Рубрика: Механическая обработка
Нержавеющая сталь — один из самых востребованных материалов для деталей пищевого, химического, медицинского и насосного оборудования. При этом она заметно сложнее в обработке, чем обычная конструкционная сталь: инструмент изнашивается в несколько раз быстрее, стружка не ломается, поверхность «рвётся», а размеры «плывут» от нагрева. Разберём, откуда берутся эти трудности, чем различаются разные классы нержавеющих сталей и какие решения позволяют получать качественные детали без лишних затрат.
Обрабатываемость нержавеющих сталей определяется сочетанием нескольких свойств, каждое из которых по отдельности усложняет резание, а вместе они дают характерную картину.
Типичные симптомы при неправильной обработке нержавейки — быстрый износ по задней поверхности и выкрашивание кромки, рваная матовая поверхность, заусенцы, вибрации на тонких стенках, «закалённые» участки, на которых следующий инструмент начинает скользить, а не резать. Особенно сложно обстоит дело с мелкими отверстиями и резьбами: метчик при наклёпе может просто сломаться в детали.
Под общим названием «нержавейка» объединены стали с разной структурой, и их поведение при резании существенно различается.
| Класс | Примеры марок | Особенности обработки |
|---|---|---|
| Аустенитные | 12Х18Н10Т, 08Х18Н10, 10Х17Н13М2Т | Сильный наклёп, вязкая стружка, налипание. Самые распространённые и одни из самых сложных |
| Ферритные | 08Х13, 12Х17 | Обрабатываются легче аустенитных, но склонны к налипанию и образованию заусенцев |
| Мартенситные | 20Х13, 30Х13, 40Х13, 95Х18 | В отожжённом состоянии — относительно хорошо, после закалки требуют шлифования или специального инструмента |
| Дуплексные | 02Х22Н5АМ3 и аналоги | Высокая прочность, повышенные силы резания, интенсивный износ |
| Дисперсионно-твердеющие | 07Х16Н6 и аналоги | Обработку предпочтительно вести до старения, после — как труднообрабатываемый материал |
Существуют автоматные нержавеющие стали с добавками серы или селена. Включения сульфидов облегчают ломание стружки и снижают износ инструмента. Если деталь не работает в агрессивной среде и не сваривается, переход на такую марку может значительно удешевить серийное производство. Однако коррозионная стойкость и свариваемость у них ниже, поэтому решение принимается конструктором с учётом условий эксплуатации.
Инструмент для нержавеющей стали должен сочетать остроту кромки, чтобы резать, а не давить, и прочность, чтобы выдерживать высокие силы и не выкрашиваться.
Основной выбор — мелкозернистые твёрдые сплавы с износостойкими покрытиями, обладающими низким сродством к обрабатываемому материалу. Для чистовой обработки применяют пластины с тонким покрытием, сохраняющим остроту кромки, для черновой — более толстые, многослойные. Быстрорежущая сталь используется в основном для метчиков, развёрток и специального инструмента, причём предпочтительны марки с кобальтом и с покрытием.
Главный принцип — резать уверенно, не допуская «скольжения» кромки по поверхности. Слишком малая подача и глубина приводят к тому, что инструмент работает в наклёпанном слое, оставленном предыдущим проходом.
Скорость резания для аустенитных сталей обычно заметно ниже, чем для углеродистых сталей сопоставимой прочности. Завышенная скорость при низкой теплопроводности быстро перегревает кромку. Заниженная — способствует образованию нароста. Оптимум зависит от марки, инструмента и охлаждения и подбирается по рекомендациям производителя инструмента с корректировкой по стойкости.
