Lavorazione dell'Inconel
Diversi metalli e leghe sono compatibili per Lavorazione CNC; L'Inconel è una di queste leghe per lavorazioni meccaniche. È disponibile in diverse gradazioni ed è adatta ad applicazioni che richiedono resistenza a elevate sollecitazioni meccaniche, calore estremo e ambienti corrosivi.
Le leghe di Inconel sono anche note come "superleghe", poiché offrono elevata resistenza, tenacità e resistenza alla corrosione. Tuttavia, sono difficili da lavorare a causa della loro tenacità e della loro capacità di incrudimento.
Pertanto, per lavorare l'Inconel è necessario comprenderne le proprietà, i gradi di lavorazione, le opzioni di utensili e le potenziali sfide.
Che cosa è la lega Inconel?
Lega Inconel
L'Inconel è una lega di nichel (Ni) e cromo (Cr) con elementi aggiuntivi come ferro, molibdeno e carbonio in quantità minori. Inoltre, è un metallo ingegnerizzato che offre elevata resistenza alle alte temperature e resistenza all'ossidazione e alla corrosione.
A seconda del grado specifico di Inconel, la percentuale di nichel, cromo e altri metalli costituenti varia, il che influisce anche sulle proprietà della lega. Il contenuto di nichel varia dal 45 al 75%, quello di cromo dal 14 al 31%, quello di molibdeno dallo 0 al 17% e così via.
È possibile utilizzare i gradi Inconel 625, 718, 600 e X-750 come Materiali per lavorazioni CNCLa loro elevata resistenza alla trazione e alla fatica li rendono adatti a diverse applicazioni, tra cui quella aerospaziale, navale, automobilistica e di lavorazione chimica.
L'Inconel è difficile da lavorare?
Sì, l'Inconel è difficile da lavorare rispetto all'acciaio inossidabile, all'alluminio, al rame e al titanio. L'elevato incrudimento, l'eccessiva generazione di calore, l'elevata forza di taglio e la durezza dell'Inconel lo rendono difficile da lavorare. Tuttavia, ciò non significa che non sia possibile lavorare questa lega per ottenere componenti complessi.
Secondo l'indice AISI, ha una lavorabilità del 12%, che è significativamente inferiore al 70% dell'acciaio inossidabile e al 15-35% delle leghe di titanio.
Per lavorare le leghe di Inconel, sono necessari utensili da taglio in metallo duro o con un rivestimento duro come il TiAlN. Inoltre, è essenziale impostare la corretta forza di taglio, profondità, velocità di avanzamento e velocità di taglio.
Cosa rende la lavorazione dell'Inconel così impegnativa?
Poiché la lavorabilità dell'Inconel è relativamente inferiore rispetto ad altri metalli e leghe, la sua lavorazione richiede attente considerazioni, tecnologie avanzate e competenza.
Diamo un'occhiata alle sfide principali e ai fattori che le causano.
Indurimento del lavoro
A causa della bassa conduttività termica, le leghe di Inconel accumulano calore e tendono a incrudirsi rapidamente e a ritmi elevati. L'incrudimento ne rende difficile la lavorazione meccanica.
Elevate forze di taglio
La tenacità dell'Inconel richiede forze di taglio più elevate, che contribuiscono alla deformazione plastica e al rischio di schiacciamento o compattazione del materiale durante l'asportazione dei trucioli. Inoltre, forze più elevate accelerano l'usura dell'utensile.
Generazione eccessiva di calore
Poiché l'Inconel mantiene la sua stabilità alle alte temperature e non si trasferisce, si genera un'enorme quantità di calore che si accumula sull'utensile e sul pezzo in lavorazione. Di conseguenza, la lavorazione risulta difficoltosa. Sono necessari utensili speciali e un sistema di raffreddamento efficace.
Flessione del materiale di lavoro
Un'altra sfida nella lavorazione dell'Inconel è il rischio di flessione del pezzo, che causa imprecisioni dimensionali, scarsa finitura superficiale e persino il fallimento del progetto. Pertanto, è fondamentale comprendere la dinamica della macchina e le elevate forze di taglio per bloccare saldamente il materiale.
Quali sono i gradi di Inconel per lavorazioni CNC?
Leghe di lavorazione Inconel
Alcuni gradi di Inconel sono più lavorabili di altri. Ciò che li differenzia è la percentuale di nichel, cromo e altri costituenti nella composizione della lega.
Parleremo dei gradi di lavorazione più comuni dell'Inconel: Inconel 625, Inconel 600 e Inconel 718.
Lega Inconel 600
Questa lega contiene oltre il 72% di nichel e dal 14 al 17% di cromo. L'elevato contenuto di nichel la rende altamente resistente all'ossidazione in condizioni operative difficili. Di conseguenza, le microstrutture austenitiche contribuiscono alla stabilità termica.
