Механическая обработка нержавеющей стали: деформационное упрочнение, инструменты и стратегия применения СОЖ

Три свойства, которые определяют всё

Механическая обработка стали 304 или 316 — это другая задача, чем механическая обработка углеродистой стали, и она сводится к трём физическим фактам:

1. Быстрое деформационное упрочнение — поверхность перед затупившимся или задерживающимся инструментом может примерно удвоить твёрдость, и следующий проход должен резать под этим упрочнённым слоем или скользить по нему и упрочнять его ещё больше.
2. Низкая теплопроводность — тепло остаётся в зоне резания вместо того, чтобы уходить со стружкой, концентрируясь на режущей кромке инструмента.
3. Вязкость и адгезия — длинная, тягучая стружка и склонность к наростообразованию, задирам и вырыванию вместо чистого среза.

Скорости, подачи и золотое правило

Практическая философия — умеренная скорость поверхности, решительная подача:

• Используйте твердосплавный инструмент при заметно более низких скоростях поверхности, чем для углеродистой стали — при точении аустенитной нержавеющей стали скорость обычно находится в диапазоне 60–120 m/min при использовании твердого сплава с покрытием, в зависимости от процесса и марки, — но поддерживайте подачу на оборот достаточно высокой, чтобы кромка всегда резала ниже деформационно упрочнённой корки, оставленной предыдущим проходом.
• Никогда не позволяйте инструменту задерживаться или тереться. Сверло, которое вращается без продвижения, концевая фреза, остановленная в углу, чистовой проход при почти нулевой нагрузке стружки — каждый из этих случаев оставляет остеклованную, упрочнённую поверхность, которая разрушает следующий инструмент. Программируйте отводы и врезания соответствующим образом.
• Избегайте очень лёгкого «пружинящего прохода» для корректировки размера; если корректирующий проход необходим, поддерживайте значимую глубину резания (как правило, не менее ~0.1 mm), чтобы кромка врезалась в настоящий металл.

Инструмент

• Острые геометрии с положительным передним углом и полированными канавками снижают адгезию и наростообразование; марки пластин и стружколомы, предназначенные специально для нержавеющей стали, разработаны для длинной, вязкой стружки.
• Жёсткость имеет большее значение, чем обычно: деформационное упрочнение наказывает вибрацию, а следы вибрации становятся упрочнёнными участками. Короткие вылеты, надёжное закрепление заготовки, никаких нежестких установок.
• Свёрла: геометрии с подточкой поперечной кромки или аналогичные свободно режущие геометрии, циклы с периодическим выводом, полностью удаляющие стружку, и никогда не позволяйте сверлу вращаться на дне отверстия.

Охлаждающая жидкость

Используйте обильную, хорошо направленную охлаждающую жидкость — её главные задачи: отвод тепла от кромки и удаление стружки. Подача охлаждающей жидкости высокого давления через инструмент окупает себя при сверлении и глубокой обработке. Прерывистая подача охлаждающей жидкости на горячую кромку может вызвать термическое растрескивание твердого сплава; либо правильно заливайте, либо, в некоторых стратегиях фрезерования, сознательно работайте всухую с обдувом воздухом — но половинчатые меры являются худшим вариантом.

Исключение для автоматных сталей

Сталь 303 (и аналогичные серосодержащие марки, такие как 303Se или 416 из мартенситного семейства) обрабатывается значительно легче — улучшаются дробление стружки, стойкость инструмента и чистота поверхности — поскольку включения сульфида марганца смазывают рез. Компромиссы реальны: серосодержащие марки обладают сниженной коррозионной стойкостью, плохой свариваемостью и запрещены в некоторых спецификациях для оборудования под давлением и для пищевой/фармацевтической промышленности. Выбирайте их для деталей, подвергающихся только механической обработке, и никогда — в качестве скрытой замены стали 304/316 в сварных конструкциях или коррозионных условиях.