Mecanitzat CNC de productes d'acer aliat

Els avantatges principals de l'acer aliat respecte a l'acer al carboni normal són: 1) Propietats mecàniques més excel·lents, amb una combinació de major resistència, duresa i tenacitat; 2) Millor adaptabilitat a entorns especials, incloent resistència a la corrosió, resistència a altes temperatures, resistència a l'abrasió, etc.; 3) Ample rang d'ajust de rendiment, mitjançant el canvi de la composició de l'aliatge i el procés de tractament tèrmic es poden obtenir propietats diversificades; 4) Major eficiència de pes, l'alta resistència permet dissenys estructurals més lleugers i prims; 5) Vida útil més llarga, especialment en entorns adversos. Aquests avantatges fan que l'acer aliat pugui satisfer necessitats d'aplicacions d'alta gamma que l'acer al carboni normal no pot suportar.

Les principals dificultats tècniques del mecanitzat CNC d'acer aliat són: 1) Enduriment per mecanització greu, especialment en l'acer inoxidable austenític, que provoca un desgast accelerat de les eines; 2) Forces de tall elevades, un 30%-50% més altes que les de l'acer al carboni normal, necessiten màquines-eina de major rigidesa; 3) Baixa conductivitat tèrmica, alta temperatura a la zona de tall, que facilita el desgast per sobreescalfament de les eines; 4) Gran dificultat de mecanització d'alguns aliatges de alta duresa (com l'acer d'eina després del tractament tèrmic), necessiten eines especials; 5) Poor machinability of superalloys, prone to built-up edge formation; 6) Difficult to control machining surface quality, prone to machining defects. Solving these difficulties requires reasonable selection of tool materials, optimization of cutting parameters and adoption of special cooling lubrication systems.

Per triar el tipus d'acer aliat cal considerar: 1) Entorn de treball: per a entorns corrosius prioritzar acer inoxidable, per a entorns d'alta temperatura triar acer resistent a la calor; 2) Requisits de propietats mecàniques: per a estructures d'alta resistència triar acer d'estructura aliat, per a components resistents a l'abrasió triar acer aliat resistent a l'abrasió; 3) Procés de fabricació: per a estructures soldades prioritzar aliatges amb baix carboni, per a mecanització considerar aliatges de fàcil mecanització; 4) Factors de cost: sempre que es compleixin els requisits de rendiment, prioritzar aliatges de menor cost; 5) Tractament posterior: per a reforç mitjançant tractament tèrmic triar aliatges enduribles, per a soldadura triar aliatges amb baix carboni. És millor avaluar conjuntament amb enginyers de materials i fabricants de mecanització per triar el material d'aliatge amb la millor relació qualitat-preu.

L'efecte del tractament tèrmic de l'acer aliat en el mecanitzat és: 1) Canvi de duresa: després del tremp la duresa augmenta significativament, augmenta la dificultat de mecanització, normalment s'adopta el fluxe "mecanització en brut - tractament tèrmic - mecanització de precisió"; 2) Canvi dimensional: el tractament tèrmic provoca deformació de les peces, cal deixar una tolerància de mecanització suficient; 3) Canvi de la mecanitzabilitat: el tractament de recuit pot millorar la mecanitzabilitat, el tremp la redueix; 4) Qualitat superficial: el tractament tèrmic pot formar una capa d'oxidació que cal eliminar; 5) Eines de mecanització: després del tractament tèrmic cal utilitzar materials d'eines més dures; 6) Paràmetres de mecanització: cal ajustar la velocitat de tall, l'avanç i la profunditat de tall. La planificació adequada de la seqüència de tractament tèrmic i mecanització és crucial per garantir la qualitat del producte i reduir costos.

Opcions de tractament superficial per a peces d'acer aliat: 1) Acer inoxidable: normalment s'utilitza poliment electrolític per millorar la llisor i la resistència a la corrosió; 2) Acer d'estructura aliat: es pot utilitzar recobriment de crom, nitrurat per millorar la resistència a l'abrasió; 3) Acer d'eina: tractament amb vapor per formar una capa d'oxidació, millorant la lubricitat; 4) Superaliatges: recobriment d'aluminur per millorar la resistència a l'oxidació a altes temperatures; 5) Tractaments generals: pintura, revestiment en pols per a decoració i protecció; 6) Tractaments especials: per a components aeroespacials es poden utilitzar recobriments especials per millorar la resistència a la fatiga. L'elecció del tractament superficial ha de considerar l'entorn d'ús, els requisits de rendiment i els factors de cost, alguns acers aliats (com l'acer inoxidable amb alt contingut de crom) també es poden utilitzar directament sense tractament superficial.

Els factors determinants del cost del mecanitzat d'acer aliat són: 1) Cost del material: el preu de diferents acers aliats varia molt, des de l'acer d'estructura aliat normal fins als superaliatges d'alta gamma pot variar entre 10-50 vegades; 2) Dificultat de mecanització: els aliatges d'alta duresa i alta tenacitat tenen una eficiència de mecanització baixa, cost elevat; 3) Requisits de precisió: les peces d'alta precisió necessiten més processos de mecanització i detecció, augmentant el cost; 4) Cost del tractament tèrmic: els processos de tractament tèrmic complexos augmenten significativament el cost; 5) Mida del lot: la producció en lots petits té un cost unitari alt, els lots grans poden repartir el cost de preparació; 6) Tractament superficial: els tractaments superficials especials (com recobriment, revestiment) augmenten el cost. Generalment, el cost de mecanització de les peces d'acer aliat és de 2 a 10 vegades el de l'acer al carboni normal, depenent dels factors esmentats.