Mecanizado de Piezas de Acero Inoxidable
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El proceso de mecanizado CNC de acero inoxidable se refiere al proceso de torneado, fresado y mandrinado de acero inoxidable para obtener las piezas requeridas por los dibujos. En el proceso de mecanizado de acero inoxidable, se necesita una gran cantidad de máquinas herramienta, instrumentos de prueba y otros equipos.
Los materiales de acero inoxidable mecanizados son en su mayoría SUS303, SUS304, SUS316 y acero inoxidable dúplex. Sin embargo, debido a la alta resistencia a la corrosión y tenacidad de tales materiales, los problemas de disipación de calor, endurecimiento por trabajo y adherencia de viruta a la herramienta durante el corte dificultan su maquinabilidad.
Entre los aceros inoxidables, el endurecimiento por trabajo de los aceros inoxidables austeníticos y austeníticos + ferríticos es el más destacado. Por ejemplo, la resistencia σb del acero inoxidable austenítico después del endurecimiento alcanza 1470 ~ 1960 MPa, y con el aumento de σb, el límite de fluencia σs aumenta; El acero inoxidable austenítico recocido σs no excede del 30% al 45% de σb, y alcanza el 85% al 95% después del endurecimiento por trabajo. La profundidad de la capa endurecida por trabajo puede alcanzar 1/3 o más de la profundidad de corte; La dureza de la capa endurecida es de 1,4 a 2,2 veces mayor que la original. Debido a que la plasticidad del acero inoxidable es grande, el carácter se distorsiona durante la deformación plástica y el coeficiente de fortalecimiento es muy grande; Y la austenita no es lo suficientemente estable, parte de la austenita se transformará en martensita bajo la acción de la tensión de giro; Además, bajo la acción del calor de corte, las impurezas del compuesto son fáciles de descomponer en una distribución dispersa, de modo que se produce una capa endurecida durante el torneado. El fenómeno de endurecimiento por trabajo producido por la alimentación anterior o el proceso anterior afecta seriamente el buen progreso del proceso posterior.
Fuerza de corte elevada
El acero inoxidable tiene una gran deformación plástica durante el corte, especialmente el acero inoxidable austenítico (su alargamiento es más de 1,5 veces el del acero No. 45), lo que aumenta la fuerza de corte. Al mismo tiempo, el endurecimiento por trabajo del acero inoxidable es serio y la resistencia térmica es alta, lo que aumenta aún más la resistencia al corte y también es difícil rizar y romper las virutas. Por lo tanto, la fuerza de corte para procesar acero inoxidable es grande. Por ejemplo, la fuerza de corte unitaria del torneado 1Cr18Ni9Ti es 2450 MPa, que es un 25% más alta que la del acero No. 45.
Alta temperatura de corte
La deformación plástica y la fricción con la herramienta durante el corte son grandes, lo que genera mucho calor de corte;
Además, la conductividad térmica del acero inoxidable es aproximadamente 1/2 a 1/4 de la del acero No. 45. Una gran cantidad de calor de corte se concentra en la interfaz entre el área de corte y el contacto herramienta-viruta, y las condiciones de disipación de calor son malas. En las mismas condiciones, la temperatura de corte de 1Cr18Ni9Ti es aproximadamente 200 ° C más alta que la del acero No. 45.
Las virutas no son fáciles de romper
La plasticidad y dureza del acero inoxidable son muy grandes y las virutas son continuas durante el torneado, lo que no solo afecta el buen funcionamiento de la operación, sino que también raya la superficie procesada. A alta temperatura y alta presión, el acero inoxidable tiene una fuerte afinidad con otros metales, y es fácil de provocar adherencia y formar tumores acumulados, que no solo agravan el desgaste de la herramienta, sino que también desgarran y deterioran la superficie procesada. Esta característica del acero inoxidable martensítico con menor contenido de carbono es más obvia.
La herramienta es fácil de usar
El efecto de afinidad en el proceso de corte de acero inoxidable hace que las virutas de la cuchilla se unan y se difundan, de modo que la herramienta produce desgaste de unión y desgaste por difusión;
Como resultado, se forman picaduras en la cara de inclinación de la herramienta y el borde cortante también formará pequeñas escamas y mellas;
Además, los carburos en acero inoxidable (como el TiC) tienen una dureza muy alta. El contacto directo y la fricción con la herramienta durante el corte, el rayado de la herramienta y el endurecimiento por trabajo aumentarán el desgaste de la herramienta.
