Spawy wzdłużne w prętach ze stali nierdzewnej są elektrochemicznie gratowane, aby zapewnić odpowiednią pasywację. Zdjęcie dzięki uprzejmości Walter Surface Technologies
Wyobraź sobie, że producent podpisuje kontrakt na produkcję kluczowego produktu ze stali nierdzewnej. Blachy i odcinki rur są cięte, gięte i spawane przed wysłaniem na stanowisko obróbki wykańczającej. Element składa się z blach przyspawanych pionowo do rury. Spoiny wyglądają dobrze, ale nie jest to idealna cena, jakiej oczekuje klient. W rezultacie szlifierka poświęca czas na usunięcie większej ilości metalu spoiny niż zwykle. Niestety, na powierzchni pojawił się wyraźny niebieski nalot – wyraźny znak zbyt dużej ilości ciepła. W tym przypadku oznacza to, że element nie spełni wymagań klienta.
Szlifowanie i wykańczanie, często wykonywane ręcznie, wymagają zręczności i kunsztu. Błędy w wykańczaniu mogą być bardzo kosztowne, biorąc pod uwagę wartość przedmiotu obrabianego. Dodanie drogich materiałów wrażliwych na temperaturę, takich jak stal nierdzewna, może wiązać się z wyższymi kosztami przeróbek i montażu złomu. W połączeniu z komplikacjami, takimi jak zanieczyszczenia i awarie pasywacji, niegdyś rentowna obróbka stali nierdzewnej może stać się nieopłacalna, a nawet zaszkodzić reputacji.
Jak producenci mogą temu zapobiec? Mogą zacząć od poszerzenia swojej wiedzy na temat szlifowania i wykańczania, zrozumienia ich roli i wpływu na obrabiane elementy ze stali nierdzewnej.
To nie są synonimy. W rzeczywistości każdy ma zasadniczo inne cele. Szlifowanie usuwa materiały takie jak zadziory i nadmiar metalu spoiny, podczas gdy wykańczanie zapewnia gładkie wykończenie powierzchni metalu. To zamieszanie jest zrozumiałe, biorąc pod uwagę, że osoby szlifujące dużymi tarczami ściernymi usuwają dużo metalu bardzo szybko, a w procesie mogą pozostać bardzo głębokie rysy. Jednak podczas szlifowania rysy są jedynie konsekwencją, celem jest szybkie usunięcie materiału, zwłaszcza podczas pracy z metalami wrażliwymi na ciepło, takimi jak stal nierdzewna.
Obróbka wykończeniowa odbywa się etapami, w których operator zaczyna od grubszego ziarna i przechodzi do drobniejszych tarcz szlifierskich, włóknin ściernych, a w razie potrzeby również filcu i pasty polerskiej, aby uzyskać lustrzany połysk. Celem jest uzyskanie określonego efektu końcowego (wzór rysy). Każdy etap (drobniejsze ziarno) usuwa głębsze rysy z poprzedniego etapu i zastępuje je mniejszymi.
Ponieważ szlifowanie i wykańczanie mają różne cele, często nie uzupełniają się wzajemnie i mogą działać na przekór, jeśli zastosuje się niewłaściwą strategię dotyczącą materiałów eksploatacyjnych. Aby usunąć nadmiar spoiny, operator wykonuje bardzo głębokie rysy ściernicą, a następnie przekazuje element do obróbki, która musi poświęcić dużo czasu na ich usunięcie. Ta sekwencja od szlifowania do wykańczania może być nadal najskuteczniejszym sposobem spełnienia wymagań klienta w zakresie wykończenia. Należy jednak pamiętać, że nie są to procesy dodatkowe.
