Výber správnych rezných podmienok je kľúčový pre efektívne a kvalitné obrábanie nehrdzavejúcej ocele. Tieto podmienky zahŕňajú predovšetkým reznú rýchlosť, posuv a hĺbku rezu. Správne nastavenie týchto parametrov závisí od mnohých faktorov, vrátane obrábaného materiálu, typu nástroja, stroja a požadovaného výsledku. Nerezová oceľ je špecifický materiál, ktorý kladie vysoké nároky na obrábanie kvôli svojej tvrdosti, húževnatosti a nízkej tepelnej vodivosti.
Zvyčajne ľudia nazývajú legovanú oceľ s obsahom chrómu vyšším ako 12 % alebo obsahom niklu vyšším ako 8 % nehrdzavejúcou oceľou. Na zlepšenie odolnosti ocele proti korózii sa zvyčajne zvyšuje podiel chrómu alebo sa pridávajú legujúce prvky, ktoré je možné pasivovať, plus Ni, Mo, Mn, Cu, Nb, Ti, W, Co atď. Tieto prvky nielen zlepšujú koróznu odolnosť ocele, ale menia aj vnútornú štruktúru a fyzikálno-mechanické vlastnosti ocele. Vďaka týmto vlastnostiam sa nehrdzavejúca oceľ čoraz viac používa v letectve, kozmonautike, chemickom, ropnom, stavebnom a potravinárskom priemysle a v každodennom živote.
Typy nehrdzavejúcej ocele a ich obrobiteľnosť
Nerezová oceľ od metalografickej organizácie sa dá rozdeliť do kategórií podľa zloženia na nehrdzavejúcu oceľ na báze chrómu a chrómovú oceľ na báze niklu. Nerezová oceľ série 300 zahŕňa niklo-chrómové zliatiny, austenitickú nehrdzavejúcu oceľ (napr. 304) a duplexnú nehrdzavejúcu oceľ.
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ môže byť ochladená, ochladená s vysokou tvrdosťou, pevnosťou a odolnosťou proti opotrebeniu, niektoré sú magnetické, ale vnútorné napätie je veľké a oceľ je krehká. Ak je obsah uhlíka v oceli nižší ako 0,3 %, usporiadanie je nerovnomerné, priľnavosť je silná, pri rezaní sa ľahko vytvára hromadenie triesok a lámanie triesok je ťažké, a obrobok má nízku kvalitu obrobeného povrchu.
Feritická nehrdzavejúca oceľ
Organizácia feritickej nehrdzavejúcej ocele je stabilná pri zahrievaní a chladení a nedochádza k fázovej zmene, takže tepelné spracovanie ju nemôže posilniť, iba deformačným spevnením. Výkon je krehký a obrobiteľnosť je vo všeobecnosti dobrá.
Austenitická nehrdzavejúca oceľ
Pretože obsahuje viac niklu (alebo mangánu), štruktúra sa pri zahrievaní nemení, takže kalenie ju nemôže posilniť a jej spracovateľnosť sa môže mierne optimalizovať. Pevnosť sa môže výrazne zlepšiť vytvrdzovaním za studena a ak sa znova zostarne, pevnosť v ťahu môže dosiahnuť 2550 ~ 2740 MPa.
Nerezová oceľ vytvrdzujúca zrážaním
Obsahuje tálium, hliník, molybdén, titán a ďalšie legujúce prvky, ktoré môžu spôsobiť vytvrdzovanie. Vyzrážajú sa počas popúšťania, čo vedie k vytvrdzovaniu, čím sa vyrába oceľ s vysokou pevnosťou a tvrdosťou.
Obrobiteľnosť nehrdzavejúcej ocele je oveľa horšia ako u stredne uhlíkovej ocele. Pri obrobiteľnosti bežnej ocele 45 ako 100% je relatívna obrobiteľnosť austenitickej nehrdzavejúcej ocele 1Cr18Ni9Ti 40%; Feritická nehrdzavejúca oceľ 1Cr28 je 48%; Martenzitická nehrdzavejúca oceľ 2Cr13 je 55%. Spomedzi nich majú najhoršiu obrobiteľnosť austenitické a austenitické + feritické nehrdzavejúce ocele.