Gran coeficiente de expansión lineal
El coeficiente de expansión lineal del acero inoxidable es aproximadamente 1,5 veces mayor que el del acero al carbono. Bajo la acción de la temperatura de corte, la pieza de trabajo es propensa a la deformación térmica y la precisión dimensional es difícil de controlar.
Por estas razones, los aceros inoxidables dúplex son más difíciles de mecanizar que los aceros inoxidables austeníticos de la serie 300 con la misma resistencia a la corrosión. El mecanizado de acero inoxidable dúplex generalmente requiere mayores fuerzas de corte y la herramienta se desgasta más rápido. Cuando se utilizan herramientas de carburo cementado, el grado de dificultad en el mecanizado es el más obvio. La Figura 16 muestra una comparación de los índices de rendimiento de mecanizado relativos de varios aceros inoxidables dúplex y aceros inoxidables 316. Tenga en cuenta que en comparación con el acero inoxidable 316, el acero inoxidable dúplex S32101 tiene un mayor nivel de dificultad de mecanizado.
Principios generales del mecanizado de acero inoxidable dúplex
Los siguientes principios de mecanizado se aplican a todos los aceros inoxidables, y para los aceros inoxidables dúplex, es particularmente importante seguir estos principios.
• Utilice equipos resistentes y de alta potencia, la herramienta y la pieza de trabajo deben estar firmemente fijadas (para el mismo corte, la fuerza de corte requerida para el acero inoxidable dúplex es mucho mayor que la del acero inoxidable austenítico correspondiente);
• Mantenga la parte extendida de la herramienta lo más corta posible para minimizar la vibración;
• El radio de la punta de la herramienta no es mayor que el valor necesario;
• Elija cuchillos duros con formas afiladas, que tengan bordes afilados y resistencia suficiente;
• Diseñar la secuencia de fresado del mecanizado de modo que la profundidad de corte esté siempre por debajo de la capa endurecida formada por las primeras pasadas;
• La velocidad de corte debe ser lo suficientemente grande, pero no demasiado rápida, para evitar bordes cortantes y un desgaste rápido;
• Reemplace o vuelva a afilar regularmente la hoja del cuchillo para asegurar el filo de la hoja;
• Use un gran flujo de refrigerante / lubricante, use aceite de corte o emulsión con aditivos de extrema presión (EP);
• Utilice hojas recubiertas de carburo con forma de ranura de viruta.
Las fresas para fresar acero inoxidable pueden utilizar carburo cementado como material de los dientes de la fresa, y los otros tipos de fresas están hechos de acero de alta velocidad. En particular, la serie de tungsteno-molibdeno y el acero de alta velocidad con alto contenido de vanadio tienen buenos resultados, y la durabilidad de la herramienta se puede aumentar de 1 a 2 veces en comparación con W18Cr4V. Los grados de carburo cementado adecuados para la fabricación de fresas de acero inoxidable son YG8, YW2, 813, 798, YS2T, YS30, YS25, etc.
Al fresar acero inoxidable, el borde de corte debe ser afilado y capaz de resistir el impacto, y el bolsillo de viruta debe ser grande. Se pueden usar fresas de ángulo de hélice grande (fresas cilíndricas, fresas de extremo), el ángulo de hélice b aumenta de 20 ° a 45 ° (gn = 5 °) y la durabilidad de la herramienta se puede aumentar más de 2 veces. Debido a que en este momento el ángulo de inclinación de trabajo g0e de la fresa aumenta de 11 ° a más de 27 °, el fresado es rápido. Pero el valor de b no debe ser demasiado grande, especialmente para fresas con b≤35 °, para no debilitar los dientes.
Al utilizar fresas de extremo ondulado para procesar tuberías de acero inoxidable o piezas de trabajo de paredes delgadas, el corte es rápido, la vibración es pequeña, las virutas son frágiles y la pieza de trabajo no se deforma. El fresado de alta velocidad de acero inoxidable con fresas de carburo cementado y fresas intercambiables puede lograr buenos resultados.