Powierzchnie obrabianych przedmiotów zaprojektowane z myślą o obróbce zazwyczaj nie wymagają szlifowania ani wykańczania. Elementy szlifowane wymagają jedynie szlifowania, ponieważ szlifowanie jest najszybszym sposobem usuwania spoin lub innych materiałów, a głębokie rysy pozostawione przez tarczę szlifierską są dokładnie tym, czego oczekiwał klient. Elementy wymagające jedynie wykańczania są produkowane w taki sposób, że nie jest wymagane nadmierne usuwanie materiału. Typowym przykładem jest element ze stali nierdzewnej z piękną spoiną zabezpieczoną elektrodą wolframową, którą wystarczy wygładzić i dopasować do wzoru wykończenia podłoża.
Szlifierki z tarczami o niskiej wydajności usuwania materiału mogą stwarzać poważne problemy podczas obróbki stali nierdzewnej. Podobnie, przegrzanie może powodować sinienie i zmianę właściwości materiału. Celem jest utrzymanie stali nierdzewnej w jak najniższej temperaturze przez cały proces.
W tym celu warto wybrać ściernicę o najszybszej wydajności ścierania, dostosowaną do danego zastosowania i budżetu. Ściernice cyrkonowe szlifują szybciej niż tlenek glinu, ale w większości przypadków najlepiej sprawdzają się ściernice ceramiczne.
Niezwykle wytrzymałe i ostre cząstki ceramiczne ścierają się w unikalny sposób. Stopniowo rozpadając się, nie stają się płaskie, lecz zachowują ostrą krawędź. Oznacza to, że mogą usuwać materiał bardzo szybko, często kilkakrotnie szybciej niż inne ściernice. To sprawia, że ​​ściernice ceramiczne są warte swojej ceny. Idealnie nadają się do obróbki stali nierdzewnej, ponieważ szybko usuwają duże wióry i generują mniej ciepła i odkształceń.
Niezależnie od tego, jaką ściernicę wybierze producent, należy pamiętać o potencjalnym zanieczyszczeniu. Większość producentów wie, że nie może używać tej samej ściernicy do stali węglowej i nierdzewnej. Wiele osób fizycznie oddziela operacje szlifowania stali węglowej od nierdzewnej. Nawet drobne iskry ze stali węglowej spadające na części ze stali nierdzewnej mogą powodować problemy z zanieczyszczeniem. Wiele branż, takich jak przemysł farmaceutyczny i nuklearny, wymaga, aby materiały eksploatacyjne były klasyfikowane jako nieszkodliwe dla środowiska. Oznacza to, że ściernice ze stali nierdzewnej muszą być praktycznie wolne (poniżej 0,1%) od żelaza, siarki i chloru.
Ściernice nie szlifują się same, wymagają użycia elektronarzędzia. Każdy może reklamować zalety ściernic lub elektronarzędzi, ale prawda jest taka, że ​​elektronarzędzia i ich tarcze szlifierskie działają jak system. Ceramiczne ściernice szlifierskie są przeznaczone do szlifierek kątowych o określonej mocy i momencie obrotowym. Chociaż niektóre szlifierki pneumatyczne mają wymagane parametry, w większości przypadków szlifowanie ściernic ceramicznych odbywa się za pomocą elektronarzędzi.
Szlifierki o niewystarczającej mocy i momencie obrotowym mogą powodować poważne problemy nawet z najnowocześniejszymi materiałami ściernymi. Brak mocy i momentu obrotowego może spowodować znaczne spowolnienie narzędzia pod wpływem nacisku, uniemożliwiając cząsteczkom ceramicznym na tarczy szlifierskiej wykonywanie ich funkcji: szybkie usuwanie dużych kawałków metalu, zmniejszając w ten sposób ilość materiału termicznego przedostającego się do tarczy.
To pogłębia błędne koło: szlifierki widzą, że materiał nie jest usuwany, więc instynktownie naciskają mocniej, co z kolei generuje nadmierne ciepło i niebieszczenie. W efekcie naciskają tak mocno, że ściernice się szkliwią, co zmusza je do intensywniejszej pracy i generowania większej ilości ciepła, zanim zorientują się, że muszą je wymienić. Jeśli pracujesz w ten sposób z cienkimi rurkami lub arkuszami, przebijają materiał na wylot.
