Produzione di componenti personalizzati in acciaio inossidabile

Parti in acciaio inossidabile

Come lavorare parti in acciaio inossidabile? Tecnologia di lavorazione CNC e applicazione di parti in acciaio inossidabile
L'acciaio inossidabile è un materiale di lavorazione versatile che può essere ampiamente utilizzato laddove robustezza e resistenza al calore e alla corrosione sono essenziali. Tuttavia, le stesse proprietà che rendono le leghe di acciaio inossidabile eccezionali materiali strutturali complicano anche i processi utilizzati per la loro lavorazione. Un'attenta combinazione delle proprietà dell'utensile da taglio, le geometrie e l'applicazione dei parametri di taglio possono aumentare significativamente la produttività delle operazioni di lavorazione dell'acciaio inossidabile.

AUSTENITIC STAINLESS STEELS
They make up the 200 E 300 series. Their general characteristics are:
Excellent corrosion resistance.
Highly formable.
Not magnetic.
Cold work hardened (Cannot be heat treated).
Excellent weldability.
They have the ability to be functional in extreme temperatures.
They are prone to corrosion cracking.
Composition:

They are obtained by adding elements such as nickel, manganese and nitrogen. The chromium content generally varies between 16 E 26%. The carbon content is in the range of 0.03 A 0.08%. Il cromo fornisce parte della resistenza all'ossidazione e anche il molibdeno in alcune delle sue leghe.

Sono usati dentro:
Aste, valvole, viti, boccole, noccioline, attrezzature chimiche, attrezzature per ospedali, applicazioni marine, componenti aeronautici, apparecchiature per la lavorazione di alimenti e bevande, ornamenti architettonici, vasi criogenici, protesi temporanee, eccetera.

304 parti in acciaio inossidabile

Evoluzione della lega
Le leghe di base dell'acciaio inossidabile sono classificate come ferritiche o martensitiche. Leghe ferritiche con un contenuto di cromo di 10-12 la percentuale non può essere estinta. Le leghe martensitiche hanno un contenuto di cromo e carbonio maggiore rispetto agli acciai inossidabili ferritici, così come il contenuto di manganese e silicio, ottenendo una lega che può essere temperata mediante trattamento termico. Oggi, le leghe di acciaio inossidabile ferritico e martensitico non sono ampiamente utilizzate generalmente in ambienti industriali, ma piuttosto in articoli per la casa come utensili da cucina o da giardino.

Poiché l'uso dell'acciaio inossidabile si è evoluto, le leghe vengono spesso applicate in situazioni che richiedono resistenza meccanica e resistenza alla corrosione. Per migliorare la resistenza delle leghe, i metallurgisti hanno aggiunto nichel alle leghe, quindi quel ferro / le leghe di cromo sono state convertite in ferro / cromo / leghe di nichel. Questi materiali sono chiamati acciai inossidabili austenitici e sono ormai comuni nelle applicazioni industriali dove sono richieste robustezza e resistenza alla corrosione e al calore. Queste leghe vengono normalmente utilizzate nell'industria petrolchimica, in the food sector, since hygiene standards require resistance to corrosion and in general machinery designed for use in harsh environments.

Inevitably, increasing the performance capabilities of an alloy, such as stainless steel, also multiplies machining problems. The corrosion resistance characteristics of martensitic and ferritic stainless steel alloys are basically chemical properties, and as a result these alloys are not much more difficult to machine than plain steels. Tuttavia, the additions of nickel and other elements to austenitic stainless steels produce higher hardness, toughness, resistance to deformation, and thermal properties that decrease machinability.
zero stainless steel 304 vs stainless steel 316
They are the most common stainless steel options. On a mechanical level they are quite similar to each other.

316 parti in acciaio inossidabile

316 si ottiene aggiungendo Molibdeno, che migliora la resistenza meccanica alle alte temperature rispetto al 304 (anche se il suo punto di fusione è leggermente inferiore) e resistenza alla corrosione contro vari prodotti chimici aggressivi, acidi e atmosfera salina. Tuttavia, 304 è un po' più economico (importante nella produzione di grandi serie).

Tipi “L” a basso tenore di carbonio (304L e 316L) hanno una maggiore resistenza alla corrosione rispetto ai tipi base e riducono la possibilità di crepe da corrosione. Sono inoltre più adatti alla saldatura ma meno resistenti meccanicamente. IL “H” i tipi che indicano una maggiore quantità di carbonio sono più adatti alle alte temperature.