Charakteristické problémy pri obrábaní nehrdzavejúcej ocele
Vážne pracovné kalenie
V nehrdzavejúcej oceli je fenomén mechanického kalenia austenitickej a austenitickej + feritickej nehrdzavejúcej ocele výrazný. Napríklad pevnosť v ťahu austenitickej nehrdzavejúcej ocele po kalení dosahuje 1470 ~ 1960 MPa a so zvýšením pevnosti v ťahu sa zvyšuje aj medza klzu; Medza klzu žíhanej austenitickej nehrdzavejúcej ocele nepresahuje medzu pevnosti v ťahu 30 % až 45 % a po mechanickom spevnení až 85 % až 95 %. Hĺbka vrstvy vytvrdzovania môže dosiahnuť 1/3 alebo viac hĺbky rezu; Tvrdosť tvrdenej vrstvy je 1,4 ~ 2,2 krát vyššia ako u originálu. Pretože plasticita nehrdzavejúcej ocele je veľká, charakter je deformovaný pri plastickej deformácii a koeficient pevnosti je veľký; A austenit nie je dostatočne stabilný, pôsobením rezného napätia sa časť austenitu premení na martenzit. Okrem toho sa nečistoty zmesi ľahko rozkladajú a rozptyľujú pôsobením rezného tepla, takže pri rezaní vzniká vytvrdzujúca vrstva.
Veľká rezná sila
Veľká plastická deformácia nehrdzavejúcej ocele v procese rezania, najmä austenitickej nehrdzavejúcej ocele (jej predĺženie je viac ako 1,5-krát väčšie ako u ocele 45), takže rezná sila sa zvyšuje. Súčasne je pracovné kalenie nehrdzavejúcej ocele vážne, tepelná pevnosť je vysoká a odolnosť proti rezu sa ďalej zvyšuje a krimpovanie a lámanie triesok je tiež ťažšie.
Vysoká teplota rezania
Plastická deformácia a trenie medzi reznými nástrojmi sú veľké, čo vedie k väčšiemu reznému teplu; V spojení s tepelnou vodivosťou nehrdzavejúcej ocele je asi 50% ocele č. 45, veľké množstvo rezného tepla sa sústreďuje v zóne rezu a na rozhraní kontaktu nôž-trieska a podmienky pre odvod tepla sú zlé. Za rovnakých podmienok je teplota rezania 1Cr18Ni9Ti asi o 200 stupňov vyššia ako teplota ocele č. 45.
Triesky sa nedajú ľahko zlomiť, ľahko sa spoja
Plasticita a húževnatosť nehrdzavejúcej ocele sú veľmi veľké a triesky sú počas obrábania nepretržité, čo ovplyvňuje nielen hladký chod, ale aj stláča opracovaný povrch. Pri vysokej teplote a vysokom tlaku je afinita nehrdzavejúcej ocele a iných kovov silná, ľahko sa vytvára jav adhézie a tvorba uzlíkov triesok, ktoré nielen zhoršujú opotrebovanie nástroja, ale aj jav trhania a zhoršujú opracovaný povrch.
Výber rezných nástrojov pre nehrdzavejúcu oceľ
Materiál nástroja na rezanie je veľmi dôležitý. Nerezová oceľ je tvrdý zákazník - je tvrdá, lepkavá a má nízku tepelnú vodivosť. Jedným z najbežnejšie používaných materiálov na rezanie nehrdzavejúcej ocele je karbid. Nástroje na rezanie karbidov sú známe svojou vysokou odolnosťou proti tvrdosti a opotrebovaniu. Dokážu zvládnuť vysoké rezné sily a teploty generované počas procesu obrábania. Existujú rôzne typy karbidu, ako je napríklad povlakovaný karbid a pevný karbid. Povlakované karbidové nástroje majú na povrchu tenkú vrstvu povlaku, ktorá môže ďalej zlepšiť ich výkon.
