ЧПУ-обработка стали: технологии получения высококачественных деталей

Все знают, что ЧПУ-обработка — один из лучших способов производства деталей. Большинство деталей делают из стали. Чтобы изменить свойства стали и облегчить её обработку, перед завершением обработки обычно применяют дополнительные термические и термомеханические процессы.

Закалка до обработки увеличивает время резания и износ инструмента, но сталь можно обработать термически после механической обработки для повышения прочности или твердости готового изделия. Как сталь превращается в детали методом ЧПУ? Рассмотрим 3 стандартные технологии.

ЧПУ-обработка стальных материалов — Термическая обработка

Термическая обработка — это группа процессов, манипулирующих температурой стали для изменения её материальных свойств.

Отжиг

Используется для снижения твердости и повышения вяжкости, облегчая обработку. Сталь медленно нагревают до заданной температуры, выдерживают время (зависит от сплава, уменьшается с ростом углерода), затем медленно охлаждают в печи или в изолятирующем материале.

Нормализация

Снимает внутренние напряжения, сохраняя более высокую прочность и твердость, чем после отжига. Сталь нагревают до высокой температуры, затем охлаждают на воздухе при подходящей скорости для повышения твердости.

Закалка

Не только повышает твердость и прочность, но и делает сталь более хрупкой. Процесс: медленный нагрев, выдержка при высокой температуре, быстрый охлаждение в жидкости (вода, масло, рассол).

Отпуск

Снимает хрупкость после закалки. Похож на нормализацию: медленный нагрев до выбранной температуры, затем охлаждение на воздухе. Разница — более низкая температура отпуска, снижающая и хрупкость, и твердость.

ЧПУ-обработка стальных материалов — Выгорание закалкой (Precipitation Hardening)

Выгорание закалкой повышает предел текучести стали. Отличие таких сталей — наличие элементов (медь, алюминий, фосфор, титан), которые повышают прочность, сохраняя вяжкость. Это класс высокопрочных нержавеющих сталей — PH-стали.

Для активации свойств сталь проходит твердотельный раствор, затем закалку со выгоранием. Процесс выгорания: длительный нагрев, при котором добавленные элементы выпадают в твердые частицы разного размера, повышая прочность.

17-4PH (630-я сталь) — распространенный пример нержавейки с выгоранием закалкой. Содержит 17% хрома, 4% никеля, 4% меди (помогает выгоранию). Благодаря высокой твердости, прочности и коррозионной стойкости применяется в вертолетных платформах, лопастях турбин, контейнерах для ядерных отходов.

ЧПУ-обработка стальных материалов — Холодная деформация

Свойства стали можно менять без сильного нагрева. Холоднодеформированная сталь укрепляется за счет закачки при деформации. Закачка возникает при пластической деформации.

Это делают намеренно: ковкой, прокаткой, волочением. Закачка может возникнуть нежелательно при обработке, если режущий инструмент или заготовка перегреваются. Холодная деформация также улучшает резаемость стали. Мягкая сталь отлично подходит для холодной деформации.

Если вы делаете детали из стали — учтите это!

• При проектировании стальных деталей учитывайте уникальные свойства материала. Особенности, полезные для вашего применения, могут требовать дополнительных соображений конструирования для производства (DFM).
• Обработка стали дольше, чем мягких материалов (алюминий, латунь) из-за твердости. Защитите детали и инструмент, снижая обороты шпинделя и скорости подачи.
• При выборе стали учитывайте не только твердость и прочность, но и резаемость. Нержавейка обрабатывается в ~2 раза дольше углеродистой стали. Важно знать, какие свойства приоритетны и какие сплавы доступны в стандартных заготовках. Популярные марки (304, 316) доступны в большем ассортименте сечений и быстрее закупаются.