W hucie zepsuła się pompa kriogeniczna. W obliczu co najmniej pięciu tygodni oczekiwania na wymianę zewnętrzną warsztat zdecydował się wyprodukować ją-we własnym zakresie.
Materiał: 316L|Długość: 3237mm|Średnica: 260mm (w najwęższym miejscu)|Tolerancja średnicy zewnętrznej: ± 0,02 mm
Zadanie to powierzono najbardziej doświadczonemu mechanikowi w warsztacie.
Wynik? Po-toczeniu końcowym zmierzona średnica zewnętrzna wykraczała poza tolerancję-była za duża.
Wymagana tolerancja wynosiła ±0,02 mm, a rzeczywista odchyłka wynosiła 0,06–0,10 mm.
Przedmiot obrabiany został zniszczony.
Nie był to brak umiejętności ze strony mechanika. Miał ponad dwudziestoletnie doświadczenie w obsłudze tokarek, głównie w obróbce zwykłych części stalowych, i zgromadził mnóstwo-know-how.
Problem sprowadzał się do jednej rzeczy-
Traktował 316L jak zwykłą stal.
Jak dochodzi do „odkształcenia narzędzia”?
Czy narzędzie było tępe? Czy parametry nie były zbyt agresywne? Czy obrabiarce brakowało sztywności?
NIE.
Przyczyna była jedna: hartowanie.
Podczas procesu cięcia powierzchnia stali nierdzewnej 316L ulega-utwardzeniu na zimno w bardzo krótkim czasie.
Głębokość warstwy utwardzonej wynosi zazwyczaj od 0,1 mm do 0,3 mm (są to dane mierzone podczas cięcia, a nie szacunkowe).
Po stwardnieniu wytrzymałość tej warstwy powierzchniowej może przekraczać 1500 MPa,-co czyni ją twardszą niż wiele materiałów narzędziowych.
Kiedy rozpoczął się-przebieg toczenia wykańczającego, narzędzie nie mogło wciąć się w tę twardą skorupę; zamiast tego odbił się (odepchnął). W rezultacie przedmiot obrabiany okazał się zbyt duży.
W ten sposób następuje ugięcie narzędzia.
Nie był to problem z samym narzędziem; materiał jest po prostu utwardzany podczas procesu cięcia.
Dlaczego więc stal nierdzewna 316L jest trudniejsza w obróbce niż zwykła stal?
316L zawiera molibden, który zwiększa jego wytrzymałość i prowadzi do intensywniejszego odkształcenia plastycznego podczas cięcia,-powodując szybsze, grubsze i twardsze tworzenie się utwardzonej warstwy.
Stosując te same parametry i to samo narzędzie, zwykła stal jest łatwa w obróbce, natomiast stal nierdzewna sprawia problemy.
Co złego zrobił mechanik?
Popełnił błąd bazując na wcześniejszych doświadczeniach:
Zakładał, że bezpieczniejsze będzie zastosowanie niższych parametrów.
Parametry skrawania przeznaczone dla zwykłej stali zastosował bezpośrednio do stali 316L.
Gdzie dokładnie popełnił błąd? Naddatek na obróbkę wykańczającą został ustawiony na 0,2 mm-za mały-, co skutkowało niewystarczającą głębokością skrawania. Nie przeniknął przez utwardzoną warstwę wierzchnią o grubości 0,1–0,3 mm.
Narzędzie ocierało się o hartowaną powierzchnię, wytwarzając ciepło, które pogarszało efekt-utwardzania.
W miarę intensyfikacji hartowania zwiększało się ugięcie narzędzia; im bardziej się odchylał, tym trudniej było wciąć się w materiał.
Wystąpił drugi błąd: prędkość posuwu (F) ustawiono na 0,05 mm/obr.-o wiele za nisko.
Niższy posuw wydłuża czas kontaktu narzędzia z przedmiotem obrabianym, przyspieszając nagrzewanie się i pogrubienie hartowanej warstwy, co z kolei pogarsza ugięcie narzędzia.
Obydwa parametry były nieprawidłowe.
Ustawienia odpowiednie dla zwykłej stali po prostu nie działają dla stali nierdzewnej 316L.
Ostatecznie wprowadzono tylko jedną zmianę:
Zmiana narzędzia-nie tylko marki.
Zmieniłem się na płytkę klasy M-zaprojektowaną specjalnie do stali nierdzewnej, charakteryzującą się kątem natarcia 10–15 stopni i fazowaną krawędzią 0,5–0,8 mm (pola T-).
