Si vous avez déjà travaillé dans un atelier d'usinage ou que vous aviez besoin de pièces de précision comme des boulons ou des engrenages, tu sais à quel point le lenteur est frustrant, L'usinage difficile peut être. C'est là queAcier de structure de coupe libre brillance. Contrairement à l'acier ordinaire, il est conçu pour couper rapidement, produire des frites propres, et réduire l'usure des outils - gagner du temps et de l'argent pour les fabricants. Dans ce guide, Nous allons briser ses propriétés clés, Utilise du monde réel, Comment c'est fait, Et comment ça se compare aux autres aciers. Que vous soyez machiniste, ingénieur, ou directeur d'usine, Ce guide vous aidera à choisir le bon acier de coupe gratuit pour rapidement, pièces de haute qualité.
1. Propriétés du matériau de l'acier de structure de coupe libre
La superpuissance de l'acier de structure en découpe libre est sonmachinabilité- Merci aux additifs spéciaux qui rendent la coupe plus fluide et plus rapide. Il équilibre cela avec une force structurelle suffisante pour une utilisation réelle.
Composition chimique
Le secret de sa machinabilité réside dans des éléments de «coupe libre» qui cassent les copeaux et réduisent les frictions. La composition typique comprend:
- Fer (Fe): 95 - 98% – The base metal, Fournir une force structurelle.
- Carbone (C): 0.08 - 0.50% – Low to medium carbon: garde l'acier suffisamment fort pour les composants (Par exemple, arbres) mais pas trop difficile à couper.
- Manganèse (MN): 0.60 - 1.60% – Works with sulfur to form sulfure de manganèse (MNS) inclusions—these act like “micro-cutters” to break chips and reduce tool friction.
- Silicium (Et): ≤0,35% – Minimized because high silicon makes steel harder to cut (il augmente l'usure des outils).
- Phosphore (P): 0.04 - 0.12% – Added in small amounts to soften the steel’s surface, faciliter la tranche des outils.
- Soufre (S): 0.08 - 0.35% – The most critical free-cutting element: Forme des inclusions MNS qui améliorent la formation des puces et réduisent la traînée d'outils.
- Additifs de coupe gratuite (pour les notes hautes performances):
- Plomb (PB): 0.15 - 0.35% – Lubricates the cutting tool (réduit la chaleur et l'usure) mais est moins courant aujourd'hui en raison de règles environnementales.
- Sélénium (Avec): 0.10 - 0.25% – A safer alternative to lead; améliore la machinabilité sans risques toxiques.
- Tellure (Le): 0.03 - 0.10% – Boosts chip breakage (Idéal pour l'usinage à grande vitesse des engrenages).
- Bismuth (Bi): 0.10 - 0.30% – Another lead-free option; réduit l'usure des outils et améliore la finition de surface.
Propriétés physiques
Ces traits restent faciles à traiter et fiables:
| Propriété | Valeur typique | Pourquoi c'est important pour l'usinage & Utiliser |
|---|---|---|
| Densité | ~ 7,85 g / cm³ | Identique à l'acier ordinaire - facile à calculer le poids de la pièce (Par exemple, La capacité de charge d'une fixation). |
| Point de fusion | ~ 1450 - 1500 ° C | Semblable à l'acier ordinaire - compatible avec les processus de coulée et de roulement standard. |
| Conductivité thermique | ~ 40 - 45 Avec(m · k) | Dissipe la chaleur bien - empêche la surchauffe lors de l'usinage à grande vitesse (Protége les outils). |
| Coefficient de dilatation thermique | ~ 11 x 10⁻⁶ / ° C | Identique à l'acier ordinaire - Les pièces gardent leur forme après l'usinage (Aucune déformation des changements de température). |
| Propriétés magnétiques | Ferromagnétique | Facile à manipuler avec des outils magnétiques (Par exemple, maintenir des pièces en place pendant l'usinage). |
Propriétés mécaniques
C'est assez fort pour les parties structurelles mais assez mous pour couper:
- Dureté: 120 - 180 HB (Brinell) - Assez doux pour l'usinage rapide (Les outils ne terminent pas rapidement) mais assez dur pour résister à l'usure (Par exemple, une bague).
