Tornitura di acciaio inossidabile
L'acciaio inossidabile è un materiale ingegneristico comune, apprezzato per la sua resistenza, tenacità, resistenza agli urti e protezione dalla corrosione. Tuttavia, per trasformare l'acciaio inossidabile grezzo in oggetti funzionali, sono necessari processi di lavorazione, fabbricazione e altre procedure.
Tra i diversi lavorazione dell'acciaio inossidabile Nei processi di tornitura, si lavora principalmente componenti cilindrici come alberi, barre, perni, boccole e coni conici.
Poiché esistono numerose leghe di acciaio inossidabile che si comportano in modo diverso durante la tornitura, è importante considerare la lavorabilità, la compatibilità degli utensili e altri fattori per garantire componenti privi di difetti.
Questo articolo tratterà i vari aspetti della tornitura dell'acciaio inossidabile, inclusi i tipi di acciaio inossidabile, i loro vantaggi e le potenziali difficoltà di lavorazione.
Che cos'è la tornitura dell'acciaio inossidabile?
Tornitura conica
La tornitura è un tipo di lavorazione CNC utilizzata per creare forme assialmente simmetriche (cilindriche, coniche, sferiche, ecc.) e caratteristiche superficiali. Può essere applicata a tutti gli acciai inossidabili, compresi gli acciai per utensili temprati.
I produttori utilizzano torni a controllo numerico (CNC) o centri di tornitura per le operazioni di tornitura. Questi dispositivi offrono elevata velocità di lavorazione, precisione, finitura e ripetibilità su lotti multipli. Di conseguenza, la tornitura è tecnicamente ed economicamente fattibile per tutti i volumi di produzione.
" Nella tornitura, il pezzo in acciaio inossidabile fissato al mandrino della testa ruota ad alti giri al minuto e l'utensile fissato al portautensili si muove in longitudinale o trasversale direzione per dare forma al pezzo in lavorazione.".
Tra i componenti torniti in acciaio inossidabile più comuni si annoverano alberi di trasmissione, cilindri idraulici, componenti per pompe del carburante, prigionieri e bulloni, e boccole.
L'acciaio inossidabile è difficile da tornire?
Sì, l'acciaio inossidabile è difficile da tornire, rispetto a molti altri materiali lavorabili con macchine CNC. Tuttavia, non è così difficile come nel caso dell'inconel e delle leghe di titanio. È possibile tornire l'acciaio con macchine CNC per ottenere una varietà di componenti ad alte prestazioni.
Di conseguenza, l'esatta lavorabilità (o livello di difficoltà di tornitura) dipende dalle specifiche qualità di acciaio inossidabile. Ad esempio, gli acciai inossidabili SS 303 e 304 sono più facili da lavorare rispetto all'acciaio inossidabile PH 17-4.
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Il processo di tornitura dell'acciaio inossidabile
Il processo di tornitura dell'acciaio inossidabile prevede una serie di fasi che devono essere eseguite con cura. Si inizia con la creazione di un progetto ingegneristico per il pezzo desiderato, seguito da programmazione, impostazione, tornitura e post-lavorazione.
Analizziamo brevemente ciascun passaggio.
- Progettazione ingegneristica: Crea un progetto tecnico dettagliato dei componenti in acciaio inossidabile che desideri tornire, specificando chiaramente forma, orientamento, dimensioni, tolleranze e altre variabili.
- Selezione del materiale: Scegliete un grado di lavorazione adeguato dell'acciaio inossidabile in base alle vostre esigenze applicative.
- Programmazione CAM: Genera un programma CNC per il progetto che hai realizzato utilizzando un software CAM appropriato.
- Configurazione della macchina: Fissare il materiale da lavorare e posizionare l'utensile nella macchina; si consiglia un portautensili con sporgenza minima.
- Operazioni di tornitura: Avviare la macchina e monitorare tutte le operazioni di tornitura.
- Post produzione: Eseguire operazioni di levigatura, sabbiatura, lucidatura, verniciatura o altre lavorazioni, se necessario.
Quali sono i tipi di acciaio inossidabile utilizzati nella tornitura CNC?
Austenitico, martensitico, ferritico, indurimento per precipitazione e duplex sono i cinque principali tipi di acciaio inossidabile Utilizzato nella tornitura CNC. In termini di qualità, i più diffusi sono 303, 304, 316, 416, 430 e PH 17-4.
Acciai inossidabili austenitici
Acciaio inossidabile austenitico
L'acciaio inossidabile austenitico non è magnetico e contiene cromo, nichel e manganese come elementi di lega principali, con il carbonio presente in quantità molto ridotte.
Prende il nome dalla sua struttura cristallina FCC, chiamata austenite, che le conferisce un'eccellente duttilità e una buona tenacità.
Sebbene tutti i gradi AISI 200 e 300 rientrino nel gruppo degli acciai inossidabili austenitici, i gradi 303 e 316 sono i più utilizzati nelle lavorazioni meccaniche.
