Obrábění nerezové oceli

Nerezová ocel je materiál, který se obtížně obrábí. Obrábění s sebou nese riziko studeného temperování. Chyby při obrábění mohou navíc způsobit korozi upravovaných povrchů. V následujícím článku je zodpovězena často pokládaná otázka „Může nerezavějící ocel rezavět?“. Najdete zde také přehled problémů při obrábění, různých metod obrábění a kritérií výběru pro správný nástroj pro obrábění nerezové oceli.

Co je nerezová ocel?

Termín nerezová ocel označuje legované nebo nelegované oceli se speciálním stupněm čistoty. Hovorově nerezová ocel odkazuje také na všechny korozivzdorné oceli; v technickém smyslu však může nerezová ocel zcela jistě rezavět. DIN EN 10020 definuje terminologii pro oceli, včetně nerezových.

Nerezové oceli jsou oblíbenými materiály vzhledem k jejich dostupnosti a vlastnostem. Nerezová ocel má následující vlastnosti:

• Odolnost
• Vizuální přitažlivost
• Vysoká variabilita

Obzvláště atraktivní je univerzálnost: Nerezová ocel má různé vlastnosti v závislosti na složení. Chróm například zajišťuje odolnost proti korozi, zatímco nikl podporuje odolnost proti kyselinám. Vzhledem k pozitivním vlastnostem, které mohou být upraveny různými slitinami, se k výrobě standardizovaných dílů pro mechanické inženýrství často používají různé nerezové oceli.

Následující obrázek znázorňuje porovnání vlastností oceli uvedením označení v souladu s normou JIS a souvisejícími kódy materiálů platnými v Evropě:

Porovnání vlastností různých ocelí

• A = Odolnost proti korozi
• B = Leštitelnost
• C = Obrobitelnost
• D = Svařitelnost
• E = Magnetizovatelnost
• Čím dále je hodnota parametru zobrazena, tím větší je.

Následující oceli jsou kódovány číslem materiálu: X5CrNi18-10 (1.4301 / SUS 304), C X X105CrMo17 (1.4125 / SUS 440), X8CrNiS18-9 (1.4305 / SUS 303) a 100Cr6 (1.3505 / SUJ 2).

Problémy s manipulací a obráběním korozivzdorné oceli

Nesprávně se předpokládá, že korozivzdorná ocel je 100% nerezová. To není pravda: pod vlivem kyslíku se na povrchu nerezové oceli ze slitiny chromu vytváří pasivní vrstva nebo oxidový film, který chrání ocel před korozními formami.   Tato vrstva je velmi tenká, má 0,06 - 0,08 mikrometrů. Trvá však určitou dobu, než se tato vrstva vytvoří a poskytuje aktivní ochranu před korozí. Typickým problémem při obrábění je, že nebyla ponechána dostatečná doba na to, aby se vrstva vytvořila, nebo je pasivní vrstva zničena škrábanci, včetně během obrábění. Kontakt s jinými méně vzácnými kovy však může také vést ke korozi (kontaktní korozi) oceli, která je ve skutečnosti klasifikována jako nerezová. Méně vzácný kov reaguje při kontaktu, například s vodou a kyslíkem. Koroduje. Odstraňuje kyslík potřebný k oxidaci z bezprostředního prostředí. Pasivní vrstva chromované nerezové oceli se skládá z oxidu chrómu, chemické sloučeniny chromu a kyslíku. V kontaktním bodě je tak vrstva oxidu chrómu zbavena kyslíku a ochranná vrstva je následně zničena. Nyní nechráněný povrch nerezové oceli pak může také korodovat.

Různá bezpečnostní opatření pro manipulaci a obrábění nerezových ocelí

Vzhledem k výše uvedeným problémům je třeba věnovat velkou pozornost manipulaci a obrábění korozivzdorné oceli. Například nástroje používané na nerezovou ocel by se měly používat výhradně pro tento účel a neměly by být v kontaktu s jinými ocelemi. To zahrnuje skladování nástrojů.

