Особенности обработки нержавеющей стали на токарных станках

Нержавеющую сталь обрабатывают уже более 100 лет, но до сих пор эта процедура сопряжена с технологическими сложностями. Из нержавейки выполняют множество деталей, постепенно вытесняющих углеродистую сталь, которая уже не выдерживает возрастающие нагрузки: для современных механизмов порог прочности углеродистых сталей слишком низок. Прочность и стойкость нержавейки, которая не меняет своих свойств при высокой температуре, давлении и воздействии агрессивных сред, влечет за собой сложность ее механической обработки.

Особенности обработки нержавеющей стали

обработка детали из нержавейки на токарном станке

Твердость и предел растяжимости нержавеющей стали и углеродистой почти одинаковы. Однако совпадают лишь механические значения. Отличается микроструктура, способность к упрочнению во время обработки, устойчивость к коррозии.

При обработке резанием нержавейка сначала упруго деформируется, потом обрабатывается легко, после чего переходит в стадию упрочнения. На этой стадии резание возможно только при значительном увеличении усилий. Все эти стадии проходит во время обработки и обычная сталь, но высоколегированная упрочняется намного заметнее.

Главные проблемы при токарной обработке стали:

• деформационное упрочнение;
• удаление стружки;
• ресурс рабочего инструмента.

Вязкость. Дополнительную сложность обработке придает пластичность сталей, особенно характерная для жаропрочных марок. Стружка не обламывается, как у углеродистой стали, а завивается длинной спиралью.

Низкая теплопроводность. Слабая теплопроводность нержавейки — ее преимущество при использовании, но недостаток при обработке. В месте резания температура значительно увеличивается, поэтому необходимо охлаждать металл с помощью специальных жидкостей. Они не только устраняют жар, но и предупреждают образование наклепа, облегчают обработку. Наклеп появляется на рабочем инструменте, изменяет его форму и приводит в негодность. Поэтому чаще всего легированные стали обрабатывают на невысоких скоростях и специальными инструментами.

Сохранение свойств. При воздействии жара сталь не теряет твердость и прочность. Это свойство наиболее выражено у жаропрочных сталей и в комбинации с наклепом оно вызывает скорейший вывод из строя резаков, не дает возможность работать на больших скоростях.

Абразивные соединения. В составе нержавеющей стали присутствуют карбидные и интерметаллические соединения микроскопической величины. Повышенная твердость делает их подобием абразива. Резаки стачиваются и требуют постоянной правки и переточки. Трение при токарной обработке нержавейки на порядок больше, чем во время точения углеродистых сплавов.

Неравномерное упрочнение. В процессе точения материал упрочняется неравномерно. Это не очень важно при обработке маленьких деталей. Но серьезно скажется на качестве вала или другой крупной детали.

Воронение металла

Воронение металла можно выполнить не только в производственных, но и в домашних условиях. При этом деталь меняет свой оттенок. Представленная процедура обеспечивает красивый внешний вид изделия, а также улучшает его антикоррозийные свойства. В ходе воронения поверхность нержавеющей стали покрывается очень тонким защитным слоем. Существует несколько способов обработки материала:

Воронение металла

• Щелочное. Процесс требует наличия щелочного раствора с содержанием катализатора окисления. Причем обработка производится при высокой температуре: до 150 градусов.
• Тепловое. Тут необходима соответствующая среда и повышенная температура: атмосфера пароперегрева, аммиачно-спиртовой раствор в парообразном состоянии (но предварительно на поверхность наносится небольшой слой лака).
• Кислотное. Тут необходим физико-химический или электрохимический метод.

Чтобы поверхность нержавейки была гладкой и блестящей, воронение проводится в масле. При использовании химических веществ в качестве красителей поверхности выступают окислы или сам металл. Эта операция представляет собой взаимодействие нержавейки с жидкостными растворами металлических солей.

Средство для воронения металла

При таком способе происходит максимально плотное и тесное сращивание поверхности изделия с красочной пленкой. Состав, используемый для воронения, содержит разные компоненты, консистенцию. А также он отличается текстурой.

Провести процедуру можно в домашних условиях, но ее качество будет не настолько хорошим, как фабричное. Тут используется селитра, лимонная или ортофосфорная кислота. В любом случае к процедуре нужно подходить ответственно и осторожно.