Lavorazione dell'acciaio inossidabile 303
Rispetto ad altri acciai inossidabili, presenta una buona lavorabilità. Infatti, il 303 è considerato l'acciaio inossidabile più facile da lavorare per qualsiasi operazione di tornitura.
Lavorazione dell'acciaio inossidabile 316
L'acciaio 316 contiene circa il 2-3% di molibdeno in più, il che gli conferisce una maggiore resistenza alla corrosione. Tuttavia, aumenta anche la tenacità e il tasso di incrudimento, rendendo la tornitura dell'acciaio inossidabile più difficoltosa rispetto all'acciaio inossidabile 303.
Acciai inossidabili martensitici
Gli acciai inossidabili martensitici sono disponibili con bassa e alta percentuale di carbonio, e le leghe lavorabili come l'SS 416 contengono fosforo e zolfo per una migliore lavorabilità. Sebbene la lega martensitica offra una maggiore resistenza rispetto alla lega austenitica, presenta una minore resistenza alla corrosione.
Acciai inossidabili ferritici
acciaio inossidabile ferritico
Gli acciai inossidabili ferritici sono caratterizzati da un elevato contenuto di cromo e da un contenuto minimo di carbonio nella loro composizione. Di conseguenza, non possono essere temprati mediante trattamento termico, ma possono essere ricotti e risultano economicamente vantaggiosi.
L'acciaio inossidabile 430 è la lega ferritica più comune utilizzata nelle lavorazioni meccaniche. Offre una resistenza alla corrosione moderata, superiore a quella delle leghe martensitiche, ma generalmente inferiore a quella delle leghe austenitiche.
Acciai inossidabili PH
17-4 SS SS
Gli acciai inossidabili a indurimento per precipitazione (PH) sono noti per la loro elevata resistenza e durezza, ottenute mediante l'aggiunta di elementi di lega come rame e niobio e uno specifico processo di trattamento termico, chiamato invecchiamento artificiale.
L'acciaio inossidabile 17-4 è la lega di acciaio inossidabile temprato più comune nelle lavorazioni meccaniche. Offre una buona lavorabilità con utensili rivestiti in AlTiN e AlCrN.
Acciai inossidabili duplex
Gli acciai inossidabili duplex presentano fasi microstrutturali ferritiche e austenitiche, in genere in quantità uguali. Pertanto, il produttore può sfruttare le proprietà di due diversi tipi di acciaio con le leghe duplex come il 2205 e il 2507.
Alcuni impieghi comuni della tornitura dell'acciaio inossidabile duplex sono tubi per l'industria chimica, componenti per pompe, valvole e raccordi.
Vantaggi dell'acciaio inossidabile
Le leghe di acciaio inossidabile presentano diversi vantaggi come materiale di produzione, tra cui resistenza, resistenza alla corrosione, resistenza agli urti, stabilità termica e una superficie igienica.
Ecco i cinque principali vantaggi dell'acciaio inossidabile:
1. Elevata resistenza meccanica
Gli acciai inossidabili sono resistenti e offrono un'elevata resistenza alla compressione e alla trazione, mantenendo al contempo un rapporto di peso proporzionale inferiore rispetto ad altri tipi di acciaio.
2. Resistenza alla corrosione
Quando gli acciai inossidabili sono esposti all'umidità, formano uno strato protettivo di ossido di cromo che aiuta a prevenire la ruggine e il deterioramento.
3. Elevata resistenza agli urti
Si tratta di un materiale ad alta resistenza agli urti, in grado di assorbire carichi improvvisi, shock meccanici e vibrazioni senza subire danni. Pertanto, l'acciaio inossidabile può essere utilizzato per componenti meccanici e strutturali ad alte prestazioni.
4. Superficie igienica
Innanzitutto, molti tipi di acciaio inossidabile sono sicuri per la lavorazione degli alimenti e sono igienici. In secondo luogo, sono facili da pulire e da manutenere.
5. Prestazioni ad elevate temperature
Gli acciai inossidabili non perdono le loro proprietà fino a circa 980 °C, il che è vantaggioso per le applicazioni ad alta temperatura, come le pale delle turbine a gas e i componenti aeronautici.
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Problemi e sfide nella tornitura dell'acciaio inossidabile
Affermare che l'acciaio inossidabile ha una buona lavorabilità non significa che sia esente da problemi e difficoltà di lavorazione. Durante la tornitura, si potrebbero riscontrare problemi come accumulo di calore, incrudimento, deformazione del pezzo, trucioli lunghi, usura dell'utensile e una finitura superficiale scadente.
Ora, analizziamo nel dettaglio queste sfide una per una.
Accumulo di calore
La gestione termica rappresenta una sfida importante nella tornitura dell'acciaio inossidabile. La bassa conduttività dell'acciaio inossidabile causa un trasferimento di calore inefficiente dalla zona di lavorazione, con conseguente accumulo di calore a ogni passaggio ripetuto dell'utensile.
