Usinagem CNC em aço inoxidável: o guia completo

Usinagem CNC de aço inoxidável: o que os engenheiros precisam saber antes de solicitar peças

O aço inoxidável tornou-se um dos materiais de usinagem CNC mais solicitados e um dos mais incompreendidos Os engenheiros o escolhem para resistência à corrosão e conformidade regulatória, mas as compensações da ciência dos materiais entre solicitar uma peça de aço inoxidável usinada CNC e realmente receber uma são surpreendentemente poucas equipes de projeto reconhecem.

Este guia cobre os fatos científicos que farão ou quebrarão seu projeto CNC de aço inoxidável: escolha de nível, parâmetros de corte, regras de projeto para fabricação, requisitos de acabamento de superfície e direcionadores de custos. Todos os pontos de dados são de padrões publicados e referências técnicas, não materiais de marketing.

Por que o aço inoxidável é um dos metais mais difíceis de usar na máquina CNC

Os aços inoxidáveis podem ser um pesadelo para usinar devido a três propriedades que se reforçam: baixa condutividade térmica, endurecimento por trabalho e carbonetos abrasivos de cromo. Aqui está um como evitar: conheça primeiro os mecanismos. ...

...A condutividade térmica do aço inoxidável da série 300 (geralmente um austenítico) é de 15 W/mK em média aproximadamente 1/3 da dos aços carbono (45-58 W/mK) e menos de 1/15 da de uma liga de alumínio comum (235W/mK), de acordo com dados publicados do Tabela de referência de condutividade térmica Thermtest. O que isso significa durante a usinagem é que uma grande parte do calor de corte não é transferida através da peça de trabalho para os chips e ferramentas, mas permanece presa na interface ferramenta-chip Isso aumenta o desgaste da ferramenta e promove a borda construída.

...O endurecimento do trabalho também é um fator. Quando a máquina de ferramentas passa sobre o aço inoxidável austenítico, a maior parte da energia transmitida à peça de trabalho aumenta a dureza da superfície do material não cortado. Se a passagem subsequente for feita, um corte que é muito menor, a ferramenta endurecida por trabalho estará funcionando contra material endurecido em vez de material fresco. Isso cria um ciclo de feedback destrutivo: mais calor, mais atrito, endurecimento por trabalho mais rápido e falha rápida da ferramenta.

...É o cromo que fornece resistência à corrosão do aço inoxidável (desde que contenha um mínimo de 10,5% de acordo com o Padrão ASTM A276) e que forma partículas de carboneto de cromo dentro da matriz metálica Estes carbonetos são abrasivos microscópicos na aresta de corte da ferramenta e causam desgaste de flanco mesmo em velocidades moderadas.

Como escolher a classe certa de aço inoxidável para seu projeto CNC

Em última análise, sua escolha de grau de aço inoxidável é responsável por aproximadamente 601TP3 T da complexidade de usinagem da sua peça e 30-401TP3 T do custo da matéria-prima Selecionar uma liga com base apenas na resistência à corrosão e ignorar a usinabilidade é o erro mais frequente que impulsiona os custos do projeto CNC de aço inoxidável através do telhado.

Enquanto todos os aços inoxidáveis têm um mínimo de 10,51TP3 T de cromo, outros elementos de liga, como níquel, molibdênio e enxofre categorizam os aços inoxidáveis em quatro tipos principaisach exibindo características únicas de usinabilidade:

Índice de usinabilidade em comparação com o aço de usinagem livre AISI B1112 (100%).Quanto maior o índice, mais fácil é a máquina do material.

Comparando a usinagem de aço inoxidável 304 com a usinagem de aço inoxidável 303 revela uma grande lacuna As adições de enxofre e selênio que aumentam a usinabilidade 303 para 781TP3 T agora reduzem a resistência à corrosão e tornam o produto praticamente não soldável Para tolerâncias apertadas que exigem boa usinabilidade e soldabilidade, 304 continua sendo o padrão definidor, embora a usinabilidade 45% seja alcançada.

Adição de molibdênio 2-31TP3 T para usinagem de aço inoxidável 316 alcança excelente resistência à corrosão em ambientes de cloreto, mas torna o mais difícil dos graus austeníticos comuns para a máquina Espera-se gastar 15-251TP3 T mais tempo de ciclo para a mesma geometria em comparação com 304.

