуар.
Смешивание воды и абразива, чаще всего используется песок.
Подача раствора в сопло.
Воздействие водой на листы металла.

Гидроабразивный способ обработки метала

Штамповка

Холодная штамповка – это обработка нержавеющей стали с использованием штампов. Позволяет получить одинаковые изделия. С помощью этого метода возможно:

пробить отверстия в нержавейке;
сделать резьбу;
загнуть детали;
сделать гравировку.

Пробивные станки способны изготовить металлоконструкции любой формы: витрины, решетки, ограждения, стеллажи, рекламные стойки, мебель.

Штамповка в одноручьевом закрытом штампе

Токарный способ

Токарная обработка нержавейки позволяет получить заготовки сложной формы. На токарном станке можно поставить специальные приспособления, дающие нужный результат:

сверла;
фрезы;
резцы;
плашки.

Поступательное движение резцов по нержавейке разрезает лист на нужные формы. Эта работа проводится под контролем мастера, который учитывает техническое задание, размер и форму заготовки.

Фрезерование

Фрезерная обработка нержавеющей стали позволяет получить зубчатые колеса, сложные отверстия и выемки. Вращающаяся фреза выполняет работу на закрепленной детали. Управление фрезерными станками осуществляет человек или ЧПУ.

Встречное и попутное фрезерование относительно детали

Слесарные работы

Слесарные работы занимают далеко не последнее место в обработке металла. Они выполняются вручную или с применение станков и слесарных инструментов. В ходе этих работ заготовки соединяются в единый механизм. Процесс работы:

Разметка металлоконструкции. Производится на плоскости или в трехмерном пространстве.
Снятие остатков металла с заготовок.
Правка и гибка конструкций для придания нужной формы.
Шабрение – метод полировки для лучшего прилегания частей конструкции.
Сверление и нарезка резьбы.
Соединение всех частей.
Спаивание или наложение сварных соединений.

Особенности шлифовки и полировки

Финальная обработка металла – это шлифовка поверхности до гладкого состояния. Необходима для придания изделию привлекательного вида, так как конструкции из нержавейки часто выполняют декоративные функции. Механическая полировка позволяет сделать дефекты обработки незаметными для потребителя. Выполняется вручную и с использованием электрических или пневматических инструментов.

Таблица полиролей для металла

Особенности травления

Травление нержавейки – это постобработка детали с целью убрать следы деформаций, сварных швов, дефектов. Заключается в обработке поверхности кислотами и щелочами. Используется в домашних условиях, чтобы вернуть нержавейке металлический блеск после термической обработки.

Нержавеющий материал можно найти в любой квартире. Обработка нержавеющей стали производится на предприятиях в нескольких этапах. Для каждого изделия технологи выбирают наиболее приемлемый метод.

Таблица травления нержавеющей стали

Видео по теме: Обработка нержавеющей стали

Обработка нержавеющей стали на токарном станке

Из нержавейки сейчас производится немало различных деталей, а сам материал является более приспособленным к нагрузкам, нежели углеродистая сталь: если смотреть на современные механизмы, то у углеродистой стали чересчур низкий уровень прочности. Нержавейка имеет хорошее сопротивление высокой температуре и агрессивной среде, но именно из-за ее высокого уровня прочности и стойкости появляются некоторые сложности в процессе механической обработки на токарном станке.

Как обрабатывается сталь

Нержавеющая, наряду с углеродистой сталью, имеют практически одну и ту же твердость и предел растяжимости. Но идентичность характерна лишь для механических значений. Их отличия сводятся к микроструктуре, свойству упрочняться во время обработки и стойкости к воздействию ржавчины.

Если производится обработка резанием, то нержавеющая сталь сперва начнет упруго деформироваться, после чего обработка нержавеющей стали становится более простой, так как она переходит в стадию упрочнения. В этот момент резать ее можно лишь при увеличенных усилиях. Обычная сталь тоже может пережить эти стадии, но высокий уровень упрочнения характерен лишь высоколегированной.

Какие сложности возникают при токарной обработке нержавеющих сталей? Это касается деформационного упрочнения, удаления стружки и ресурса инструмента.

