Quels sont les avantages évidents des pièces CNC utilisant l’acier inoxydable comme matière première par rapport à l’acier et aux alliages d’aluminium ?
L'acier inoxydable est un excellent choix pour une variété d'applications en raison de ses propriétés uniques.Il est très résistant à la corrosion, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des environnements difficiles comme les industries marine, aérospatiale et chimique.Contrairement aux alliages d’acier et d’aluminium, l’acier inoxydable ne rouille pas et ne se corrode pas facilement, ce qui augmente la longévité et la fiabilité des pièces.
L’acier inoxydable est également incroyablement solide et durable, comparable aux alliages d’acier et dépassant même la résistance des alliages d’aluminium.Cela en fait une excellente option pour les applications qui nécessitent robustesse et intégrité structurelle, telles que l'automobile, l'aérospatiale et la construction.
Un autre avantage de l’acier inoxydable est qu’il conserve ses propriétés mécaniques à haute et basse température.Cette caractéristique le rend adapté aux applications où des variations extrêmes de température sont rencontrées.En revanche, les alliages d'aluminium peuvent présenter une résistance réduite à des températures élevées, et l'acier peut être sensible à la corrosion à des températures élevées.
L’acier inoxydable est également intrinsèquement hygiénique et simple à nettoyer.Cela en fait un choix idéal pour les applications dans les industries médicales, pharmaceutiques et agroalimentaires où la propreté est essentielle.Contrairement à l’acier, l’acier inoxydable ne nécessite pas de revêtements ou de traitements supplémentaires pour conserver ses propriétés hygiéniques.
Bien que l’acier inoxydable présente de nombreux avantages, ses difficultés de transformation ne peuvent être ignorées.
Les difficultés liées au traitement des matériaux en acier inoxydable comprennent principalement les aspects suivants :
1. Force de coupe élevée et température de coupe élevée
Ce matériau possède une résistance élevée et des contraintes tangentielles importantes, et il subit une déformation plastique importante lors de la coupe, ce qui conduit à une force de coupe importante.De plus, le matériau a une mauvaise conductivité thermique, ce qui entraîne une augmentation de la température de coupe.La température élevée est souvent concentrée dans la zone étroite proche du tranchant de l’outil, ce qui entraîne une usure accélérée de l’outil.
2. écrouissage sévère
L'acier inoxydable austénitique et certains aciers inoxydables alliés à haute température ont une structure austénitique.Ces matériaux ont une plus grande tendance à s’écrouir pendant la coupe, généralement plusieurs fois plus que l’acier au carbone ordinaire.En conséquence, l'outil de coupe fonctionne dans la zone écrouie, ce qui réduit la durée de vie de l'outil.
3. Facile à coller au couteau
L'acier inoxydable austénitique et l'acier inoxydable martensitique partagent les caractéristiques de produire des copeaux résistants et de générer des températures de coupe élevées lors du traitement.Cela peut entraîner des phénomènes d'adhérence, de soudure et d'autres phénomènes de collage susceptibles d'interférer avec la rugosité de la surface dupièces usinées.
4. Usure accélérée des outils
Les matériaux mentionnés ci-dessus contiennent des éléments à point de fusion élevé, sont hautement malléables et génèrent des températures de coupe élevées.Ces facteurs entraînent une usure accélérée des outils, nécessitant un affûtage et un remplacement fréquents des outils.Cela a un impact négatif sur l’efficacité de la production et augmente les coûts d’utilisation des outils.Pour lutter contre cela, il est recommandé de réduire la vitesse et l’avance du fil de coupe.De plus, il est préférable d'utiliser des outils spécialement conçus pour le traitement de l'acier inoxydable ou des alliages à haute température, et d'utiliser un refroidissement interne lors du perçage et du taraudage.
Technologie de traitement des pièces en acier inoxydable
Grâce à l'analyse ci-dessus des difficultés de traitement, la technologie de traitement et la conception des paramètres d'outils associés de l'acier inoxydable devraient être très différentes de celles des matériaux en acier de construction ordinaires.La technologie de traitement spécifique est la suivante :
1. Traitement de forage
Lors du perçage de matériaux en acier inoxydable, le traitement des trous peut être difficile en raison de leur mauvaise conductivité thermique et de leur faible module élastique.Pour surmonter ce défi, les matériaux d'outils appropriés doivent être sélectionnés, les paramètres géométriques raisonnables de l'outil doivent être déterminés et la quantité de coupe de l'outil doit être définie.Les forets fabriqués dans des matériaux tels que W6Mo5Cr4V2Al et W2Mo9Cr4Co8 sont recommandés pour percer ces types de matériaux.