Fresado de 1Cr18Ni9Ti con una fresa de ranurar con viruta de plata (SWC): Sus parámetros geométricos son gf = 5 °, gp = 15 °, af = 15 °, ap = 5 °, kr = 55 °, k′r = 35 °, g01 = -30 °, bg = 0.4mm, re = 6mm ; Cuando Vc = 50-90m / min, Vf = 630-750mm / min, a′p = 2-6mm y el avance por diente alcanza 0.4-0.8mm; La fuerza de fresado se reduce en un 10% -15%, la potencia de fresado se reduce en un 44% y la eficiencia se mejora enormemente. El principio es rectificar un chaflán negativo en el borde de corte principal y generar artificialmente un borde acumulado durante el fresado, de modo que pueda reemplazar el borde de corte para cortar. El ángulo frontal gb del tumor acumulado puede alcanzar 20 ~ -302. Debido al efecto del ángulo de entrada, el borde de construcción se somete a un empuje paralelo al borde de fresado generado en una cara de desprendimiento y se convierte en una viruta secundaria que fluye hacia afuera, eliminando así el calor de corte y reduciendo la temperatura de fresado.
Al fresar acero inoxidable, se debe utilizar el fresado descendente tanto como sea posible. El método de fresado asimétrico puede garantizar que el filo se corte suavemente del metal, que el área de contacto de unión de la viruta sea pequeña y que sea fácil de desprender bajo la acción de la fuerza centrífuga de alta velocidad. Para evitar que se astille cuando el diente del cortador vuelve a cortar en la pieza de trabajo, la viruta impacta en la cara de desprendimiento, lo que mejora la durabilidad del cortador.
El método de enfriamiento por pulverización tiene el efecto más significativo, que puede aumentar la durabilidad de la fresa en más del doble; Si se usa la emulsión general al 10% para enfriar, debe asegurarse el caudal del fluido de corte para lograr un enfriamiento suficiente. Cuando la fresa de carburo muele acero inoxidable, tome Vc = 70-150 m / min y Vf = 37,5-150 mm / min. Al mismo tiempo, se deben realizar los ajustes apropiados de acuerdo con los grados de aleación y los materiales de la pieza de trabajo. La cantidad de corte de la fresa de acero de alta velocidad se muestra en la Tabla 1
Los materiales de acero inoxidable mecanizados son en su mayoría SUS303, SUS304, SUS316 y acero inoxidable dúplex. Sin embargo, debido a la alta resistencia a la corrosión y tenacidad de tales materiales, los problemas de disipación de calor, endurecimiento por trabajo y adherencia de viruta a la herramienta durante el corte dificultan su maquinabilidad.
Principales propiedades del acero inoxidable
La trabajabilidad del acero inoxidable es mucho peor que la del acero al carbono medio. Tomando la maquinabilidad del acero No. 45 ordinario como 100%, la maquinabilidad relativa del acero inoxidable austenítico 1Cr18Ni9Ti es 40%; El acero inoxidable ferrítico 1Cr28 es del 48%; El acero inoxidable martensítico 2Cr13 es del 55%. Entre ellos, los aceros inoxidables austeníticos y austeníticos + ferríticos tienen la peor maquinabilidad.Características principales del acero inoxidable mecanizado.
Endurecimiento de mecanizado severoEntre los aceros inoxidables, el endurecimiento por trabajo de los aceros inoxidables austeníticos y austeníticos + ferríticos es el más destacado. Por ejemplo, la resistencia σb del acero inoxidable austenítico después del endurecimiento alcanza 1470 ~ 1960 MPa, y con el aumento de σb, el límite de fluencia σs aumenta; El acero inoxidable austenítico recocido σs no excede del 30% al 45% de σb, y alcanza el 85% al 95% después del endurecimiento por trabajo. La profundidad de la capa endurecida por trabajo puede alcanzar 1/3 o más de la profundidad de corte; La dureza de la capa endurecida es de 1,4 a 2,2 veces mayor que la original. Debido a que la plasticidad del acero inoxidable es grande, el carácter se distorsiona durante la deformación plástica y el coeficiente de fortalecimiento es muy grande; Y la austenita no es lo suficientemente estable, parte de la austenita se transformará en martensita bajo la acción de la tensión de giro; Además, bajo la acción del calor de corte, las impurezas del compuesto son fáciles de descomponer en una distribución dispersa, de modo que se produce una capa endurecida durante el torneado. El fenómeno de endurecimiento por trabajo producido por la alimentación anterior o el proceso anterior afecta seriamente el buen progreso del proceso posterior.