Oczywiście, jeśli operatorzy nie są odpowiednio przeszkoleni, nawet przy użyciu najlepszych narzędzi, może dojść do tego błędnego koła, zwłaszcza jeśli chodzi o nacisk wywierany na obrabiany przedmiot. Najlepszą praktyką jest uzyskanie prądu jak najbardziej zbliżonego do znamionowego prądu szlifierki. Jeśli operator używa szlifierki 10-amperowej, musi naciskać tak mocno, aby szlifierka pobierała około 10 amperów.
Użycie amperomierza może pomóc w standaryzacji operacji szlifowania, jeśli producent przetwarza dużą ilość drogiej stali nierdzewnej. Oczywiście, niewiele zakładów korzysta z amperomierza regularnie, dlatego najlepiej uważnie słuchać. Jeśli operator słyszy i czuje gwałtowny spadek obrotów, może naciskać zbyt mocno.
Wyczuwanie zbyt delikatnych dotknięć (tj. zbyt słabego nacisku) może być trudne, dlatego w tym przypadku pomocne może być zwrócenie uwagi na przepływ iskier. Szlifowanie stali nierdzewnej generuje ciemniejsze iskry niż szlifowanie stali węglowej, ale powinny być one nadal widoczne i równomiernie wystawać z obszaru roboczego. Jeśli operator nagle zauważy mniej iskier, może to być spowodowane zbyt małą siłą lub brakiem zeszklenia ściernicy.
Operatorzy muszą również utrzymywać stały kąt roboczy. Podejście do przedmiotu obrabianego pod kątem niemal prostym (prawie równolegle do przedmiotu obrabianego) może spowodować znaczne przegrzanie; podejście pod zbyt dużym kątem (prawie pionowo) grozi uderzeniem krawędzią ściernicy o metal. W przypadku stosowania ściernicy typu 27, kąt pracy powinien wynosić od 20 do 30 stopni. W przypadku ściernic typu 29, kąt roboczy powinien wynosić około 10 stopni.
Ściernice typu 28 (stożkowe) są zazwyczaj używane do szlifowania płaskich powierzchni w celu usuwania materiału na szerszych ścieżkach szlifowania. Te ściernice stożkowe najlepiej sprawdzają się również przy mniejszych kątach szlifowania (około 5 stopni), co pomaga zmniejszyć zmęczenie operatora.
Wprowadza to kolejny ważny czynnik: wybór odpowiedniego typu ściernicy. Ściernica typu 27 ma metalowy punkt styku, ściernica typu 28 ma linię styku ze względu na stożkowy kształt, a ściernica typu 29 ma powierzchnię styku.
Najpopularniejsze obecnie ściernice typu 27 sprawdzają się w wielu zastosowaniach, ale ich kształt utrudnia pracę z głęboko profilowanymi elementami i łukami, takimi jak spawane zespoły rur ze stali nierdzewnej. Profil ściernicy typu 29 ułatwia pracę operatorom, którzy muszą szlifować zarówno powierzchnie płaskie, jak i zakrzywione. Ściernica typu 29 osiąga to poprzez zwiększenie powierzchni styku, co oznacza, że ​​operator nie musi poświęcać dużo czasu na szlifowanie w każdym miejscu – to dobra strategia ograniczania nagrzewania.
W rzeczywistości dotyczy to każdej ściernicy. Podczas szlifowania operator nie powinien pozostawać w jednym miejscu przez długi czas. Załóżmy, że operator usuwa metal z przetoki o długości kilku stóp. Może on poruszać ściernicą krótkimi ruchami w górę i w dół, ale może to spowodować przegrzanie przedmiotu obrabianego, ponieważ ściernica pozostaje w małym obszarze przez długi czas. Aby zmniejszyć ilość wprowadzanego ciepła, operator może wykonać całą spoinę w jednym kierunku, jednym końcem, a następnie podnieść narzędzie (pozwalając na ostygnięcie przedmiotu obrabianego) i przesunąć przedmiot obrabiany w tym samym kierunku, drugim końcem. Inne metody działają, ale wszystkie mają jedną wspólną cechę: zapobiegają przegrzaniu, utrzymując ściernicę w ruchu.
