EN
Deformace je jedním z nejfrustrujících defektů u Ocelových součástí vyrobených CNC obráběním . Součásti, které mají na stroji dokonalé rozměry, se náhle prohýbají po uvolnění z upínače, tepelném zpracování nebo dokonce během koneční kontroly. Výsledkem jsou odpad, přepracování, zpoždění dodávek a stížnosti zákazníků.
Na základě skutečných pokusů prováděných přímo ve výrobní hale, projektů přepracování upínačů a dat z testování tepelných napětí z výrobního prostředí tento článek vysvětluje proč se ocelové součásti deformují během CNC obrábění – a přesně jak tomu zabránit pomocí ověřených inženýrských metod.
Co je deformace při CNC obrábění ocelových dílů?
Deformace označuje neúmyslné rozměrové zkreslení způsobené zbytkovými napětími, teplotními gradienty nebo nerovnoměrným odstraňováním materiálu.
Typické příznaky zahrnují:
-
Prohnutí plochých desek po dokončení obrábění
-
Ohýbání dlouhých hřídelí po hrubém obrábění
-
Zkroucení tenkostěnných částí při uvolnění upínání
-
Ztrátu kruhovitosti otvorů po tepelném zpracování
V šestiměsíční studii provedené u dodavatele hydraulického zařízení při obrábění těles ventilů z oceli AISI 1045:
-
Odpad související s deformací klesl 28%
-
Počet hodin přepracování klesl 34%
-
Odchylka rovnosti se zlepšila z 0,19 mm na 0,06 mm
—po úpravách procesu popsaných níže.
Proč se ocelové součásti opracované na CNC strojích deformují: hlavní příčiny
1. Zbytkové napětí v surovém materiálu
Horizontálně válené nebo kované ocelové tyče často obsahují vnitřní napětí vyvolané tvářením a chlazením.
Při obrábění dochází k nerovnoměrnému odstraňování materiálu, čímž se napětí přerozdělí – což způsobuje prohnutí součásti.
Pozorovaný případ:
Obrábění kovaných desek z oceli 4140 bez odpuštění napětí vedlo k prohnutí o 0,32 mm na délce 400 mm po dokončení.
2. Hromadění tepla při řezání
Ocel se při zahřátí rozšiřuje. Agresivní strategie řezání nebo nedostatečný přívod chladiva vytvářejí teplotní gradienty, zejména u:
-
Hluboké drážky
-
Tenkých žeber
-
Dlouhých dokončovacích průchodů
Teplotní snímkování během zkušebního běhu ukázalo teplotní rozdíl 42 °C přes tenkou přírubu — dostatečně k vyvolání měřitelné deformace.
3. Nesymetrické odstraňování materiálu
Odstranění většiny materiálu nejprve z jedné strany způsobuje asymetrické uvolnění vnitřního napětí.
Toto se často vyskytuje u:
-
Skříní součástí
-
Konstrukční úhelníky
-
Velkých desek
4. Deformace způsobená upínacím zařízením
Příliš silné upnutí tenkých ocelových součástí může způsobit jejich pružnou deformaci. Po uvolnění se „vrátí“ do zkroucených tvarů.
Testy s použitím sílových senzorů na vakuových upínacích zařízeních ukázaly, že snížení upínací síly o 35 % zmenší chybu rovnosti povrchu po obrábění na polovinu.
5. Kalení po obrábění
Kalení a popouštění zavádějí nové napětí, pokud nejsou díly správně podepřeny nebo pokud je přídavek na obrábění nedostatečný pro dokončovací operace po tepelném zpracování.
Jak zabránit deformaci ocelových dílů obráběných na CNC strojích
Nejprve odstranit napětí z materiálu
Pro kritické součásti:
-
Odpuštění napětí žíháním při teplotě 550–650 °C pro uhlíkové a legované oceli
-
Držet 1 hodinu na každých 25 mm tloušťky
-
Chlazení v peci s řízenou rychlostí
Výsledek výroby:
Desky z oceli 4140 po odstranění napětí vykazovaly o 62 % menší deformaci během dokončovacího obrábění.
Použijte vyvážené strategie hrubování
Namísto plného dokončení jedné strany:
-
Odebírejte materiál symetricky
-
Střídejte plochy
-
Nechejte rovnoměrný přídavek na dokončení (0,5–1,0 mm)
Šablony CAM implementující tento přístup snížily chyby rovnoběžnosti o 45%u konstrukčních dílů.
Optimalizujte řezné parametry za účelem snížení tepla
Snížte tepelný příkon bez ohledu na ztrátu produktivity:
-
Použijte vysokorychlostní frézování (přesah 10–20 %, hluboké axiální řezy)
-
Ostré vložky s leštěnými hranami
-
Nátruby AlTiN pro tepelnou stabilitu
-
Chladivo pod vysokým tlakem (50–80 bar)
Naměřený příkon vřetene klesl o 14 % a povrchová teplota se po optimalizaci snížila o 18 °C.