Вязкость;
низкий уровень теплопроводности;
сохранение свойств;
абразивные соединения;
неравномерное упрочнение.

Определенные сложности во время обрабатывания сталей вызываются из-за того, что сталь относится к довольно пластичным материалам, в особенности это касается жаропрочной марки. То есть стружка не будет обламываться, а начнет завиваться в длинную спираль.

Воздействие температуры

В эксплуатационном плане теплопроводность играет на руку, но на обработку это накладывает некоторые сложности. В том месте, где производится резание, температура быстро увеличивается, поэтому появляется необходимость охлаждать материал, применяя особые жидкости. Они требуются для устранения жара, предупреждения образования наклепа и облегчения работы.

При обработке рабочим инструментом начинает проявляться наклеп, из-за которого тот быстрее портится. Поэтому для воздействия на легированные стали, предусматриваются высокие скорости и определенные инструменты.

Выбор температуры воздействия зависит от химического состава

Прочностные характеристики и твердость материала остаются теми же, и если на материал воздействуют высокие температуры. В особенности это касается жаропрочной марки стали. Нужно брать в расчет и образование наклепа, из-за которого инструменты портятся довольно быстро, что приводит не только к порче резаков, но и ограничивает скорость обработки.

Нержавейка характерна карбидными и интерметаллическими соединениями, величина которых микроскопическая. За счет повышенной прочности их можно сравнить с абразивом. Резаки во время работы попросту начинают стачиваться, поэтому их необходимо постоянно править и перетачивать. В момент токарной обработки стали производится большое трение, более чем при работе с углеродистым сплавом.

Под действием точения сплав начинает упрочняться неравномерно. Если обрабатываются небольшие детали, это не сильно на них сказывается. Однако, если обрабатывается вал или детали крупного размера, это может стать проблемой.

Как удаляется стружка

Обработка нержавейки становится более сложной процедурой, если скапливается длинная спиральная стружка. Так как материал становится более прочным во время деформации, это привело к разработке специальной конструкции инструментов. Можно также задействовать интенсивную обработку, характерную применением охлаждающей смазки.

Стальная стружка

Инструкции гласят, что смазку подают под высоким давлением изнутри резака, что приводит к следующему: практически моментально и значительно снижается температура резака, стружка убирается от инструмента (позволяет сохранить его состояние) и стружка попросту дробится на мелкие элементы, которые легко вымываются из зоны обработки.

Если речь идет о токарной обработке, то в этом плане сталь чаще охлаждается высоким напором. В области, где должна производиться обработка – распыляют раствор. Жидкость начнет испаряться, охлаждая тем самым материал, то есть «отнимая» у того лишнее тепло. Но для этого процесса требуется немало жидкости для охлаждения. При этом срок эксплуатации резака продлевается порядка в 6 раз.

Использование стружколома и охлаждения

Оборонная и высокоточная промышленность приняла следующее руководство: для охлаждения используется углекислота, температура которой -78 градусов. Данный способ хоть и является наиболее дорогостоящим, но и самым эффективным.

Немалую роль играет также то, какая форма у стружколома. Чтобы тепла образовывалось как можно меньше, он должен иметь положительную геометрию. Благодаря переднему углу уменьшается самоупрочнение изделия и появляется наплыв на самом резаке.

Если осуществляется токарная обработка легированной стали, то требуется применять особый стружколом. Данный инструмент может быть и универсальным, способный воздействовать на разнообразные металлы. Так, резка сейчас следующая: чистовая, получистовая и черновая и в каждом случае используется та или иная модель стружколома.

Особенности самоупрочнения стали в процессе деформации

Более всего самоупрочняется аустенитная разновидность нержавеющей стали, а это накладывает некоторые сложности на процедуру ее обработки.

Ведь резак начинает быстро изнашиваться из-за упрочнения материала. Если применяются специальные режущие пластинки, то проблема носит уже более лояльный характер.

Такие пластины характерны более острыми рабочими кромками, что позволяет быстро обработать материал, не доводя до самоупрочнения стали и образования наплыва.

