Obróbka skrawaniem stali nierdzewnej: umocnienie przez zgniot, narzędzia i strategia chłodzenia

Trzy właściwości, które decydują o wszystkim

Obróbka skrawaniem stali 304 lub 316 to inny problem niż obróbka skrawaniem stali węglowej, a sprowadza się on do trzech faktów fizycznych:

1. Szybkie umocnienie przez zgniot — powierzchnia przed tępym lub zatrzymującym się narzędziem może mniej więcej podwoić swoją twardość, a następne przejście musi ciąć pod tą utwardzoną warstwą albo ślizgać się po niej i utwardzać ją jeszcze bardziej.
2. Niska przewodność cieplna — ciepło pozostaje w miejscu cięcia zamiast odchodzić z wiórem, koncentrując się na krawędzi narzędzia.
3. Udarność i adhezja — długie, włókniste wióry oraz skłonność do narostu na ostrzu, zatarcia i wyrywania zamiast czystego ścinania.

Prędkości, posuwy i złota zasada

Praktyczna filozofia to umiarkowana prędkość powierzchniowa, zdecydowany posuw:

• Narzędzia węglikowe należy prowadzić przy wyraźnie niższych prędkościach powierzchniowych niż w przypadku stali węglowej — toczenie austenitycznej stali nierdzewnej zwykle mieści się w obszarze 60–120 m/min przy węgliku powlekanym, w zależności od procesu i gatunku — ale posuw na obrót należy utrzymywać na tyle wysoki, aby krawędź zawsze cięła poniżej umocnionej przez zgniot warstwy pozostawionej przez poprzednie przejście.
• Nigdy nie należy pozwalać narzędziu zatrzymywać się ani pocierać. Wiertło, które obraca się bez posuwu, frez palcowy zatrzymany w narożniku, przejście wykańczające przy niemal zerowym obciążeniu wiórem — każde z nich pozostawia zeszkliwioną, utwardzoną powierzchnię, która niszczy następne narzędzie. Wycofywanie i wejścia należy programować odpowiednio.
• Należy unikać bardzo lekkiego "przejścia sprężystego" w celu korekty wymiaru; jeśli przejście korekcyjne jest potrzebne, głębokość skrawania należy utrzymać na znaczącym poziomie (zazwyczaj co najmniej ~0.1 mm), aby krawędź wchodziła w rzeczywisty metal.

Oprzyrządowanie

• Ostre geometrie o dodatnim kącie natarcia z polerowanymi rowkami wiórowymi zmniejszają adhezję i narost na ostrzu; gatunki płytek i łamacze wiórów przeznaczone do stali nierdzewnej są zaprojektowane z myślą o długim, wytrzymałym wiórze.
• Sztywność ma większe znaczenie niż zwykle: umocnienie przez zgniot karze drgania, a ślady drgań stają się utwardzonymi miejscami. Krótkie wysięgi, solidne mocowanie przedmiotu, brak smukłych ustawień.
• Wiertła: geometrie z podszlifowanym ostrzem lub podobnie swobodnie tnące, cykle wiercenia głębokiego z pełnym usuwaniem wiórów oraz nigdy nie należy dopuszczać, aby wiertło obracało się na dnie otworu.

Chłodziwo

Należy stosować obfite, dobrze ukierunkowane chłodziwo — jego głównym zadaniem jest odprowadzanie ciepła z krawędzi i usuwanie wiórów. Chłodzenie wysokociśnieniowe przez narzędzie opłaca się przy wierceniu i głębokiej obróbce. Przerywane chłodzenie gorącej krawędzi może powodować pękanie termiczne węglika; należy albo prawidłowo zalewać, albo, w niektórych strategiach frezowania, celowo pracować na sucho z przedmuchem powietrza — ale półśrodki są najgorszą opcją.

Wyjątek stali automatowej

Stal 303 (oraz podobne gatunki zawierające siarkę, takie jak 303Se lub 416 z rodziny martenzytycznej) obrabia się zdecydowanie łatwiej — łamanie wióra, trwałość narzędzia i wykończenie powierzchni ulegają poprawie — ponieważ wtrącenia siarczku manganu smarują cięcie. Kompromisy są realne: gatunki siarkowe mają obniżoną odporność korozyjną, słabą spawalność i są wyłączone z niektórych specyfikacji ciśnieniowych oraz spożywczych/farmaceutycznych. Należy wybierać je do części wyłącznie obrabianych skrawaniem, nigdy jako cichego zamiennika stali 304/316 w zastosowaniach spawanych lub korozyjnych.