Trattamento termico e bilanciamento delle prestazioni per la lavorazione CNC di acciaio: una guida alla scelta del processo
Nel campo della costruzione di macchine e stampi di precisione, la sfida principale della lavorazione CNC dell 'acciaio per utensili è l'equilibrio tra l'elevata durezza del materiale e l'efficienza di taglio, molti ingegneri hanno scoperto che gli acciai per utensili come H13 o D2 non pretrattati, la cui durezza è solitamente nell' intervallo HRC32 - 35, con un aumento dell 'usura dell' utensile direttamente durante la fresatura CNC o la tornitura, e la finitura superficiale del pezzo (valore Ra) è difficile da stabilizzare al di sotto di 0,8 μ m. Per ottenere prestazioni meccaniche ed efficienza di lavorazione ideali, è necessario comprendere appieno la differenza tra "durezza di stato di pre-lavorazione" e "durezza dello stato di trattamento termico finale" Questo articolo spiegherà la logica di trattamento termico di diverse qualità di acciaio utensile prima e dopo la lavorazione CNC e fornirà soluzioni di ingegneria basate sul requisito di tolleranza di ± 0,01 mm.
Specifiche di acciaio per utensili chiave e loro differenze nelle prestazioni di taglio
La scelta dell 'acciaio adatto è la premessa dell' elaborazione di successo delle diverse leghe determina la sua forma di carburo e la durezza della matrice, influenzando direttamente i parametri di taglio CNC sono i seguenti tre tipi di utensili ad alta durezza comunemente utilizzati in ingegneria acciaio e le sue caratteristiche chiave:
- 1.2379H13 (acciaio a caldo)Contiene tubi di potassio caldi per l'acciaio, buona tenacità, lo stato prelavorato di solito è ricottura (HRC24 - 28) o stato regolato per la fresatura a cavità complessa CNC, ma si deve prestare attenzione al controllo di deformazione dopo rinvenimento ad alta temperatura
- 1.2311 D2 (acciaio a colori)Acciaio ad alta cromatura, eccellente resistenza all 'usura, ma la conduttività termica è bassa e la durezza può raggiungere HRC60 - 62 dopo la tempra è per lo più in stato di ricottura (HRC20 - 24), lavorazione CNC deve ridurre la velocità di alimentazione per prevenire il tumore della foratura.
- Riferimento: L11/L2: facile da tagliare in acciaio a freddo, a causa della combinazione di zolfo, prestazioni di taglio migliori dell 'ordinario D2, taglio chiaro, adatto per piccoli lotti di parti ad alta precisione.
Per la D2 e l'H13, prima della finitura CNC, è consigliabile che il materiale deve essere ricottura o denaturato se la normale lavorazione CNC viene eseguita nello stato temprato (HRC50 +), gli utensili in metallo duro ordinaria falliranno rapidamente e sono possibili solo con utensili CBN (nitruro di boro), ma sono costosi e applicabili solo in specifiche scene di rettifica planare e non sono adatti per la fresatura di profili complessi.
Il trattamento termico influenza la precisione della lavorazione CNC
Il trattamento termico non solo cambia la durezza, ma influenza anche le caratteristiche dinamiche di taglio del materiale attraverso le modifiche metallografiche nella lavorazione CNC, la forza di taglio, la quantità di offset dell 'utensile e il rilascio di stress residuo del pezzo sono tre variabili chiave.
Logica di scelta pre-trattamento
Nella maggior parte delle applicazioni di ingegneria, la sgrossatura CNC e la semi-finitura vengono eseguite allo stato di ricottura per garantire la durata dell 'utensile e la velocità di lavorazione sono inferiori.(HRC 20 - 28), il truciolo è montato in modo continuo e lo scarico è regolare, ma con tolleranze estremamente rigide.(come la superficie di accoppiamento H7/g6), si consiglia di mantenere un margine di rettifica di 1 - 1,5 mm prima del trattamento termico, perché il processo di tempra è accompagnato da una transizione di fase austenitica a martensite, espansione del volume e stress tissutale causerà deriva dimensionale per H13 spesso e grande, il coefficiente di espansione termica è di circa 12,5 × 10…/K, il cambiamento di dimensione causato dalla differenza di temperatura deve essere compensato da un margine di riserva.
