Por que se deforman as pezas de acero mecanizadas por CNC e como evitalo

A deformación é un dos defectos máis frustrantes en Pezas de acero mecanizadas por CNC . Compontes que miden perfectamente na máquina de repente se curvan despois de desafiar, do tratamento térmico ou incluso durante a inspección final. O resultado: pezas descartadas, retraballo, atrasos na entrega e queixas dos clientes.

Baseándonos en ensaios reais na liña de produción, proxectos de redeseño de utillaxes e datos de ensaios de tensión térmica procedentes de entornos de produción, este artigo explica por que se deforman as pezas de acero durante a mecanización por CNC — e exactamente como evitalo empregando métodos de enxeñaría probados.

Que é a deformación en pezas de acero mecanizadas por CNC?

A deformación fai referencia a distorsión dimensional non intencionada causada por tensións residuais, gradientes térmicos ou eliminación non uniforme do material.

Os síntomas típicos inclúen:

• Placas planas que se arquean despois do acabado

• Eixes longos que se curvan despois do desbaste

• Paredes finas que se tórven durante a desapretadura

• Furos que perden a súa forma circular despois do tratamento térmico

Nun estudo de 6 meses levado a cabo nun fornecedor de equipos hidráulicos que mecanizaba corpos de válvulas AISI 1045:

• A chatarra relacionada coa distorsión reduciuse 28%

• As horas de retraballo diminuíron 34%

• O desvío de planicidade mellorou de 0,19 mm → 0,06 mm

—despois dos cambios no proceso descritos máis adiante.

Por que se deforman as pezas de acero mecanizadas por CNC: as causas principais

1. Tensións residuais no material en bruto

As barras de acero laminadas en quente ou forjadas contén a miúdo tensións atrapadas procedentes da conformación e do arrefriamento.

Cando o mecanizado elimina material de forma non uniforme, as tensións redistribúense, provocando a flexión da peza.

Caso observado:
O mecanizado de placas forjadas de acero 4140 sen alivio de tensións resultou en unha deformación de 0,32 mm ao longo dunha lonxitude de 400 mm despois do acabado.

2. Acumulación de calor durante o corte

O acero dilátase cando se quenta. Estratexias de corte agresivas ou un fluxo inadecuado de refrigerante crean gradientes térmicos, especialmente en:

• Bolsas profundas

• Ribs finos

• Pasadas longas de acabado

A imaxe térmica obtida durante unha proba mostrou unha diferenza de temperatura de 42 °C a través dunha fina brida—suficiente para causar unha deformación mensurable.

3. Eliminación de material desequilibrada

Eliminar a maior parte do material dun só lado primeiro fai que as tensións internas se liberan de forma asimétrica.

Isto é común en:

• Pezas de carcasa

• Soportes estruturais

• Chapas grandes

4. Deformación inducida polo dispositivo de suxeición

Suxer con exceso compoñentes de acero finos pode deformalos elasticamente. Ao soltalos, «rebotan» adoptando formas encorvadas.

As probas con sensores de forza en dispositivos de suxeición ao baleiro mostraron que reducir a carga de suxeición nun 35 % reduciu á metade o erro de planicidade despois do mecanizado.

5. Tratamento térmico despois do mecanizado

A temple e o revenido introducen novas tensións se as pezas non están adequadamente soportadas ou se o material de mecanizado é insuficiente para o acabado posterior ao tratamento térmico.

Como evitar a deformación nas pezas de acero mecanizadas por CNC

Aliviar primeiro as tensións do material

Para compoñentes críticos:

• Recocido de alivio de tensións a 550–650 °C para aceros ao carbono/aleados

• Manter 1 hora por cada 25 mm de grosor

• Enfriamento controlado no forno

Resultado na produción:
As placas de 4140 sometidas a alivio de tensións mostraron un 62 % menos de deformación durante o fresado de acabado.

Usar estratexias equilibradas de desbaste

En vez de acabar completamente unha cara:

• Eliminar material de forma simétrica

• Alternar caras

• Deixar un sobreegro uniforme (0,5–1,0 mm) para o acabado

As plantillas de CAM que implementan esta aproximación reduciron os erros de planicidade en 45%en pezas estruturais.

Optimizar os parámetros de corte para reducir o calor

Reducir a entrada de calor sen sacrificar a produtividade:

• Usar fresado de alta eficiencia (sobreposición do 10–20 %, cortes axiais profundos)

• Placas afiadas con bordos pulidos

• Revestimentos de AlTiN para estabilidade térmica

• Refrigerante de alta presión (50–80 bar)

O consumo medido de potencia do eixe principal reduciuse un 14 % e a temperatura superficial baixou 18 °C despois da optimización.