Ďalšou možnosťou je oceľ s vysokou rýchlosťou (HSS). Nástroje na rezanie HSS sú cenovo dostupnejšie ako nástroje z karbidu, ale nemajú rovnakú úroveň tvrdosti a tepelného odporu. Sú vhodné na operácie na obrábanie svetla alebo na to, že náklady sú hlavným problémom. HSS oceľ je špecializovaná zliatina, ktorá sa široko používa pri výrobe rezných nástrojov. Skladá sa zo železa, uhlíka a ďalších legujúcich prvkov, ako napríklad volfrám, molybdén, chróm a vanád, ktoré mu dodávajú tvrdosť, tepelnú odolnosť a húževnatosť potrebnú pre vysokorýchlostné rezné operácie. Pri obrábaní materiálov vysokými rýchlosťami, ako je to bežné pri CNC obrábaní, sa na reznej hrane nástroja vytvára teplo. Nástroje z HSS ocele si dokážu udržať svoju tvrdosť aj pri týchto vysokých teplotách (až 600 ° C), čo umožňuje trvalý rezný výkon.
Pokiaľ ide o obrábanie nehrdzavejúcej ocele, výber správnych rezných nástrojov nie je ľahkou úlohou. Materiál, geometria, povlak, chladivo a náklady je potrebné starostlivo zvážiť. Pre väčšinu obrábacích aplikácií ponúka nehrdzavejúca oceľ 303 najlepšiu rovnováhu obrábateľnosti, nákladovej efektívnosti a výkonu. Nerezové ocele 304 a 316 sú však lepšou voľbou, ak sa vyžaduje vyššia odolnosť proti korózii, a to aj napriek ich o niečo nižšej obrobiteľnosti.
Geometria nástroja
Geometria nástroja na rezanie tiež zohráva dôležitú úlohu. Uhol hrable ovplyvňuje reznú silu a tvorbu čipov. Pozitívny uhol hrable znižuje reznú silu, vďaka čomu je proces obrábania plynulejší. Ale pre nehrdzavejúcu oceľ by mohol byť potrebný relatívne malý pozitívny uhol sklonu alebo dokonca negatívny uhol sklonu. Uhol vôle je dôležitý, aby sa zabránilo treniu nástroja proti obrobku. Polomer reznej hrany je ďalším kritickým parametrom. Ostrý rezný okraj je všeobecne uprednostňovaný pre lepšiu povrchovú úpravu, ale v prípade nehrdzavejúcej ocele môže byť mierne zaoblený rezný okraj priaznivejší. Odporúčam: Kobaltové nástroje HSS alebo karbidové nástroje, sú pre 316L rozhodujúca ich vynikajúca tvrdosť a tepelná odolnosť. Nástroje s povrchovou úpravou: Povlaky TiAlN a AlCrN výrazne predlžujú životnosť nástroja. Geometria nástroja: Pozitívne uhly sklonu znižujú rezné sily a primerané uhly odľahčenia zabraňujú treniu. V spoločnosti PTSMAKE sme dosiahli vynikajúce výsledky s frézami s variabilnou špirálou, ktoré sú špeciálne navrhnuté pre austenitické nehrdzavejúce ocele. Tieto nástroje minimalizujú chvenie a zlepšujú odvod triesky - dva bežné problémy pri obrábaní 316L.
Povlaky nástrojov
Povlak môže výrazne zvýšiť výkon nástrojov na rezanie. TiN (nitrid titánu) je jedným z najbežnejších povlakov. Má zlatý vzhľad a poskytuje dobrú odolnosť proti opotrebeniu a nízke trenie. TiAlN (nitrid hliníka titánu) je ďalším populárnym náterom. V niektorých prípadoch sa používajú aj povlaky s diamantom-podobne uhlíkovými (DLC).
Vplyv obrábaného materiálu na rezné parametre
Materiál obrobku má zásadný vplyv na voľbu rezných parametrov. Čím tvrdší alebo húževnatejší je materiál, tým nižšie rezné rýchlosti a posuvy je potrebné zvoliť. Pri frézovaní závisí voľba rezných podmienok nielen na obrobiteľnosti materiálu a rezivosti materiálu nástroja, ale aj vo značnej miere na druhu nástroja, na reznom prostredí a na spôsobe frézovania.
