Lavorazione CNC in acciaio inossidabile: la guida completa

Lavorazione CNC in acciaio inossidabile: cosa devono sapere gli ingegneri prima di ordinare le parti

L'acciaio inossidabile è diventato uno dei materiali di lavorazione CNC più richiesti e uno dei più fraintesi Gli ingegneri lo scelgono per resistenza alla corrosione, resistenza e conformità normativa, ma i compromessi della scienza dei materiali tra la richiesta di una parte in acciaio inossidabile lavorata CNC e la ricezione effettiva di una sono sorprendentemente pochi i team di progettazione riconosciuti.

Questa guida copre i fatti di scienza dei materiali che faranno o romperanno il vostro progetto CNC in acciaio inossidabile: scelta del grado, parametri di taglio, regole di progettazione per la produzione, requisiti di finitura superficiale e fattori di costo Tutti i punti dati dagli standard pubblicati e riferimenti tecnici non sono materiali di marketing.

Perché l'acciaio inossidabile è uno dei metalli più difficili per la macchina CNC

Gli acciai inossidabili possono essere un incubo da lavorare a causa di tre proprietà che si rafforzano a vicenda: bassa conduttività termica, incrudimento e carburi di cromo abrasivo. Ecco un modo per evitare: conoscere prima i meccanismi. ...

...La conduttività termica dell'acciaio inossidabile della serie 300 (solitamente austenitico) è di 15 W/mK su una conduttività media aust di circa 1/3 di quella degli acciai al carbonio (45-58 W/mK) e inferiore a 1/15 di quella di una comune lega di alluminio (235 W/mK), secondo i dati pubblicati dal Tabella di riferimento della conduttività termica Thermtest. Ciò che questo significa durante la lavorazione è che una grande porzione del calore di taglio non viene trasferita attraverso il pezzo in lavorazione nei trucioli e negli utensili, ma rimane intrappolata all'interfaccia utensile-chip Questo aumenta l'usura degli utensili e favorisce l'accumulo-bordo.

...L'indurimento del lavoro è anche un fattore Quando la macchina utensile passa sopra l'acciaio inossidabile austenitico, la maggior parte dell'energia impartita al pezzo va ad aumentare la durezza superficiale del materiale non tagliato Se il passaggio successivo esegue un taglio troppo minore, lo strato indurito dal lavoro lo strumento sta correndo contro materiale duro invece che materiale fresco Questo crea un circuito di feedback distruttivo più calore, più attrito più veloce incrudimento del lavoro e rapido guasto dello strumento.

...È il cromo che fornisce resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile (purché contenga un minimo di 10,5% secondo il Norma ASTM A276) e che forma particelle di carburo di cromo all'interno della matrice metallica Questi carburi sono microscopici abrasivi all'avanguardia dell'utensile e causano usura del fianco anche a velocità moderate.

Come scegliere il giusto grado in acciaio inossidabile per il tuo progetto CNC

In definitiva, la scelta del grado di acciaio inossidabile rappresenta circa 60% della complessità di lavorazione della vostra parte e 30-40% del costo della materia prima Selezionando una lega basata sulla sola resistenza alla corrosione e ignorando la lavorabilità è l'errore più frequente che guida i costi del progetto CNC in acciaio inossidabile attraverso il tetto.

Mentre tutti gli acciai inossidabili hanno un minimo di cromo 10.5%, altri elementi di lega come nichel, molibdeno e zolfo classificano gli acciai inossidabili in quattro tipi principali: ciascuno presenta caratteristiche uniche di lavorabilità:

Indice di lavorabilità rispetto all'acciaio libero da lavorazione AISI B1112 (100%) Più alto è l'indice, più facile è la macchina del materiale.

Confrontando la lavorazione dell'acciaio inossidabile 304 con la lavorazione dell'acciaio inossidabile 303 si rivela un divario importante Le aggiunte di zolfo e selenio che aumentano la lavorabilità 303 a 78% ora riducono la resistenza alla corrosione e rendono il prodotto praticamente inguardabile Per tolleranze strette che richiedono sia una buona lavorabilità che saldabilità, 304 rimane lo standard di definizione sebbene la lavorabilità 45% sia raggiunta.

L'aggiunta di molibdeno 2-3% alla lavorazione dell'acciaio inossidabile 316 raggiunge un'eccellente resistenza alla corrosione negli ambienti con cloruro ma lo rende il più difficile dei comuni gradi austenitici da lavorare Aspettatevi di spendere 15-25% in più di tempo di ciclo per la stessa geometria rispetto a 304.

Nelle applicazioni che non saranno influenzate dalle proprietà austenitiche (non magnetiche, alta resistenza alla corrosione) considera le leghe di acciaio inossidabile ferritico o martensitico L'acciaio inossidabile 410 ha lavorabilità 54%, un buon compromesso di lavorabilità e resistenza alla corrosione, molto più facile di 304.

