Инструменти за обработка на неръждаема стомана

Начало > Инструменти, материали > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 3/2024 > 22.05.2024

  • Важно е да се гарантира, че не са налице прекъсвания или триене, причинени от вибрациите на машината или трептенето на инструмента

  • За механична обработка на неръждаеми стомани могат да се използват инструменти от бързорезна стомана или металокерамична твърда сплав

  • Минералните масла са по-подходящи за тежки операции по механична обработка с големи натоварвания при ниски скорости или когато се използват инструменти, изработени от бързорезна стомана

 

Най-разпространените и следователно най-често подлагани на обработка неръждаеми стомани са аустенитните видове, например класовете 304 (1.4301) и 316 (1.4401). Те се характеризират с високи нива на деформационно уякчаване (наклеп) и лоши параметри на стружкочупене по време на механична обработка. В статията ще разгледаме важните фактори, влияещи върху успешната механична обработка на тези стомани.

 

Трудна ли е за обработка неръждаемата стомана

Неръждаемата стомана може да е причина за някои трудности по време на механична обработка. Тези затруднения са широко разпространени в процесите по обработка, но могат да бъдат избегнати чрез предприемане на определени предпазни мерки.

Основният проблем възниква вследствие на прегряване на стоманената повърхност. Прегряването е често срещано при всички процеси на механична обработка. В случая на неръждаемата стомана то води до компрометиране на корозионната устойчивост на материалите. Това може да бъде избегнато обаче чрез наблюдение на детайла. Когато повърхността й е нагрята, неръждаемата стомана се оцветява в различни нюанси.

Тази термична реакция се коригира чрез процес на ецване, включващ третиране на неръждаемата стомана със солна или сярна киселина. Киселината разтваря окисления слой и възстановява корозионната устойчивост на стоманата.

 

Стабилност на машината и инструмента

При механичната обработка на неръждаеми стомани е важно да се гарантира, че не са налице прекъсвания или триене, причинени от вибрациите на машината или трептенето на инструмента. Машините трябва да бъдат стабилни и способни да правят дълбоките срезове, необходими при механичната обработка на аустенитни неръждаеми стомани, без да се намаляват зададените скорост на подаване и повърхностна скорост. Малко вероятно е стругове и фрезови машини, предназначени за обработка на нисковъглеродна стомана, месинг и др., да са достатъчно стабилни за успешна механична обработка на неръждаеми стомани.

Машините трябва да не са склонни към прекомерни вибрации при основата, задвижванията и редукторите или при режещия инструмент и държача му. Трябва да се избягват големи надвисвания на инструмента. Разстоянието от режещия ръб до държача трябва да бъде възможно най-късо, а напречното сечение на инструмента да е максимално голямо. Това може да спомогне и за разсейване на топлината от режещите повърхности. Дорниците трябва да бъдат възможно най-стабилни и къси, както и да бъдат максимално близо до краищата на инструментите, за да осигуряват оптимална опора.
Не е необичайно при рязането на метала да се издава свирещ звук, което обаче може да е индикатор за това, че инструментът се износва и има нужда да бъде подменен.

 

Материали на инструмента

За механична обработка на неръждаеми стомани могат да се използват инструменти от бързорезна стомана или металокерамична твърда сплав.
Може да се използва или волфрамова, или молибденова бързорезна стомана. Тези материали са подходящи при процеси на механична обработка, характеризиращи се с високи скорости на подаване, и нискоскоростни процеси, при които се наблюдават променливи натоварвания върху режещия ръб, породени от сложни геометрии на инструмента.

Волфрамовите видове (например T15) могат да бъдат от полза заради добрата си устойчивост на абразивно износване и високотемпературната си твърдост. Молибденовите бързорезни стомани се използват по-широко, като M42 е подходяща за приложения като фрезови инструменти, когато е необходима добра комбинация от твърдост и якост при по-ниски скорости на рязане. M42 има по-добра твърдост в сравнение с по-разпространени класове като M2, но пък може да се характеризира с по-ниска якост.

Ако инструментите са склонни към нащърбване на режещия ръб, трябва да се използват класове с по-голяма якост, например M2, M10. В случай че инструментите се загряват прекомерно, следва са се използват класове с по-голяма високотемпературна твърдост, като M42, T15. При риск от бързо износване следва да се използват инструменти от бързорезна стомана с по-висока устойчивост на абразивно износване, например T15.

Металокерамичните твърди сплави обикновено се използват за механична обработка на неръждаеми стомани, при която се изисква постигането на по-големи скорости и по-високи подавания от тези, които се реализират с инструменти от бързорезна стомана. Могат да се използват или сменяеми, или припоени пластини (когато са допустими по-ниски скорости на рязане), съставени от волфрамови карбиди или смес от волфрамови карбиди и карбиди на други метали, включително титан, ниобий и хром. Карбидите се свързват с помощта на кобалт. Конвенционалните класове волфрамови карбиди се използват за механична обработка на аустенитни и аустенитно-феритни неръждаеми стомани, а комплексните карбиди се използват за механична обработка на мартензитни и феритни класове.