Większość płytek klasy M-dostępnych na rynku-takich jak firmy Sandvik czy Iscar-jest wyposażona w tę fazowaną krawędź; to był prosty wybór.
Ta pojedyncza regulacja załatwiła sprawę.
Dlaczego to zadziałało?
Większy kąt natarcia lepiej wyrównuje siłę skrawania, ułatwiając odprowadzanie wiórów ze strefy skrawania. Ponieważ wióry odprowadzają ciepło, pozostaje mniej ciepła, co skutkuje cieńszą utwardzoną warstwą. Cieńsza, utwardzana warstwa umożliwia skuteczne cięcie następnego przejścia, eliminując problem ugięcia narzędzia.
Sfazowana krawędź służy do wzmocnienia krawędzi tnącej. Duży kąt natarcia powoduje pocienienie krawędzi, przez co jest ona podatna na odpryski; fazowanie zapobiega temu.
Jedna funkcja dotyczy{{0}utwardzania przez zgniot, a druga chroni krawędź skrawającą. W rezultacie wydajność obróbki wzrosła trzykrotnie.
W związku ze zmianą narzędzia podjęto trzy dodatkowe działania:
① W przypadku przejścia wykańczającego głębokość skrawania została ustawiona na ponad 0,3 mm, aby przeciąć utwardzoną warstwę w jednym przejściu, zamiast dzielić ją na dwa lub trzy przejścia. To także poprawiło efektywność.
② Zwiększono posuw do 0,1–0,2 mm/obr.; szybkość podawania dla 316L musi być wyższa, niż można się spodziewać. Jeśli posuw jest zbyt mały, narzędzie zatrzymuje się na powierzchni materiału, powodując szybkie nagrzewanie się i znaczne-utwardzenie przez zgniot. Lepiej zaakceptować nieco mniejszą chropowatość powierzchni, niż pozwolić, aby narzędzie ocierało się o utwardzoną warstwę. ③ Zwiększ stężenie i natężenie przepływu chłodziwa, kierując strumień dokładnie w strefę cięcia. Przewodność cieplna stali 316L wynosi tylko połowę do jednej trzeciej przewodności cieplnej stali węglowej, co powoduje akumulację ciepła w całości na końcówce narzędzia i powierzchni przedmiotu obrabianego. Płyn obróbkowy nie jest przeznaczony tylko na pokaz,-nie należy go po prostu wylewać na obrabiany przedmiot; należy go wcisnąć w strefę cięcia.
Po zajęciu się tymi czterema punktami przystąp do toczenia wykańczającego. Utrzymuj odchylenie średnicy zewnętrznej w granicach 0,03 mm. Wał został pomyślnie wyprodukowany.
Szczerze mówiąc:
Nawet po dziesięciu czy dwudziestu latach pracy ze stalą nierdzewną kwestia ugięcia narzędzia może być trudna-przy przejściu na stal 316L często trzeba całkowicie odwrócić parametry i doświadczenia zdobyte w przypadku stali standardowej.
Różne materiały mają różną-szybkość utwardzania, co wymaga różnych parametrów obróbki.
Doświadczenie jest cenne, ale musi być dostosowane do konkretnego materiału i warunków obróbki.-Każdy powinien o tym pamiętać!
Cztery kluczowe punkty pozwalające rozwiązać problem ugięcia narzędzia 316L:
① Przejdź na płytki klasy M- przeznaczone do stali nierdzewnej (o dużym kącie natarcia i fazowanej krawędzi), aby zapewnić odprowadzanie ciepła przez wióry. ② Ustaw głębokość skrawania przy toczeniu wykańczającym na ponad 0,3 mm, aby przeciąć-warstwę utwardzaną przez obróbkę w jednym przejściu. ③ Zwiększ prędkość posuwu powyżej 0,1 mm/obr., aby uniknąć tarcia o-utwardzoną warstwę. ④ Zwiększ stężenie i natężenie przepływu płynu chłodzącego, upewniając się, że jest on kierowany do strefy cięcia.
Ustaw odpowiednie parametry, a ilość złomów w naturalny sposób spadnie.
Zdiagnozowanie problemu z tym wałem zajęło mi mniej niż pół godziny. W międzyczasie mechanik w warsztacie zmarnował już kawałek zapasów 316L.
Taka jest rzeczywistość problemów związanych z obróbką skrawaniem: jeśli doświadczenie nie daje odpowiedzi, musisz znaleźć rozwiązanie samodzielnie-, a koszt jest opłacany w postaci złomu i czasu.