La durezza finale.
Dopo la tempra adeguata e la tempra, la durezza finale H13 può essere stabilizzata in HRC48 - 52, D2 fino a HRC60 - 62, in particolare, la distribuzione della pressione residua sulla superficie di lavorazione CNC influenzerà la successiva vita a fatica, l'uso della rettifica a valle o del processo di finitura, aiuta a formare uno strato di stress da pressione residua favorevole sulla superficie e migliora la durata delle parti sotto carico alternato.
Corrispondenza dei parametri di lavorazione CNC allo stato di trattamento termico
Per ottenere una lavorazione efficiente e stabile nella produzione in serie, la velocità del mandrino (S) e la velocità di avanzamento (F) devono essere regolate in base allo stato di durezza corrente del materiale con i parametri tipici per gli stati di ricottura D2 e H13 (sulla base della fresa in metallo duro ISO 2068-M3 con diametro di 10 mm):
| Marchio materiale. | Durezza attuale. | Velocità consigliata (RPM) | Alimentazione raccomandata (mm/min) | Tipo di taglio del fluido | Prevista rugosità superficiale Ra |
|---|---|---|---|---|---|
| D2 (ricottura) | HRC dal 20 al 24 | tra 800 e 1.000 | tra 150 e 250 | Emulazione idrovolante (alta pressione) | 1.6 fino a 3,2 μ m |
| H13 (ricottura) | Regolamento HRC 24 - 28 | tra 700 e 900 | tra 120 e 200 | Emulazione idrovolante (alta pressione) | 1.6 fino a 3,2 μ m |
| H13 (ricomposizione) | Regolamento HRC 30 - 35 | tra 500 e 700. | tra 80 e 150 | Olio da taglio completamente sintetico (bassa temperatura) | 0.8 fino a 1,6 μ m |
Indicazioni chiave:Quando la durezza del materiale supera il valore HRC35, si consiglia di passare all 'olio da taglio sintetico a bassa temperatura per controllare meglio il calore dell' attrito e prevenire l'usura termica dell 'utensile Per requisiti di elevata finitura (Ra 0,4 μ m o inferiore), è necessario introdurre un processo di finitura o rettifica dopo la semifinitura CNC ed evitare di fare affidamento solo sulla fresatura CNC per l'effetto speculare.
Modelli di guasto frequenti e programmi di evasione
Nella produzione reale, l'acciaio per utensili CNC si verifica spesso nelle seguenti tre categorie di guasto, che devono essere eluse in modo mirato:
- 1. Coltello spezzato:Più si verifica nella lavorazione dello stato dimmerato di H13, se l'avanzamento troppo elevato provoca fluttuazioni di spessore del taglio e la microcricca si espande all 'estremità.Evadere:Mantenere una quantità costante di coltello da taglio, evitare taglio discontinuo; utilizzare un coltello con un angolo positivo più grande per migliorare la forza del collo.
- 2. Bruciature di superficie:Durante la lavorazione di D2, se il flusso del fluido di taglio è insufficiente o il taglio a secco locale, la martensite ad alta temperatura subirà un cambiamento di colore di rinvenimento, causando una diminuzione della durezza superficiale (fenomeno dello strato bianco).Evadere:Assicurarsi che il liquido di taglio ad alta pressione sia tagliato direttamente nella zona di taglio e monitorare la corrente principale, che è aumentata anormalmente o l'ispezione di arresto.
- 3. Scarse dimensioni:Dopo il trattamento termico la deriva dimensionale supera la banda di tolleranza.Evadere:Il processo "margine di riserva CNC + rettificazione" viene eseguito rigorosamente; per i complessi critici, viene ripetuto dopo il trattamento termico con un CMM e le successive rettifiche vengono regolate in base al valore CPK.