- Résistance à la traction: 400 - 700 MPA - assez fort pour les composants mécaniques (Par exemple, engrenages, broches) mais inférieur à l'acier à haute teneur en carbone (Un compromis pour la machinabilité).
- Limite d'élasticité: 250 - 450 MPA - se plie uniquement sous un stress lourd (Bon pour des pièces comme les arbres qui portent des charges).
- Élongation: 15 - 30% - s'étire suffisamment pour former des pièces (Par exemple, attaches à froid) Sans craquer.
- Résistance à l'impact: 30 - 80 J / cm² - modéré (plus sûr que les aciers fragiles) - peut gérer de petits chocs (Par exemple, Un équipement frappant une obstruction mineure).
- Résistance à la fatigue: Bon - résiste au stress répété (Par exemple, un arbre rotatif) pendant des années, bien que moins que l'acier en alliage.
Autres propriétés
Ce sont les traits qui en font un favori d'un machiniste:
- Machinabilité: Excellent - coupe 2 à 3x plus vite que l'acier régulier à faible teneur en carbone; utilise moins de puissance et produit moins de chaleur d'outil.
- Formation de puces: Contrôlé - se brise en petit, Chips faciles à remettre (pas longtemps, brins enchevêtrés qui obstruent les machines).
- Usure: Faible - Éléments de coupe gratuite (comme MNS ou sélénium) réduire les frictions, Les outils durent donc 2 à 4x plus longtemps que lors de la coupe de l'acier régulier.
- Finition de surface: Lisse - RA typique (rugosité) de 1.6 - 3.2 μm (contre. 3.2 - 6.3 μm pour l'acier ordinaire) - Aucun polissage supplémentaire nécessaire pour la plupart des pièces.
- Réponse au traitement thermique: Modéré - peut être durci (via l'extinction / la trempe) pour des pièces plus dures (Par exemple, vitesses à haute teneur) mais est souvent utilisé dans son état «comme usinant» pour la simplicité.
2. Applications de l'acier de structure de coupe libre
Son mélange d'usinage rapide et de résistance adéquate le rend idéal pour les pièces qui doivent être produites en grande quantité ou avec des tolérances étroites. Voici ses utilisations les plus élevées:
Composants mécaniques
Les fabricants comptent sur lui pour les pièces de précision:
- Engrenages: GRANDES DE PETITES À MAIN (Par exemple, dans les appareils électroménagers ou les machines de bureau) - L'usinage rapide maintient les coûts de production bas, et la finition de surface lisse assure un fonctionnement silencieux.
- Arbres: Petits arbres (Par exemple, dans les moteurs électriques ou les pompes) - Facile à couper à des longueurs précises et ajouter des rainures / trous sans usure d'outil.
- Broches: Épingles d'alignement ou épingles à charnière - usinées rapidement à des tolérances étroites (± 0,01 mm) pour un ajustement fiable.
- Bagues: Bagues à l'usure (Par exemple, dans les charnières ou les machines de porte) - Machinable pour lisser les trous intérieurs qui réduisent les frictions.
Attaches
Il s'agit de l'utilisation la plus courante - des milliards de fixations en acier de coupe gratuites sont fabriquées annuelles:
- Boulons, Noix, & Vis: Construction ou attaches de machines - usinées rapidement (Les fils coupés facilement) et assez fort pour tenir des charges.
- Rivets: Petits rivets pour l'électronique ou les machines lumineuses - Facile à façonner et à installer sans se fissurer.
Applications d'ingénierie générale
C'est un choix pour les pièces personnalisées ou à volume élevé:
- Composants de vanne: Small Valve tiges ou sièges - l'usinage précis assure des joints serrés, et une faible usure d'outil maintient la production efficace.