Per applicazioni in acciaio inossidabile ad alta resistenza e aerospaziale, 17-4 viene normalmente lavorato nella condizione ricotta A (~45 lavorabilità) e trattato termicamente a H900 o H1025; le parti vengono lavorate nella condizione A e poi termofissate. La lavorazione dopo il trattamento termico riduce la lavorabilità di circa 50% (a 25%) e deve impiegare utensili molto stretti e alimentazioni lente. Lavoriamo con 17-4 durante entrambe le condizioni nei progetti aerospaziali e di macchine utensili su più gradi di acciaio inossidabile.

Parametri di taglio per acciaio inossidabile: alimentazioni, velocità e utensili

Trovare le velocità e le alimentazioni ottimali per la lavorazione dell'acciaio inossidabile si ottiene meglio evitando gli estremi che nel tentativo di massimizzare il tasso di rimozione del materiale Quando si lavora ai parametri ottimali, il materiale non sarà né incrudito né accelererà eccessivamente l'usura dell'utensile La tabella seguente è un riferimento conservativo per l'utensileria in metallo duro basato sui dati di lavorabilità pubblicati dal Manuale di lavorazione dell'acciaio inossidabile del Nickel Institute.

SFM = Piedi superficiali al minuto. IPT = Pollici per dente. IPR = Pollici per rivoluzione. DOC = Profondità di taglio. Valori per inserti in metallo duro rivestito/mulini terminali con refrigerante.

Raccomandazioni sugli strumenti

Nella fresatura CNC la selezione delle frese terminali di lavorazione dell'acciaio inossidabile influisce sia sulla finitura superficiale che sulla durata massima dell'utensile da taglio. Le frese terminali in carburo rivestito hanno una durata operativa più lunga di circa 50% rispetto agli utensili in carburo non rivestito nei gradi di lavorabilità austenitica.
[Fonte di riferimento: http://cnccookbook.com/choosing-the-best-cnc-milling-cutter-in-stainless-steel/]

• Angolo dell'elica: 404° per i gradi austenitici Angoli dell'elica più alti allontanano i trucioli più velocemente, riducendo il ri-taglio e l'accumulo di calore nel flauto.
• Conteggio flauti: 4-5 flauti che finiscono la sgrossatura a 3 flauti. 3 flauti forniscono una migliore eliminazione del chip.
• Passo variabile: mulino terminale a passo variabile Elimina i comuni problemi di vibrazione armonica particolarmente importanti nel funzionamento a lungo raggio in acciaio inossidabile.
• Rivestimento: Fresatura ad alta velocità del carburo TiAlN o AlTiN. TiCN di funzionamento a velocità inferiore. Utilizzare in Operazioni di tornitura CNC.
• Fluido di taglio: Flood Coolant (emulsione a base di olio, miscela acqua/olio 6-8%) Consigliato Utilizzare la lubrificazione a quantità minima (MQL) su tagli di finitura leggeri.

Progettazione per la fabbricazione: Parti CNC dell'acciaio inossidabile di ingegneria

Le caratteristiche di progettazione che funzionano bene quando si lavora l'alluminio o l'acciaio dolce spesso creano problemi quando si lavora con gradi di acciaio molto più duri rispetto all'SMX 26-23-22 Le forze elevate, la bassa conduttanza termica e le tendenze all'incrudimento influenzano tutti gli spessori ideali delle pareti, i raggi angolari e le geometrie dei fori in acciaio inossidabile.

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  Spessore minimo della parete: 1,5 mm 5 mm W sotto 1,5 mm in acciaio inossidabile 304 o 316 si deviano sotto le forze di taglio, provocando chiacchiere e varianza dimensionale Per requisiti di tolleranza stretti (±0,05 mm), aumento a 2,0 mm minimo.
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  Raggio angolare interno: ≥1/3 di profondità della tasca 12 mm di profondità Una tasca 12 mm di almeno un raggio d'angolo interno 4 mm Questo permette un mulino di estremità 6 mm per liberare l'angolo senza impegno completo, riducendo le forze di taglio di circa 30% Gli angoli interni affilati richiedono EDM, che aggiunge costi e tempi di consegna Vedi la nostra guida dettagliata su soluzioni di progettazione di angoli interni per lavorazioni CNC.
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  Profondità del foro perforato: ≤4× diametro In acciaio inossidabile, l'evacuazione del truciolo diventa inaffidabile oltre la profondità di 4×. Per fori più profondi, utilizzare cicli di perforazione del becco o specificare un processo di perforazione di fori profondi nella tua RFQ.
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  Profondità foro filettato: ≤3× diametro nominale 1 coppia inossidabile L'acciaio inossidabile genera una maschiatura maggiore rispetto all'acciaio al carbonio Un filo M6×1.0 in 316 non deve superare la profondità di 18 mm Per specifiche corrette del filo, fare riferimento al nostro guida alla progettazione del filo.
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  Rapporto profondità-larghezza tasca: ≤3:1 3 I mulini terminali di lunghezza standard raggiungono il diametro dell'utensile in modo affidabile Oltre a questo, gli utensili a lunga portata introducono deflessione e chiacchiere.
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  Evitare inutili tolleranze strette ±0.1 mm di tolleranza ogni livello inferiore a ±0.1 mm aumenta il tempo di ciclo Specificare ±0.025 mm solo sulle superfici di accoppiamento e sulle caratteristiche critiche Le superfici generali possono utilizzare 0.1 mm senza influenzare la funzione.
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  Spessore uniforme della parete ove possibile Le pareti di Uneven creano nelle concentrazioni interne di sforzo dell'acciaio inossidabile durante la lavorazione deformazioni della parte dopo che il componente non è bloccato.
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  Includi il rilievo di accesso allo strumento Se la tua parte ha caratteristiche interne, conferma che un utensile da taglio standard può raggiungerle fisicamente Sottotagli, scanalature interne, caratteristiche del foro posteriore potrebbero richiedere attrezzature speciali o operazioni di elettroerosione a filo.

