Frezowanie stali to proces formowania elementu wykonanego z tego stopu żelaza, węgla (i innych dodatków) przy pomocy narzędzi do skrawania, a dokładniej frezarek CNC i klasycznych urządzeń do tego typu obróbki.
Ten sposób formowania stali dotyczy różnych jej rodzajów – od staliwa, przez stal narzędziową i konstrukcyjną, aż do nierdzewnej, czyli jednego z głównych materiałów do obróbki CNC stali.
Proces obróbki frezarką elementów stalowych pozwala na uzyskanie obiektów o niemal dowolnym kształcie, a przy tym – zachowanie wysokiej precyzji.
Warto dodać, że w połączeniu z technologią sterowania numerycznego (czyli frezowania CNC stali), ten proces stał się jest jednym ze standardów w wielu branżach, ponieważ umożliwia szybką produkcję dużych ilości elementów o niskich tolerancjach.
Frezowanie stali (nierdzewnej i innych rodzajów)
Obróbka bloku stali przy pomocy frezowania to jedna z form obróbki skrawaniem, określana też jako ubytkowa. Oznacza to, że obróbka powierzchni realizowana jest w wyniku usuwania nadmiaru materiału przy pomocy frezu osadzonego na wysokoobrotowym wrzecionie.
Stal jest jednym z materiałów możliwych do obróbki skrawaniem i, podobnie jak w przypadku aluminium, jej rodzaj determinuje skrawalność (czyli podatność na obróbkę we frezarce).
Sama stal jest stopem żelaza i węgla (o wartości nieprzekraczającej 2%; powyżej taki stop jest nazywany żeliwem) i innych pierwiastków, nadających jej dodatkowych właściwości (np. stal Cr–Mo 4130, czyli zawierająca chrom i molibden jako główne domieszki).
Stal – ogólnie rzecz biorąc – charakteryzuje się wysoką twardością, wytrzymałością na rozciąganie oraz sprężystością. To, co nazywamy stalą, jest regulowane Polską Normą PN-EN 10020:1996.
Najpopularniejszym rodzajem tego stopu pozostaje stal nierdzewna, wykorzystywana do produkcji różnego rodzaju części – od prostych elementów, aż do dużych konstrukcji. Rodzaje tego metalu dzieli się ze względu na właściwości fizyczne i mechaniczne.
Bodaj najpopularniejszy podział dzieli stopy stali ze względu na zastosowanie na:
- stal konstrukcyjną (wykorzystywaną do budowy konstrukcji stalowych, niektórych części, itp.),
- stal narzędziową (wykorzystywaną do produkcji narzędzi),
- stal specjalną (magnetyczną, żaroodporną i wreszcie najpopularniejszą: nierdzewną).
Z kolei stal nierdzewna dzielona jest na:
- stale ferrytyczne,
- stale austenityczne (70% produkcji stali nierdzewnej),
- stale martenzytyczne,
- stale ferrytyczno-austenityczne, nazywane też „stalami duplex”.
Frezowanie stali CNC i klasyczne - na co zwrócić uwagę?
Sam proces frezowania stali (CNC i tradycyjny) dzieli się na cztery kluczowe etapy:
- obróbkę zgrubną (lub wstępną) – podczas której jest usuwany nadmiar materiału,
- obróbkę średniodokładną – podczas której obiekt uzyskuje kształt przybliżony do finalnego,
- obróbkę dokładną – podczas której obiekt uzyskuje finalny kształt,
- obróbkę wykańczającą – czyli bardzo dokładną – podczas której powierzchnia stali jest wygładzana za pomocą odpowiednich frezów lub szlifierek.
Tak obrobiony element jest gotowy na poddanie innym metodom obróbki, takim jak hartowanie czy pokrywanie powierzchni dodatkowymi warstwami (o tym w dalszej części artykułu).
Podobnie jak w przypadku frezowania aluminium, obróbka stali nierdzewnej frezarką wymaga dostosowania parametrów pracy do właściwości obrabianego materiału.
Na skrawalność nierdzewki główny wpływ ma zawartość węgla – im niższa, tym obróbka jest trudniejsza – wióry odrywane przez frez są miękkie, a co za tym idzie, mogą zablokować pracę wrzeciona.
Jest to istotny parametr, zwłaszcza podczas obróbki CNC stali – frezarka sterowana numerycznie wykonuje kolejne ruchy, a jeśli operator nie zauważy oblepienia głowicy urządzenia wiórami, może to prowadzić do poważnego uszkodzenia zarówno powierzchni elementu, jak i samej frezarki.
O ile w przypadku pracy z frezarką tradycyjną jest to do opanowania (operator steruje pracą ręcznie i obserwuje jej pracę), o tyle przy obróbce sterowanej numerycznie może to być problemem. Właśnie z tego powodu frezowanie CNC stali nierdzewnej wymaga od operatora dużej wiedzy z zakresu materiałoznawstwa i skrawalności konkretnych rodzajów stali.
Za najbardziej skrawalne uważa się stale o zawartości ok. 0,25% węgla – zwłaszcza nieobrobione cieplnie. Warto dodać, że niektóre pierwiastki dodawane do stopów stali (np. molibden, chrom czy nikiel) poprawiają właściwości mechaniczne metalu, a w dodatku – ułatwiają obróbkę bloku wykonanego z takiego materiału we frezarkach.