Les forets fabriqués à partir de matériaux de haute qualité présentent certains inconvénients.Ils sont relativement chers et difficiles à acheter.Lors de l'utilisation du foret en acier rapide standard W18Cr4V couramment utilisé, il existe certaines lacunes.Par exemple, l'angle au sommet est trop petit, les copeaux produits sont trop larges pour être évacués du trou à temps et le fluide de coupe est incapable de refroidir rapidement le foret.De plus, l’acier inoxydable, étant un mauvais conducteur thermique, provoque une concentration de la température de coupe sur le tranchant.Cela peut facilement entraîner des brûlures et des écailles sur les deux surfaces latérales et sur le bord principal, réduisant ainsi la durée de vie du foret.
1) Conception des paramètres géométriques de l'outil Lors du perçage avec un W18Cr4V Lors de l'utilisation d'un foret en acier rapide ordinaire, la force de coupe et la température sont principalement concentrées sur la pointe du foret.Pour améliorer la durabilité de la partie coupante du foret, nous pouvons augmenter l’angle du sommet à environ 135°~140°.Cela réduira également l'angle de coupe du bord extérieur et rétrécira les copeaux de forage pour faciliter leur élimination.Cependant, l’augmentation de l’angle au sommet élargira le bord du burin du foret, ce qui entraînera une résistance de coupe plus élevée.Par conséquent, nous devons meuler le bord burin du foret.Après le meulage, l'angle de biseau du bord du ciseau doit être compris entre 47° et 55° et l'angle de coupe doit être compris entre 3° et 5°.Lors du meulage du bord du ciseau, nous devons arrondir le coin entre le bord tranchant et la surface cylindrique pour augmenter la résistance du bord du ciseau.
Les matériaux en acier inoxydable ont un faible module d'élasticité, ce qui signifie que le métal sous la couche de copeaux présente une grande récupération élastique et un écrouissage important pendant le traitement.Si l'angle de dépouille est trop petit, l'usure de la surface du flanc du foret sera accélérée, la température de coupe augmentera et la durée de vie du foret sera réduite.Il est donc nécessaire d’augmenter l’angle de dépouille de manière appropriée.Cependant, si l'angle de dépouille est trop grand, le bord principal du foret deviendra mince et la rigidité du bord principal sera réduite.Un angle de dépouille de 12° à 15° est généralement préféré.Afin de rétrécir les copeaux et de faciliter leur évacuation, il est également nécessaire d'ouvrir des rainures à copeaux décalées sur les deux surfaces latérales du trépan.
2) Lors de la sélection de la quantité de coupe pour le perçage, la sélection de la Lorsqu'il s'agit de coupe, le point de départ doit être de réduire la température de coupe.La coupe à grande vitesse entraîne une augmentation de la température de coupe, ce qui aggrave l'usure de l'outil.Par conséquent, l’aspect le plus important de la coupe est de sélectionner la vitesse de coupe appropriée.Généralement, la vitesse de coupe recommandée se situe entre 12 et 15 m/min.En revanche, l'avance a peu d'effet sur la durée de vie de l'outil.Cependant, si l’avance est trop faible, l’outil coupera la couche durcie, ce qui aggravera l’usure.Si l'avance est trop élevée, la rugosité de la surface se détériorera également.Compte tenu des deux facteurs ci-dessus, la vitesse d'avance recommandée est comprise entre 0,32 et 0,50 mm/r.
3) Sélection du fluide de coupe : Afin de réduire la température de coupe pendant le perçage, une émulsion peut être utilisée comme fluide de refroidissement.
2. Traitement d'alésage
1) Lors de l'alésage de matériaux en acier inoxydable, des alésoirs en carbure sont couramment utilisés.La structure et les paramètres géométriques de l'alésoir diffèrent de ceux des alésoirs ordinaires.Pour éviter le colmatage des copeaux pendant l'alésage et améliorer la résistance des dents de la fraise, le nombre de dents de l'alésoir est généralement maintenu relativement faible.L'angle de coupe de l'alésoir est généralement compris entre 8° et 12°, bien que dans certains cas spécifiques, un angle de coupe de 0° à 5° puisse être utilisé pour obtenir un alésage à grande vitesse.L'angle de dépouille est généralement d'environ 8° à 12°.