416 parti in acciaio inossidabile

ACCIAI INOSSIDABILI MARTENSITICI
Rappresentano una parte del 400 series (l'altra porzione corrisponde ai ferritici).

Le sue caratteristiche principali sono:

Possono essere induriti mediante trattamento termico pertanto si possono sviluppare elevati livelli di resistenza meccanica e durezza superficiale.
Hanno una maggiore meccanica, resistenza all'usura e alla fatica rispetto agli austenitici.
Resistenza alla corrosione moderata (meno degli austenitici).
Buona lavorabilità.
Sono magnetici.
A causa dell'alto contenuto di carbonio e della natura della sua durezza, è poco saldabile.
Composition:
Sono essenzialmente leghe di cromo e carbonio. Il contenuto di cromo è generalmente 10.5 A 18% e il contenuto di carbonio è elevato, raggiungendo valori fino a 1.2%.

Sono usati dentro:
Parti di macchinari, alberi della pompa, viti, boccole, posate, hardware, parti di motori a reazione, macchinari minerari, fucili, valvole, accessori per aerei, inserti per estintori, parti per turbine a gas o vapore, rivetti, eccetera

416 acciaio inossidabile
È una versione del tipo 410 (l'acciaio inossidabile martensitico più comune), dove vengono aggiunti zolfo e fosforo per ottenere migliori caratteristiche di lavorazione (the 400 series is already easier to machine than the 300 series). It has less ductility and formability than 410. It is more economical than the 300 series. They are for use in moderately corrosive environments. It can develop an excellent combination of mechanical resistance and hardness through adequate heat treatment.

440C stainless steel
It is possible to increase the hardness with respect to 410 by adding Carbon and the corrosion resistance is increased thanks to the chromium. Therefore they have high hardness, resistance to abrasion and wear, and good resistance to corrosion. Low machinability. This stainless steel achieves the highest hardness once hardened and the greatest resistance to wear of any steel resistant to corrosion or heat. It is widely used to make knives, cuscinetti, measuring instruments, valve seats, eccetera.
PRECIPITATION HARDENED STAINLESS STEELS
This family offers an alternative to austenitic stainless steels when it is desired to combine high mechanical characteristics, good corrosion resistance and good machinability. Precipitation-hardenable steels are patented and are often designated by the initials of the manufacturing company.

Le sue caratteristiche principali sono:

Good corrosion resistance.
Good weldability.
Sono magnetici.
Very high mechanical strength obtained from hardening by heat aging treatment.
They maintain a high mechanical resistance even at high temperatures.
Composition:
They are mainly iron-chromium-nickel alloys. Il contenuto di cromo è generalmente 12 A 18% and the nickel content is between 4% E 9%.

Sono usati dentro:
Mainly in the aerospace and military industry (missiles) for structural components and in motor shafts, instruments, ingranaggi, eccetera.

440C stainless steel parts

630 acciaio inossidabile (17-4PH)
It offers high mechanical strength and toughness with excellent corrosion resistance. It can be hardened by aging in a simple way and at a low temperature, which avoids deformations. It is easy to machine before being heat treated.

It has a better behavior in all corrosive environments than 400 series stainless steels, and similar to 304 acciaio inossidabile. It can be welded. It may lose the high mechanical strength if heated above the precipitation hardening temperature (495-620 ° C).

Know the alloys
Until recently, machining of austenitic stainless steel was not well understood. The tool manufacturers assumed that since the alloys were stronger, the mechanical cutting forces would be higher and therefore stronger negative geometry tools would have to be applied that would lower the cutting parameters. Tuttavia, this method produced tools with short life, long chips, frequent burrs, unsatisfactory surface roughness, and unwanted vibrations.
In reality, le forze di taglio meccaniche risultanti nell'acciaio inossidabile austenitico non sono molto superiori a quelle normalmente utilizzate nella lavorazione degli acciai tradizionali. La maggior parte del consumo energetico aggiuntivo richiesto per la lavorazione degli acciai inossidabili austenitici è il risultato delle loro proprietà termiche. La lavorazione è un processo di deformazione, e quando si lavora un acciaio inossidabile austenitico resistente alla deformazione, l'operazione genera un calore eccessivo.
Evacuare il calore dall'area di taglio è vitale. Purtroppo, oltre ad essere resistente alla deformazione, l'acciaio inossidabile austenitico ha anche una bassa conduttività termica. I trucioli creati durante la lavorazione degli acciai semplici assorbono e trasportano il calore, ma i trucioli di acciaio inossidabile austenitico assorbono il calore solo in misura limitata. Anche, poiché la parte stessa ha una scarsa conduttività termica, il calore in eccesso entra nell'utensile da taglio, con conseguente breve durata dell'utensile.

I produttori di utensili hanno creato substrati in metallo duro per fornire sufficiente tenacità per resistere alle alte temperature generate durante la lavorazione dell'acciaio inossidabile. Allo stesso tempo, la composizione del supporto è importante quanto la preparazione dei bordi. Uno strumento con bordi più affilati taglia l'acciaio inossidabile più di quanto lo deforma, riducendo così la generazione di calore.
Parametri di taglio aggressivi
Nell'interesse della rimozione del calore dalla zona di taglio, il modo più efficiente per lavorare l'acciaio inossidabile è utilizzare le massime profondità di taglio e avanzamenti. L'obiettivo è massimizzare la quantità di calore rimossa dai trucioli. Poiché la scarsa conduttività termica dell'acciaio inossidabile limita la quantità di calore che può essere assorbita da ogni millimetro cubo di truciolo, creando trucioli più lunghi, con più millimetri cubi di volume, rimuoverà più calore. L'utilizzo di profondità di taglio maggiori ridurrà anche il numero di passate necessarie per completare una parte, un aspetto importante poiché l'acciaio inossidabile austenitico ha la tendenza a deformarsi o indurirsi durante la lavorazione.

Esistono limitazioni pratiche a questi metodi di lavorazione aggressivi. Requisiti di finitura superficiale, Per esempio, limiterà l'avanzamento massimo. La potenza disponibile della macchina, nonché la forza dell'utensile da taglio e del pezzo, impongono inoltre limitazioni sull'aggressività dei parametri utilizzabili.

Finitura superficiale di particolari in acciaio inox

Strategie refrigeranti
Le problematiche proprietà termiche delle leghe di acciaio inossidabile austenitico suggeriscono che l'applicazione del refrigerante è quasi sempre fondamentale per il successo della lavorazione. Il liquido di raffreddamento deve essere di alta qualità, con un contenuto minimo di olio compreso tra l'8 e il 9% in acqua / emulsione oleosa, rispetto al contenuto di olio del 3-4% tipico di molte operazioni di lavorazione.

Anche il modo in cui viene applicato il refrigerante è importante. Maggiore è la pressione quando si applica il refrigerante alla zona di taglio, meglio farà il suo lavoro. Tecnologie come Jetstream Tooling® di Seco, che applicano un flusso di refrigerante ad alta pressione direttamente alla zona di taglio, sono ancora più efficaci.
Rivestimenti vs. usura degli utensili
Un rivestimento duro depositato sulla superficie del substrato dell'utensile rafforza la durezza a caldo sulla superficie dell'utensile e migliora la durata in ambienti ad alta temperatura. Tuttavia, un rivestimento, generalmente, deve essere spesso per isolare il substrato dell'utensile dal calore, e un rivestimento spesso non aderisce bene a geometrie molto affilate. I produttori di utensili da taglio sono responsabili della progettazione di rivestimenti sottili ma che forniscano una buona barriera contro il calore.

Gli acciai inossidabili austenitici hanno un'elevata duttilità e una tendenza ad aderire all'utensile da taglio. L'applicazione di un rivestimento può anche prevenire l'usura dell'incollaggio, qualcosa che si verifica quando il materiale lavorato si attacca e si accumula sul tagliente. Il materiale aderito può quindi rompere sezioni del tagliente, portando a una scarsa finitura superficiale e al guasto dell'utensile. The coating can provide lubricity that limits stick wear, while the higher cutting speeds also serve to reduce the stick wear mechanism.

Some austenitic stainless steel alloys contain hard and abrasive inclusions, so increasing the abrasive resistance of the cutting tool, in combination with a hard coating, can benefit the life of the tool.
Chipping occurs due to the alloys’ tendencies to warp and shear self-hardening during machining.

Chipping can be described as highly localized extreme friction wear, and can be mitigated by applying suitable coatings and other actions such as varying the depth of cut to widen the wear zones on the cutting edge.

Tool development
Tool builders focus current cutting tool development on finding a balance between tool properties that will provide optimum performance on a specific material to be machined. Carbide quality research seeks a balance between hardness and toughness, so that a tool is not so hard that it fractures but is tough enough to resist deformation.

Similarly, a sharp edge geometry is preferable, although it is not as strong as a rounded edge. Perciò, the goal of developing cutting edge geometries is to create tools with a balance between sharp edge and maximum possible robustness.
As part of the development process, tool manufacturers are reviewing their guidelines on tool applications.

Current recommendations on machining parameters are based, for the most part, on the toughness and hardness of traditional steels, senza tener conto dei fattori termici che sono così importanti durante la lavorazione degli acciai inossidabili austenitici e di altre leghe di alta qualità. prestazione. Recentemente, i produttori di utensili hanno iniziato a collaborare con le istituzioni accademiche per rivedere le procedure di test degli utensili per tenere conto delle caratteristiche termiche di determinati materiali.

Le nuove linee guida riflettono la creazione di nuovi materiali di riferimento. Tradizionalmente, gli standard di lavorabilità sono stati stabiliti in base a un materiale di riferimento, un acciaio legato, ed in funzione dei carichi meccanici prodotti durante la lavorazione. Esiste ora una serie separata di materiali di riferimento per gli acciai inossidabili austenitici, per i quali sono stati stabiliti valori di riferimento per la velocità, avanzamento e profondità di taglio. Rispetto al materiale di riferimento, the balance or calibration factors are applied to determine the changes in the base values that will achieve optimal productivity in materials with different machining characteristics.
Specific geometries for specific materials
Many cutting tools provide very acceptable performance on various materials and under a wide variety of cutting conditions and machining parameters. For one-time jobs with moderate productivity and quality requirements, questi strumenti possono essere un’opzione economicamente vantaggiosa. Per ottenere la massima prestazione, Tuttavia, i produttori di utensili continuano a cercare di manipolare e bilanciare un'ampia varietà di elementi taglienti per creare utensili che offrano elevata produttività e affidabilità di processo per materiali specifici da lavorare.

Gli elementi base di uno strumento includono il substrato, Rivestimento, e geometria. Ognuno di loro è importante, e negli strumenti migliori funzionano come un sistema che produce risultati che vanno oltre la somma di tutti i pezzi separati.

Esistono differenze tra le funzioni delle parti dello strumento. Il substrato e il rivestimento hanno funzioni passive e sono progettati per offrire un equilibrio tra durezza e tenacità, nonché di resistere alle alte temperature, sostanze chimiche, adesione e usura abrasiva. Geometria dell'utensile, d'altra parte, gioca un ruolo attivo perché alterando la geometria è possibile modificare la quantità di metallo che può essere rimosso in un dato periodo di tempo, la quantità di calore che viene generata, come si formano i trucioli, e quale finitura superficiale può essere ottenuta.

Alcuni esempi di base di come le prestazioni cambiano in base alle diverse geometrie includono inserti con geometria di tornitura Seco tradizionale chiamata ad es. M3 e M5, che hanno geometrie di tagliente negative (0˚ distanza angolare) e bordi -T tra il tagliente e l'area di taglio dell'utensile. La geometria M3 è una geometria semi-sgrossatrice versatile che offre una buona resistenza all'usura e alla rottura del truciolo su un'ampia gamma di materiali di lavorazione. La geometria M5 è progettata per applicazioni impegnative di sgrossatura ad avanzamenti elevati, combinando un'elevata resistenza del tagliente con forze di taglio relativamente basse.

Anche se versatile, Le geometrie M3 e M5 sono robuste, non completamente a spigolo vivo, e generano una discreta quantità di calore poiché si deformano durante la lavorazione degli acciai inossidabili austenitici. In confronto, i design degli utensili che possono essere più efficaci nella lavorazione dell'acciaio inossidabile includono le geometrie MF4 e MF5 di Seco, che hanno il bordo più tagliente, con bordi a T positivi. Le geometrie sono state progettate per essere aperte e facili da lavorare per facilitare le operazioni di sgrossatura e finitura media su acciai e acciai inossidabili. La geometria MF5 è particolarmente efficace nelle applicazioni ad alto avanzamento.