Napríklad na kalenú oceľ s tvrdosťou 48 HRC použijete polovičné otáčky a posuv ako na konštrukčnú oceľ. Čím húževnatejšia je oceľ, tým nižšiu reznú rýchlosť zvolíte, pri skoro rovnakom posuve. Napríklad na nerezovú oceľ nastavíte polovičné otáčky ako na konštrukčnú oceľ, pri porovnateľnom posuve.
| Materiál | Rezná rýchlosť (m/min) |
|---|---|
| Oceľ | 20-50 |
| Nerezová oceľ | 15-30 |
| Hliník | 100-300 |
| Meď | 80-200 |
| Bronz | 60-150 |
Vysokorýchlostné obrábanie (HSC) nehrdzavejúcej ocele
Vysokorýchlostné obrábanie, koncept, ktorý prvýkrát navrhol Carl Salomon v roku 1931, priniesol revolúciu do obrábania neželezných kovov, ako sú hliník, meď a bronz. Pri vysokorýchlostnom obrábaní tvrdými a tepelne odolnými nástrojmi sa teplota obrobenej triesky blíži k teplote tavenia obrábaného materiálu. Pri dosiahnutí požadovanej reznej rýchlosti dôjde k podstatným zmenám metalurgických, chemických i mechanických vlastností obrábanej triesky.
Abou-El-Hossein a Yahya vyšetrovali nerezovú oceľ a zložky spekaného karbidu pomocou vysokorýchlostného frézovania. Pri experimentoch boli získané optimálne rezné podmienky pre nerezovú oceľ a zložky zo spekaného karbidu: rýchlosť 150 m.min-1 a posuv 0,075 mm.ot-1. Pri vysokorýchlostnom frézovaní je vytváraná zvyčajne krátka trieska (celá segmentovaná). Pri vysokorýchlostnom obrábaní sa môžu obrábať aj materiály náchylné na teplo, pretože odber triesky sa vykonáva rýchlo a nahriata trieska nestihne odovzdať teplo materiálu.
Technológia vysokorýchlostného obrábania dodnes nie je dostatočne otestovaná na všetkých materiáloch. Na obsluhu zariadení pre vysokorýchlostné obrábanie kvôli bezpečnosti personálu je potrebné vynaložiť dosť veľké finančné prostriedky.
Typy vysokorýchlostného obrábania
Vysokorýchlostné obrábanie sa člení na rôzne skupiny, ktoré sa delia podľa spôsobu, akým je vysokorýchlostné obrábanie dosiahnuté. Používajú predovšetkým anglické názvy ako sú: High Feed Milling (HFM), High Performance Cutting (HPC), High Speed Precision Cutting (HSPC).
High Feed Milling (HFM)
High Feed Milling predstavuje typ vysokorýchlostného frézovania. Tento typ obrábania je značne produktívny, ale pre jeho realizáciu sú potrebné vhodné nástroje a strojné vybavenie. Pri tomto obrábaní je nutné postarať sa aj o určité zásady pri NC programovaní, na porovnanie od vysokorýchlostného obrábania je potrebné pri programovaní dodržiavať iba množstvo použitých pracovných otáčok, ale základom je sledovať maximálny posuv. Pri NC programovaní obrábacieho centra je potrebné pri použití technológie vysokorýchlostného obrábania dohliadať a dbať na kontrolu vysokého zrýchlenia vo všetkých osiach pohybu nástroja. Vo všeobecnosti sa dá povedať, že obrábanie s veľkými posuvmi má hospodárny ale aj ekologický zmysel. Toto obrábania je najvyužívanejšie pri frézovaní, ktoré je charakteristické úberom materiálu s malou hrúbkou rezu (ap = 2 mm) a s vysokým posuvom na zub frézy (až fz = 3 mm).