Fuerza de corte elevada
El acero inoxidable tiene una gran deformación plástica durante el corte, especialmente el acero inoxidable austenítico (su alargamiento es más de 1,5 veces el del acero No. 45), lo que aumenta la fuerza de corte. Al mismo tiempo, el endurecimiento por trabajo del acero inoxidable es serio y la resistencia térmica es alta, lo que aumenta aún más la resistencia al corte y también es difícil rizar y romper las virutas. Por lo tanto, la fuerza de corte para procesar acero inoxidable es grande. Por ejemplo, la fuerza de corte unitaria del torneado 1Cr18Ni9Ti es 2450 MPa, que es un 25% más alta que la del acero No. 45.
Alta temperatura de corte
La deformación plástica y la fricción con la herramienta durante el corte son grandes, lo que genera mucho calor de corte;
Además, la conductividad térmica del acero inoxidable es aproximadamente 1/2 a 1/4 de la del acero No. 45. Una gran cantidad de calor de corte se concentra en la interfaz entre el área de corte y el contacto herramienta-viruta, y las condiciones de disipación de calor son malas. En las mismas condiciones, la temperatura de corte de 1Cr18Ni9Ti es aproximadamente 200 ° C más alta que la del acero No. 45.
Las virutas no son fáciles de romper
La plasticidad y dureza del acero inoxidable son muy grandes y las virutas son continuas durante el torneado, lo que no solo afecta el buen funcionamiento de la operación, sino que también raya la superficie procesada. A alta temperatura y alta presión, el acero inoxidable tiene una fuerte afinidad con otros metales, y es fácil de provocar adherencia y formar tumores acumulados, que no solo agravan el desgaste de la herramienta, sino que también desgarran y deterioran la superficie procesada. Esta característica del acero inoxidable martensítico con menor contenido de carbono es más obvia.
La herramienta es fácil de usar
El efecto de afinidad en el proceso de corte de acero inoxidable hace que las virutas de la cuchilla se unan y se difundan, de modo que la herramienta produce desgaste de unión y desgaste por difusión;
Como resultado, se forman picaduras en la cara de inclinación de la herramienta y el borde cortante también formará pequeñas escamas y mellas;
Además, los carburos en acero inoxidable (como el TiC) tienen una dureza muy alta. El contacto directo y la fricción con la herramienta durante el corte, el rayado de la herramienta y el endurecimiento por trabajo aumentarán el desgaste de la herramienta.
Gran coeficiente de expansión lineal
El coeficiente de expansión lineal del acero inoxidable es aproximadamente 1,5 veces mayor que el del acero al carbono. Bajo la acción de la temperatura de corte, la pieza de trabajo es propensa a la deformación térmica y la precisión dimensional es difícil de controlar.
Mecanizado de acero inoxidable dúplex
El límite elástico de los aceros inoxidables dúplex es generalmente el doble que el de los aceros inoxidables austeníticos sin aleaciones de nitrógeno. Su tasa de endurecimiento por trabajo inicial es al menos equivalente a la de los aceros inoxidables austeníticos comunes. Las virutas de corte de acero inoxidable dúplex son duras, lo que tiene un efecto de desgaste en la cuchilla, especialmente el acero inoxidable dúplex de aleación superior. Debido a que el contenido de azufre en la producción de acero inoxidable dúplex se controla lo más bajo posible, no es útil para la rotura de virutas.Por estas razones, los aceros inoxidables dúplex son más difíciles de mecanizar que los aceros inoxidables austeníticos de la serie 300 con la misma resistencia a la corrosión. El mecanizado de acero inoxidable dúplex generalmente requiere mayores fuerzas de corte y la herramienta se desgasta más rápido. Cuando se utilizan herramientas de carburo cementado, el grado de dificultad en el mecanizado es el más obvio. La Figura 16 muestra una comparación de los índices de rendimiento de mecanizado relativos de varios aceros inoxidables dúplex y aceros inoxidables 316. Tenga en cuenta que en comparación con el acero inoxidable 316, el acero inoxidable dúplex S32101 tiene un mayor nivel de dificultad de mecanizado.