- Parties de l'instrument: Composants pour les outils de mesure (Par exemple, étriers) - La finition de surface lisse et les tolérances serrées améliorent la précision.
3. Techniques de fabrication en acier de structure de coupe gratuit
La fabrication de l'acier structurel de coupe gratuit implique 7 Étapes clés - chacun axé sur l'ajout d'éléments de coupe libre et à assurer la machinabilité:
1. Merdeuse et moulage
- Processus: Minerai de fer, carbone, et le manganèse est fondu dans un four à arc électrique (EAF). Alors, Éléments de coupe libre (soufre, sélénium, ou bismuth) sont ajoutés - le timing est critique: Le soufre est ajouté tard pour éviter de brûler, en tête (Si utilisé) est ajouté en dernier pour rester uniformément mélangé. L'acier fondu est coulé dans des dalles (pour les draps) ou billettes (pour les bars / fils).
- Objectif clé: Distribuer des inclusions de coupe gratuite (comme MNS) uniformément - les touffes entraîneraient des dommages causés par les outils ou un usinage inégal.
2. Roulement chaud
- Processus: Les dalles / billettes sont chauffées à 1100–1250 ° C (épuisé) et roulé dans des bars, tiges, ou draps. Le roulement chaud façonne l'acier et étire les inclusions MNS en long, fines particules (Idéal pour la rupture des puces).
- Astuce: Les vitesses de roulement lents aident à maintenir les inclusions uniformément distribuées (Le roulement rapide peut les agrandir).
3. Roulement froid (Facultatif)
- Processus: Pour les pièces qui ont besoin de surfaces lisses (Par exemple, attaches), L'acier roulé à chaud est refroidi et roulé à température ambiante. Le roulement à froid améliore la finition de surface (Rampe 1.6 μm) et resserre les tolérances (± 0,05 mm).
- Mieux pour: Pièces de précision comme les engrenages ou les épingles - Évite les étapes de polissage supplémentaires.
4. Traitement thermique
- Processus: La plupart des acier de coupe gratuits sont utilisés «comme roulé» (Pas de traitement thermique) Parce que la chaleur peut le durcir et réduire la machinabilité. Pour des pièces plus dures (Par exemple, vitesses à haute teneur):
- Recuit: Chauffé à 800–900 ° C et refroidi lentement - adoucit l'acier pour l'usinage, Puis durci plus tard.
- Éteinte & Tremper: Chauffé à 850–950 ° C, éteint dans l'huile, puis tempéré à 200–400 ° C - augmente la dureté (25–35 HRC) Tout en gardant une certaine ténacité.
- Objectif clé: Équilibrez la dureté et la machinabilité - ne pas exagérer avant de couper.
5. Usinage (Étape de base pour les pièces finales)
- Processus: L'acier est coupé en pièces finales en utilisant:
- Tournant: Forme des pièces cylindriques (arbres, boulons) Sur un tour - l'acier de coupe gratuit réduit l'usure des outils, Alors les tours fonctionnent plus vite.
- Fraisage: Crée des engrenages, machines à sous, ou surfaces plates - La formation de puces contrôlées empêche le colmatage du moulin.
- Forage: Ajoute des trous aux pièces (Par exemple, trous des boulons) - La coupe rapide signifie moins de temps par trou.
- Avantage clé: L'usinage accélère jusqu'à 50% plus rapide que l'acier ordinaire - une usine peut faire 10,000 boulons en une journée au lieu de 6,000.
6. Traitement de surface
- Processus: Les pièces sont enduites pour améliorer la résistance ou l'usure à la corrosion:
- Galvanisation: Tremper dans le zinc - protège les attaches ou les arbres de la rouille (Utilisé dans des machines extérieures).
- Placage chromé: Ajoute un dur, Couche brillante - utilisée pour les bagues ou les engrenages qui ont besoin d'une résistance à l'usure supplémentaire.
