Защо стоманените части, изработени чрез ЧПУ фрезеровка, се деформират и как да се предотврати това

Деформацията е един от най-досадните дефекти при Стоманените части, изработени чрез ЧПУ фрезеровка . Компонентите, които имат точни размери върху машината, изведнъж се огъват след освобождаване от стегнатото положение, термична обработка или дори по време на окончателната инспекция. Резултатът: брак, повторна обработка, забавяне на доставките и оплаквания от страна на клиентите.

Вземайки за основа реални изпитания на производствената площадка, проекти за преустройство на приспособления и данни от изследвания на термичните напрежения в производствена среда, тази статия обяснява защо стоманените части се деформират по време на ЧПУ фрезеровка — и точно как да се предотврати това чрез доказани инженерни методи.

Какво е деформацията при CNC обработка на стоманени части?

Деформацията се отнася до непреднамерено размерно изкривяване предизвикано от остатъчни напрежения, температурни градиенти или неравномерно премахване на материал.

Типични симптоми включват:

• Изкривяване на плоски плочи след завършване

• Изкривяване на дълги валове след черновата обработка

• Усукване на тънки стени по време на разкрепяване

• Отклонение от кръглост на отвори след термична обработка

В шестмесечно проучване при доставчик на хидравлично оборудване, който обработва корпуси на клапани от AISI 1045:

• Отпадъците, свързани с деформацията, намаляха 28%

• Часовете за поправка намаляха 34%

• Отклонението от плоскостта се подобри от 0,19 мм → 0,06 мм

—след промените в процеса, описани по-долу.

Защо стоманените части, изработени чрез ЧПУ, се деформират: основните причини

1. Остатъчни напрежения в суровината

Горещовалцовани или ковани стоманени пръти често съдържат „вградени“ напрежения от формоването и охлаждането.

Когато при машинната обработка се премахва материал неравномерно, напреженията се преразпределят — което води до огъване на детайла.

Наблюдаван случай:
Машинна обработка на ковани плочи от стомана 4140 без отстраняване на напреженията доведе до извитост от 0,32 мм по дължина от 400 мм след завършване.

2. Натрупване на топлина по време на рязане

Стоманата се разширява при загряване. Агресивните режещи стратегии или лошото охлаждане водят до термични градиенти, особено при:

• Дълбоки джобове

• Тънки ребра

• Дълги завършващи проходи

Термичното изображение по време на пробен режим показа температурна разлика от 42 °C през тънка фланца — достатъчно, за да причини измерима деформация.

3. Неравномерно премахване на материал

Премахването на повечето материал от едната страна първо води до асиметрично освобождаване на вътрешните напрежения.

Това е често срещано при:

• Корпусни части

• Конструкционни скоби

• Големи плочи

4. Деформация, предизвикана от стегнателното приспособление

Прекомерното стягане на тънки стоманени компоненти може да ги деформира еластично. При освобождаване те „се връщат“ в извити форми.

Изпитания със сензори за сила върху вакуумни стегнателни приспособления показаха, че намаляването на стегнателната сила с 35 % намалява грешката в равнинността след машинна обработка наполовина.

5. Термична обработка след машинна обработка

Закаляването и отпускането внасят нови напрежения, ако детайлите не са правилно поддържани или ако запасът за механична обработка след термичната обработка е недостатъчен.

Как да се предотврати деформацията на стоманени детайли, изработени чрез CNC

Първо отстранете напреженията от материала

За критични компоненти:

• Отпускащо отжигане при 550–650 °C за въглеродни/легирани стомани

• Задръжте 1 час на всеки 25 mm дебелина

• Охлаждане в пещ с контролиран режим

Резултат от производството:
Платове от стомана 4140 с отстранени напрежения показаха 62 % по-малка деформация по време на финишната обработка.

Използвайте балансирани стратегии за чернова обработка

Вместо да се извърши финишна обработка напълно от едната страна:

• Премахвайте материал симетрично

• Редувайте повърхностите

• Оставяйте равномерен припуск (0,5–1,0 мм) за финишна обработка

CAM шаблони, прилагани по този начин, намалиха грешките в равността с 45%в конструктивни части.

Оптимизирайте режещите параметри, за да намалите топлината

Намалете топлинния вход, без да жертвате продуктивността:

• Използване на високоэффективно фрезоване (стъпка 10–20 %, дълбоки осеви резове)

• Остри резцови пластина с полирани ръбове

• Покрития от AlTiN за термична стабилност

• Хладилна течност под високо налягане (50–80 бара)

Измереното потребление на мощност от шпиндела намаля с 14 %, а повърхностната температура спадна с 18 °C след оптимизацията.