L'elevato contenuto di nichel aumenta anche l'incrudimento durante la lavorazione. Pertanto, la lavorazione dell'Inconel 600 richiede una lubrificazione adeguata e l'utilizzo di utensili specializzati.
Inoltre, la robustezza, la resistenza alla corrosione e la buona saldabilità rendono il grado 600 compatibile anche con lo stampaggio e altri processi di formatura dei metalli. Gli stampati metallici in Inconel 600 richiedono utensili di formatura rigida e possono essere modellati in parti di lamiera complesse.
- vantaggi: Buone proprietà di fabbricazione e struttura austenitica dura.
- Sfide di lavorazione: Elevato tasso di incrudimento e accumulo di calore nella zona di lavorazione.
Lega Inconel 625
Oltre a nichel (≥58%) e cromo (23%), durante la fusione dell'Inconel 625 vengono aggiunti molibdeno, niobio e titanio. Di conseguenza, l'Inconel 625 diventa più resistente del 600, offrendo un'eccellente resistenza alla fatica e allo scorrimento viscoso.
Di conseguenza, la lavorazione dell'Inconel 625 risulta più complessa a causa dell'inclusione di niobio duro nella composizione. L'usura dell'utensile può essere rapida, quindi è consigliabile utilizzare velocità di avanzamento e di taglio ottimizzate.
- vantaggi: Resistenza superiore, eccellente resistenza alla fatica in ambienti difficili e buona saldabilità.
- Sfide di lavorazione: La rapida usura degli utensili dovuta ai carburi di niobio e molibdeno e la duttilità rendono difficile il controllo dell'asportazione dei trucioli.
Lega Inconel 718
La lega Inco 718 contiene una quantità di nichel inferiore rispetto alle leghe 600 e 625, circa il 50-55%, seguita da circa il 20% di cromo e circa il 5.5% di Nb + Ta. Offre un'elevata resistenza meccanica a temperature elevate, fino a 705 °C. Di conseguenza, questa lega è nota anche come Inconel aerospaziale per la sua superiore resistenza alle alte temperature.
Confrontando la lavorabilità dell'Inconel 625 con quella del 718, il grado 718 è anche più difficile da lavorare. Causa un elevato incrudimento durante la lavorazione. Pertanto, sono necessarie strategie di lavorazione aggressive, come un setup rigido, elevate forze di taglio e utensili in metallo duro.
- vantaggi: Mantiene la resistenza fino a ~705 °C ed è adatto per impieghi aerospaziali e pesanti.
- Sfide di lavorazione: Un tasso di tempra superiore a 600 richiede configurazioni rigide e un taglio aggressivo
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Processi di lavorazione CNC Inconel
Le leghe di Inconel sono compatibili con numerosi processi di lavorazione CNC, tra cui fresatura, tornitura, foratura ed elettroerosione. Ognuno di questi processi consente di eseguire più operazioni per modellare il pezzo in Inconel.
Analizziamo i quattro principali processi di lavorazione CNC dell'Inconel:
Fresatura CNC Inconel
Fresatura dell'Inconel
Per la fresatura dell'Inconel vengono utilizzate fresatrici CNC o centri di lavoro, che possono eseguire più operazioni e creare forme 3D complesse. Per l'Inconel si consiglia un avanzamento elevato per dente con innesto radiale dell'utensile. fresatura CNCDi conseguenza, la fresatura esegue lavorazioni di spianatura, profilatura, scanalatura, filettatura, ecc.
Per i pezzi in Inconel è possibile utilizzare frese in metallo duro integrale rivestite con PVD TiAlN o AlTiN. Questo aiuta a mantenere la durezza dell'utensile anche ad alte temperature di taglio.
La complessità delle parti dipende dagli assi e dalle capacità complessive della macchina. Fresatura CNC a 3 assi realizza forme 3D semplici, mentre un centro di fresatura CNC a 5 assi realizza parti in superlega complesse con caratteristiche interne intricate.
Tornitura CNC Inconel
Tornitura Inconel
La tornitura CNC è adatta a elementi cilindrici, come alberi, barre, spalle e relativi profili. Consiste nella rimozione del materiale da una barra rotante in Inconel utilizzando un programma controllato da computer. La tornitura può eseguire più lavorazioni con utensili a croce, come frese a punta singola, punte da trapano, barre di alesatura. Utensili per scanalatura CNCe alesatori.
Per la tornitura di Inconel, utilizzare velocità di taglio moderate, avanzamenti più lenti e profondità di taglio ridotte. Tuttavia, è possibile aumentare la profondità di taglio irruvidendo la superficie. Nel frattempo, utilizzare inserti con taglienti affilati per le passate di finitura.