L'angle de déclinaison principal est choisi en fonction du trou.Généralement, pour un trou débouchant, l'angle est de 15° à 30°, tandis que pour un trou non débouchant, il est de 45°.Pour évacuer les copeaux vers l'avant lors de l'alésage, l'angle d'inclinaison du bord peut être augmenté d'environ 10° à 20°.La largeur de la lame doit être comprise entre 0,1 et 0,15 mm.Le cône inversé de l'alésoir doit être plus grand que celui des alésoirs ordinaires.Les alésoirs en carbure mesurent généralement de 0,25 à 0,5 mm/100 mm, tandis que les alésoirs en acier rapide mesurent de 0,1 à 0,25 mm/100 mm en termes de cône.
La partie correction de l'alésoir représente généralement 65 % à 80 % de la longueur des alésoirs ordinaires.La longueur de la partie cylindrique représente généralement 40 à 50 % de celle des alésoirs ordinaires.
2) Lors de l'alésage, il est important de choisir la bonne quantité d'avance, qui doit être comprise entre 0,08 et 0,4 mm/r, et la vitesse de coupe, qui doit être comprise entre 10 et 20 m/min.La tolérance d'alésage grossier doit être comprise entre 0,2 et 0,3 mm, tandis que la tolérance d'alésage fin doit être comprise entre 0,1 et 0,2 mm.Il est recommandé d'utiliser des outils en carbure pour les alésages grossiers et des outils en acier rapide pour les alésages fins.
3) Lors de la sélection du fluide de coupe pour l'alésage des matériaux en acier inoxydable, l'huile du système à perte totale ou le bisulfure de molybdène peuvent être utilisés comme fluide de refroidissement.
3. Traitement ennuyeux
1) Lors de la sélection du matériau de l'outil pour le traitement des pièces en acier inoxydable, il est important de prendre en compte la force de coupe et la température élevées.Les carbures à haute résistance et bonne conductivité thermique, tels que le carbure YW ou YG, sont recommandés.Pour la finition, des plaquettes carbure YT14 et YT15 peuvent également être utilisées.Des outils en céramique peuvent être utilisés pour le traitement par lots.Cependant, il est important de noter que ces matériaux se caractérisent par une ténacité élevée et un écrouissage important, ce qui fera vibrer l'outil et pourra entraîner des vibrations microscopiques sur la lame.Par conséquent, lors de la sélection d’outils en céramique pour couper ces matériaux, la ténacité microscopique doit être prise en compte.Actuellement, le matériau α/βSialon constitue un meilleur choix en raison de son excellente résistance à la déformation à haute température et à l’usure par diffusion.Il a été utilisé avec succès dans la découpe d’alliages à base de nickel et sa durée de vie dépasse de loin celle des céramiques à base d’Al2O3.La céramique SiC renforcée par des moustaches est également un matériau d'outil efficace pour couper l'acier inoxydable ou les alliages à base de nickel.
Les lames CBN (nitrure de bore cubique) sont recommandées pour le traitement de pièces trempées constituées de ces matériaux.Le CBN est le deuxième derrière le diamant en termes de dureté, avec un niveau de dureté pouvant atteindre 7 000 ~ 8 000 HV.Il présente une résistance élevée à l’usure et peut supporter des températures de coupe élevées jusqu’à 1 200°C.De plus, il est chimiquement inerte et n'a aucune interaction chimique avec les métaux du groupe du fer entre 1 200 et 1 300 °C, ce qui le rend idéal pour le traitement des matériaux en acier inoxydable.Sa durée de vie peut être des dizaines de fois plus longue que celle des outils en carbure ou en céramique.
2) La conception des paramètres géométriques des outils est essentielle pour obtenir des performances de coupe efficaces.Les outils en carbure nécessitent un angle de coupe plus grand pour garantir un processus de coupe fluide et une durée de vie plus longue.L'angle de coupe doit être d'environ 10° à 20° pour l'ébauche, 15° à 20° pour la semi-finition et 20° à 30° pour la finition.L'angle de déflexion principal doit être choisi en fonction de la rigidité du système de traitement, avec une plage de 30° à 45° pour une bonne rigidité et de 60° à 75° pour une mauvaise rigidité.Lorsque le rapport longueur/diamètre de la pièce est supérieur à dix fois, l'angle de déviation principal peut être de 90°.