Principios generales del mecanizado de acero inoxidable dúplex
Los siguientes principios de mecanizado se aplican a todos los aceros inoxidables, y para los aceros inoxidables dúplex, es particularmente importante seguir estos principios.
• Utilice equipos resistentes y de alta potencia, la herramienta y la pieza de trabajo deben estar firmemente fijadas (para el mismo corte, la fuerza de corte requerida para el acero inoxidable dúplex es mucho mayor que la del acero inoxidable austenítico correspondiente);
• Mantenga la parte extendida de la herramienta lo más corta posible para minimizar la vibración;
• El radio de la punta de la herramienta no es mayor que el valor necesario;
• Elija cuchillos duros con formas afiladas, que tengan bordes afilados y resistencia suficiente;
• Diseñar la secuencia de fresado del mecanizado de modo que la profundidad de corte esté siempre por debajo de la capa endurecida formada por las primeras pasadas;
• La velocidad de corte debe ser lo suficientemente grande, pero no demasiado rápida, para evitar bordes cortantes y un desgaste rápido;
• Reemplace o vuelva a afilar regularmente la hoja del cuchillo para asegurar el filo de la hoja;
• Use un gran flujo de refrigerante / lubricante, use aceite de corte o emulsión con aditivos de extrema presión (EP);
• Utilice hojas recubiertas de carburo con forma de ranura de viruta.
Torneado y torneado frontal de acero inoxidable
Las operaciones de torneado frontal y torneado de acero inoxidable involucran muchas variables, por lo que es imposible dar recomendaciones específicas que se apliquen a todas las situaciones. La Figura 17 y la Tabla 12 brindan pautas generales para girar. Las herramientas de carburo se pueden utilizar para operaciones de torneado, lo que permite el uso de velocidades más altas que los aceros para herramientas de alta velocidad. Sin embargo, se debe prestar más atención a la rigidez de la herramienta de carburo cementado y la pieza de trabajo, y se debe evitar el corte intermitente.Fresado de acero inoxidable
Las características del fresado de acero inoxidable son: El acero inoxidable tiene una fuerte adhesión y fusión, y las virutas son fáciles de adherir a los dientes de la fresa, lo que deteriora las condiciones de corte; Al fresar, los dientes de la cuchilla se deslizan primero sobre la superficie endurecida, lo que aumenta la tendencia al endurecimiento por trabajo; Al fresar, el impacto y la vibración son grandes, lo que hace que los dientes de la fresa sean fáciles de astillar y desgastar.Las fresas para fresar acero inoxidable pueden utilizar carburo cementado como material de los dientes de la fresa, y los otros tipos de fresas están hechos de acero de alta velocidad. En particular, la serie de tungsteno-molibdeno y el acero de alta velocidad con alto contenido de vanadio tienen buenos resultados, y la durabilidad de la herramienta se puede aumentar de 1 a 2 veces en comparación con W18Cr4V. Los grados de carburo cementado adecuados para la fabricación de fresas de acero inoxidable son YG8, YW2, 813, 798, YS2T, YS30, YS25, etc.
Al fresar acero inoxidable, el borde de corte debe ser afilado y capaz de resistir el impacto, y el bolsillo de viruta debe ser grande. Se pueden usar fresas de ángulo de hélice grande (fresas cilíndricas, fresas de extremo), el ángulo de hélice b aumenta de 20 ° a 45 ° (gn = 5 °) y la durabilidad de la herramienta se puede aumentar más de 2 veces. Debido a que en este momento el ángulo de inclinación de trabajo g0e de la fresa aumenta de 11 ° a más de 27 °, el fresado es rápido. Pero el valor de b no debe ser demasiado grande, especialmente para fresas con b≤35 °, para no debilitar los dientes.