- Peinture / revêtement en poudre: Ajoute la protection des couleurs et de la rouille (utilisé dans des pièces visibles comme les composants de l'appareil).
7. Contrôle et inspection de la qualité
- Analyse chimique: Vérifie le soufre, sélénium, ou les niveaux de plomb - garantit que les éléments de coupe libre sont dans les spécifications (Par exemple, 0.15–0,25% de soufre).
- Tests de machinabilité: Coupe un échantillon avec un outil standard - mesure la formation d'usure des outils (Doit répondre aux normes de l'industrie comme ISO 3685).
- Tests mécaniques: Mesure la résistance et la dureté de traction - garantit que les pièces peuvent gérer leur charge.
- Chèques dimensionnels: Utilise des étriers ou des outils de mesure CNC - vérifie les tolérances (Par exemple, L'espacement des dents d'un engrenage est de ± 0,02 mm).
4. Études de cas: Acier de structure de coupe libre en action
Des exemples du monde réel montrent comment cela permet d'économiser du temps et de l'argent. Voici 3 cas clés:
Étude de cas 1: Finner Factory stimule la production
Un fabricant d'attaches a eu du mal à répondre à la demande - ils utilisaient un acier régulier à faible teneur en carbone, qui a pris 2 minutes pour machine à un boulon, et les outils émoussés chaque 500 boulons.
Solution: Passé en acier de coupe libre de soufre (0.20% soufre, 0.15% sélénium).
Résultats:
- Le temps d'usinage par boulon est tombé sur 45 secondes (62.5% plus rapide) - La production a augmenté de 3,000 à 8,000 boulons / jour.
- La durée de vie de l'outil étendu à 2,000 boulons (4x plus) - Les coûts de remplacement des outils ont chuté de 75%.
- Les coûts de production totaux ont chuté de 30% - L'usine a répondu à la demande sans ajouter de machines supplémentaires.
Pourquoi ça a fonctionné: Formation de puces améliorée du soufre et du sélénium et une usure d'outil réduite, réduire le temps et les coûts.
Étude de cas 2: Gear Maker améliore la finition de surface
Un fabricant d'engrenages a fait de petits engrenages d'appareil avec de l'acier ordinaire - les parties avaient des surfaces rugueuses (Rampe 6.3 μm) qui nécessitait un polissage supplémentaire, ajout 10 minutes par équipement.
Solution: Acier libre de coupe à ajouter de Tellurium (0.05% tellure).
Résultats:
- Finition de surface améliorée en ra 2.0 μm - Aucun polissage supplémentaire nécessaire (sauvé 10 Minutes / équipement).
- La vitesse d'usinage a augmenté de 40% - 500 Gears / Day vs. 350 avant.
- Les plaintes des clients concernant des engrenages bruyants sont tombés par 90% - Les surfaces lisses ont réduit le frottement et le bruit.
Pourquoi ça a fonctionné: Tellurium a amélioré la rupture des puces et le contrôle des outils, Créer des dents d'équipement plus lisses.
Étude de cas 3: Les coûts de l'outil réduit les coûts de l'outil
Un fabricant d'arbre a utilisé de l'acier à haute teneur en carbone pour les arbres de moteur - Tools émoussé 300 arbres, et l'usinage généré longtemps, Chips enchevêtrés qui obstruaient les machines.
Solution: Passé en acier de coupe sans bismuth (0.25% bismuth, 0.18% soufre).
Résultats:
- La durée de vie de l'outil étendu à 1,200 arbres (4x plus) - Les coûts d'outil ont chuté 75%.
- Bouchage des puces éliminées - les machines fonctionnaient sans arrêt (Plus de pauses de 30 minutes pour effacer les puces).
- Le taux de ferraille a chuté de 8% à 2% - moins de pièces ont été ruinées par des dommages aux puces.
Pourquoi ça a fonctionné: Bismuth a réduit l'usure des outils, et le soufre créé petit, Chips faciles à remettre.