Lors de l'alésage de matériaux en acier inoxydable avec des outils en céramique, un angle de coupe négatif est généralement utilisé pour la coupe, allant de -5° à -12°.Cela permet de renforcer la lame et de tirer pleinement parti de la haute résistance à la compression des outils en céramique.La taille de l'angle de dépouille affecte directement l'usure de l'outil et la résistance de la lame, dans une plage de 5° à 12°.Les modifications de l'angle de déflexion principal affectent les forces de coupe radiales et axiales, ainsi que la largeur et l'épaisseur de coupe.Étant donné que les vibrations peuvent être préjudiciables aux outils de coupe en céramique, l'angle de déviation principal doit être choisi pour réduire les vibrations, généralement compris entre 30° et 75°.
Lorsque le CBN est utilisé comme matériau d'outil, les paramètres géométriques de l'outil doivent inclure un angle de coupe de 0° à 10°, un angle de dépouille de 12° à 20° et un angle de déviation principal de 45° à 90°.
3) Lors de l'affûtage de la surface de coupe, il est important de maintenir une valeur de rugosité faible.En effet, lorsque l'outil a une faible valeur de rugosité, cela contribue à réduire la résistance à l'écoulement des copeaux de coupe et évite le problème des copeaux collant à l'outil.Pour garantir une faible valeur de rugosité, il est recommandé de meuler soigneusement les surfaces avant et arrière de l'outil.Cela aidera également à éviter que les copeaux ne collent au couteau.
4) Il est important de garder le tranchant de l'outil affûté afin de réduire l'écrouissage.De plus, la quantité d'avance et la quantité de contre-coupe doivent être raisonnables pour éviter que l'outil ne coupe dans la couche durcie, ce qui pourrait avoir un impact négatif sur la durée de vie de l'outil.
5) Il est important de prêter attention au processus de meulage du brise-copeaux lorsque l'on travaille avec de l'acier inoxydable.Ces copeaux sont connus pour leurs caractéristiques solides et résistantes, c'est pourquoi le brise-copeaux situé sur la surface de coupe de l'outil doit être correctement rectifié.Cela facilitera la rupture, le maintien et l'élimination des copeaux pendant le processus de coupe.
6) Lors de la coupe de l'acier inoxydable, il est recommandé d'utiliser une vitesse lente et de grandes quantités d'alimentation.Pour l'alésage avec des outils en céramique, la sélection de la bonne quantité de coupe est cruciale pour des performances optimales.Pour une coupe continue, la quantité de coupe doit être choisie en fonction de la relation entre la durabilité à l'usure et la quantité de coupe.Pour une coupe intermittente, la quantité de coupe appropriée doit être déterminée en fonction du modèle de casse de l'outil.
Étant donné que les outils en céramique ont une excellente résistance à la chaleur et à l’usure, l’impact de la quantité de coupe sur la durée de vie de l’outil n’est pas aussi important qu’avec les outils en carbure.En général, lors de l'utilisation d'outils en céramique, la vitesse d'avance est le facteur le plus sensible à la casse de l'outil.Par conséquent, lors de l'alésage de pièces en acier inoxydable, essayez de sélectionner une vitesse de coupe élevée, une quantité de coupe arrière importante et une avance relativement faible, en fonction du matériau de la pièce à usiner et en fonction de la puissance de la machine-outil, de la rigidité du système de traitement et de la résistance de la lame.
7) Lorsque vous travaillez avec de l'acier inoxydable, il est important de choisir le bon fluide de coupe pour garantir un alésage réussi.L'acier inoxydable est sujet au collage et a une mauvaise dissipation thermique, de sorte que le fluide de coupe sélectionné doit avoir de bonnes propriétés de résistance au collage et de dissipation thermique.Par exemple, un fluide de coupe à forte teneur en chlore peut être utilisé.
De plus, il existe des solutions aqueuses sans huile minérale et sans nitrate qui ont de bons effets de refroidissement, de nettoyage, antirouille et lubrifiants, comme le fluide de coupe synthétique H1L-2.En utilisant le fluide de coupe approprié, les difficultés associées au traitement de l'acier inoxydable peuvent être surmontées, ce qui se traduit par une durée de vie améliorée de l'outil pendant le perçage, l'alésage et l'alésage, une réduction de l'affûtage et des changements d'outils, une efficacité de production améliorée et un traitement des trous de meilleure qualité.Cela peut finalement réduire l'intensité du travail et les coûts de production tout en obtenant des résultats satisfaisants.
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Heure de publication : 24 avril 2024