Foratura CNC Inconel
Utensili di perforazione per Inconel
La foratura dell'Inconel richiede punte lunghe e con rivestimento duro, con un flusso di refrigerante efficace e un meccanismo di truciolo efficace. I produttori di Inconel utilizzano in genere punte in metallo duro con refrigerante interno. È possibile iniziare la foratura con un avanzamento di 60-85 piedi superficiali al metro (SFM), ma ridurre sia l'avanzamento che la velocità per fori profondi.
Inoltre, se sono necessarie ulteriori operazioni sui fori praticati, come filettatura, maschiatura, alesatura e foratura, è consigliabile utilizzare macchine CNC anziché quelle manuali.
Lavorazione EDM Inconel
Parti in Inconel tagliate tramite elettroerosione
La lavorazione EDM prevede un processo di asportazione del materiale senza contatto, che consente di tagliare, modellare e forare leghe di Inconel dure. L'EDM si basa invece su una scarica elettrica precisa che fonde il materiale senza il contatto diretto tra utensili da taglio e pezzo in lavorazione.
È possibile scegliere l'elettroerosione Inconel per creare microcaratteristiche, piccoli fori, cavità profonde e incisioni 2D. A differenza della fresatura e della tornitura, non vi è alcun problema di usura degli utensili.
Migliori pratiche per la lavorazione in Inconel
Poiché l'Inconel non è un materiale facilmente lavorabile, è necessario tenere in considerazione diverse variabili relative agli utensili, alle variabili di lavorazione, al processo di rimozione del materiale e alla configurazione rigida.
Per la lavorazione dell'Inconel utilizziamo le seguenti best practice:
- Monitorare regolarmente l'usura degli utensili: L'usura degli utensili influisce sulla formazione del truciolo e riduce la precisione. Pertanto, è necessario ispezionarli regolarmente e sostituirli se necessario.
- Inconel soluzioneto: Riscaldare la lega e raffreddarla all'istante: in questo modo si affinano le strutture granulari, si riduce lo stress dell'utensile e si migliora il controllo del truciolo.
- Utilizzare utensili da taglio in ceramica: Uno dei modi migliori per ridurre l'incrudimento è utilizzare utensili ceramici. Questi consentono il taglio continuo del materiale Inconel.
- Mantenere un'alimentazione coerente: Il movimento ripetitivo dell'utensile provoca una maggiore generazione di calore e porta all'incrudimento, quindi evitare la foratura a incrementi e mantenere un avanzamento costante e continuo durante la foratura.
- Scegli la geometria giusta dell'utensile: Utilizzare utensili affilati, con angolo di spoglia positivo e bordi robusti. Possono ridurre al minimo le forze di taglio e prevenire l'incrudimento.
- Considerare la post-elaborazione: In base ai requisiti di precisione, finitura superficiale e proprietà meccaniche, considerare la post-elaborazione come Servizi di rettifica CNCe trattamenti termici.
- Utilizzare refrigerante ad alta pressione: Un flusso continuo di refrigerante è essenziale durante la lavorazione dell'Inconel per evitare l'accumulo di calore e una migliore evacuazione dei trucioli, garantire una configurazione rigida riducendo al minimo la sporgenza dell'utensile e un serraggio stabile del pezzo.
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Utensili per la lavorazione dell'Inconel
Come accennato in precedenza, a causa del rapido incrudimento e della bassa lavorabilità dell'Inconel, sono necessari utensili specializzati con rivestimento duro.
La tabella seguente descrive gli utensili più comuni per la lavorazione dell'Inconel:
| Tipo di strumento | Materiale / Grado | Rivestimenti tipici | Usato per? |
| Carburo (solido e indicizzabile) | Carburo submicronico/alto contenuto di Co | PVD AlTiN / TiAlN / AlCrN; CVD TiCN/TiN | Fresatura e tornitura generale. |
| Ceramica (Al₂O₃, SiAlON) | Ceramica rinforzata con baffi | Spesso non rivestiti o rivestiti in Al₂O₃ | Sgrossatura continua ad alta velocità. Richiede una configurazione rigida per evitare interruzioni. |
| CBN (inserti PCBN) | Nitruro di boro cubico | Tipi di CBN solitamente non rivestiti/specializzati | Finitura ad alta resistenza all'usura su alcuni tipi di Inconel, ma costosa e che richiede rigidità. |
| PCD (diamante) | Diamante policristallino | N/D (diamante) | Non consigliato in quanto reagisce chimicamente/si usura rapidamente sulle leghe di nichel. |
Applicazioni della lavorazione CNC dell'Inconel
Articoli in Inconel lavorati a CNC
I componenti Inconel lavorati tramite CNC vengono utilizzati in vari settori, tra cui aerospaziale, automobilistico, energetico e del gas, marittimo, dell'energia nucleare e della lavorazione chimica.