Il calore può causare l'usura dell'utensile e influire sulla resistenza e sulla durezza del pezzo in lavorazione. Pertanto, si consiglia di utilizzare liquidi di raffreddamento a base di acqua, olio o semisintetici.
Deformazione del pezzo
Il pezzo in acciaio inossidabile può deformarsi durante la lavorazione per due motivi: serraggio eccessivo o forze di taglio e avanzamenti inadeguati. Forze eccessive causano tensioni interne, che portano alla formazione di microfratture.
Indurimento del lavoro
Le elevate forze di taglio e l'attrito provocano la deformazione plastica della superficie del materiale attraverso cui l'utensile si impegna e passa, determinando un aumento di durezza e resistenza. Leghe come la 304, la 201 e la 316 sono più soggette a questo problema.
Sfida alla rimozione dei chip
Rimozione dei trucioli durante la lavorazione
La tornitura dell'acciaio inossidabile produce trucioli lunghi e continui che possono facilmente incastrarsi, rendendo difficile la loro rimozione. Questi trucioli ostruiscono le aree di lavorazione, causando errori dimensionali e di finitura. In alcuni casi, l'intasamento da trucioli può persino rompere l'utensile di tornitura.
Finitura scadente dopo la lavorazione
Finiture di pezzi torniti a CNC
L'utilizzo di utensili e geometrie inadeguati si traduce in finiture superficiali scadenti sui pezzi torniti in acciaio inossidabile. Di conseguenza, l'indurimento del pezzo peggiora ulteriormente la finitura ottenuta dalla lavorazione, poiché la durezza aumenta.
Pertanto, utilizzare i parametri di tornitura, il liquido di raffreddamento e gli utensili di tornitura corretti. Se si nota usura sull'utensile, sostituirlo immediatamente.
Usura dell'utensile di tornitura
Durezza dell'acciaio inossidabile La durezza è superiore a quella di altri materiali CNC comuni; alcune leghe raggiungono una durezza pari a 110 HRB. Di conseguenza, l'usura dei taglienti è più rapida. Ciò causa imprecisioni dimensionali e una superficie più ruvida. Per ovviare a questo problema, è consigliabile utilizzare utensili con rivestimento duro e monitorare regolarmente l'usura.
Lavorabilità dell'acciaio inossidabile e fattori che influenzano
Prendendo come riferimento l'acciaio AISI 1212, la lavorabilità dell'acciaio inossidabile varia dal 30 al 70%, a seconda del tipo o della qualità specifica. Gli acciai inossidabili 303, 430 e 420 sono più facilmente lavorabili rispetto al 304 e al 316.
Successivamente, esaminiamo i principali fattori che influenzano la lavorabilità dell'acciaio inossidabile: durezza, conducibilità termica, tenacità, geometria dell'utensile, usura dell'utensile e velocità di incrudimento. .
- Durezza: Se gli acciai inossidabili presentano una durezza maggiore, risultano più difficili da lavorare.
- Conduttività termica: Una maggiore conduttività significa che il calore generato dalle aree di lavorazione viene dissipato in modo efficace.
- Tenacità: Se l'acciaio è tenace, aumenta il rischio di frattura e deformazione durante la lavorazione.
- Geometria dell'utensile: Per una migliore lavorabilità durante la tornitura dell'acciaio inossidabile, è essenziale una geometria dell'utensile appropriata.
- Usura degli utensili: L'usura dei taglienti rende difficile il processo di tornitura, quindi è necessario ispezionarli e sostituirli regolarmente.
- Incrudimento: Un elevato tasso di incrudimento riduce la lavorabilità dell'acciaio inossidabile.
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Riassumendo
La tornitura dell'acciaio inossidabile è un processo versatile utilizzato per produrre componenti a simmetria assiale per applicazioni nei settori automobilistico, aerospaziale, alimentare, medicale e altri ancora.
Per ottenere precisione e finitura, è fondamentale utilizzare il tipo di utensile, il materiale e la geometria corretti, insieme alla velocità di taglio e all'avanzamento. Inoltre, è necessario considerare il tipo di acciaio inossidabile utilizzato e le relative problematiche di lavorazione.
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DOMANDE FREQUENTI
È difficile lavorare l'acciaio inossidabile al tornio?
Sì, l'acciaio inossidabile è difficile da tornire, rispetto all'alluminio e ad altri materiali lavorabili con macchine a controllo numerico (CNC). Ciò è dovuto alla sua elevata tenacità, rigidità e bassa conduttività.
Qual è il metallo più facile da lavorare al tornio?
L'alluminio è il metallo più facile da lavorare al tornio. Le leghe di alluminio offrono un'eccellente lavorabilità e possono essere tornite con tolleranze e finiture ristrette.
Che cosa si intende per acciaio inossidabile lavorato a macchina?
La tornitura dell'acciaio inossidabile si riferisce a un processo di tornitura specializzato per l'acciaio inossidabile, che produce una finitura lucida decorativa dall'aspetto distintivo.