Innym istotnym parametrem, który wpływa na frezowanie stali, jest relacja twardości materiału oraz prędkości skrawania. Im wyższa twardość, tym współczynnik prędkości skrawania powinien być mniejszy.
W procesie frezowania metalu zawsze istotny jest dobór odpowiednich:
- frezów (ze względu na twardość i ogólną skrawalność materiału),
- szybkości obrotowej głowicy,
- szybkości frezowania (czyli jak szybko głowica będzie wykonywała kolejne przejścia po powierzchni obrabianego metalu),
- metod chłodzenia obszaru skrawanego (ze względu na rozgrzewanie elementu obrabianego podczas frezowania, brak odprowadzania ciepła może doprowadzić do wystąpienia pęknięć cieplnych i uszkodzenia frezu).
Są to zagadnienia, które operatorzy zajmujący się skrawaniem stali nierdzewnej (tradycyjnym czy CNC) znają doskonale i zleceniodawca nie musi się nimi przejmować.
Wsparcie ze strony firm oferujących profesjonalne usługi obróbki metali, jak Radmot, sprawia, że zleceniodawca musi podać jedynie parametry związane z zastosowaniem konkretnego elementu stalowego, skrawanego numerycznie. Resztą zajmą się operatorzy.
Rodzaje stali i ich podatność na obróbkę skrawaniem
Istnieje wiele rodzajów stali, które różnią się zarówno właściwościami, jak i podatnością na skrawanie.
Dobór odpowiedniego materiału jest kluczowy dla uzyskania elementu wysokiej jakości oraz o parametrach spełniających oczekiwania zleceniodawcy. Mimo wielu podziałów dotyczących zastosowań, patrząc pod kątem frezowania stali, najczęściej ocenia się jej skrawalność ze względu na wspomnianą zawartość węgla.
Co za tym idzie:
- stale niskowęglowe, o zawartości węgla niższej niż 0,15%, charakteryzują się bardzo niską skrawalnością, a ich obróbka przy pomocy CNC jest bardzo trudna. Jeśli niezbędne jest wykorzystanie tego gatunku stali, rozwiązaniem może być uprzednie wzmocnienie elementu ze stali niskowęglowej przez zgniatanie na zimno,
- stale o zawartości węgla ok. 0,25% charakteryzują się jedną z najlepszych skrawalności.
Dalsza obróbka elementu wykonanego w procesie frezowania stali
Obrobienie elementu stalowego przy pomocy frezarki rzadko jest ostatnim krokiem w produkcji konkretnego obiektu.
Istnieje szeroka gama procesów, które poprawiają zarówno twardość powierzchni stali, jak i wzmacniają jej strukturę. Te procesy dzieli się ze względu na sposób oddziaływania na:
- obróbkę cieplno-chemiczną stali,
- obróbkę cieplną stali.
Do obróbki cieplno-chemicznej stali zalicza się głównie procesy wysychania powierzchni elementu pierwiastkami chemicznymi w połączeniu z ich rozgrzewaniem. Taka powierzchnia poprawia odporność na oddziaływanie czynników zewnętrznych, a dodatkowo może nadawać walorów estetycznych.
Wśród najczęściej stosowanych procesów obróbki cieplno-chemicznych stali wymienia się:
- chromowanie (pokrycie powłoką chromu, która zabezpiecza przed korozją, poprawia przewodnictwo cieplne oraz nadaje estetycznego wyglądu),
- azotowanie (nasycenie powierzchni stali azotem, które poprawia odporność na korozję i ścieranie oraz twardość),
- siarkowanie (nasycenie powierzchni stali siarką, w celu poprawy odporności na ścieranie, często wybierany w produkcji narzędzi skrawających).
Obróbka cieplna stali skupia się na poprawie właściwości całego elementu przez wpływ na strukturę. Polega ona najczęściej na rozgrzaniu elementu do oczekiwanej temperatury, a potem jego wychłodzeniu w kontrolowanych warunkach.
Wśród metod obróbki cieplnej stali wymienia się:
- hartowanie (chyba najbardziej rozpoznawalny proces ulepszania termicznego elementów stalowych. Polega na rozgrzaniu elementu i jego gwałtownym ochłodzeniu, np. przez zanurzenie w oleju. Ten proces wzmacnia strukturę wewnętrzną elementu stalowego),
- wyżarzanie (czyli rozgrzanie elementu i utrzymanie go przez określony czas w zadanej temperaturze, a następnie pozostawienie do powolnego wychłodzenia. Pozwala on na ustabilizowanie struktury elementu).
Frezowanie stali - zapraszamy do kontaktu
W RADMOT wykonujemy szeroką gamę usług związanych z obróbką metali. Nasz nowoczesny park maszynowy pozwala na realizację usług związanych z obróbką numeryczną takimi jak usługa frezowania CNC, usługi toczenia CNC, jak i wiele innych usług w tym mycie, anodowanie aluminium, znakowanie laserowe oraz montaż.
Skontaktuj się z nami i powiedz, czego potrzebujesz. Nasza firma świadczy usługi CNC od niemal 40 lat. Nasza wycena jest zupełnie darmowa. A jeśli będziesz mieć wątpliwości, jaka technologia sprawdzi się najlepiej u Ciebie, jesteśmy w stanie doradzić klientom z wielu branż w zakresie skrawania i szybko określić cenę obróbki zamawianych elementów – nasza fachowa wiedza jest do Twojej dyspozycji.