La tabella seguente illustra i vantaggi della lavorazione dell'Inconel in questi settori, con alcuni esempi:
| Industria | Perché la lavorazione dell'Inconel? | Esempi di applicazione |
| Aeronautico | Elevata resistenza, resistenza all'ossidazione ad alte temperature e resistenza allo scorrimento | Componenti di scarico e ugelli, dischi di turbine, alloggiamenti di attuatori, palette di turbine, ecc. |
| Turbine elettriche/a gas | Resistenza meccanica, resistenza all'ossidazione e al calore estremo. | Pale della turbina, componenti del rotore, rivestimenti del combustore, elementi di fissaggio e palette fisse. |
| Lavorazione chimica | Resiste alla corrosione e alla corrosione causata da sostanze chimiche aggressive | Parti interne del reattore, giranti, alberi e involucri delle pompe, valvole, flange |
| Marino | Resiste alla corrosione dell'acqua di mare, controlla il biofouling e sopporta sollecitazioni cicliche | Elementi di fissaggio sottomarini, connettori di riser, corpi valvola, utensili per acque profonde |
| Energia nucleare | Elevata tolleranza termica, stabilità dimensionale e resistenza. | Componenti delle barre di controllo, alberi delle pompe, elementi di fissaggio, steli delle valvole, raccordi |
| Motori | Resistenza estrema al calore e alla corrosione, tolleranze ristrette | Collettori di scarico, wastegate, scudi termici, elementi di fissaggio, staffe per alte temperature |
| Medicale | Biocompatibili (gradi come 718) ed eccellente stabilità meccanica | Accessori per strumenti chirurgici, dispositivi di sterilizzazione e dispositivi personalizzati |
Per saperne di più: Macchine CNC a 5 assi
Costi di lavorazione dell'Inconel
I costi di lavorazione dell'Inconel sono in genere superiori a quelli della lavorazione di alluminio, acciaio, rame e altri materiali con maggiore lavorabilità. Un semplice progetto di lavorazione può costare oltre 1000 dollari, ma i costi sono decisamente più elevati per componenti Inconel complessi e di grandi dimensioni.
Tuttavia, il costo esatto della lavorazione può variare a seconda di fattori quali il tipo di lega, il processo di lavorazione, il tasso di incrudimento, l'attrezzatura utilizzata nel processo, gli utensili richiesti, ecc.
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Come abbiamo discusso, la lavorazione delle leghe di Inconel richiede una profonda conoscenza delle loro proprietà e delle strategie per affrontare la scarsa lavorabilità. Pertanto, sono necessarie competenze e macchine CNC avanzate per realizzare i componenti in Inconel con precisione.
At Boda Tech, abbiamo più di un decennio di esperienza nella gestione della lega Inconel e di altri materiali difficili da lavorare. Il nostro Servizi di lavorazione CNC comprendono una pianificazione dettagliata del processo di lavorazione e utensili per fornire risultati accurati.
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Conclusione
La lavorazione dell'Inconel è più complessa rispetto ad altri materiali CNC. I problemi principali sono l'elevato incrudimento, il livello di durezza, gli utensili e le variabili di lavorazione. Risolvere questi problemi può garantire tempi di ciclo rapidi, la precisione e la finitura desiderate, aumentando al contempo la durata dell'utensile.
È necessario utilizzare utensili speciali con rivestimento duro, avanzamento e velocità ottimali e un sistema di raffreddamento continuo. In questo modo, è possibile tagliare, fresare, tornire e forare le leghe di Inconel senza soluzione di continuità.
Se si esternalizzano le parti di lavorazione in inconel, valutare le capacità di Produttori di lavorazioni CNC prima della stipula del contratto, come le leghe di inconel che possono lavorare, la precisione che possono offrire, la complessità e le implicazioni in termini di costi.
FAQ
Perché l'Inconel è difficile da lavorare?
La bassa conduttività termica dell'Inconel accumula calore durante la lavorazione, causando incrudimento e rendendo il materiale difficile da lavorare.
Qual è la lavorabilità dell'Inconel?
L'Inconel ha una lavorabilità inferiore rispetto all'acciaio e all'alluminio; la lavorabilità AISI è del 12%.
Quali materiali non possono essere lavorati tramite CNC?
Materiali estremamente fragili e abrasivi non possono essere lavorati con macchine CNC, come alcune ceramiche e il vetro. Inoltre, non è possibile lavorare materiali molto morbidi come la schiuma.
L'Inconel 625 è difficile da lavorare?
Sì, l'Inconel 625 è difficile da lavorare a causa della sua durezza e del suo incrudimento. Tuttavia, può essere lavorato con utensili in metallo duro con rivestimento duro.
Quali sono gli svantaggi dell'Inconel?
Gli svantaggi dell'Inconel sono la scarsa lavorabilità, la rapida usura degli utensili, il rischio di utensili smussati, le scarse proprietà di trasferimento del calore e il costo del materiale.