Pomagają w tym również powszechnie stosowane metody „czesania”. Załóżmy, że operator szlifuje spoinę czołową w pozycji płaskiej. Aby zmniejszyć naprężenia cieplne i nadmierne zagłębianie, unika przesuwania szlifierki wzdłuż spoiny. Zamiast tego zaczyna od końca i prowadzi szlifierkę wzdłuż spoiny. Zapobiega to również zbyt głębokiemu zagłębianiu się ściernicy w materiał.
Oczywiście, każda technika może przegrzać metal, jeśli operator pracuje zbyt wolno. Zbyt wolna praca spowoduje przegrzanie obrabianego przedmiotu; zbyt szybkie szlifowanie może zająć dużo czasu. Znalezienie optymalnej prędkości posuwu zazwyczaj wymaga doświadczenia. Jeśli jednak operator nie zna się na danej pracy, może szlifować odpad, aby „wyczuć” odpowiednią prędkość posuwu dla obrabianego przedmiotu.
Strategia wykańczania zależy od stanu powierzchni materiału w momencie jego wejścia i wyjścia z działu wykańczania. Określ punkt początkowy (osiągnięty stan powierzchni) i punkt końcowy (wymagane wykończenie), a następnie zaplanuj znalezienie najlepszej ścieżki łączącej te dwa punkty.
Często najlepszą metodą nie jest zaczynanie od bardzo agresywnego ścierniwa. Może się to wydawać sprzeczne z intuicją. W końcu, dlaczego nie zacząć od grubego piasku, aby uzyskać szorstką powierzchnię, a następnie przejść do drobniejszego? Czy nie byłoby bardzo nieefektywne zacząć od drobniejszego ziarna?
Niekoniecznie, to znowu ma związek z naturą porównania. W miarę jak drobniejsza ziarnistość jest osiągana w każdym kroku, odżywka zastępuje głębsze rysy drobniejszymi, coraz drobniejszymi. Jeśli zaczną od papieru ściernego o gradacji 40 lub patelni flip, pozostawią głębokie rysy na metalu. Byłoby wspaniale, gdyby te rysy przybliżyły powierzchnię do pożądanego wykończenia, dlatego dostępne są materiały wykończeniowe o gradacji 40. Jednak jeśli klient poprosi o wykończenie nr 4 (szlifowanie kierunkowe), głębokie rysy pozostawione przez gradację nr 40 zajmują dużo czasu, aby je usunąć. Rzemieślnicy albo przechodzą na wiele rozmiarów gradacji, albo spędzają dużo czasu na używaniu materiałów ściernych o drobnej gradacji, aby usunąć te duże rysy i zastąpić je mniejszymi. Wszystko to jest nie tylko nieefektywne, ale także zbyt mocno nagrzewa obrabiany przedmiot.
Oczywiście, stosowanie drobnoziarnistych materiałów ściernych na szorstkich powierzchniach może być powolne i, w połączeniu z niewłaściwą techniką, prowadzić do nadmiernego nagrzewania. Tarcze typu „dwa w jednym” lub tarcze o zmiennej gradacji mogą w tym pomóc. Tarcze te zawierają tkaniny ścierne połączone z materiałami do obróbki powierzchni. Pozwalają one rzemieślnikowi skutecznie usuwać materiał za pomocą materiałów ściernych, pozostawiając jednocześnie gładsze wykończenie.
Kolejny etap wykańczania może obejmować zastosowanie włóknin, co ilustruje kolejną unikalną cechę wykańczania: proces ten najlepiej sprawdza się w przypadku elektronarzędzi o zmiennej prędkości obrotowej. Szlifierka kątowa pracująca z prędkością 10 000 obr./min może obrabiać niektóre materiały ścierne, ale niektóre materiały włókninowe całkowicie się rozpuszczą. Z tego powodu, przed wykańczaniem włóknin, maszyny do wykańczania zmniejszają prędkość do 3000–6000 obr./min. Oczywiście, dokładna prędkość zależy od zastosowania i materiałów eksploatacyjnych. Na przykład, bębny do włóknin zazwyczaj obracają się z prędkością 3000–4000 obr./min, podczas gdy tarcze do obróbki powierzchni zazwyczaj obracają się z prędkością 4000–6000 obr./min.