Подача и глубина должны быть больше толщины наклёпанного слоя, оставшегося от предыдущего прохода. На чистовых операциях это означает, что нельзя оставлять «символический» припуск: оптимально хотя бы несколько десятых миллиметра. Остановка подачи с вращающимся инструментом, например выдержка в конце отверстия, тоже приводит к наклёпу и её нужно минимизировать.
| Ошибка | Последствие | Решение |
|---|---|---|
| Очень малая подача на чистовом проходе | Наклёп, скольжение кромки, вибрации | Увеличить подачу, использовать пластину с большим радиусом |
| Слишком высокая скорость | Перегрев и быстрый износ | Снизить скорость, усилить подачу СОЖ |
| Слишком низкая скорость | Нарост, рваная поверхность | Повысить скорость, полированная геометрия |
| Прерывистая подача при сверлении | Наклёп дна отверстия | Стабильная подача, правильный цикл с выводом |
| Нежёсткое крепление | Вибрации, выкрашивание | Минимальный вылет, жёсткая оснастка |
При обработке нержавеющих сталей СОЖ выполняет две функции: отводит тепло от зоны резания и уменьшает адгезию за счёт смазывающего действия. Для большинства операций используют эмульсии повышенной концентрации, а для резьбонарезания, развёртывания и протягивания — масляные СОЖ с противозадирными присадками.
При точении важен контроль стружки. Длинная сливная стружка опасна для оператора, портит поверхность и останавливает автоматический цикл. Подбор стружколома под конкретную глубину и подачу, а также подача СОЖ высокого давления позволяют получить стружку в виде коротких спиралей или «запятых». Тонкостенные втулки из нержавейки точат с особенной осторожностью: высокие силы резания деформируют стенку.
Предпочтительно попутное фрезерование, при котором толщина среза уменьшается к выходу зуба и инструмент не врезается в наклёпанный слой. Для пазов и карманов эффективны трохоидальные стратегии с малой шириной и большой глубиной резания — они равномерно нагружают фрезу и снижают нагрев.
Сверла для нержавейки имеют специальную заточку с подточкой перемычки и усиленной ленточкой. Сверление ведут с постоянной подачей, без «пощупывания», с хорошим отводом стружки. Для глубоких отверстий используют сверла с внутренним подводом СОЖ.
Самая проблемная операция. Метчики применяют с покрытием и уменьшенной площадью контакта, а для глухих отверстий — со спиральной канавкой. Хорошей альтернативой является резьбофрезерование: оно даёт малые силы, исключает поломку инструмента в детали и позволяет корректировать размер резьбы программой. Для внутренних резьб в аустенитных сталях широко используют и накатывание бесстружечными метчиками, если материал достаточно пластичен.
Механическая обработка влияет не только на размер, но и на коррозионные свойства нержавеющей детали. Наклёпанный слой, частицы инструмента, внедрённые в поверхность, следы железа от контакта с инструментом и оснасткой из углеродистой стали могут стать очагами коррозии.
Мартенситные нержавеющие стали, применяемые для валов, ножей, деталей насосов, закаливают для повышения твёрдости и износостойкости. Оптимальный маршрут — черновая и получистовая обработка в отожжённом состоянии, закалка с отпуском, затем финишное шлифование. Обработка резанием после закалки возможна, но требует твердосплавного инструмента для закалённых сталей или керамики и увеличивает стоимость. Подробнее о вариантах термообработки — на странице термической обработки.
Ориентировочную стоимость можно оценить в разделе цен, но для нержавеющих сталей расчёт особенно сильно зависит от марки и конструкции детали.
Обработка нержавеющей стали требует иного подхода, чем обработка углеродистых сталей. Наклёп, низкая теплопроводность, вязкая стружка и налипание компенсируются острым и прочным инструментом с правильным покрытием, уверенными режимами без «скольжения», эффективным охлаждением и строгим контролем износа. Не менее важны чистота обработки и финишные операции, сохраняющие коррозионную стойкость. Специалисты «ВМС» изготавливают детали из аустенитных, мартенситных и ферритных сталей и помогут выбрать марку и технологию, оптимальные по стоимости и сроку службы.
