Wyzwania, z jakimi wiąże się obróbka stali

Stal nierdzewna jest metalem niezwykle wszechstronnym. Znajduje wiele zastosowań w branży, której główną dziedziną jest obróbka skrawaniem, a w tym również obróbka stali. Nie oznacza to jednak, że jest to metal łatwy do przetworzenia, choć przedmioty z niego wykonane są solidne i trwałe.

Spis treści:

1. Stal nierdzewna metalem pełnym zalet
2. Wyzwania, z jakimi wiąże się obróbka stali
3. Stal nierdzewna i sposoby na ułatwienie jej obróbki
4. Sposoby wykończenia powierzchni detali ze stali nierdzewnej
5. Drgania maszyn a obróbka stali nierdzewnej
6. Stal nierdzewna a wymagania co do narzędzi

Stal nierdzewna metalem pełnym zalet

Obróbka stali nierdzewnej wiąże się z dopasowaniem do wysokiej wytrzymałości na rozciąganie, czyli naprężenie wymagane do rozciągnięcia materiału aż do punktu zerwania. Odporność kriogeniczna to kolejna zaleta niektórych rodzajów stali nierdzewnej, która oznacza stabilność metalu w różnych temperaturach. Przykładem mogą być niektóre stale austenityczne, które wykazują doskonałą wytrzymałość na rozciąganie w temperaturach poniżej zera. Stal nierdzewna charakteryzuje się również dużą odpornością na korozję, dzięki czemu jest odporna na plamy wodne i rdzę. Jest więc idealna do różnych zastosowań zewnętrznych i wewnętrznych. Ta cecha stali nierdzewnej wynika z zawartości chromu w metalu, który tworzy cienką warstwę na powierzchni, aby ją chronić w kontakcie z tlenem. Dzięki temu stal nierdzewna nie odbarwia się, ani nie rdzewieje z upływem czasu.

Obróbka stali nierdzewnej i jej wyzwania

Stal nierdzewna, a właściwie jej stopy, osiąga cechy zbliżone zarówno do tytanu, jaki i aluminium, choćby pod kątem twardości, obrabialności, wytrzymałości czy odporności na temperaturę. Jednak z obróbką stali wiążą się również pewne wyzwania:

• Przegrzanie, gdyż stal nierdzewna jest słabym przewodnikiem ciepła, co oznacza, że podczas jej cięcia ciepło jest generowane i może koncentrować się w zlokalizowanych obszarach wokół narzędzia tnącego. Obróbka stali powoduje dużą intensywność ciepła, która z kolei może negatywnie wpłynąć na żywotność narzędzia i jakość obrabianej powierzchni.
• Trudne wykończenie powierzchni, gdyż w przeciwieństwie do innych metali wykończenie powierzchni stali nierdzewnej nie wpływa tylko na jej estetykę. Nieprawidłowe może doprowadzić do korozji, zmiany właściwości elektrycznych, zmniejszenia odporności na uderzenia czy zmiany podatności na spawanie,
• Wiedza techniczna wymagana przy obróbce stali nierdzewnej, gdyż użycie nieodpowiedniego narzędzia tnącego lub prędkości może uszkodzić materiał. To powoduje, że nie każda firma podejmie się obróbki stali nierdzewnej, która jest pracochłonna i powolna,
• Słaba obrabialność, gdyż stal nierdzewna ma wysoką wytrzymałość na rozciąganie i staje się mocniejsza i trudniejsza do cięcia w miarę postępu procesu obróbki. Wymaga to mocniejszych maszyn i ostrzejszych narzędzi tnących. Obróbka stali jest przez to trudniejsza i znacznie wydłuża się jej czas.
• Długie wióry, które powstają w wyniku utwardzania materiału i wysokich temperatur cięcia. Mogą one zatykać obszar cięcia, a nawet przyspawać się do narzędzia tnącego. To zmniejsza wydajność obróbki i zwiększa zużycie narzędzia.
• Duże siły skrawania, które są wymagane do obróbki stali nierdzewnej. Przekłada się to na zapotrzebowanie na solidny ciężki sprzęt, gdyż zużycie lżejszej maszyny będzie znacznie zwiększone, a sama obróbka stali spowolniona.