Finitura superficiale e post-lavorazione per acciaio inossidabile lavorato

La superficie finita di una parte in acciaio inossidabile lavorata a CNC non è solo esteticamente importante, determina resistenza alla corrosione, pulibilità, durata a fatica, conformità del settore e prolunga la durata delle fasi successive del processo di finitura Scegliere un trattamento post sagomatura in base alle condizioni di applicazione e agli standard del settore.

Passivazione: il basale obbligatorio

La passivazione rimuove il ferro libero dalla superficie delle parti lavorate in acciaio inossidabile, ripristinando lo strato di ossido di cromo che fornisce resistenza alla corrosione. Per il Norma ASTM A967, sono approvati due metodi chimici primari:

• Nitrico 20-50% acido nitrico 50 Il metodo tradizionale Efficace per tutti i gradi di acciaio inossidabile Utilizza 20-501TP 3T acido nitrico a 20 50 °C per 20 °C passare la soluzione 30 minuti.
• Passaggio acido citrico (Metodo C) Attivazione Acciaio inossidabile sempre più adottato per gli acciai inossidabili serie 300 Minore impatto ambientale, nessuna emissione di NOx, e raggiunge un rapporto equivalente cromo-ferro sulla superficie passivata.

Dati di settore dal Able Confronto tecnico elettrolucidatura mostra che l'elettrolucidatura fornisce una resistenza alla corrosione circa 30 volte maggiore rispetto alla sola passivazione, perché rimuove un microstrato controllato (tipicamente 1040μm) di materiale superficiale insieme a contaminanti incorporati, micro-burr e stress superficiale.

Costo di lavorazione CNC in acciaio inossidabile: cosa guida il prezzo

Il costo della lavorazione CNC delle parti in acciaio inossidabile è in genere 1,5-3 superiore rispetto alle parti equivalenti in alluminio e 1,2-1,8 superiore rispetto all'acciaio Questi moltiplicatori provengono da quattro fattori di costo primari (carbon) e comprenderli ti dà un controllo diretto sul budget del tuo progetto.

Cinque strategie per ridurre i costi di lavorazione dell'acciaio inossidabile

1. Sostituzione del grado (resistenza alla corrosione più piccola) Se la vostra applicazione può accettare una resistenza alla corrosione ridotta, passando da 316 a 304, il costo del materiale può essere ridotto di 30~40% e il tempo di ciclo di 15~25%.
2. Rilassamento della tolleranza: per le dimensioni non chiave, tollerate 0,025 mm anziché 0,1 mm, 0,025 andrebbero e i passaggi finali su queste superfici andrebbero, riducendo il tempo di ciclo di taglio.
3. Dimensioni del lotto: il costo di installazione può essere distribuito su parti. L'aumento delle dimensioni del lotto da 10 a 50 può ridurre il costo unitario di 25-40%.
4. Recensione DFM: rimuovere un angolo o una tasca interna affilata su una parte inossidabile può ridurre il tempo di lavorazione di 15-30 minuti Pianifica una recensione DFM prima di inviare per il rilascio.
5. Specifica di finitura: scegli l'elettrolucidatura solo per le superfici che ne hanno bisogno Una parte che ha 1 faccia elettrolucidata e 5 facce lavorate costerà molto meno di una parte completamente elettrolucidata.

Per ottenere un preventivo esatto sul tuo progetto di lavorazione CNC in acciaio inossidabile personalizzato, Le-creator offre feedback DFM insieme a tutte le quotazioni Trovare misure di risparmio sui costi prima della produzione.

Domande frequenti sulla lavorazione CNC in acciaio inossidabile