Удаление стружки

стружка нержавейки формирует длинные спирали

Скопление длинных спиральных стружек нарушает процесс обработки. Поэтому, с учетом способности нержавейки к упрочнению во время деформации, разрабатываются особые конструкции стружколомов. Кроме этого, используется интенсивная обработка поверхности охлаждающей смазкой.

Смазка подается изнутри резака под высоким давлением чтобы:

• быстро и заметно снизить температуру резака;
• убрать стружку подальше от резака, чтобы не ускорять его износ;
• раздробить стружку на небольшие частички, которые проще смыть из рабочей зоны.

При токарной обработке изделий из нержавеющей стали широко используется охлаждение под высоким напором. Распыляется раствор непосредственно в место обработки. Попадая на горячую поверхность, жидкость испаряется и отбирает часть тепла. Поверхность охлаждается. Минус этого способа — большой расход охлаждающей жидкости. Но зато срок использования инструмента увеличивается в шесть раз.

В оборонной и высокоточной промышленности сталь при обработке охлаждается углекислотой при температуре -78 градусов. Это дорогой и самый эффективный способ.

Форма стружколома также очень важна. Геометрия его должна быть положительной, чтобы снизить образование тепла. Передний угол с положительным значением уменьшает самоупрочнение материала и появление наплыва на поверхности резака, устраняя главные причины повреждений во время токарной обработки стали.

Стружколом следует использовать только специализированный, для легированных сталей, хотя стружколомы обычно выпускают универсальными, для работы с самыми разными металлами. Производятся специальные стружколомы и резаки для чистовой, черновой и получистовой резки нержавейки. Они выдают наилучшие результаты и увеличивают производительность труда.

Процесс шлифования и полировки

Представленный сплав используется не только для производства различных деталей, но и для изготовления декоративных предметов. Чтобы обеспечить красивый внешний вид нержавеющих поверхностей, производится процедура их шлифования и полировки.

Шлифование

Этот процесс позволяет устранить или уменьшить выраженность дефектов на поверхностном слое материала. Выполняется он вручную или при помощи автоматизированных станков (если нужно сделать большой объем работ). Чаще всего используются такие станки:

• ленточный пневмонапильник;
• аппараты, на которых крепятся шлифовальные ленты;
• барабанно-ленточная машинка.

В домашних условиях шлифовку нержавейки производят с применением абразивных листов. Вся работа осуществляется в такой последовательности:

• удаление сварного шва и прижогов;
• ограничение обрабатываемой области металла при помощи алюминиевого скотча (в 2–3 слоя);
• осуществление поступательно-возвратных движений с применением ручного инструмента, при этом нужно контролировать давление на нержавеющую сталь;
• устранение алюминиевой ленты и ошкуривание последующих областей изделия.

Чтобы при шлифовке нержавейки не испортить материал, нужно предварительно подобрать зернистость абразивной ленты. Для этого используют черновые заготовки металла. А также обработка изделий производится лепестковым кругом.

Полирование

Полировка нержавеющей стали придает ей металлический блеск, делает внешний вид привлекательным. Эта процедура тоже выполняется вручную или на автоматических станках. А также применяется химическая, электрическая и плазменная полировка. В домашних условиях более распространены механические способы.

Полировка нержавеющей стали – финишная стадия работы с представленным материалом, придающая ему товарный вид. На производстве или в домашних условиях производится она войлочным кругом.

Полировка нержавейки — вариации

Самоупрочнение стали во время деформации

Более склонен к самоупрочнению аустенитный тип нержавейки, что доставляет дополнительные сложности при любом виде его обработки. Чем сильнее упрочняется материал, тем быстрее изнашивается резак. Эта проблема менее выражена при использовании специальных режущих пластинок. Поверхности их изнашиваются дольше, а рабочие кромки острее обычных. Острые режущие поверхности успевают обработать деталь до самоупрочнения стали и появления наплывов.

Задача усложняется при работе в несколько этапов. Иногда за один подход невозможно выбрать достаточно металла. Тогда это делают поэтапно. Эффективнее за два подхода снять по 3 мм стали, чем за один 6 мм. Рекомендуется также снимать неодинаковый слой металла за первый и второй подходы, например, 4 мм и 2 мм.

Оборудование для работы с коррозионностойкими сталями

К токарным станкам, на которых планируется резать заготовки из нержавейки, предъявляется комплекс требований, таких как:

• повышенная жесткость механизмов, позволяющая воспринимать большие силы резания;
• высокая стойкость к вибрациям системы «станок – режущий инструмент – деталь» при значительных ударных нагрузках;
• запас мощности станка для обеспечения значительной подачи.