K poškození ale může dojít i po obrábění korozivzdorné oceli. Pokud se při přepravě nerezová ocel dostane do kontaktu například s železem na vidlicích vysokozdvižných vozíků nebo nástrojů, mohou výsledné skvrny představovat nové riziko koroze. Zvláštní opatrnosti je proto třeba věnovat i zde, aby bylo zajištěno, že budou použity pouze vhodné dopravní prostředky.

Nyní se ale podívejme na samotný proces obrábění: Následující text popisuje různé metody obrábění, co je třeba dodržovat a jaké nástroje použít.

Řezání a dělení nerezové oceli

Kvůli výše uvedeným problémům je třeba při dělení a řezání nerezové oceli věnovat velkou pozornost. Proces řezání může vytvářet teplo nebo rez přenášenou vzduchem. Obráběcí metody, jako je vrtání a frézování, často představují výzvu při obrábění nerezové oceli. Například slitinový prvek nikl má negativní vliv na řezatelnost a opracování oceli. Kromě použití speciálních vysoce výkonných vrtáků a frézovacích nástrojů je také důležité použít parametry obrábění, které odpovídají materiálu. Při řezání nerezové oceli na požadovanou velikost se proto obvykle přidává abrazivní pomůcka. Následuje stručný přehled běžných metod řezání nerezové oceli:

• Řezání vodním paprskem: Mimořádně tenký vodní paprsek je nasměrován pod vysokým tlakem (až 6 000 barů) na kov pomocí trysky společně s abrazivním materiálem, jako je písek. Písek současně leští povrch a zajišťuje tak nízkou hrubost povrchu. Tímto způsobem řezání se nevytváří žádné teplo. Tato metoda je vhodná také pro tlusté plechy. Nicméně ve srovnání s jinými metodami je relativně pomalá a náklady na další abrazivum mohou být vysoké v závislosti na tloušťce plátu.
• Plazmové řezání: Elektricky vodivý plyn (plazma) je podobně nasměrován na kov tryskou, kde je mezi elektrodou a obrobkem vytvořen oblouk, který silně zahřívá a taví povrch. Ve srovnání s řezáním laserem nebo vodním paprsek je však vytvořen relativně široký zkosený spoj. Výhodou však je, že lze implementovat širokou škálu obrysů, lze řezat tlustý plech a tato metoda je obecně velmi rychlá.
• Laserové řezání: Vysoce zaostřený laserový paprsek je nasměrován na kov, který je poté přesně roztaven/odpařen. Teplem ovlivněná oblast je velmi omezená. Laserové řezání lze použít k výrobě složitých kontur; dělí nerezovou ocel bez opotřebení a je velmi přesné a rychlé. Laserové řezání je však méně vhodné pro tlusté plechy.

Spojování nerezových ocelí

Korozivzdorné oceli lze spojit různými způsoby. Vhodné způsoby do značné míry závisí na materiálu a jeho vlastnostech. Možné metody spojování jsou:

• Svařování
• Pájení
• Lepení

Kromě toho, že ne všechny nerezové oceli lze svařovat, představuje svařování zejména největší riziko koroze. Výsledné silné teplo může vést k tvorbě karbidů chromu, vnitřnímu napětí v tahu nebo temperování (oxidaci). Pokud se objeví praskliny, je pravděpodobnost koroze mezery vysoká. Svařovací kuličky by měly být pokládány pouze s vhodnými materiály a metodami svařování a po svařování by měly být vždy pasivovány. To je jediný způsob, jak zajistit odolnost proti korozi. Jelikož je povrch z nerezové oceli pasivovaný, je během pájení nutné použít tavné činidlo. Pokud má být nerezová ocel přilepena, musí být povrch nejprve zdrsněn. Čím hladší je povrch, tím slabší je vazba adhezivního materiálu. Protože v případě vysoké tvrdosti jsou pro vrtání nerezové oceli zapotřebí speciální nástroje. MISUMI má například následující nástroje pro obrábění různých materiálů:

• Kruhové pilové listy
• Vykružovací vrtáky
• Čelní stopkové frézy

Povrchová úprava a povrchové obrábění: Broušení a chemicky pasivující nerezová ocel

Povrch z nerezové oceli může být například broušen, pískován, leštěn nebo roztepáván. Tím se změní drsnost povrchu nerezové oceli. Čím hrubší je povrch, tím náchylnější je nerezová ocel vůči korozi. Broušení je proto oblíbenou metodou povrchové úpravy kovů.