Процесс становится более трудоемким, если необходимо обработать в несколько этапов. Ведь не представляется возможным выбирание достаточного количества металла за один подход. Именно здесь и находит место поэтапная работа. Более эффективное решение: снимание по 3 мм за два подхода, нежели за один – все 6 мм. Специалисты утверждают, что требуется снимать неодинаковые слои – 4 и 2 мм.

Видео по теме: Как обрабатывать НЕРЖАВЕЙКУ на токарном станке

Обработка нержавеющей стали, обработка нержавейки, инструмент для обработки нержавеющей стали, обработка изделий из нержавеющей стали

Главная страница » Обработка нержавеющей стали

Обработка нержавеющей стали сразу подразумевает некоторые сложности, мы разберём токарную обработку нержавеющих сталей и фрезерование нержавеющей стали, но сначала давайте разберемся, какие нержавеющие стали вообще бывают и в чём сложность.

Нержавеющая сталь относится к легированным сталям, устойчивым к коррозии, как в атмосфере, так и в агрессивных средах. Основным ее химическим элементом является Хром (Cr), за счет чего в основном и достигается эффект коррозионной стойкости.

Кроме хрома в нержавеющих сталях присутствуют и другие легирующие элементы (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo) для придания нержавеющей стали нужных свойств как физико-механических, так и свойств коррозионной стойкости.

Классификация нержавеющих сталей и сплавов

Классификация нержавеющих сталей и сплавов оговаривается ГОСТ 5632-72. Следуя данному ГОСТу все нержавеющие стали и сплавы подразделяются на 3 основные группы:

1. Коррозионностойкие – это стали и сплавы, стойкие к коррозии химической и электрохимической (солевой, атмосферной, кислотной, щелочной, почвенной и т.д.), стойкие к межкристаллитной коррозии и т.д.

2. Жаростойкие (окалиностойкие)– это стали и сплавы, стойкие к коррозии, химическому разрушению поверхности при высоких температурах выше 550 градусов в газовых средах, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

3. Жаропрочные – это стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течении определенного промежутка времени и обладают достаточной жаростойкостью.

В соответствии с ГОСТ 5632-72 стали также подразделяют на классы в зависимости от структуры:

1. Мартенситный – основная структура этих сталей мартенсит, содержат 12-17% Cr. Хромистые стали. Присутствует относительно высокое содержание углерода (C), поэтому ее можно подвергать закалке

2. Мартинсито-ферритный – в структуре данных сталей кроме мартенсита содержится не менее 10% феррита. Содержат 13-18% Cr. Хромистые стали.

3. Ферритный – имеют структуру феррита. Содержат 13-30% Cr. Хромистые стали. Обладают магнитными свойствами. Относительно дешевая, в силу низкого содержания никеля.

4. Аустенито-мартенситный – в структуре содержится как аустенит, так и мартенсит в разных пропорциях. Содержат 12-18% Cr и 4-9% Ni. Хромоникелевые стали, хромомарганцевоникелевые стали.

5. Аустенито-ферритный – в структуре содержатся кроме аустенита не менее 10% феррита. Хромоникелевые стали, хромомарганцевоникелевые стали.

6. Аустенитный – структура данных сталей состоит из аустенита. Хромоникелевые стали, хромомарганцевоникелевые стали.

Данные структуры получаются при охлаждении на воздухе после высокотемпературного нагрева. В зависимости от этой полученной структуры и выделены эти классы нержавеющих сталей. На структуру сильное влияние оказывает химический состав стали, особенно Хром и Никель, а также структура может изменяться и под действием горячей или холодной обработки.

Нержавеющие сплавы же подразделяют в зависимости от основного элемента:

1. Сплавы на железоникелевой основе.

2. Сплавы на никелевой основе.

Наиболее распространены аустенитные нержавеющие стали 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т как в России, так и в других странах.

На них приходятся максимальные объемы выпуска в сравнении с другими нержавеющими сталями. Данные стали обладают высокой коррозионной стойкостью в широком диапазоне различных агрессивных сред, а также обладают хорошей технологичностью.