Наибольшую точность размеров и минимальную шероховатость обеспечивают станки с ЧПУ, особенно они эффективны при обработке заготовок со сложной поверхностью с криволинейными образующими.

К современным технологическим приемам, применяемым при обработке нержавеющей стали на токарных станках, относится введение в зону реза:

• ультразвуковых колебаний, уменьшающих силу трения;
• слабых токов, позволяющих снизить электродиффузионный и окислительный износ инструмента.

Режущий инструмент

резцы для обработки нержавейки

Эффект самоупрочнения приводит к быстрому износу резаков. Поэтому разрабатываются специальные формы кромок, переднего угла и особых материалов для резаков по нержавеющей стали.

Существует два вида специализированных режущих инструментов:

• с химически осажденным покрытием режущей кромки (CVD);
• с физически осажденным покрытием (PVD).

Инструменты с химически осажденными покрытиями (CVD) позволяют обрабатывать на токарных станках нержавейку на высоких скоростях, дольше не изнашиваются. Но эти резаки очень тяжело править.

Инструменты с физически осажденными покрытиями (PVD) применяются для аустенитных нержавеек. Они тоньше, чем CVD, с ровной поверхностью и острой режущей частью. Но изнашиваются они быстрее (так как толщина покрытия меньше), работают на меньших скоростях.

Виды резцов

Наивысшую износостойкость показывают резцы с покрытием TiC из твердых сплавов. В процессе производства их цианируют или азотируют. Дорогой и очень эффективный способ укрепления пластин — покрытие нитридом бора кубическим.

Твердосплавные резцы ВК3, Т15К6 и Т30К4 достаточно прочны, тверды и длительное время не изнашиваются. Большей вязкостью отличаются Т5 К110 и Т5К7, они изнашиваются быстрее. А вот для ударных нагрузок предпочтительнее использовать пластины с напайками высокой вязкости ВК8 и ВК6А.

Заточка резцов

Сатинирование — это… Что такое Сатинирование?

Сатинирование — декоративная обработка металла механическим, химическим или электрохимическим способом для получения полублестящей поверхности от микронеровностей. Энциклопедический словарь по металлургии. — М.: Интермет Инжиниринг. Главный редактор Н.П. Лякишев. 2000.

Синонимы:

• satin finishing
• weldability

Смотреть что такое «Сатинирование» в других словарях:

• сатинирование — каландрирование, сатинировка Словарь русских синонимов. сатинирование сущ., кол во синонимов: 2 • каландрирование (6) • … Словарь синонимов
• сатинирование — я, ср. satiner, нем. satinieren. Действие по зн. глаг. сатинировать. БАС 1. Лекс. Толль 1864: сатинирование; БАС 1: сатини/рование … Исторический словарь галлицизмов русского языка
• САТИНИРОВАНИЕ — придание блеска и лоска бумаге, кот. для этой цели помещают между полирован. цинковыми досками и пропускают между вальцами. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Павленков Ф., 1907 … Словарь иностранных слов русского языка
• сатинирование — Декоративная обработка основного покрываемого металла и (или) покрытия механическим, химическим или электрохимическим способом для получения полублестящей поверхности за счет микронеровностей. Тематики покрытия металл. и неметалл … Справочник технического переводчика
• Сатинирование — (от фр. satin атлас) то же, что и Каландрирование. См. также: Глазировка бумаги … Реклама и полиграфия
• сатинирование — satinavimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Dekoratyvinis apdorojimas pusiau blizgiam tekstūruotam paviršiui gauti. atitikmenys: angl. satin finishing rus. сатинирование … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
• Сатинирование — в обойном производстве см. Обойное производство … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
• Сатинирование — ср. процесс действия по несов. гл. сатинировать Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой
• сатинирование — сатин ирование, я … Русский орфографический словарь
• Ндп. Сатинирование бумаги (картона) — 40. Лощение бумаги (картона) Придание бумаге (картону) лоска с помощью фрикционного или лощильного каландра, станка или цилиндра бумагоделательной (картоноделательной) машины Источник: ГОСТ произвощдство*: Производство бумаги и картона. Термины и … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Технологии обработки

Существуют приемы, позволяющие минимизировать отрицательные свойства нержавеющей стали:

• минимизировать толщину снимаемого слоя металла и увеличить скорость вращения шпинделя — обработанная таким образом поверхность получится более шероховатая;
• использовать кислоту в качестве смазки — значительно повышает износостойкость резаков, предотвращает появление наклепа, но приводит к быстрому разрушению токарного станка, а также плохо влияет на здоровье человека.

