Per què es deformen les peces d'acer mecanitzades per CNC i com prevenir-ho

La deformació és un dels defectes més frustrants en Peces d'acer mecanitzades per CNC . Components que mesuren perfectament a la màquina es dobleguen sobtadament després de desmuntar-les, tractament tèrmic o fins i tot durant la inspecció final. El resultat: rebutjos, refeccions, retards en les entregues i reclamacions dels clients.

A partir d’assajos reals a la planta, projectes de redisseny de fixacions i dades d’assaigs de tensió tèrmica obtingudes en entorns productius, aquest article explica per què es deformen les peces d'acer durant la mecanització per CNC — i exactament com prevenir-ho mitjançant mètodes d’enginyeria contrastats.

Què és la deformació en la mecanització CNC de peces d'acer?

La deformació fa referència a una distorsió dimensional no intencionada causada per tensions residuals, gradients tèrmics o una eliminació de material no uniforme.

Els símptomes típics inclouen:

• Plaques planes que es corben després de l’acabat

• Eixos llargs que es dobleguen després del desbastat

• Parets primes que es torcen durant el desclavat

• Forats que deixen de ser circulars després del tractament tèrmic

En un estudi de 6 mesos realitzat a un proveïdor d’equipaments hidràulics que mecanitzava carcasses de vàlvules AISI 1045:

• La merca relacionada amb la distorsió va disminuir 28%

• Les hores de retraballement van disminuir 34%

• La desviació de planitat va millorar de 0,19 mm → 0,06 mm

—després dels canvis de procés descrits a continuació.

Per què es deformen les peces d'acer mecanitzades per CNC: les causes principals

1. Tensions residuals al material brut

Les barres d'acer laminades en calent o forjades sovint contenen tensions bloquejades derivades de la conformació i del refredament.

Quan la mecanització elimina material de forma no uniforme, les tensions es redistribueixen, fet que provoca la corbatura de la peça.

Cas observat:
El mecanitzat de plaques forjades d'acer 4140 sense alliberament de tensions va provocar una deformació per corbament de 0,32 mm en una longitud de 400 mm després de l'acabat.

2. Accumulació de calor durant el tall

L'acer s'expandeix quan es calenta. Les estratègies de tall agressives o un flux insuficient de refrigerant generen gradients tèrmics, especialment en:

• Cavitats profundes

• Rems estrets

• Passes llargues d'acabat

La imatge tèrmica durant una prova va mostrar una diferència de temperatura de 42 °C a través d'una brida prima —prou per provocar una distorsió mesurable.

3. Eliminació de material desequilibrada

Treure la major part de la matèria prima d'un costat primer provoca la lliberació asimètrica de les tensions interns.

Això és habitual en:

• Components de carcases

• Suports estructurals

• Plaques grans

4. Distorsió induïda per la fixació

Fixar excessivament components de metall prim pot deformar-los elàsticament. Un cop alliberats, «reboten» adoptant formes deformades.

Les proves amb sensors de força en fixacions per buit van mostrar que reduir la càrrega de fixació un 35 % va reduir a la meitat l'error de planitat després de l'usinatge.

5. Tractament tèrmic després de l'usinatge

La tempestatització i el reveniment introdueixen tensions noves si les peces no es recolzen adequadament o si la matèria prima per a l'ús en màquines CNC és insuficient per al acabat posterior al tractament tèrmic.

Com prevenir la deformació en peces d'acer mecanitzades amb CNC

Alliberar primer les tensions del material

Per a components crítics:

• Recuit d'alliberament de tensions a 550–650 °C per a acers al carboni i d'aliatge

• Mantenir 1 hora per cada 25 mm d'escorça

• Refredament controlat al forn

Resultat de producció:
Les plaques d'acer 4140 sotmeses a alliberament de tensions van mostrar un 62 % menys de deformació durant l'acabat mecanitzat.

Utilitzeu estratègies d'esbocinat equilibrades

En lloc d'acabar completament un costat:

• Elimineu material de forma simètrica

• Alterneu cares

• Deixeu una tolerància uniforme (0,5–1,0 mm) per a l'acabat

Les plantilles de CAM que implementen aquest enfocament van reduir els errors de planitat en 45%en peces estructurals.

Optimitzeu els paràmetres de tall per reduir la calor

Redueixi la calor introduïda sense sacrificar la productivitat:

• Utilitzeu fresat d’alta eficiència (sobrepassament del 10–20 %, talls axials profunds)

• Plaquetes afilades amb vores polites

• Recobriments AlTiN per a l’estabilitat tèrmica

• Refrigerant a alta pressió (50–80 bar)

El consum de potència mesurat a l’eix va baixar un 14 % i la temperatura superficial va disminuir 18 °C després de l’optimització.