После термической обработки (нагрев до 1000-1050 градусов с последующим быстрым охлаждением на воздухе или в воде) аустенитные стали получают однородную структуру аустенита и приобретают максимальную коррозионную стойкость и пластичность.

Особенности обработки нержавеющих сталей

Такие свойства как коррозионная стойкость, высокая прочность, пластичность, немагнитность, хорошие механические свойства при высоких температурах, хорошая свариваемость и другие свойства сделали эти металлы наиболее подходящими для различных изделий во всех отраслях человеческой деятельности. Каждый класс нержавеющих сталей обладает своими преимуществами и недостатками и нашел свое широкое применение в различных отраслях промышленности.

Но наличие легирующих элементов, благодаря которым данные стали приобрели полезные свойства, имеют и обратную сторону медали, связанную как-раз с их механической обработкой.

Обрабатываемость нержавеющих сталей низкая и очень зависит от состава легирующих элементов, а также термической обработки и даже метода получения заготовки (литье, ковка и т.д.). Данные факторы придают нержавеющим сталям некоторые особенности, которые затрудняют их механическую обработку.

Какие это особенности:

1. Самоупрочнение или наклёп. В ходе обработки поверхностные слои упрочняются особенно при работе изношенным или неправильно подобранным инструментом, так при последующем проходе инструмент уже срезает более твердый материал. Появляются проточины на инструменте.

2. Низкая теплопроводность. Плохая способность к отведению тепла приводит к повышению температуры в зоне резания, что сказывается на износе инструмента. Это один из главных факторов, осложняющих обработку нержавеющих сталей.

3. Высокая прочность. Наличие легирующих элементов повышают твердость стали, что также осложняет процесс обработки. Возникают значительные силы резания 1800-2850 Н/мм2.

4. Наростообразование, склонность к налипанию на поверхность резца. Вязкий материал. Нарост приводит к повышению трения, температуры, усилий резания, снижению качества поверхности и т.д. Возможен даже отрыв покрытия инструмента при обработке закаленных нержавеющих сталей.

5. Трудности со стружкодроблением. Нержавеющие стали хорошо деформируются, не ломаются и дают сливную стружку, которая создает свои трудности. При обработке ферритных и мартенситных сталей стружкодробление еще довольно удовлетворительное, то при обработке наиболее распространенных аустенитных сталей стружкодробление становится затруднительным.

6. Образование заусенцев.

7. Влияние химических элементов на обрабатываемость, так присутствие Серы (S) в нержавеющей стали повышает её обрабатываемость, а наличие молибдена (Mo) и азота (N) ухудшают. Высокое же содержание углерода (>0,2 %) приводит к сильному износу по задней поверхности.

8. Абразивные соединения. Карбидные, интерметаллические соединения микроскопических размеров делает их подобием абразива, резко снижающей стойкость инструментов.

9. Неравномерное упрочнение также сказывается при обработке нержавеющих сталей.

Токарная обработка нержавеющей стали, токарная обработка нержавейки, режимы токарной обработки нержавеющей стали, обработка нержавеющей стали, нержавейка токарная обработка

Главная страница » Токарная обработка нержавеющей стали

Продолжаем говорить о обработке нержавеющей стали, в прошлой статье мы уже рассмотрели виды нержавеющих сталей и основные сложности их обработки. Теперь рассмотрим особенности токарной обработки нержавеющих сталей, а далее и фрезерной обработки нержавеющей стали.

Так как все нержавеющие стали обладают совершенно разной обрабатываемостью в силу разного химического состава, особенно хрома (Cr) и никеля (Ni), то и подходы к их обработке разные.

Мы также выяснили в прошлой статье, что наиболее распространенными нержавеющими сталями являются аустенитные, хромоникелевые, т.е. содержащие хром и никель, это всем известные марки 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т.

При обработке аустенитных сталей высокое содержание никеля (Ni) увеличивает прочность и повышает вероятность появление нароста. Также у супераустенитных сталей, где содержание никеля более 20%, для них обрабатываемость максимально низкая, смотрите график в прошлой статье.