Видеоролик демонстрирует процесс изготовления штуцеров из нержавеющей стали:

Травление – отлично скрывает следы после сварки нержавейки

Травильная процедура нержавейки также выполняется достаточно часто. Ее используют после термообработки, холодной и горячей деформации стали. Эта операция удаляет дефекты, образующиеся на поверхности нержавейки при разных видах термообработки и применения сварочного аппарата. Травление убирает следы окалины и цвет побежалости. Кроме того, оно способствует обновлению на стальных изделиях пассивного слоя, защищающего металл от негативного воздействия повышенных температур.

В промышленных условиях травление осуществляется с помощью расплавленных щелочных составов либо растворов (водных) кислот без воздействия электролиза или с таковым. Если используется кислота, операция производится в два этапа. Сначала нержавейку помещают в ванну с сернокислым раствором, затем – в азотнокислую среду. Щелочное травление подразумевает обработку стали расплавом каустической соды. Она не изменяет структуру металла и при этом отлично разрушает оксидную пленку на его поверхности.

В быту и в небольших частных мастерских травление выполняется с помощью специальных пастоподобных составов. Процедура может осуществляться даже неподготовленным человеком. Травильная паста представляет собой желеобразную прозрачную жидкость. Ее делают из плавиковой и азотной кислоты. В подобных составах отсутствует потенциально небезопасная соляная кислота и вредные для здоровья человека хлориды.

Травильная паста для нержавеющей стали

Травильная паста наносится на очищенное изделие (его следует помыть и качественно обезжирить любым подходящим средством) и оставляется на поверхности на определенное время (оно указывается на упаковке). В большинстве случаев обработка нержавейки происходит на протяжении 10–60 минут. После этого травильная паста смывается. Для этих целей используют большое количество обыкновенной воды.

Травильная паста изготавливается разными фирмами. На отечественном рынке популярностью пользуются далее указанные составы:

• SAROX TS-K 2000 – паста, которую можно использовать на любых нержавеющих поверхностях (в том числе и на вертикальных). Она гарантирует получение привлекательно вида сварного шва и надежную защиту металла от температурных воздействий. Эта травильная паста очищает нержавейку всего за 10 минут.
• Avesta BlueOne – состав для эффективного восстановления нержавеющих поверхностей, удаления с них следов коррозии и сварочных мероприятий, придания изделиям блеска. Обработка стали такой пастой должна продолжаться около 45 минут. При этом температура окружающей среды не может быть меньше +5°.
• Stain Clean от ESAB – паста с замечательным травильным эффектом. Ее не требуется каким-либо образом подготавливать, состав готов к использованию прямо из бутылки.

Важно! Любая паста наносится на очищенную заранее поверхность посредством кислотостойкой кисти и пластиковой лопатки.

Способы улучшения стружкоудаления

Токарная обработка – это процесс, в результате которого образуется длинная витая стружка, накапливание которой затрудняет работу. Для удаления стружки нержавеющих сталей предлагается использовать режущий инструмент с внутренней подачей СОЖ под давлением, что особенно эффективно для высоколегированных сталей. Применение такого инструмента обеспечивает:

• эффективное охлаждение режущей кромки;
• ломку стружки на мелкие частицы, облегчающую ее быстрое удаление из зоны реза.

Минусом такого способа является большой расход охлаждающей жидкости. На высокоточных производствах и в военной промышленности применяют самый дорогой и эффективный метод – охлаждение с использованием углекислоты.

Важную роль в обработке нержавейки на токарном станке играет конструкция стружколома. Специализированный инструмент для коррозионностойких сталей должен иметь положительный внешний угол, который снижает самоупрочнение и нарост металла на режущей кромке.

Расточной резец

Главный упор в данном резце изготовлен на высшую производительность в работе. Обычно, расточной резец снимает относительно маленькие слои, которые помогают расширить отверстие, так что тут принципиальна скорость и точность, что в свою очередь отображается на геометрии изделия. Рабочая поверхность изготовлена клинообразной формы, потому что это помогает лучше врезаться в слой материала и деформировать его, снимая стружку подабающей толщины. Постепенное скалывание верхнего слоя материала доводит заготовку до нужного состояния. Работающим эталоном, по которому делается резец расточной, является ГОСТ 18872-73, что предназначен для изделий из быстрорежущей стали, меньший поперечник которых добивается 14 мм. Если же инструмент предназначается для глухих отверстий, поперечник которых составляет до 6 мм, то это уже будет ГОСТ 18873-72. Если расточной резец делается из твердосплавного состава, то тут будет животрепещущим ГОСТ 18882-73 для сквозных отверстий и ГОСТ 18883-72 – для глухих, соответственно.