Běžné metody broušení nerezové oceli zahrnují pásové broušení a přesné broušení. Pásové broušení vytváří obzvláště hladké a vysoce kvalitní povrchové úpravy a lze provádět větší odstraňování materiálu. Různé drsnosti povrchu však lze také dosáhnout použitím různých velikostí zrn v abrazivu. Vysoce kvalitní brusné pásy jsou zásadní pro prevenci kontaminace cizí korozí. Z tohoto důvodu nabízí společnost MISUMI širokou škálu různých brusiv pro zpracování nerezové oceli.

Další metodou, která zajišťuje dosažení maximální přesnosti, je přesné broušení; obzvláště proces mokrého broušení je velmi přesný. Výsledné povrchy jsou obzvláště ploché a rovnoběžné. To může například hrát důležitou roli s ohledem na tolerance, viz také článek na blogu Omezení zpracování a standardy přesnosti pro plechové díly a také třídy tolerance v souladu s normami ISO 22081 a DIN ISO 2768: Optimalizované použití obecných tolerancí. Další podrobnosti na toto téma naleznete na portálu meviy.

Výběr nástroje

Pro efektivní a úspěšné obrábění lze již při výběru nástrojů vzít v úvahu mnoho aspektů. Nástroje pro obrábění nerezové oceli by měly být samy o sobě tvrdé, ale ne příliš. Příliš tvrdý nástroj může rychle zkřehnout a lámat se snadněji v důsledku obrábění. Kromě toho se během obrábění mohou vyskytnout zvýšené vibrace, které ovlivňují povrchovou úpravu. Určení správné tvrdosti nástroje je proto nezbytné pro zpracování nerezové oceli. Tvrdost nerezové oceli a obráběcích nástrojů je obecně založena na Rockwellově stupnici (HRC). Typické hodnoty HRC pro obráběcí nástroje z nerezové oceli jsou v rozsahu 58 až 65 HRC.

Platí další rozsahy tvrdosti v závislosti na třídě obrábění (např. řezání, vrtání, frézování, přesné broušení). Následující tabulka poskytuje přehled toho, který nástroj je vhodný pro jaké tvrdosti:

Odolnost nástroje proti opotřebení je úzce spojena s tvrdostí. Nerezová ocel je obvykle velmi abrazivní materiál, a použité abrazivní nástroje proto musí mít vysokou odolnost proti opotřebení. Například povlak vyrobený z nitridu titanu může zlepšit odolnost proti opotřebení. Kromě toho by nástroje měly mít vysokou tepelnou odolnost, protože při obrábění nerezové oceli může vznikat značné teplo. Řezání může generovat teplo až do přibližně 800 °C až 1200 °C, které je díky nízké vodivosti zaměřeno přímo na řeznou hranu nástroje.

MISUMI však kromě obráběcích nástrojů a nástrojů na odstraňování materiálu nabízí také další nástroje speciálně přizpůsobené pro nerezovou ocel, jako jsou ohýbačky trubek.

Pokyny pro úspěšné obrábění

Následující pokyny lze použít jako vodítko k vyloučení mnoha chyb během obrábění. Čistota je nejvyšší prioritou: přenos částic (vzduchem nesená rez) z jiných ocelí zvyšuje riziko koroze na jinak nerezových ocelích. Čistota však ovlivňuje nejen pracovní prostředí, ale také samotné pracovní materiály, jako jsou brusiva. Je také důležité ponechat si čas na vytvoření pasivní vrstvy. Při normálních okolních teplotách 20 °C to může trvat 24–48 hodin a za přítomnosti vlhkosti i déle. To by mělo být zohledněno při určování časového okna obrábění.