ВАЖНО ЗНАТЬ И ПРИМЕНЯТЬ:

1. Выбираем как можно больший радиус при вершине пластины.

2. Обязательно используем СОЖ с точным направлением в зону резания и желательно под давлением, и чем выше давление, тем лучше. Так как обработка нержавейки и особенно аустенитных сталей приводит к выделению большого количества тепла. Это ключевой фактор, негативно влияющий на обработку, тепло не отводится и передается на инструмент.

3. Используем круглые пластины или небольшой главный угол в плане (45 град), чтобы уйти от проточин на пластине, равной глубине резания.

4. Используем острые кромки и/или позитивную геометрию с положительным передним углом, чтобы уменьшить нарост, снизить наклёп, уменьшить образование тепла. Аустенитная сталь особенно хорошо поддается наклёпу и появлению нароста. Есть особо острые серии пластин по нержавеющей стали.
Особенно позитивная геометрия важна при точении тонкостенных деталей, нежестко закрепленных деталей, длинных тонких валов и т.д.

5. Используем только специальные стружколомы и только предназначенные для нержавеющей стали, чтобы уйти от сливной стружки, которая наматывается на резец и выводит пластину из строя. Даже стружколомы общего назначения не берем, они не дают такого результата, как специальные стружколомы по нержавеющей стали.

6. Выбираем глубину резания по возможности превышающую толщину упрочненного слоя.

Используем пластины с покрытием для повышения термостойкости и износостойкости. При этом учитываем, что CVD-покрытия более толще и они значительно повышают стойкость инструмента, а также позволяют повысить режимы резания и таким образом производительность. Хотя они не такие острые и трудно поддаются заточке.
PVD-покрытия более тонкие, они обеспечивают острую кромку пластины и гладкость поверхности. Правда есть риск быстрого износа и выхода из строя пластины. Тем не менее PVD-покрытия часто используются для обработки аустенитных сталей.
При отделении нароста, образованного при обработке нержавеющей стали, он может вырвать часть покрытия и частички режущей кромки, и таким образом вывести пластину из строя. Гладкость покрытия снижает возможность нароста. Но покрытие необходимо в том числе и для повышения стойкости от абразивных частиц нержавеющей стали.

8. Берем пластины с высокой температурной стойкостью. Может повторюсь, но отвод тепла очень плохой у нержавеющих сталей особенно аустенитных, и это практически ключевой момент. Т.к. стружка не отводит тепло, и оно передается инструменту, нужно применять СОЖ, но направить СОЖ точно в зону резания не всегда получается, поэтому пластины, хорошо реагирующие на температурный шок, были бы весьма кстати.

9. Берем мелкозернистый твердый сплав с покрытием PVD для финишной обработки нержавеющей стали, чтобы получить высокую точность и низкую шероховатость поверхности. Данный сплав даст высокую прочность и стойкость острой режущей кромки. Данные пластины пойдут даже при прерывистом резании и с термическим шоком. Но всё в соответствии со здравым смыслом и рекомендациями каталога.

10. Также можно присмотреться к кермету с PVD-покрытием для чистовой обработки нержавеющей стали только в хороших условиях. Наблюдается меньшее налипание.

11. Пробуем пластины Wiper для получистовой и финишной обработки.

Как заявляет производитель (Sandvik) с помощью данных пластин возможно значительно повысить скорость и подачу, при этом стойкость и качество поверхности будет на уровне обычных пластин. Стремимся повысить производительность.

12. Берем отрезное лезвие с внутренними каналами для подвода СОЖ в зону резания, так как узкое место не дает возможность направить наружную подачу СОЖ точно в зону резания, и это здорово сказывается на стойкости отрезной пластины.

13. Есть рекомендация увеличить глубину резания и режимы резания до максимально возможных значений. Идея в том, что больший объем стружки будет поглощать больше тепла даже при учете низкой теплопроводности нержавеющего металла. Это снизит количество проходов, но приведет к наклёпу, плохой шероховатости и необходимы жесткие, мощные станки. Необходимо пробовать – возможно не всегда это возможно.