Al utilizar fresas de extremo ondulado para procesar tuberías de acero inoxidable o piezas de trabajo de paredes delgadas, el corte es rápido, la vibración es pequeña, las virutas son frágiles y la pieza de trabajo no se deforma. El fresado de alta velocidad de acero inoxidable con fresas de carburo cementado y fresas intercambiables puede lograr buenos resultados.
Fresado de 1Cr18Ni9Ti con una fresa de ranurar con viruta de plata (SWC): Sus parámetros geométricos son gf = 5 °, gp = 15 °, af = 15 °, ap = 5 °, kr = 55 °, k′r = 35 °, g01 = -30 °, bg = 0.4mm, re = 6mm ; Cuando Vc = 50-90m / min, Vf = 630-750mm / min, a′p = 2-6mm y el avance por diente alcanza 0.4-0.8mm; La fuerza de fresado se reduce en un 10% -15%, la potencia de fresado se reduce en un 44% y la eficiencia se mejora enormemente. El principio es rectificar un chaflán negativo en el borde de corte principal y generar artificialmente un borde acumulado durante el fresado, de modo que pueda reemplazar el borde de corte para cortar. El ángulo frontal gb del tumor acumulado puede alcanzar 20 ~ -302. Debido al efecto del ángulo de entrada, el borde de construcción se somete a un empuje paralelo al borde de fresado generado en una cara de desprendimiento y se convierte en una viruta secundaria que fluye hacia afuera, eliminando así el calor de corte y reduciendo la temperatura de fresado.
Al fresar acero inoxidable, se debe utilizar el fresado descendente tanto como sea posible. El método de fresado asimétrico puede garantizar que el filo se corte suavemente del metal, que el área de contacto de unión de la viruta sea pequeña y que sea fácil de desprender bajo la acción de la fuerza centrífuga de alta velocidad. Para evitar que se astille cuando el diente del cortador vuelve a cortar en la pieza de trabajo, la viruta impacta en la cara de desprendimiento, lo que mejora la durabilidad del cortador.
El método de enfriamiento por pulverización tiene el efecto más significativo, que puede aumentar la durabilidad de la fresa en más del doble; Si se usa la emulsión general al 10% para enfriar, debe asegurarse el caudal del fluido de corte para lograr un enfriamiento suficiente. Cuando la fresa de carburo muele acero inoxidable, tome Vc = 70-150 m / min y Vf = 37,5-150 mm / min. Al mismo tiempo, se deben realizar los ajustes apropiados de acuerdo con los grados de aleación y los materiales de la pieza de trabajo. La cantidad de corte de la fresa de acero de alta velocidad se muestra en la Tabla 1
| Tipo de fresa |
Diámetro de la fresa d0 (mm) |
Eje de velocidad n (r/min) |
Tasa de alimentación f (mm/min) |
Observación |
| Molino de extremo | 3-4 | 1180-750 | Manual |
Cuando el ancho de corte y la profundidad de corte son pequeños, la cantidad de avance f toma un valor grande; de lo contrario, toma un valor pequeño Al fresar 2Cr13 y otro acero inoxidable martensítico, la cantidad de fresado debe ajustarse de acuerdo con la dureza real del material de la pieza de trabajo. Al fresar acero inoxidable resistente al ácido nítrico con CNC, la velocidad de fresado y la velocidad de alimentación deben reducirse adecuadamente. |
| 6 | 750-475 | |||
| 8-10 | 600-375 | |||
| 12-14 | 375-235 | 30-37.5 | ||
| 16-18 | 300-235 | 37.5-47.5 | ||
| 20-25 | 235-190 | 47.5-60 | ||
| 32-36 | 190-150 | 47.5-60 | ||
| 40-50 | 150-118 | 47.5-75 | ||
| Molino de extremo de borde ondulado | 36 | 190-150 | 47.5-60 | |
| 40 | 150-118 | |||
| 50 | 118-95 | |||
| 60 | 95-75 | 60-75 | ||
| Fresa de hoja de sierra y fresa de borde de tres lados | 75 | 235-150 | 23,5 o manual | |
| 110 | 150-75 | |||
| 150 | 95-60 | |||
| 200 | 75-37.5 |
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