Miksi CNC-koneistettujen terososien muoto muuttuu ja miten tätä voidaan estää

Muodonmuutos on yksi turhauttavimmista virheistä CNC-koneistetuissa terososissa . Komponentit, jotka mittaavat täsmälleen oikein koneella, taipuvat yhtäkkiä irrotettaessa, lämpökäsittelyn aikana tai jopa lopullisessa tarkastuksessa. Tuloksena ovat hylätyt osat, uudelleenkoneistus, toimitusviivästykset ja asiakasvalitukset.

Tässä artikkelissa selitetään käytännön työpajan kokeilujen, kiinnityslaitteiden uudelleensuunnitteluhankkeiden ja tuotantoympäristöistä kerätyn lämpöjännitystestidatan perusteella miksi terosokset muuttavat muotoaan CNC-koneistuksen aikana – ja miten tätä voidaan estää tarkasti todistettujen insinöörimenetelmien avulla.

Mikä on vääntymä CNC-koneistettavissa teräksisissä osissa?

Vääntymä viittaa tarkoittamattomaan mittasuhteelliseen vääristymään joka johtuu jäännösjännityksistä, lämpötilaeristä tai epätasaisesta materiaalin poistosta.

Tyypillisiä oireita ovat:

• Tasolevyjen kaartuminen valmiiksi koneistamisen jälkeen

• Pitkien akselien taipuminen karjakoneistuksen jälkeen

• Ohuiden seinämien kiertyminen irrotettaessa puristimesta

• Reikien pyöristymisen menetys lämmönkäsittelyn jälkeen

Hydrauliikkalaitteita valmistavan toimittajan kuukausien mittaisessa tutkimuksessa, jossa koneistettiin AISI 1045 -venttiilikappaleita:

• Vääristymään liittyvä hukkaus laski 28%

• Uudelleentyöntämiselle käytetyt tunnit vähentyivät 34%

• Tasaisuuspoikkeama parani arvosta 0,19 mm → 0,06 mm

—prosessimuutosten jälkeen, jotka on kuvattu alla.

Miksi CNC-koneistetut teräksiset osat vääristyvät: pääsyyt

1. Raaka-aineessa oleva jäännösjännitys

Kuumavalssatut tai muovatut terästangot sisältävät usein muodostumis- ja jäähdytysprosessissa syntyneitä sisäisiä jännityksiä

Kun koneistus poistaa materiaalia epätasaisesti, jännitys uudelleenjärjestäytyy — mikä aiheuttaa osan taipumisen.

Havaittu tapaus:
4140-teräksestä valmistettujen muovattujen levyjen koneistaminen ilman jännitysten poistamista johti 0,32 mm:n taipumiseen 400 mm:n pituudella viimeistelyn jälkeen.

2. Lämmön kertyminen leikatessa

Teräs laajenee lämpötilan noustessa. Aggressiiviset leikkausstrategiat tai huono jäähdytteen virtaus aiheuttavat lämpögradientteja erityisesti seuraavissa tapauksissa:

• Syvät taskut

• Ohuet ripat

• Pitkät viimeistelykäynnit

Lämpökuvauksessa kokeiluajossa havaittiin 42 °C:n lämpötilaero ohutta liitosreunaa pitkin — riittävästi aiheuttaakseen mitattavan vääntymän.

3. Epätasapainoinen materiaalin poisto

Suurimman osan materiaalista poistetaan ensin yhdestä puolesta, mikä aiheuttaa sisäisen jännitteen vapautumisen epäsymmetrisesti.

Tämä on yleistä seuraavissa tapauksissa:

• Kotelo-osat

• Rakenteelliset kiinnikkeet

• Suuret levyt

4. Kiinnityslaitteesta johtuva vääntyminen

Liian voimakkainen puristus ohuille teräsosille voi aiheuttaa niissä kimmoisen muodonmuutoksen. Kun puristus poistetaan, ne ”palautuvat” taipuneisiin muotoihin.

Voimasensorilla suoritetut testit tyhjiökiinnityslaitteissa osoittivat, että puristusvoiman vähentäminen 35 %:lla puolitti koneistuksen jälkeisen tasaisuusvirheen.

5. Lämmökäsittely koneistuksen jälkeen

Karkaistu ja temppattu käsittely aiheuttaa uusia jännityksiä, jos osia ei tueta asianmukaisesti tai jos koneistusvaraa ei ole riittävästi lämpökäsittelyn jälkeiseen viimeistelyyn.

Miten välttää vääntymistä CNC-koneistetuissa teräksisissä osissa

Jännitysten poisto materiaalista ensin

Kriittisille komponenteille:

• Jännitysten poisto-annealiointi 550–650 °C:n lämpötilassa hiilikteräksille ja seosteräksille

• Pidä lämpötilassa 1 tunti jokaista 25 mm paksuutta kohden

• Ohjattu uunijäähdytys

Tuotantotulos:
Jännitysten poistolla käsitellyt 4140-levyt osoittivat 62 % vähemmän vääntymää päättyvän koneistuksen aikana.

Käytä tasapainoisia karkeakoneistusstrategioita

Sen sijaan, että viimeistelisit yhden puolen kokonaan:

• Poista materiaali symmetrisesti

• Vaihtele pintoja

• Jätä yhtenäinen jäljellä oleva materiaali (0,5–1,0 mm) viimeistelyä varten

Tämän lähestymistavan toteuttavat CAM-mallipohjat vähensivät tasaisuusvirheitä 45%rakenteellisissa osissa.

Optimoi leikkuuparametrit lämmön vähentämiseksi

Vähennä lämmöntuloa ilman tuottavuuden alenemista:

• Käytä korkean tehokkuuden porausmenetelmää (10–20 %:n syöttö, syvät aksiaaliset leikkaukset)

• Terävät työkalukärjet kiillotetulla reunalla

• AlTiN-pinnoitteet lämpötilavakauden varmistamiseksi

• Korkeapaineinen jäähdytyneste (50–80 bar)

Mitattu karan tehonkulutus laski 14 % ja pinnan lämpötila laski 18 °C optimoinnin jälkeen.