14. Используем СОЖ с содержанием масла в водомасляной эмульсии не менее 8-9% (обычно 3-4%). Многие даже пробуют олеиновую (жирную) кислоту применять и добиваются отличных результатов.

15. Помним, что инструмент должен противостоять воздействию температур, химическому, адгезионному и абразивному износу. Поэтому выбираем пластину, имеющую геометрию (острую кромку, стружколом и т.д.), сплав и покрытие только по нержавеющей стали и с лучшим сочетанием всех этих составляющих.

16. Можно использовать разную глубину резания для равномерного износа пластин.

17. Иногда стоит провести предварительную термическую обработку нержавеющих заготовок для выравнивания структуры, если это допустимо.

Используя данные меры возможно добиться повышения скорости и подачи токарной обработки нержавеющих сталей и тем самым повысить производительность. Стараемся применить комплексно все эти рекомендации и таким образом повысить не только производительность, но и стойкость инструментов.

При обработке дуплексных нержавеющих сталей необходимо использовать резцы с внутренним подводом СОЖ под высоким давлением – это позволит снизить температуру, дробить стружку и быстро отводить её.
В феритных, мартенситных содержание никеля меньше, а хрома больше, повышение хрома ведет к увеличению прочности и большей абразивности, что ведет к быстрому износу пластин, учитываем этот фактор используем износостойкие покрытия.

Режимы резания токарной обработки нержавеющей стали

При выборе режимов резания стоит опираться на данные каталога конкретно подобранной пластины, но необходимо учитывать желаемую стойкость инструмента. Как правило в каталогах указаны максимальные значения режимов резания, соответствующие максимальной производительности, но также и минимальной стойкости.

Кроме того, режимы сильно зависят от реальных производственных условий, жесткости системы и т.д., поэтому оптимальные режимы необходимо подбирать индивидуально под каждый случай отдельно.

Режимы также отличаются для разной заточки, разной геометрии, поэтому первоисточником является каталог конкретного инструмента. Хотя для примера можно привести следующие варианты режимов резания, в качестве справки.

Фрезерование нержавейки, фрезерная обработка нержавеющих сталей, обработка нержавеющих сталей, фрезерование нержавеющих сталей

Главная страница » Фрезерование нержавейки

Как уже выяснили в прошлой статье, обработка нержавеющей стали имеет целый ряд сложностей, если не читали, то лучше вернуться и ознакомиться в чем сложность обработки нержавеющей стали для понимания и затем уже вернуться к данной статье для получения некоторых рекомендаций по обходу этих сложностей. Основные рекомендации для токарной обработки нержавеющей стали уже представлены, теперь давайте разберемся с фрезерной обработкой нержавеющих сталей.

Как уже отмечалось в прошлой статье наиболее распространены аустенитные нержавеющие стали, хромоникелевые, такие как 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т, содержащие хром (Cr) и никель (Ni) и как раз они и составляют максимальную сложность в их механической обработке.

Основными проблемами являются плохая теплопроводность нержавеющих металлов и тепло из зоны резания отводится очень плохо, поэтому в основном в инструмент. Также эти металлы вязкие хорошо деформируются, и дают сливную стружку, которая выводит инструмент из строя. Кроме того, материал склонен к образованию нароста, наклёпу, имеет абразивные включения и т.д. Достаточно много факторов, которые можно почитать здесь, и которые ограничивают возможность обработки данных материалов.

Сильное влияние конечно оказывает химический состав нержавеющей стали и соответственно рекомендации для одной марки стали могут не подойти для другой. Кроме того, сильное влияние на обрабатываемость оказывает метод получения заготовок (литье, штамповка, ковка и т. д.), наличие корки, окалины, включений, условия обработки прерывистое резание и т.д., а также наличие термической обработки. Но общие какие-то рекомендации можно дать.

Рекомендации по фрезерованию нержавеющих сталей

1. Ставим высокие скорости резания при черновой обработке (150-250 м/мин) для ухода от нароста. Конечно с учетом возможности станка, жесткости системы.

2. Не используем СОЖ на черновой обработке, чтобы исключить термических трещин. Стружку убирать воздухом, особенно при обработке карманов и других углублений, где затруднено удаление стружки. Для некоторых марок сталей можно пробовать СОЖ и следить за стойкостью, экспериментировать так сказать.