Em aplicações que não serão afetadas por propriedades austeníticas (não-magnéticas, alta resistência à corrosão) considerar ligas de aço inoxidável ferrítico ou martensítico.410 aço inoxidável tem 541TP3 T usinabilidade, um bom compromisso de usinabilidade e resistência à corrosão, muito mais fácil do que 304.

Para aplicações de aço inoxidável de alta resistência e aeroespacial, 17-4 é normalmente usinado na Condição recozida A (~45 usinabilidade) e tratado termicamente para H900 ou H1025; as peças são usinadas na Condição A e depois a usinagem após o tratamento térmico reduz a usinabilidade em aproximadamente 501TP3 T (para 251TP3 T) e deve empregar ferramentas muito apertadas e alimentações lentas Trabalhamos com 17-4 durante ambas as condições em projetos aeroespaciais e de máquinas-ferramenta em vários graus de aço inoxidável.

Parâmetros de corte para aço inoxidável: alimentações, velocidades e ferramentas

Encontrar as velocidades e alimentações ideais para usinagem de aço inoxidável é melhor alcançado evitando os extremos do que tentando maximizar a taxa de remoção de material Ao usinar nos parâmetros ideais, o material não será endurecido por trabalho nem acelerará excessivamente o desgaste da ferramenta A tabela abaixo é referência conservadora para ferramentas de metal duro com base em dados de usinabilidade publicados do Manual de usinagem de aço inoxidável do Nickel Institute.

SFM = Pés Superficiais por Minuto. IPT = Polegadas Por Dente. IPR = Polegadas Por Revolução. DOC = Profundidade de Corte. Valores para inserções/fresas de metal duro revestidas com refrigerante.

Recomendações Ferramentas

Na fresagem CNC, a seleção de fresas finais de usinagem de aço inoxidável afeta tanto o acabamento superficial quanto a vida útil máxima da ferramenta de corte. As fresas finais de metal duro revestidas têm aproximadamente 50% de vida operacional mais longa do que as ferramentas de metal duro não revestidas em graus de usinabilidade austenítica.
[Fonte de referência: http://cnccookbook.com/choosing-the-best-cnc-milling-cutter-in-stainless-steel/]

• Ângulo da hélice: 404° para graus austeníticos Ângulos de hélice mais altos afastam os chips mais rapidamente, reduzindo o re-corte e o acúmulo de calor na flauta.
• Contagem de flautas: 4-5 flautas terminando 3-flauta desbaste. 3-flautas fornecem melhor folga de chip.
• Passo variável: Moinho final de passo variável Elimina problemas comuns de vibração harmônica especialmente importantes na operação de aço inoxidável de longo alcance.
• Revestimento: Moagem de metal duro de alta velocidade TiAlN ou AlTiN. TiCN operacional de menor velocidade. Use em Operações de torneamento CNC.
• Fluido de corte: Refrigerante de inundação (emulsão à base de óleo, mistura de água/óleo 6-81TP3 T).Recomendado. Use lubrificação de quantidade mínima (MQL) em cortes leves de acabamento.

Projeto para Fabricação: Engenharia de Peças CNC de Aço Inoxidável

Recursos de design que funcionam bem ao usinar alumínio ou aço macio geralmente criam problemas ao usinar classes de aço muito mais duras do que o SMX 26-23-22. altas forças, baixa condutância térmica e tendências de endurecimento por trabalho influenciam as espessuras ideais das paredes, os raios dos cantos e as geometrias dos furos em aço inoxidável.