Stal nierdzewna i sposoby na ułatwienie jej obróbki

Obróbka stali nierdzewnej wiąże się z różnymi trudnościami, które można w pewien sposób złagodzić i utrzymać wymaganą w obróbce CNC precyzję. Do skutecznych sposobów można zaliczyć:

• zastosowanie odpowiednich narzędzi skrawających wykonanych z twardych i odpornych na zużycie materiałów np. węglików spiekanych czy ceramiki,
• prędkości i posuwy, które również mogą być sposobem na optymalizację parametrów skrawania, takich jak prędkość skrawania, szybkość posuwu, rodzaj stosowanego chłodziwa, aby zredukować ciepło w trakcie procesu i wydłużyć żywotność narzędzia,
• techniki obróbki wstępnej jak wyżarzanie (nagrzewanie i powolne chłodzenie) można stosować w celu zmiękczenia stali nierdzewnej przed obróbką, dzięki czemu będzie ona łatwiejsza do cięcia.

Sposoby wykończenia powierzchni detali ze stali nierdzewnej

Stal nierdzewna może zostać wykończona na kilka sposobów. Zalicza się do nich polerowanie, trawienie, szczotkowanie czy piaskowanie. Dobór metody wykończenia ma znaczący wpływ na odporność uzyskanej powierzchni na korozję:

• polerowanie nawet do lustrzanego połysku, który jest preferowany przez producentów ze względu na wysoki stopień odbijania światła oraz estetyczny wygląd,
• śrutowanie i trawienie, które polega na czyszczeniu produktów mechanicznie, a następnie zanurzaniu ich w zbiorniku pasywacyjnym ze stali nierdzewnej. Dzięki czemu wykończenie jest matowe i niezwykle współczesne,
• piaskowanie jest idealne przy wykończeniu przemysłowym, gdyż zakrywa niedoskonałości i nadaje się do wykorzystania w trudnych warunkach pogodowych,
• szczotkowanie z kolei wymaga lekkiego ścierania, w efekcie którego uzyskuje się delikatny srebrzysto-szary kolor, nie odbijający światła. 

Drgania maszyn a obróbka stali nierdzewnej

W trakcie obróbki stali nierdzewnej ważne jest wstępne i bieżące kontrolowanie czy maszyna nie poddaje się zbyt wysokim drganiom. Mogą one spowodować przerwy w obróbce lub nadmierne tarcie. Obróbka stali nierdzewnej wymaga stabilnych narzędzi i wykonywania głębokich cięć bez spowalniania zadanych prędkości posuwu. Maszyny CNC nie powinny być więc narażone na nadmierne drgania w łożu maszyny, napędach i przekładniach lub przy narzędziu skrawającym lub jego mocowaniach. Trzpienie do podtrzymywania frezów powinny być tak krótkie jak to tylko możliwe, a ich przekrój powinien być jak największy. Podpory trzpieni powinny znajdować się jak najbliżej końcówek frezu, aby zapewnić maksymalne wsparcie. Maszyny o odpowiedniej mocy i dużym momencie obrotowym zapewnią znacznie lepsze rezultaty podczas cięcia stali nierdzewnej, a także wydłużą wytrzymałość maszyny.

Stal nierdzewna a wymagania co do narzędzi

Narzędzia do cięcia stali nierdzewnej muszą być odporne na wysokie temperatury, nadmierne gromadzenie się na krawędziach skrawających i zużycie. Wspólną cechą narzędzi do cięcia stali nierdzewnej jest to, że krawędzie skrawające są narażone na duże ciepło, zużycie karbowe i narost krawędzi. Stal nierdzewna w trakcie cięcia może gromadzić się na płytce dlatego niezbędny będzie ostrzejszy kąt natarcia na górnej powierzchni płytki niż w przypadku materiałów takich jak stal lub żelazo, gdzie wybieramy mocniejsze geometrie. W przypadku obróbki zgrubnej krawędzie tnące powinny mieć jak najmniejszą powierzchnię wzmocnienia na krawędzi. Podstawową zasadą powinno być stosowanie dużych głębokości cięcia i prędkości posuwu w połączeniu z niższą prędkością cięcia, a nie małe głębokości i wyższe prędkości. W przypadku obróbki półwykańczającej należy zadbać o odpowiednio dużo materiału do obróbki wykańczającej, aby umożliwić narzędziu wyjście poza strefę utwardzania odkształceniowego.