Обработка нержавеющей стали

Новые технологии резки помогают преодолеть трудности механической обработки

Нержавеющую сталь начали обрабатывать с начала 1900-х годов, однако, и по сей день этот процесс представляет трудности.

«Самая главная трудность заключается в том, что производители традиционно обрабатывали нержавеющую сталь на малых скоростях, – отмечает Стив Джейсел, старший менеджер по продукции канадской компании Iscar Tools, расположенной в г. Оквилл. – Параметры резания были не столь агрессивны, как при обработке углеродистой и легированной марок стали, и производительность оставалась невысокой. Сегодня компании ищут более быстрые и экономичные способы повышения производительности. Производители режущего инструмента зачастую слышат пожелания по увеличению скорости, оптимизации контроля стружкоудаления, достижению наилучшего качества резки и сокращению общего времени на изготовление детали».

Механическая обработка нержавеющей стали сопряжена с тремя основными проблемами: стружкоудаление, деформационное упрочнение и ресурс режущей пластины. В то же время нужно помнить, что в зависимости от содержания никеля и хрома различные виды нержавеющей стали могут иметь разную обрабатываемость.

Основными видами нержавеющей стали являются аустенитная, ферритная/мартенситная/дисперсионно-твердеющая и дуплексная (аустенинто-ферритная) сталь.

«Аустенитные сплавы обладают высоким содержанием никеля, что повышает их прочность и вероятность образования нароста на режущей кромке», – поясняет Курт Людкинг, менеджер по токарному инструменту компании Walter USA, г. Уокешо, США. «В ферритных/мартенситных/дисперсионно-твердеющих марках стали содержание никеля ниже, а хрома – выше. Благодаря повышенному содержанию хрома данные сплавы отличаются прочностью и большей абразивностью, что вызывает быстрый и интенсивный износ режущей пластины».

«Более высоколегированные дуплексные марки стали довольно трудно обрабатывать, – добавляет Кевин Бертон, специалист по продукции канадского подразделения Sandvik Coromant, расположенного в г. Миссиссога, – особенно в плане тепловыделения, усилия реза и стружкоудаления». По словам Бертона, распространенными механизмами износа являются износ по задней поверхности и лункообразование, пластическая деформация, выкрашивание режущей кромки и образование проточин.

Выбор инструмента для работы по нержавеющей стали также зависит от сферы применения, как утверждает Алекс Ливингстон, менеджер по продукции Tungaloy Americas, г. Брантфорд, Канада. «Некоторые процессы включают переход от прерывистого точения к непрерывному, и в каждом случае могут потребоваться различные виды стружколомов и резцов из различных материалов. Эффективная обработка нержавеющей стали обеспечивается за счет жесткого крепления резца, поскольку жесткость – залог производительности инструмента».

Распространенной проблемой является использование инструмента, не предназначенного для нержавеющей стали. «Люди зачастую используют неподходящие комбинации материалов и геометрии, – поясняет Чед Миллер, менеджер по токарному инструменту американской компании Seco Tools, расположенной в г. Трой. – Существуют материалы и стружколомы, специально разработанные для токарной обработки нержавеющей стали. Они решают основные проблемы, связанные с обработкой данного сплава, такие как деформационное упрочнение и износ инструмента».

Контроль удаления стружки

При токарной обработке в силу ее характера образуется длинная витая стружка, а накапливание стружки, как известно, оказывает губительное влияние на процесс обработки. Учитывая склонность нержавеющей стали к самоупрочнению при деформации, для эффективного удаления стружки необходима сложная геометрия стружколома и максимальная подача смазочно-охлаждающей жидкости.

Например, в случае высоколегированных дуплексных сталей, по утверждению Бертона, «стружкоудаление и смазочно-охлаждающая жидкость играют важную роль в предотвращении пластической деформации». Он предлагает использование режущих инструментов с внутренней подачей смазочно-охлаждающей жидкости под высоким давлением по нескольким причинам:

  • это обеспечивает наиболее эффективное охлаждение режущей пластины вблизи горячей зоны обработки;
  • стружка быстро отводится от поверхности резца, препятствуя его износу;
  • стружка ломается на мелкие части для облегчения ее удаления из зоны резания.

Важную роль играет конструкция стружколома. «По возможности следует использовать стружколом с положительной геометрией для уменьшения теплообразования, – советует Ливингстон. – Положительный передний угол стружколома снижает самоупрочнение и нарост на режущей кромке – основные факторы повреждения при обработке нержавеющей стали».