Posiadanie odpowiednich narzędzi (szlifierek o zmiennej prędkości, różnych materiałów wykończeniowych) i określenie optymalnej liczby kroków pozwala w zasadzie uzyskać mapę pokazującą najlepszą ścieżkę między materiałem wejściowym a gotowym. Dokładna ścieżka zależy od zastosowania, ale doświadczeni trymerzy podążają tą ścieżką, stosując podobne metody przycinania.
Rolki włókninowe dopełniają powierzchnię stali nierdzewnej. Aby zapewnić wydajne wykończenie i optymalną żywotność materiałów eksploatacyjnych, różne materiały wykończeniowe pracują z różnymi prędkościami obrotowymi.
Po pierwsze, potrzebują czasu. Jeśli zauważą, że cienki kawałek stali nierdzewnej się nagrzewa, przestają kończyć w jednym miejscu i zaczynają w innym. Mogą też pracować nad dwoma różnymi artefaktami jednocześnie. Pracują trochę nad jednym, a potem nad drugim, dając drugiemu czas na ostygnięcie.
Podczas polerowania na lustrzany połysk, polerkę można polerować krzyżowo bębnem polerskim lub tarczą polerską w kierunku prostopadłym do poprzedniego kroku. Szlifowanie krzyżowe uwydatnia obszary, które powinny zlewać się z poprzednim wzorem rys, ale nadal nie nadaje powierzchni lustrzanego połysku nr 8. Po usunięciu wszystkich rys, do uzyskania pożądanego połysku potrzebna będzie ściereczka filcowa i gąbka polerska.
Aby uzyskać odpowiednie wykończenie, producenci muszą zapewnić pracownikom wykończeniowym odpowiednie narzędzia, w tym prawdziwe narzędzia i materiały, a także narzędzia komunikacyjne, takie jak tworzenie standardowych próbek, które pozwolą określić, jak powinno wyglądać dane wykończenie. Próbki te (wywieszane obok działu wykończeniowego, w materiałach szkoleniowych i materiałach sprzedażowych) pomagają utrzymać wszystkich na tej samej fali.
Jeśli chodzi o narzędzia (w tym elektronarzędzia i materiały ścierne), geometria niektórych części może stanowić wyzwanie nawet dla najbardziej doświadczonego zespołu wykańczającego. W tym przypadku pomocne będą profesjonalne narzędzia.
Załóżmy, że operator musi zmontować cienkościenną rurę ze stali nierdzewnej. Użycie tarcz listkowych, a nawet bębnów, może prowadzić do problemów, przegrzania, a czasem nawet do powstania płaskiego miejsca na samej rurze. W tym przypadku z pomocą przychodzą szlifierki taśmowe przeznaczone do rur. Taśma przenośnika pokrywa większość średnicy rury, rozprowadzając punkty styku, zwiększając wydajność i redukując dopływ ciepła. Jednak, jak w przypadku wszystkich innych czynności, rzemieślnik nadal musi przenieść szlifierkę taśmową w inne miejsce, aby zmniejszyć nadmierne nagrzewanie i uniknąć sinienia.
To samo dotyczy innych profesjonalnych narzędzi wykończeniowych. Rozważmy szlifierkę taśmową przeznaczoną do trudno dostępnych miejsc. Pracownik może jej użyć do wykonania spoiny pachwinowej między dwiema deskami pod ostrym kątem. Zamiast przesuwać szlifierkę taśmową pionowo (jak podczas mycia zębów), technik przesuwa ją poziomo wzdłuż górnej krawędzi spoiny pachwinowej, a następnie wzdłuż dolnej, upewniając się, że szlifierka nie pozostaje zbyt długo w jednym miejscu.