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  Espessura mínima da parede: 1.5 mm 304 ou 316 deflect de aço inoxidável abaixo de 1,5 mm sob forças de corte, causando tagarelice e variância dimensional. Para requisitos de tolerância apertados (±0,05 mm), aumento para 2,0 mm no mínimo.
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  Raio interno do canto: ≥1/3 da profundidade do bolso 12 mm de profundidade precisa de um raio de canto interno de pelo menos 4 mm Isso permite que um moinho de extremidade de 6 mm limpe o canto sem engate total, reduzindo as forças de corte em aproximadamente 301TP3 T. Os cantos internos afiados exigem EDM, o que adiciona custo e prazo de execução Veja nosso guia detalhado sobre soluções de design de canto interno para usinagem CNC.
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  Profundidade do furo perfurado: ≤4× diâmetro 0 aço inoxidável, evacuação de cavacos torna-se não confiável além de 4× profundidade Para furos mais profundos, use ciclos de perfuração peck ou especificar um processo de perfuração de furos profundos no seu RFQ.
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  Profundidade do furo roscado: ≤3× diâmetro nominal O aço inoxidável gera o torque de batida mais alto do que o aço carbono Uma rosca M6×1.0 em inoxidável 316 não deve exceder a profundidade de 18 mm. Para especificações de rosca adequadas, consulte nosso guia de design de rosca.
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  Relação profundidade-largura do bolso: ≤3:1 3× os moinhos finais de comprimento atingem o diâmetro da ferramenta de forma confiável Além disso, ferramentas de longo alcance introduzem deflexão e tagarelice.
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  Evite tolerâncias apertadas desnecessárias 1 mm A cada nível de tolerância abaixo de ±0.1 aumenta o tempo de ciclo Especifique ±0.025 mm apenas em superfícies de acoplamento e características críticas As superfícies gerais podem usar ±0.1 mm sem afetar a função.
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  Espessura de parede uniforme sempre que possível As paredes Uneven em peças de aço inoxidável criam concentrações de tensão internas durante a usinagem Isso pode causar parte deformando após o componente ser desapertado.
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  Incluir alívio de acesso à ferramenta  Se a sua peça tem características internas, confirme que uma ferramenta de corte padrão pode alcançá-los fisicamente Os cortes inferiores, ranhuras internas e características de back-bore podem exigir ferramentas especiais ou operações EDM do fio.

Acabamento de Superfície e Pós-Processamento para Aço Inoxidável Usinado

A superfície acabada de uma peça de aço inoxidável usinada CNC não é apenas esteticamente importante, ela determina a resistência à corrosão, a capacidade de limpeza, a vida à fadiga, a conformidade com a indústria e prolonga a vida útil das etapas subsequentes no processo de acabamento. Escolha um tratamento pós-forma de acordo com as condições de aplicação e padrões da indústria.

Passivação: A Linha de Base Obrigatória

A passivação remove o ferro livre da superfície das peças usinadas de aço inoxidável, restaurando a camada de óxido de cromo que fornece resistência à corrosão De acordo com o Padrão ASTM A967, 0, dois métodos químicos primários são aprovados:

• Ácido nítrico O método tradicional (Nitric acid) Eficaz para todos os graus de aço inoxidável Usa solução de ácido nítrico 20-50% a 2005 °C (Nitric Acid) por 20 °C de passivação (20-50%) durante 30 minutos.
• Passivation do ácido cítrico (Método C) (Aumento cada vez mais adotado para aços inoxidáveis da série 300. menor impacto ambiental, sem emissões de NOx e relação cromo-ferro equivalente na superfície passivada.

Dados da indústria do Comparação técnica de eletropolimento capaz mostra que o eletropolimento fornece aproximadamente 30 vezes maior resistência à corrosão do que a passivação sozinha, porque remove uma microcamada controlada (normalmente 100 um) de material de superfície junto com contaminantes incorporados, micro-escovas e tensão superficial.

Custo de usinagem CNC em aço inoxidável: o que impulsiona o preço

O custo de usinagem CNC de peças de aço inoxidável é normalmente 1,5-3 maior do que as peças equivalentes em alumínio e 1,2-1,8 maior do que o aço carbono Esses multiplicadores vêm de quatro drivers de custo primário e compreendê-los dá-lhe direto sobre o seu orçamento do projeto.

Cinco estratégias para reduzir o custo de usinagem em aço inoxidável

1. Substituição de grau (menor resistência à corrosão) Se a sua aplicação pode aceitar uma resistência à corrosão reduzida, mudando de 316 para 304, o custo do material pode ser reduzido em 30 ~ 401 TP3 T e o tempo de ciclo em 15 ~ 251 TP3T.
2. Relaxamento de tolerância: Para dimensões não-chave, toleradas 0,025 mm em vez de 0,1 mm, 0,025 iria e acabaria com as passagens nessas superfícies, reduzindo o tempo de ciclo de corte.
3. Tamanho do lote: O custo de configuração pode ser distribuído por peças. Aumentar o tamanho do lote de 10 para 50 pode reduzir o custo unitário em 25-40%.
4. Revisão DFM: remover um canto interno afiado ou bolso em uma peça inoxidável pode reduzir o tempo da máquina 15-30 minutos Agende uma revisão DFM antes de enviar para lançamento.
5. Especificação de acabamento: escolha apenas o eletropolimento para as superfícies que precisam. Uma peça que tenha 1 face eletropolida e 5 faces usinadas custará muito menos do que uma peça totalmente eletropolida.

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FAQ de usinagem CNC em aço inoxidável