фото:расточные токарные резцы по сплаву

Расточной резец быть может выполнен в нескольких вариантах. Быстрорежущий вид служит для обработки разных легких материалов и соответственных сплавов, куда можно отнести алюминий, фторопласт, текстолит и остальные материалы.

Для наиболее крепких и томных составов используются цельные, резец расточной твердосплавный либо со вставками пластинок из жестких сплавов. Такие изделия уже могут работать с бронзой, сырой сталью, нержавейкой, калеными сортами стали и иными материалами.

Все эти разновидности в свою очередь делятся и по виду державки, которая быть может квадратной либо круглой. Кроме этого, еще есть разделение по предназначению. Согласно выполняемым функциям выпускают расточной резец для глухих отверстий, которые применяется не только лишь для обработки внутренних стен отверстия, да и занимается проточкой дна, совместно с следующей его шлифовкой. Также встречается резец расточной проходной, который употребляется для сквозных отверстий. Он работает с деталями цилиндрической формы, либо имеющими сквозные дырки.

На данный момент оказываются очень пользующейся популярностью таковая разновидность как расточной резец со сменными пластинками. Они имеют разные профили и формы, а основное, что в комплекте к ним идет набор запасных частей, которые могут употребляться для крепежа рабочих пластинок и державок. Износившиеся пластинки можно стремительно поменять.

Интересно почитать: Каким газом варить нержавейку полуавтоматом

Главные размеры

Расточные резцы для токарных станков, которые предусмотрены для работы со сквозными и глухими отверстиями, изготовляются согласно определенным эталонам размеров.

фото:размеры расточных резцов

Высота,мм	Ширина,мм	Длина,мм
16	16	140
16	16	170
20	20	140
20	20	170
20	20	200
25	25	200
25	25	240
32	25	280

Геометрические характеристики расточного резца

Геометрия рабочей части изделия состоит из 3-х главных углов, которые в собственной сумме постоянно образуют 90 градусов. Сюда заходит:

• Основной задний угол, который появляется меж плоскостью резания и задней поверхностью инструмента. Он уменьшает трение меж деталью и задней поверхностью. Чем больше этот угол, тем меньше шероховатость поверхности, которая поддается обработке. Соответственно, чем тверже сплав, тем меньше должен быть этот угол.
• Угол заострения, который замеряется меж фронтальной и задней поверхностью инструмента. Он влияет на крепкость изделия, так что чем он больше, тем надежнее будет расточной резец.
• Основной фронтальный, который замеряется меж фронтальной поверхностью инструмента и то плоскостью, которая размещается перпендикулярно от поверхности резания. С его помощью можно воздействовать на размер деформации снимаемого слоя.

фото:геометрия расточного резца

Выбор расточного резца

Расточной резец выбирается согласно тому, с какими материалами он будет работать. Сначала – это тип, для глухих либо внешних отверстий. Дальше весьма принципиально глядеть по материалу, который подвергается обработке. Если главный геометрический принцип у данной разновидности приблизительно однообразный, то материалы производства будут разными.

«Совет экспертов! Ни при каких обстоятельствах не стоит употреблять изделия из быстрорежущей стали для обработки нержавеющей стали, бронзы и изделий из каленых видов сплава. Это приведет к резвому износу, так что тут лучше использовать лишь изделия из твердосплавных материалов»

Не стоит также забывать и о размерах, потому что некие резцы просто на физическом уровне не сумеют просочиться в отверстие. Для неизменной активной работы лучше иметь набор из нескольких изделий либо избрать вид со сменными пластинами. Для обработки глухих отверстий, спецы подбираются изделия вдвое меньше по поперечнику, чем обрабатываемое отверстие.

Режимы резания расточными резцами

Выбор режима резания почти во всем зависит от расточки резца, поперечника отверстия, вида материала и иных причин. Зависимо от поперечника обрабатываемого отверстия при работе со сквозными отверстиями, резец требуется устанавливать ниже либо выше их центра. В то же время, при работе с глухими отверстиями, резец внутренний расточной ставится верно по центру, чтоб не было бобышек в торце.