High Performance Cutting (HPC)
Tento typ vysokorýchlostného obrábania je definovaný veľkým úberom triesky v jednom kroku, používa sa najmä pre hrubovacie operácie alebo pri opracovávaní ťažko obrobiteľných materiálov. Pri High Performance Cutting môže vzniknúť aj hĺbka rezu cca 1,5D. Toto obrábanie sa začleňuje medzi inovatívne metódy obrábania, ktoré sa vyznačuje ekologickými a ekonomickými prednosťami, hlavne pri sériovej výrobe. Pre efektívnosť tohto obrábania je potrebné dodržiavať zásady a pravidlá, ktoré sa týkajú sústavy stroj - nástroj - obrobok. Pre úspešné frézovanie touto metódou je potrebné, aby bol nástroj vyrobený z kvalitného spekaného karbidu a s povlakovaním, ktoré je odolné voči vysokým teplotám. Najčastejšie využívané nástroje sú frézovacie hlavy s vymeniteľnými reznými platničkami i špeciálne stopkové frézy.
High Speed Precision Cutting (HSPC)
Pod názvom High Speed Precision Cutting sa ukrýva nový typ vysokorýchlostného presného obrábania. Toto obrábanie sa prevádza pomocou mikrofrézovacích centier. Pre tento typ obrábania je typické obrábanie veľmi malých plôch. Na mikrofrézovacie centrá je kladený podstatný dôraz na presnosť obrábania. Obrábanie sa využíva hlavne v hodinárskom priemysle a tam, kde je kladený veľký význam na kvalitu a vysokú presnosť obrobených malých plôch. S narastajúcimi otáčkami vretena je možná vyššia rýchlosť posuvu pri rovnakej hrúbke triesky, aká vzniká pri konvenčnom spôsobe obrábania a tým znižujeme najmä pracovné časy. Vysoká kvalita obrobeného materiálu umožňuje obrábať bez dokončovacích operácií.
Chladenie a mazanie pri obrábaní nehrdzavejúcej ocele
Pri obrábaní nehrdzavejúcej ocele je nevyhnutné použitie správnej chladiacej kvapaliny a mazania. Existujú rôzne druhy chladiacich látok, ako sú chladiace látky založené na vode a chladivá na báze oleja. Chladivá založené na vode sú šetrnejšie k životnému prostrediu a majú dobré chladiace vlastnosti. V niektorých prípadoch sa používa kombinácia chladiacej kvapaliny a mazania. Pri vŕtaní do tvrdých materiálov je nevyhnutné používať mazivá, ako je chladiaca kvapalina alebo rezné oleje.
Stratégie chladiacej kvapaliny
Účinné chladenie je pri obrábaní materiálu 316L neodmysliteľnou podmienkou. Vysokotlaková chladiaca kvapalina nasmerovaná presne na reznú hranu pomáha rozbíjať triesky a znižovať teploty. V našich CNC operáciách používame:
- Chladiace kvapaliny na báze oleja pre ťažké hrubovacie operácie.
- Vo vode rozpustné chladiace kvapaliny s inhibítormi korózie na všeobecné obrábanie.
- Systémy minimálneho množstva maziva (MQL) pre určité dokončovacie operácie.
Zváranie nehrdzavejúcej ocele
So zváraním nerezovej ocele (stainless steel) sa ako hobby zvárači najčastejšie stretnete s jednoduchšími projektmi ako sú zábradlia, držiaky, výfukové zvody, opravy a celkovo menšie konštrukcie, na ktoré sa nekladú až také vysoké požiadavky ako pri práci s nerezovou oceľou vo fabrikách. Tam sa zvárajú potrubné systémy, tlakové nádoby, väčšie konštrukcie, pre potravinárstvo, farmáciu, chemický priemysel, kde sa vyžaduje absolútna čistota zvaru, presnosť, kvalita a iné prísne požiadavky.