Самое важное, по мнению Джейсела – это использование стружколома, предназначенного для нержавеющей стали. Не так давно компания Iscar модифицировала всю свою линейку режущего инструмента для нержавеющей стали и представила новые инструменты для черновой, получистовой и чистовой обработки данного материала.

«Большинство стружколомов могут работать с широким спектром материалов. Отличительная черта наших новых моделей – нацеленность именно на нержавеющую сталь. Инструменты общего назначения не показывают таких результатов, как стружколомы, обладающие специализированными характеристиками, которые позволяют добиться высокой производительности и значительно облегчить выбор режущих инструментов для обработки нержавеющей стали».Инструмент Walter для обработки стали

Самоупрочнение при деформации

Аустенитная нержавеющая сталь как никакая другая склонна к самоупрочнению при деформации, что усложняет процессы ее черновой, получистовой и чистовой обработки. По мере упрочнения повышается степень износа режущей пластины. Для решения этой проблемы производители режущего инструмента разработали пластины с более острыми кромками и стойкими к износу поверхностями. «Острая режущая кромка позволяет избежать образования нароста и самоупрочнения, а покрытие повышает износостойкость», – уверяет Людкинг.

Проблема встает еще более остро, если обработка предполагает несколько проходов. «Если одного прохода недостаточно, можно изменить глубину резания. Например, чтобы снять слой материала толщиной 5 мм, лучше сделать два прохода по 2,5 мм. Однако в отношении данного материала предпочтительно делать проходы неравными. На мой взгляд, первый проход глубиной 3 мм и второй – 2 мм будет оптимальным решением проблемы упрочнения», – предлагает Миллер.

Ресурс режущей пластины

Самоупрочнение сокращает срок службы инструмента. Производители видят решение проблемы износа в оптимизации геометрии – более острой заточки кромок и использовании положительного переднего угла, а также в применении новых покрытий для работы на высоких скоростях и подачах.

«Создание режущих инструментов для нержавеющей стали – это всегда поиск компромисса, – поясняет Людкинг. – Толстые покрытия, нанесенные методом химического осаждения (CVD), повышают стойкость к износу и позволяют перейти к более высоким режимам резания, увеличивая тем самым производительность. В то же время такие покрытия сложнее поддаются заточке».

Покрытия, наносимые методом физического осаждения (PVD), используемые в основном для нержавеющих сталей аустенитного класса, имеют меньшую толщину, обеспечивая остроту кромки и гладкость поверхности. При этом режимы скорости и подачи ниже, и в связи с малой толщиной высока вероятность повреждения и быстрого износа инструмента.

Одни производители разрабатывают новые варианты покрытий CVD и PVD для решения упомянутых проблем, в то время как другие развивают процессы финишной обработки в целях повышения износостойкости.

«С применением нашей новой технологии пользователи отметили приближение параметров получистовой обработки нержавеющей стали к параметрам обработки углеродистых и легированных марок, – отмечает Джейсел. – Скорость резания значительно выросла: раньше она составляла 122-137 м/мин, теперь же достигает 274 м/мин».

Тем временем Tungaloy недавно представила новые модели инструментов для обработки нержавеющей стали. Данные инструменты имеют покрытие, наносимое методом химического и физического осаждения по технологии «PremiumTec», которое обладает высокой стойкостью к выкрашиванию и обеспечивает непревзойденную гладкость поверхности, как пояснил менеджер компании Алекс Ливингстон.

Ряд производителей предлагает использовать режущие пластины с геометрией Wiper, которые предоставляют высокое качество обработки поверхности на высоких скоростях подачи.

«Как правило, для достижения гладкой поверхности требуется подача на малых скоростях, – отмечает Миллер. – Но с помощью пластины Wiper обработка может осуществляться в три раза быстрее, при этом качество поверхности будет таким же, как и с использованием обычной пластины. Кроме того, при высокой скорости подачи обеспечивается лучший контроль стружкоудаления».

В то время как производители соревнуются в новых разработках, некоторые проблемы остаются неразрешенными. Одна из них – все растущая потребность в повышении скорости обработки.

«Производительность определяется скоростными возможностями, и здесь всегда присутствует простор для совершенствования», – утверждает Людкинг.

По его словам, еще одной сферой модификаций, возможно, станет развитие технологии стружколомов. Он предсказывает «непрерывное совершенствование геометрии для контроля стружкоудаления в расширенном диапазоне подач, что упростит для пользователя выбор режущих пластин при работе на низких и высоких скоростях».

Источник материала: перевод статьи
Tackling Stainless Steel,
SMT 

Автор статьи-оригинала:
Mary Scianna



Понравилась статья? Поделитесь: