Характеристики и технология токарной обработки нержавеющей стали марки 304 на станках с ЧПУ

 

 

 

Нержавеющая сталь имеет хорошую коррозионную стойкость, термостойкость, прочность при низких температурах и комплексные механические свойства, и широко используется в пищевом оборудовании, химическом оборудовании и промышленном оборудовании атомной энергетики. Этот тип аустенитной нержавеющей стали имеет хорошую стойкость к межкристаллитной коррозии и имеет отличную коррозионную стойкость во многих окисляющих кислотах (например, HNO3). Он также имеет сильную коррозионную стойкость в паре. Относительная обрабатываемость Kr аустенитной нержавеющей стали AISI 304 составляет около 0.4, что является типичным труднообрабатываемым материалом.

 

 

 

 

 

Особенности токарной обработки нержавеющей стали AISI 304

 

 

 

Химический состав аустенитной нержавеющей стали AISI 304 представлен в таблице 1. Режущая способность аустенитной нержавеющей стали AISI304 низкая, в основном из-за большого усилия резания, сильного упрочнения, высокой локальной температуры в зоне резания и легкого износа инструмента под действием адгезии.

 

 

 

Таблица 1 Химический состав нержавеющей стали AISI 304 (мас.%)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Высокая сила резания

 

 

Аустенитная нержавеющая сталь 304 имеет низкую твердость ≤ Cr, Ni, Mn и других элементов = 5, имеет 187 HbS и хорошую пластичность (удлинение после разрыва) ≥ 40%, уменьшение площади ψ ≥ 60%). Пластическая деформация при резании велика, а прочность может сохраняться даже при высоких температурах (как правило, прочность стали значительно снижается при повышении температуры резания). При предыдущих условиях резания удельная сила резания аустенитной нержавеющей стали 304 составляет 2450 МПа, что более чем на 25% выше, чем у стали 45.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Тяжелая закалка

 

 

Аустенитная нержавеющая сталь 304 сопровождается явной пластической деформацией при обработке, а решетка материала сильно деформируется; в то же время из-за дефекта стабильности аустенитной структуры аустенитная часть становится мартенситной, а примеси в аустените в процессе резания разлагаются при нагреве с образованием закаленного слоя на поверхности, а деформационное упрочнение явление очень очевидное. После отверждения +В до 1500 МПа глубина затвердевшего слоя составляет от 0.1 до 0.3 мм.

 

 

 

 

3. Высокая локальная температура в зоне резания.

 

 

Аустенитная нержавеющая сталь 304 требует большой силы резания и ее трудно скалывать, поэтому операция по разделению лезвий также велика. При предыдущих условиях резка нержавеющей стали примерно на 50% выше, чем у мягкой стали, что приводит к большему тепловому резанию. Аустенитные нержавеющие стали имеют плохую теплопроводность. Теплопроводность аустенитной нержавеющей стали 304 составляет 0.3~21.5 Вт/мК, что составляет одну треть от теплопроводности стали 45. Поэтому температура зоны резания выше (как правило, тепло, выделяемое лезвием в процессе резания, составляет более 70% тепла резания). Большое количество тепла резания концентрируется на зоне резания и поверхности режущего инструмента, а тепло, передаваемое инструменту, достигает 20% (только 9% при резке обычной углеродистой стали). При тех же условиях резания температура резания аустенитной нержавеющей стали 304 на 200~300 °C выше, чем у стали 45.

 

 

 

 

4. Инструменты легко клеить и носить

 

 

Из-за высокой температурной прочности и высокой степени упрочнения аустенитной нержавеющей стали нагрузка резания велика, а сродство аустенитной нержавеющей стали с инструментами и вставками значительно улучшается из-за сродства аустенитной нержавеющей стали с инструментами во время резки, что приводит к явлениям сцепления и диффузии. Результат залипания и износа инструмента. В частности, твердые включения образуются небольшим кусочком твердого сплава, что способствует износу инструмента и вызывает разрушение кромки, что значительно сокращает срок службы инструмента и влияет на качество поверхности деталей, обработанных на станках с ЧПУ.

 

 

 

 

 

 

Выбирайте разумное Процесс токарной обработки с ЧПУ

 

 

В связи с плохой обрабатываемостью аустенитной нержавеющей стали AISI 304 для повышения производительности и качества обработки необходимо выбрать подходящий процесс токарной обработки с ЧПУ, включая обоснованный выбор материала режущего инструмента, параметров формы инструмента, параметров резания и охлаждающих материалов.

 

 

 

 

 

 

 

1. Инструментальный материал

 

 

Правильный выбор материала режущего инструмента имеет большое значение для обеспечения эффективной обработки аустенитной нержавеющей стали. Согласно характеристикам токарной обработки нержавеющей стали AISI 304 с ЧПУ, анализ показывает, что выбранный инструмент должен обладать характеристиками высокой прочности и вязкости, и в то же время иметь хорошую износостойкость и термостойкость, а также обеспечивать малое сродство с нержавеющей сталью. В настоящее время наиболее часто используемыми материалами режущего инструмента по-прежнему являются твердый сплав и быстрорежущая сталь.

 

 

 

 

① Карбид

 

 

Из-за высокой силы резания и короткого контакта между стружкой и передней поверхностью труднообрабатываемых материалов, сила резания в основном концентрируется вблизи режущей кромки, которая склонна к сколам. Поэтому для обработки можно использовать твердосплавные инструменты типа YG. Твердый сплав типа YG обладает хорошей прочностью, высокой износостойкостью и красностойкостью, а также хорошей теплопроводностью. Подходит для обработки с ЧПУ аустенитной нержавеющей стали, такой как YG3X, YG8, YW1, YW2A, YW3 и т. д., и его твердость высокая. 74-82HRC, высокая износостойкость и термостойкость, до 850-1000 °C; также можно использовать режущие инструменты YG8N, благодаря добавлению Nb производительность резания в 1-2 раза выше, чем у YG8, и он используется при черновой обработке и полуфабрикатах. Хорошо работает при чистовой обработке.

 

 

Различные новые и высококачественные твердые сплавы, такие как 813, 758, YM051 и YM052, могут быть выбраны в соответствии с фактической ситуацией. Если взять 813 в качестве типичного примера, этот новый тип сплава имеет хорошие характеристики при резке аустенитной нержавеющей стали. Основная причина заключается в том, что этот тип сплава имеет высокую твердость (≥91HRA) и прочность (σb=1570MPa). Он имеет хорошие характеристики с точки зрения термостойкости и антиадгезии, и в то же время имеет плотную структуру и хорошую износостойкость. При токарной обработке нержавеющей стали AISI 304 с ЧПУ эффект использования твердосплавных инструментов 813 превосходен, а срок службы в 2-3 раза выше, чем у обычного карбида.

 

 

 

 

②Быстрорежущая сталь

 

 

Режущие инструменты из быстрорежущей стали могут эффективно избежать явления, при котором твердые режущие инструменты легче повреждаются из-за размера, формы и структуры. Токарные детали из нержавеющей стали с ЧПУТрадиционные инструменты из быстрорежущей стали (например, W18Cr4V) больше не могут соответствовать современным требованиям к обработке с точки зрения долговечности, но новые быстрорежущие стали с превосходными режущими характеристиками, такие как быстрорежущая сталь с содержанием алюминия (например, W6Mo5Cr4V2Al) и быстрорежущая сталь с содержанием азота (например, W12Mo3Cr4V3N), могут использоваться в качестве ножей.

 

 

 

 

2. Геометрические параметры инструмента

 

 

Разумное определение геометрических параметров выбранного инструмента является важным фактором для эффективного повышения долговечности инструмента и эффекта обработки материалов из нержавеющей стали AISI 304. Как правило, инструмент должен иметь большие передний и задний углы и острую режущую кромку.

 

 

 

① передний угол

 

 

При условии полного учета прочности инструмента следует выбирать максимально больший передний угол γ0, что может снизить силу резания и температуру резания, а также может эффективно уменьшить глубину закаленного слоя. При точении аустенитной нержавеющей стали значение переднего угла обычно составляет γ0=12°-20°.

 

 

 

 

② Задний угол

 

 

Исходя из предпосылки обеспечения прочности инструмента, выбирайте как можно больший задний угол α0, что может эффективно снизить трение между боковой поверхностью и обрабатываемой поверхностью, и в то же время прочность и теплоотдача режущего инструмента также в определенной степени снижаются. Выбор значения заднего угла тесно связан с толщиной реза. Когда толщина реза мала, обычно выбирается больший задний угол. Практический опыт показывает, что при общей чистовой обработке задний угол α0=10°-20°; при черновой обработке можно выбрать задний угол α0=6°-10°. Кроме того, такие меры, как выполнение отрицательных фасок на главной режущей кромке, оказывают более очевидное влияние на упрочнение режущей кромки, что может рассеивать тепло, выделяемое во время резания, на переднюю и боковую поверхность инструмента, уменьшая износ режущей кромки, тем самым повышая долговечность инструмента.

 

 

 

 

③Главный угол склонения, вторичный угол склонения и дуга вершины инструмента

 

 

Как правило, главный угол наклона κr=45°-75°, а вторичный угол наклона κr'=8°-15°. При этом, чтобы эффективно повысить прочность кончика ножа, можно принять схему шлифования дуги rc кончика ножа, а радиус rc можно выбрать 0.2-0.8 мм. При черновой обработке и большой скорости подачи обычно выбирают больший радиус дуги вершины инструмента.

 

 

 

 

④Угол наклона лезвия

 

 

При резке аустенитных нержавеющих сталей для повышения прочности режущей кромки инструмента угол наклона режущей кромки обычно принимается отрицательным значением. Обычно угол наклона лезвия λs составляет -8°-3°, а λs можно принять равным -15°-5° при прерывистой резке.

 

 

 

 

⑤ Стружечная канавка

 

 

Аустенитная нержавеющая сталь обладает хорошей прочностью и пластичностью, и ее нелегко сломать во время обработки. За счет оптимизации параметров стружколома и величины резания передней поверхности, метод принудительной деформации используется для облегчения ломки стружки. При условии разумного выбора величины резания можно использовать метод объединения угла наклона двух кромок с наружной наклонной стружечной канавкой, то есть угол наклона двух кромок затачивается так, чтобы поперечное сечение стружки было граненым, а затем наружная кромка затачивается на передней поверхности. Наклонная дуговая стружечная канавка, радиус завитка стружки около кончика инструмента большой, в то время как радиус завитка стружки около внешней кромки небольшой, так что стружка течет вдоль стружечной канавки и завивается в форму пагоды во время токарной обработки с ЧПУ, образуя короткую и плотную спиральную стружку, в то же время стружка ломается, поворачиваясь к обрабатываемой поверхности, идеально подходит для ломки стружки.

 

 

 

 

⑥ Шероховатость поверхности инструмента

 

 

Уменьшение шероховатости поверхности передней поверхности, боковой поверхности и режущей кромки инструмента может решить проблему сильного сцепления стружки с инструментом во время токарной обработки нержавеющей стали AISI 304 на станке с ЧПУ. Лучше всего производить заточку осторожно с помощью алмазного шлифовального круга на специальном заточном станке, чтобы шероховатость поверхности инструмента составляла Ra≤0.4 мкм, что может эффективно снизить сцепление стружки во время обработки, а также снизить сопротивление резанию во время обработки и повысить долговечность инструмента. Если выбран инструмент с покрытием, то материал покрытия в основном использует метод физического осаждения для получения более гладкой режущей поверхности инструмента.

 

 

 

 

 

3. Сумма резки

 

 

Нержавеющая сталь AISI 304 является типичным труднообрабатываемым материалом, и необходимо разумно выбирать величину резания. Величина резания оказывает большое влияние на упрочнение, силу резания, нагрев и эффективность обработки. Скорость резания νc оказывает наибольшее влияние на температуру резания и долговечность инструмента, за ней следует скорость подачи f, а наименьшее влияние оказывает величина обратного резания ap.

 

 

 

 

 

①Скорость резки

 

 

При токарной обработке нержавеющей стали AISI304 с ЧПУ, для обеспечения разумной долговечности инструмента, скорость резания должна быть соответственно снижена. Скорость резания может быть выбрана в соответствии с 40%-60% от скорости резания обычной углеродистой стали. Скорость резания обычно составляет νc=50-80 м/мин.

 

 

 

 

②Количество ножей на спине

 

 

При черновой обработке можно выбрать большую величину обратного резания, чтобы избежать контакта кончика ножа с кожей, и уменьшить количество проходов, чтобы уменьшить износ инструмента. При черновой обработке можно выбрать величину обратного зацепления ap=2-5 мм, которая не должна быть слишком большой, в противном случае это вызовет вибрацию резки; при чистовой обработке следует выбрать меньшую величину обратного зацепления, как правило, ap=0.2-0.5 мм, и она не должна быть слишком маленькой, чтобы избежать закаленного слоя.

 

 

 

 

③Скорость подачи

 

 

Скорость подачи оказывает большое влияние на качество обработки. При увеличении скорости подачи увеличивается высота остатков резания, что существенно влияет на качество поверхности заготовки. Обычно можно выбрать f=0.1-0.8 мм. Для чистовой обработки следует выбирать меньшую скорость подачи, обычно f=0.15-0.40 мм/мин, и значение не должно быть слишком малым, чтобы избежать резки в наклепанном слое.

 

Обычно используемое количество резки аустенитной нержавеющей стали AISI 304 показано в Таблице 2 (материал инструмента YG8). При небольшом диаметре следует выбирать более высокую скорость шпинделя; и наоборот.

 

 

 

 

 

4. Смазочно-охлаждающая жидкость

 

 

Из-за плохой режущей способности нержавеющей стали AISI304 выбранная смазочно-охлаждающая жидкость должна обладать лучшими охлаждающими, смазывающими свойствами и проницаемостью (т. е. антиадгезионными свойствами). Эмульгирование, содержащее противозадирные присадки, такие как S и Cl, следует выбирать как можно чаще. жидкость, вулканизированное масло.

 

 

Эмульсия имеет хорошие охлаждающие свойства, в основном используется для черновой токарной обработки нержавеющей стали; вулканизированное масло имеет определенные охлаждающие и смазочные свойства, а его стоимость низкая, его можно использовать для получистовой или чистовой обработки нержавеющей стали; при добавлении в смазочно-охлаждающую жидкость противозадирных или масляных присадок ее смазочные свойства могут значительно повыситься, и обычно она используется для чистовой токарной обработки нержавеющей стали. Смазочно-охлаждающая жидкость, изготовленная из смеси четыреххлористого углерода, керосина и олеиновой кислоты, значительно улучшает проницаемость смазочно-охлаждающей жидкости и особенно подходит для чистовой токарной обработки материалов из аустенитной нержавеющей стали AISI 304. Из-за высокой температуры резания аустенитной нержавеющей стали следует как можно чаще использовать такие методы, как распылительное охлаждение и охлаждение под высоким давлением, чтобы улучшить охлаждающий эффект.

 

 

 

 

Таблица 2 Общие параметры резки аустенитной нержавеющей стали AISI 304

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

резюме

 

 

Практика показала, что процесс токарной обработки нержавеющей стали AISI304 на станке с ЧПУ должен соответствовать следующим основным принципам: выбирать режущий инструмент с хорошей вязкостью и высокой прочностью, а также разумно выбирать соответствующие параметры инструмента в соответствии с требованиями обработки; использовать подходящий стружколом для улучшения завивания и ломки стружки; определять разумное количество стружки; Кроме того, достаточная подача охлаждающей жидкости также оказывает важное влияние на Процесс обработки с ЧПУ. В то же время выбор соответствующих параметров резки рассматривается комплексно, и наилучшее сочетание соответствующих параметров резки может быть определено с помощью комплексного анализа и методов испытаний.