3. Используем СОЖ на чистовой обработке для повышения качества поверхности и лучше использовать охлаждение масляным туманом. При чистовых сьемах температура не такая высокая.

4. Ставим подачу на зуб побольше, так как малая подача при обработке упрочненной поверхности может привести к быстрому износу.

5. Частыми причинами выхода из строя инструмента являются: выкрашивание из-за термических трещин, проточин, нароста (налипания на инструмент).

6. Используем позитивную геометрию, острую кромку для предотвращения наростообразования, сил трения, снижения сил резания и температуры. Также требуется меньше мощности станка.

7. Используем пластины с большим радиусом и/или небольшим углом в плане, для снижения проточины.

8. Выбираем покрытие PVD, оно более тонкое и обеспечивает острую режущую кромку, имеет хорошую гладкость для предотвращения налипания. Покрытие CVD более толстое, можно применить для тяжелого фрезерования.

9. При возникновении термотрещин выбираем более твердый сплав и более стойкий к действию температуры.

10. Берем монолитные фрезы с мелкой насечкой для черновой обработки (черновые фрезы).

11. Помним для фрезерования нержавеющей стали необходимо в 5 раз больше режущих кромок, чем при обработки обычной стали. Имеет смысл использовать пластины с 8 кромками, по 4 с каждой стороны.

12. Можно использовать разную глубину резания для равномерного износа пластин.

13. Подбираем режимы резания оптимальные для реальных условий, в соответствии с каталогом, но учитывая необходимую стойкость.

14. Иногда стоит провести предварительную термическую обработку нержавеющих заготовок для выравнивания структуры.

Обрабатываемость нержавеющих сталей (теоретические основы и практические рекомендации)

Ферритные нержавеющие стали имеют обрабатываемость, схожую с низколегированными сталями, мартенситные нержавеющие стали более склонны к упрочнению в процессе резания и вызывают очень высокие силы резания. Более высокая скорость резания и более прочный сплав в сочетании с усиленной режущей кромкой способствуют повышению стабильности. У многих производителей инструмента (в частности Sandvik, Walter и т.д. ферритные и мартенситные нержавеющие стали отнесены в группу материалов Р, исходя из схожести свойств при обработке (инструмент для их обработки также следует выбирать для сталей группы Р).

У ферритных и мартенситных нержавеющих сталей нормальное содержание хрома составляет от 12 до 18%. Другие легирующие элементы представлены в незначительном количестве. Мартенситные нержавеющие стали содержат относительно высокое количество углерода, что позволяет подвергать их закалке. Ферритные стали обладают магнитными свойствами. Способность к сварке и у ферритных, и у мартенситных сортов стали достаточно низкая, а стойкость к коррозии – от средней до низкой и может быть улучшена за счёт добавления хрома. В процессе их обработки в основном возникает износ по задней поверхности и реже образование лунок и наростов.

Аустенитные стали образуют основную группу нержавеющих сталей. Самый распространённый состав – 18% хрома и 8% никеля (например, сталь 18/8, тип 304). При добавлении 2–3% молибдена получается более стойкая к коррозии сталь, которую часто называют кислотостойкой (тип 316). Эта группа MC включает также супераустенитные сорта нержавеющей стали с содержанием никеля более 20%. Дисперсионно-твердеющие аустенитные стали (PH) имеет аустенитную структуру в закалённом состоянии, содержание хрома составляет> 16%, никеля> 7% и алюминия – около 1%.

Механическое упрочнение способствует увеличению твёрдости поверхности и стружки, что в свою очередь ведёт к образованию проточин. Кроме этого, оно провоцирует адгезию и, как следствие, образование наростов. Относительная обрабатываемость составляет 60%. При обработке в закалённом состоянии возможен отрыв покрытия и материала основы от режущей кромки, что в результате ведёт к выкрашиванию и ухудшению качества обработанной поверхности. Аустенитные стали дают прочную и длинную сливную стружку, которая плохо ломается. Добавление серы способно улучшить обрабатываемость и одновременно снизить стойкость к коррозии. Используйте пластины с положительной геометрией и острыми кромками. Выполняйте резание на глубину больше упрочнённого слоя и поддерживайте её на постоянном уровне. Помните, что при обработке выделяется большое количество тепла.