5. Acier de structure de coupe libre Vs. Autres matériaux
Ce n'est pas l'acier le plus fort, Mais c'est le plus rapide pour la machine. Voici comment ça se compare:
| Matériel | Machinabilité (1= Meilleur) | Résistance à la traction (MPA) | Coût (contre. Acier de coupe gratuit) | Mieux pour |
|---|---|---|---|---|
| Acier de structure de coupe libre | 1 | 400 - 700 | 100% (Coût de base) | Attaches, engrenages, petits arbres, broches |
| Acier à faible teneur en carbone | 4 | 350 - 550 | 80% (moins cher) | Parties structurelles (Pas d'usinage de précision, Par exemple, poutres) |
| Acier à carbone moyen | 5 | 600 - 900 | 90% | Parties fortes (Par exemple, grands arbres) qui ont besoin d'un traitement thermique |
| À haut carbone acier | 7 | 800 - 1200 | 110% | Parties dures (Par exemple, lames d'outils) qui nécessite un usinage lent |
| Acier en alliage | 6 | 700 - 1500 | 150 - 200% | Pièces à stress élevé (Par exemple, pièces de moteur) avec usinage complexe |
| Acier inoxydable | 8 | 500 - 1000 | 200 - 300% | Parties résistantes à la corrosion (Par exemple, machinerie alimentaire) - lent à la machine |
| Fonte | 3 | 200 - 400 | 70% | Pièces bon marché (Par exemple, blocs de moteur) - cassant, Pauvre pour une utilisation structurelle |
À retenir: L'acier de structure de coupe gratuit est le meilleur choix pour le volume élevé, pièces de précision - l'usinage plus bas et les coûts d'outil plus bas compensent son prix légèrement plus élevé vs. acier à faible teneur en carbone.
Perspective de la technologie Yigu sur l'acier structurel gratuit à découper libre
À la technologie Yigu, L'acier de structure de coupe gratuit est notre premier choix pour les clients fabriquant des pièces mécaniques à volume élevé. Nous priorisons les notes sans plomb (soufre-sélénium ou bismuth) pour la conformité environnementale, Assurer à la fois l'efficacité et la durabilité. Pour les attaches ou les engrenages, Nous recommandons des variantes de scelaine (0.15–0,25% de soufre) pour la vitesse; pour les arbres de précision, grades d'ajout de tellurium pour les finitions lisses. Il réduit le temps de production de 40 à 60% et les coûts d'outils de 50% + - un changeur de jeu pour les usines à l'échelle. Nos contrôles de qualité se concentrent sur la distribution d'inclusion (Pas de touffes!) pour garantir une machinabilité cohérente sur chaque lot.
FAQ: Questions courantes sur l'acier structurel libre de coupe libre
1. Est une acier de structure de coupe libre suffisamment forte pour les pièces porteuses?
Oui - sa résistance à la traction (400–700 MPA) est suffisant pour la plupart des composants mécaniques comme les engrenages, arbres, ou attaches. Pour les pièces à charge lourde (Par exemple, Grands arbres industriels), Choisissez l'acier de coupe sans carbone moyen (0.30–0,50% de carbone) ou ajouter un traitement thermique pour augmenter la résistance. Ce n'est pas idéal pour les poutres structurelles (Utiliser de l'acier à faible teneur en carbone), mais parfait pour les pièces de la machine.
2. Sont des classes de structure en acier de coupe libre sans plomb aussi efficaces que celles au plomb?
Absolument. Grades sans plomb (avec sélénium, tellure, ou bismuth) faire correspondre ou dépasser la machinabilité du plomb de l'acier. Le sélénium réduit l'usure de l'outil par 30%, tandis que Bismuth améliore la formation des puces, mais sont plus sûrs pour les travailleurs et l'environnement. Les notes de plomb sont rarement utilisées aujourd'hui en raison de la portée de l'UE et des restrictions de l'US EPA.
