CNC-bewerking van staal: 3 essentiële voor- en nabewerkingstechnieken

Om de eigenschappen van staal te veranderen en het staal makkelijker te bewerken, worden meestal aanvullende behandelingen en processen uitgevoerd voordat de bewerking voltooid is. Het verharden van het materiaal vóór de bewerking verhoogt de bewerkingstijd en de toolslijtage, maar staal kan na de bewerking behandeld worden om de sterkte of hardheid van het eindproduct te vergroten. Hieronder volgen 3 veelvoorkommende verwerkingstechnieken voor staal.

1. Warmtebehandeling

Warmtebehandeling verwijst naar verschillende processen die het manipuleren van de temperatuur van staal omvatten om de materiaaleigenschappen te veranderen.

Anlassen, gebruikt om de hardheid te verminderen en de duktiliteit te verhogen, waardoor staal makkelijker te bewerken is. Het anlaasproces verhit het staal langzaam tot de gewenste temperatuur gedurende een bepaalde tijd. De benodigde tijd en temperatuur hangen af van de specifieke legering en nemen af met toenemende koolstofgehalte. Tenslotte wordt het staal langzaam gekoeld in een oven of omgeven door isolerend materiaal.

Normaliseren, wat interne spanningen in het staal verlicht terwijl een hogere sterkte en hardheid dan geanlast staal behouden blijft. Tijdens het normaliseren wordt het staal op een hoge temperatuur verhit en vervolgens op een geschikte temperatuur gekoeld om de hardheid van het staal te verbeteren.

Afschrikken, wat niet alleen het staal verhardt en de sterkte verhoogt, maar het ook bros maakt. Het verhardingsproces omvat het langzaam verwarmen van het staal, het laten bezinken bij hoge temperaturen, en vervolgens het snel afkoelen door het staal te dompelen in een vloeistof zoals water, olie of zoutoplossing.

Vergelen, wat gebruikt kan worden om een deel van de brosheid die ontstaat bij het verharden van staal te verlichten. Het vergelen van staal is bijna identiek aan normaliseren: het wordt eerst langzaam verhit tot een geselecteerde temperatuur, en vervolgens het staal op lucht gekoeld. Het verschil is dat vergelen plaatsvindt bij een lagere temperatuur dan andere processen, wat de brosheid en hardheid van het vergelen staal vermindert.

2. Uitscheidingsverharding

Uitscheidingsverharding verhoogt de strekkingsgrens van staal. Het hoofdverschil tussen uitscheidingsverhardende stalen is dat ze elementen zoals koper, aluminium, fosfor of titanium bevatten, die niet alleen de sterkte van het staal verhogen maar ook voldoende zwaarte behouden, een klasse hoogsterkte roestvrije stalen, aangeduid als PH-stalen. Om de eigenschappen van uitscheidingsverharding te activeren, wordt het staal eerst in oplossing behandeld en vervolgens ouderdomsverhard. Het ouderdomsverhardingsproces verhit het materiaal over een langere periode, waardoor de toegevoegde elementen uitschieden – vast deeltjes van verschillende groottes vormen – die de sterkte van het materiaal verhogen.

17-4PH (ook bekend als 630 staal) is een veelvoorkomend voorbeeld van een roestvrij staal met uitscheidingsverharding. Deze legering bevat 17% chroom en 4% nikkel, en 4% koper, wat helpt bij de uitscheidingsverharding. Vanwege de toegevoegde hardheid, sterkte en hoge corrosiebestendigheid, wordt 17-4PH gebruikt in helidek-platforms, turbinenschaufels en kernafvalvaten.

3. Koudvorming

Veranderingen kunnen ook de eigenschappen van het staal veranderen zonder veel warmte toe te passen. Koudgewalst staal wordt sterker gemaakt door het proces van werkverharding. Werkverharding treedt op wanneer een metaal plastische vervorming ondergaat. Dit kan exprès gedaan worden door hameren, walzen of trekken van het metaal. Werkverharding kan ook onbedoeld optreden tijdens bewerking als het snijgereedschap of het werkstuk te heet wordt. Koudvorming verbetert ook de bewerkbaarheid van het staal. Zacht staal is zeer geschikt voor koudvorming.

Ontwerpoverwegingen voor staalconstructies

Bij het ontwerpen van staalonderdelen is het belangrijk rekening te houden met de unieke eigenschappen van het materiaal. Kenmerken die het een goede keuze maken voor uw toepassing, kunnen aanvullende overwegingen voor ontwerp voor fabricage (DFM) vereisen.

Het bewerken van staal duurt langer dan van zachtere materialen zoals aluminium of messing vanwege de hardheid van het materiaal, en u kunt uw onderdelen en gereedschappen beschermen door de spindelsnelheid en voedsnelheid te verlagen.

Bij het kiezen welk staal te gebruiken, moet niet alleen de hardheid en sterkte, maar ook de verschillen in bewerkbaarheid worden overwogen. Roestvrij staal duurt bijvoorbeeld ongeveer twee keer zo lang om te verwerken als koolstofstaal. Bij het kiezen van verschillende kwaliteiten is het ook nodig te overwegen welke eigenschappen het belangrijkst zijn en welke staallegeringen gemakkelijk beschikbaar zijn. Veelvoorkomende kwaliteiten, zoals 304 of roestvrij staal 316, zijn beschikbaar in een breder scala aan voorraadafmetingen en vereisen minder tijd om te vinden en te bezorgen.