Príprava materiálu
Správna príprava nerezovej ocele je veľmi kľúčová pre kvalitný a čistý zvar. Túto oceľ je vhodné pripraviť tak, aby sme ju zbavili nečistôt ako je masnota, prach, oxidácia, prípadne iné nečistoty a dosiahli pri príprave kovový lesk. Používanie nástrojov pre nerezový materiál - rezné kotúče, brúsne kotúče, drôtené kefy pre nerez (ručne alebo pre brúsku), pílové kotúče pre nerez. Odmastenie - veľmi dôležitá časť pre nerezový materiál. Odmastenie za pomoci handričky a odmasťovača napríklad acetónu, zabezpečí, že stiahneme z rezných a brúsených hrán prach a iné nečistoty, ktoré by boli pri zváraní v kontakte s roztaveným kovom.
Zváranie metódou TIG
Keďže postup zvárania tejto ocele metódami MIG/MAG a MMA je jasný, pozrieme sa na zváranie nerezovej ocele metódou TIG. Pre metódu TIG sa kladú tie najprísnejšie požiadavky a výslednú kvalitu zvaru výrazne ovplyvňujú zváracie parametre, ochranná atmosféra a množstvo vneseného tepla do materiálu. Existujú tabuľky a aplikácie pre požadovanú rýchlosť zvárania, no v domácich podmienkach je priam nemožné riadiť sa nimi, využíva sa to najmä pri zváraní za pomoci riadeného automatizovaného procesu. Pre hobby zvárača platí pravidlo „nedržím sa na jednom mieste pridlho, no zároveň pozerám na dostatočné natavenie zvarových hrán a predpokladám správne prevarenie materiálu“. Takéto pravidlo zabezpečí, že nebudeme pridlho pôsobiť oblúkom na jedno miesto dlho, pretože vypaľujeme prvky z materiálu. Ak vidíme, že sa nedokáže vytvoriť lázeň za pomerne krátky čas - zvýšte prúd.
Dofuk plynu (postflow) 8-12 sekúnd. Je najdôležitejší parameter čo sa týka ochrannej atmosféry. Ak by bol príliš krátky, rozžeravený kov bude chladnúť na vzduchu, kde zoxiduje. Zvar bude sivý až čierny, bude sa tvoriť kráter, ktorého súčasťou môžu byť aj praskliny. Podobne to je aj pri elektróde, elektróda bude zoxidovaná a môže sa začať štiepiť, čo je nežiadúce a pre vyhotovenie kvalitného zvaru neprípustné. Ak prilepíte elektródu, ihneď ju prebrúste. Prebrúsená elektróda docieli správnu stabilitu oblúka a precíznosť pri smerovaní oblúka. Oblúk bude pokojný, nebude „poskakovať a vrtieť sa“. To isté platí aj pri nalepení prídavného materiálu na elektródu. Ak elektróda je zoxidovaná a bola nedostatočne chladená teplom, začína sa štiepiť. Vtedy je nutné túto časť odrezať a prebrúsiť elektródu.
Hubice so sitkom zaručia správne a rovnomerné prúdenie ochranného plynu, ktorý bude chrániť váš zvar a takisto aj elektródu. Priemer tejto hubice záleží od typu zvaru ktorý zvárame. Ak zvárame kútový zvar, použijeme užšiu hubicu. Ak zvárame tupý zvar, používame širokú hubicu. Pri širšej hubici môžeme prietok mierne zvýšiť. Pri zváraní nerezovej ocele sa najčastejšie používajú širšie keramické alebo sklenené hubice. Využíva sa najmä pri výrobe potrubí, kde chceme zaručiť kvalitu zvaru aj z druhej strany, zabránili tak praskaniu a tvoreniu oxidácie na koreni zvaru. Spravidla môžeme použiť koreňovú pastu alebo formovací plyn spolu so sústavou pre formovanie. Spravidla sa jedná o odstránenie sfarbenia z povrchu po zváraní.
Zváranie nerezovej ocele si vyžaduje prípravu, čistotu, kontrolu vneseného tepla, správne zváracie parametre, presnosť a práve preto je TIG tou najčastejšou voľbou pre tých, ktorí chcú vyhotoviť kvalitný a estetický zvar. Pri dodržaní pár zásad a pár hodinách trpezlivosti pri tréningu, dokážete vyhotoviť pevné a odolné spoje, ktoré sú štandardom v profesionálnej, ale aj v hobby praxi.
tags: #rezne #podmienky #pre #antikor