Дуплексные нержавеющие стали получаются при добавлении никеля в ферритную хромистую нержавеющую сталь формируется структура/матрица со смешанной основой, содержащая и феррит, и аустенит. Дуплексные стали имеют высокую прочность на растяжение и очень высокую стойкость к коррозии. Названия «супердуплексная» и «гипердуплексная» указывают на более высокое содержание легирующих элементов и ещё большую стойкость к коррозии. Как правило, в дуплексной стали содержание хрома колеблется от 18 до 28%, а никеля – от 4 до 7%. При этом доля феррита составляет 25–80%. При комнатной температуре ферритная и аустенитная фазы обычно находятся в равном соотношении.

Относительная обрабатываемость достаточно низкая – всего 30%, что связано с высоким пределом текучести и высокой прочностью на растяжение. Высокое содержание феррита – более 60% – улучшает обрабатываемость. При обработке образуется прочная стружка, которая может стать причиной повреждения нерабочей режущей кромки, а также возникают высокие силы резания. В процессе резания выделяется большое количество тепла, что ведёт к пластической деформации и интенсивному лункообразованию. Небольшие главные углы в плане предпочтительны, так как они позволяют избежать образования проточин и заусенцев. Важное значение имеет жёсткость закрепления инструмента и заготовки.

Итак, основные проблемы при обработке нержавеющих сталей:

— вязкость (характерна для аустенитных и дуплексных марок) – сложность в контроле за стружкообразованием и налипание на кромку инструмента, склонность к возникновению вибраций;

— низкая теплопроводность и высокая температура в зоне резания – необходимо эффективная система подачи СОЖ для охлаждения инструмента, в противном случае возможно возникновение термотрещин, либо вести обработку при более низких режимах резания, предъявляются особые требования по термостойкости к инструментальным материалам и типам покрытий;

— сохранение прочностных свойств – склонность к самоупрочнению в широком диапазоне температур, образование наклёпа;

— абразивный износ – легирующие элементы, наличие карбидов и интерметаллических соединений в структуре материала вызывают повышенный износ инструмента;

— стружкодробление – особое значение имеет выбор стружколомов, нанесение типов покрытий на режущую кромку инструментов (как правило, для аустенитных типов нержавеющих сталей применяются большие положительные передние углы заточки инструмента (снижение сил резания, предотвращение налипаний и образования наклепа), покрытие типа PVD (для сохранения остроты режущей кромки и снижения налипаний)

— повышенные требования к жесткости оборудования и применяемого инструмента и оснастки – при низкой жесткости СПИД склонность к вибрациям значительно возрастает, что существенно затрудняет процесс обработки и снижает стойкость инструмента (одной из интересных тем исследования является применение ультразвуковых преобразователей, которые позволяют снизить силы резания и облегчить процесс обработки).

Говоря про применение современных износостойких покрытий при обработке нержавеющих сталей стоит отметить:

— CVD покрытия, как правило более толстые, многослойные, лучше сопротивляются износу, но имеют менее острую кромку (скругленная) – в большей степени их применение обосновано при обработке ферритной, мартенситной нержавеющей стали, иногда и аустенитной, но как правило с применением положительных передних углов на стружколомах и в основном при черновой обработке (обдирке)

— PVD покрытия более тонкие, более острая режущая кромка – в основном при чистовых и получистовых работах и для обработки более вязких (липких) сортов нержавеющих сталей.

Работа по усовершенствованию физико-химических состав износостойких покрытий ведется постоянно, совершенствуется их состав, прочностные и термические свойства, увеличение однородности, направленности структуры покрытий, снижения коэффициента трения и т.д.

В качестве примера приведём описание свойств покрытий для токарных пластин производителем Sumitomo, при этом прослеживаются свойства и параметры, определяемые тем или иным типом покрытий и твердосплавной основы.