Dal campione al lotto: controllo e rilevamento della tolleranza a circuito chiuso
Garantire la coerenza della massa è la chiave per distinguere tra gli impianti di lavorazione comuni e gli impianti di produzione di precisione, adottiamo il sistema di controllo della qualità a tre livelli "verifica del primo pezzo + ispezione del processo + ispezione della spedizione completa" nella fase di lavorazione CNC, concentrandosi sul monitoraggio della stabilità dimensionale delle caratteristiche chiave, campionando utilizzando misurazioni ottiche online o strumenti di rugosità. Per le parti di alta precisione (± 0,01 mm), è consigliabile aggiungere un processo di de-stress ricottura dopo la finitura CNC per liberare lo stress interno causato dal taglio per evitare piccole deformazioni del prodotto finito in uso. Inoltre, la finitura CNC prima del trattamento superficiale (come l'ossidazione anodizzata, la sabbiatura) determina direttamente la qualità finale dell 'aspetto, senza graffi, l'implementazione di superfici altamente luminose dipende dall' ottimizzazione del percorso utensile e dalla gestione della pulizia del sistema di raffreddamento.
Come scegliere lo stato di lavorazione CNC più adatto per l'acciaio utensile ad alta durezza?
La lavorazione CNC viene eseguita in uno stato ricottura o in uno stato di regolazione preferito e la durezza finale viene raggiunta attraverso il successivo trattamento termico se la fresatura CNC viene eseguita sopra HRC 50, che è costosa e rischiosa e è raccomandata solo per la rettifica piatta o per specifiche grezze CBN.
Quale dei due è più difficile da tagliare in lavorazione CNC, D2 e H13?
Il D2 è generalmente più difficile perché il carburo è più duro e ben distribuito, e la conduttività termica scarsa può causare un surriscaldamento dell 'estremità H13 che è più resistente, ma entrambi devono essere utilizzati in uno stato rigenerato per una migliore durata dell' utensile.
Come è possibile compensare in anticipo la deformazione dimensionale dopo il trattamento termico?
Secondo il grado del materiale, lo spessore delle pareti e la curva di trattamento termico delle parti, il margine di deformazione viene solitamente messo da parte attraverso la simulazione CAD/CAE o il database dell 'esperienza passata, il tasso di espansione in direzione del piano è maggiore, deve essere messo da 0,3%-0,5% di compensazione delle dimensioni e la rettifica finale è corretto.
È possibile effettuare una tempra direttamente presso un centro di lavorazione CNC?
No, la macchina CNC non ha la capacità di tempra a induzione o di trattamento criogenico dell 'azoto liquido, il trattamento termico deve essere completato da una fabbrica di trattamento termico professionale, l'officina CNC è responsabile della conferma dello stato prima della finitura e del margine dopo la lavorazione è riservato.
Come fare per essere sicuri che la superficie non sia graffiata?
La chiave è la transizione levigata del percorso utensile, la costanza dei parametri di taglio e il livello di filtrazione del liquido di raffreddamento, che adottiamo e riduciamo la velocità di avanzamento durante la lavorazione per garantire una rugosità superficiale inferiore a 0,4 μ m ed eliminare i graffi microscopici.
Conclusioni e raccomandazioni d'azione
La lavorazione CNC dell 'acciaio non è un semplice comportamento di taglio, ma lo stato di trattamento termico, il materiale dell' utensile e i parametri di taglio sono accoppiati con il progetto di sistema che comprende le caratteristiche di taglio del materiale sotto diversa durezza e l'margine di trattamento termico è ragionevole per garantire la precisione di ± 0.01mm e l'alta finitura del nucleo. Se siete ad affrontare problemi con la lavorazione difficile delle parti in acciaio per utensili, scarsa coerenza in lotti o molti difetti superficiali, benvenuti a fornire disegni e specifiche tecniche, il nostro team di ingegneri vi fornirà consulenza DFM (Manufacturing Design) e opzioni di parametri di processo completi per la selezione dei materiali, la conferma dello stato di trattamento termico e la finitura CNC, per aiutarvi a raggiungere la produzione di massa di alta qualità ed efficienza.