Карбидите с покритие имат допълнителни предимства – подобрена устойчивост на износване и счупване. Вследствие на това те дават възможност за по-високи скорости на рязане в сравнение с карбидните инструменти без покритие.
Огромното разнообразие от твърдосплавни инструменти на пазара означава, че обикновено са нужни тестови периоди, за да се определят оптималните характеристики на механична обработка за специфичната ситуация.

 

Геометрия и острота на инструмента

Поддържането на остротата на режещите инструменти е от ключово значение при механичната обработка на неръждаеми стомани. Внимателното шлифоване и хонинговане на повърхностите е важно, защото спомага за оптимизирането на експлоатационния живот на инструмента, финиша, прецизността и допуските. В допълнение, по този начин се редуцират счупванията на инструмента и енергопотреблението. Заострянето трябва да се извършва веднага щом качеството на среза се влоши. Предпочита се шлифоването да се осъществява на машина, а не ръчно, за да се постигне необходимата точност по отношение на геометрията на инструмента.

Правилната геометрия на инструмента е важна за минимизиране на натрупването на фини стружки по повърхностите му, което може да доведе до повишено енергопотребление на машината и лош финиш на обработените повърхности. Ъгълът между режещия инструмент и детайла требва да бъде изправен, тъй като в противен случай може да се стигне до нащърбване или счупване на инструмента поради намалената опора на режещия ръб.

Когато е възможно, повърхностите на инструмента трябва да включват стружкочупачи, защото аустенитните неръждаеми стомани са склонни към образуване на дълги спираловидни стружки, които лесно могат да се увият около инструмента, а отстраняването им е трудно и времеемко. В най-лошия случай инструментът може да се блокира от оплетените около него стружки.

 

Смазване и охлаждане

Изключително важно е при механичната обработка на неръждаеми стомани да се използват смазочни течности. Това се дължи на факта, че е необходима комбинация от дълбоки срезове и високи скорости на подаване, за да се преодолеят ефектите на деформационно уякчаване и ниската топлопроводимост на аустенитните неръждаеми стомани, която ограничава разсейването на топлината от обработените повърхности. Прегряването на повърхността на неръждаемата стомана по време на механична обработка може да повлияе върху корозионната устойчивост на материала, поради което трябва да се избягва. Ако все пак се стигне до подобна ситуация, както беше споменато, корозионната устойчивост на засегнатата повърхност от готовия детайл може да се възстанови чрез ецване. Прегряването може също да доведе до изкривяване, което е трудно за компенсиране или коригиране.

Смазването с помощта на подходящите течности спомага и за редуциране на износването на инструмента и отмиване на фините стружки. Принципно, охлаждането е по-важно от смазването, когато става думи за по-високи скорости на рязане и затова при механична обработка на неръждаеми стомани дебитът на смазочните течности обикновено е по-голям.

Могат да се използват или минерални, или водоразтворими емулгируеми масла. Минералните масла са по-подходящи за тежки операции по механична обработка с големи натоварвания при ниски скорости или когато се използват инструменти, изработени от бързорезна стомана. Емулгируеми масла се използват за механична обработка при по-високи скорости с твърдосплавни инструменти.

Сулфорирани, хлорирани или сулфо-хлорирани минерални масла могат да се използват с добавки от до 10% мастни масла за механична обработка на неавтоматни класове стомана. За разреждане на тези масла се използва парафин в съотношения масло/парафин 1/5 за големи скорости и ниски подавания и 1/1 за по-малки скорости и по-високи подавания. Ако се наблюдава прекомерно износване, следва да се използват по-разредени масла, а ако режещият ръб загаря, разреждането трябва да се намали.

Емулгируемите масла се разреждат с вода и предоставят по-добро охлаждане от разредените с парафин минерални масла. Ако се използват емулгируеми масла за екстремни стойности на налягането, могат да се реализират повече тежки операции по механична обработка. Важно е разреждането да се направи като маслото се добави към водата, а не обратното, за да се получи правилната форма на емулсия, с подходящите смазочни и охлаждащи характеристики.

След механична обработка всички следи от смазочна течност трябва да бъдат отстранени от повърхността, за да се осигури възможност за самопасивиране на неръждаемата стомана. В определени случаи следва да се обмисли киселинна пасивация.


Вижте още от Инструменти, материали


Ключови думи: неръждаема стомана, инструменти, металообработка, смазване, охлаждане, твърдосплавни инструменти, бързорезна стомана



Редактор на статията:

ДИЛЯНА ЙОРДАНОВА

ДИЛЯНА ЙОРДАНОВА

Отговорен редактор

• Завършва специалност "Инженерна екология" в Химикотехнологичен и металургичен университет;


• Заема длъжността "Отговорен редактор" в издателство TLL Media от 2020 г.;

• Разполага с над 10 години опит в създаването на съдържание и писането на научни статии.

Контакт в LinkedIn


Top