Spawanie, szlifowanie i wykańczanie stali nierdzewnej wiąże się z kolejnym wyzwaniem: zapewnieniem prawidłowej pasywacji. Czy po tych wszystkich zakłóceniach na powierzchni materiału pozostały jakiekolwiek zanieczyszczenia, które uniemożliwiłyby naturalne tworzenie się warstwy chromu charakterystycznej dla stali nierdzewnej na całej powierzchni? Ostatnią rzeczą, jakiej potrzebuje producent, jest niezadowolony klient narzekający na zardzewiałe lub brudne części. W tym miejscu w grę wchodzi prawidłowe czyszczenie i identyfikowalność.
Czyszczenie elektrochemiczne może pomóc w usunięciu zanieczyszczeń, zapewniając prawidłową pasywację, ale kiedy należy je przeprowadzić? To zależy od zastosowania. Jeśli producenci czyszczą stal nierdzewną, aby zapewnić jej pełną pasywację, zazwyczaj robią to natychmiast po spawaniu. Nieprzestrzeganie tego zalecenia oznacza, że ​​medium wykończeniowe może absorbować zanieczyszczenia powierzchniowe z przedmiotu obrabianego i przenosić je do innych lokalizacji. Jednak w przypadku niektórych krytycznych zastosowań producenci mogą dodać dodatkowe etapy czyszczenia – być może nawet przeprowadzić test prawidłowej pasywacji przed opuszczeniem hali produkcyjnej przez stal nierdzewną.
Załóżmy, że producent spawa ważny element ze stali nierdzewnej dla przemysłu jądrowego. Profesjonalny spawacz łukiem wolframowym tworzy gładką spoinę, która wygląda idealnie. Ale to również jest krytyczne zastosowanie. Pracownik działu wykończeniowego używa szczotki podłączonej do elektrochemicznego systemu czyszczącego do czyszczenia powierzchni spoiny. Następnie przeszlifowuje spoinę włókniną ścierną i ściereczką, aby uzyskać gładką powierzchnię. Następnie używa ostatniej szczotki z elektrochemicznym systemem czyszczącym. Po jednym lub dwóch dniach przestoju należy użyć przenośnego testera, aby sprawdzić poprawność pasywacji elementu. Wyniki, zarejestrowane i zapisane wraz z zleceniem, wykazały, że element został w pełni spasywowany przed opuszczeniem fabryki.
W większości zakładów produkcyjnych szlifowanie, wykańczanie i czyszczenie stali nierdzewnej w procesie pasywacji zazwyczaj odbywają się w kolejnych etapach. W rzeczywistości są one zazwyczaj wykonywane na krótko przed oddaniem zlecenia.
Nieprawidłowo obrobione części generują jedne z najdroższych odpadów i przeróbek, dlatego producenci powinni ponownie przyjrzeć się swoim działom szlifowania i wykańczania. Usprawnienia w zakresie szlifowania i wykańczania pomagają wyeliminować kluczowe wąskie gardła, poprawić jakość, wyeliminować problemy i, co najważniejsze, zwiększyć zadowolenie klientów.
FABRICATOR to wiodący w Ameryce Północnej magazyn poświęcony obróbce i formowaniu stali. Magazyn publikuje wiadomości, artykuły techniczne i historie sukcesów, które pozwalają producentom efektywniej wykonywać swoją pracę. FABRICATOR działa w branży od 1970 roku.
Teraz dzięki pełnemu dostępowi do wydania cyfrowego The FABRICATOR masz łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Cyfrowe wydanie czasopisma The Tube & Pipe Journal jest już w pełni dostępne, dzięki czemu można łatwo zapoznać się z cennymi zasobami branżowymi.
Uzyskaj pełny dostęp cyfrowy do czasopisma STAMPING Journal, w którym znajdziesz najnowsze technologie, najlepsze praktyki i wiadomości branżowe dotyczące rynku tłoczenia metali.
Dzięki pełnemu dostępowi cyfrowemu do The Fabricator en Español możesz teraz łatwo korzystać z cennych zasobów branżowych.