Miért torzulnak el a CNC-vel megmunkált acél alkatrészek, és hogyan lehet ezt megelőzni

Az alkatrészek torzulása a CNC-vel megmunkált acél alkatrészek egyik legfrusztrálóbb hibája CNC-vel megmunkált acél alkatrészek . Azok az alkatrészek, amelyek a gépen tökéletes méretet mutatnak, hirtelen meghajlanak a rögzítés feloldása után, a hőkezelés során, sőt akár a végellenőrzés idején is. Az eredmény: selejt, újramunkálás, szállítási késedelmek és ügyfélpanaszok.

A gyakorlati műhelykísérletekből, befogóberendezések újratervezéséből és termelési környezetből származó hőfeszültség-tesztek adataiból kiindulva ez a cikk magyarázza el miért torzulnak el az acél alkatrészek a CNC-megmunkálás során – és pontosan hogyan lehet ezt megelőzni bizonyított mérnöki módszerek alkalmazásával.

Mi az alakváltozás a CNC-megmunkálás során acél alkatrészeknél?

Az alakváltozás azt jelenti, hogy a méret- és alakváltozás szándékolatlanul következik be a maradékfeszültségek, hőmérsékleti gradiensek vagy egyenetlen anyageltávolítás miatt.

Tipikus tünetek:

• Sík lemezek görbülése a megmunkálás után

• Hosszú tengelyek megdőlése a durva megmunkálás után

• Vékony falak torzulása a rögzítés feloldása során

• Lyukak kerekességének elvesztése a hőkezelés után

Egy 6 hónapos tanulmányban egy hidraulikus berendezéseket gyártó cég AISI 1045-ös szeleptesteket megmunkáló üzemében:

• A torzulással összefüggő hulladék csökkent 28%

• A javítási órák száma csökkent 34%

• A síksági eltérés javult 0,19 mm-ről → 0,06 mm-re

—az alább leírt folyamatváltoztatások után.

Miért görbülnek el a CNC-vel megmunkált acél alkatrészek: a fő okok

1. Maradékfeszültség az alapanyagban

Meleghengerelt vagy kovácsolt acélrudak gyakran tartalmaznak beépített feszültségeket a formázás és hűtés során keletkezett.

Amikor a megmunkálás egyenetlenül távolít el anyagot, a feszültség újraeloszlik – ezzel az alkatrész meghajlását okozva.

Megfigyelt eset:
A 4140-es ötvözetacélból kovácsolt lemezek megmunkálása feszültségmentesítés nélkül az alábbi eredményt adta: 0,32 mm-es görbület a 400 mm-es hosszirányban a befejezést követően.

2. Hőfelhalmozódás vágás közben

Az acél melegedéskor kitágul. A túlzottan agresszív vágási stratégiák vagy a rossz hűtőfolyadék-áramlás hőmérsékleti gradienseket okoznak, különösen a következő esetekben:

• Mély zsebek

• Vékony merevítő bordák

• Hosszú simító menetek

Hőképalkotás egy próbaüzem során 42 °C-os hőmérsékletkülönbséget mutatott egy vékony perem mentén – elegendő a mérhető torzulás kiváltásához.

3. Kiegyensúlyozatlan anyageltávolítás

A legtöbb alapanyag egyik oldalról történő elsődleges eltávolítása miatt a belső feszültség aszimmetrikusan oldódik fel.

Ez gyakori a következőknél:

• Házalkatrészek

• Szerkezeti konzolok

• Nagy lemezek

4. Rögzítőberendezés által okozott torzulás

A vékony acélalkatrészek túlzott rögzítése rugalmasan deformálhatja őket. A rögzítés megszüntetése után „visszapattannak” görbült alakzatba.

Erőérzékelős vizsgálatok vákuumos rögzítőberendezéseken azt mutatták, hogy a rögzítőerő 35%-os csökkentése a megmunkálás utáni síksági hiba felére csökkentette.

5. Hőkezelés megmunkálás után

A hűtés és az edzés új feszültségeket vezethet be, ha a alkatrészeket nem megfelelően támasztják alá, vagy ha a megmunkáláshoz szükséges nyersanyag-mennyiség nem elegendő a hőkezelést követő utómegmunkáláshoz.

Hogyan lehet megelőzni az acélból CNC-géppel megmunkált alkatrészek deformálódását?

Először feszültségmentesítsük az anyagot

Kritikus alkatrészek esetén:

• Feszültségmentesítő lágyítás 550–650 °C-on szén- és ötvözetacélok esetén

• Tartási idő: 1 óra minden 25 mm vastagságra

• Szabályozott kemencés hűtés

Gyártási eredmény:
A feszültségmentesített 4140-es lemezeknél 62%-kal kevesebb torzulás tapasztalható a végszélezés során.

Kiegyensúlyozott durva megmunkálási stratégiák alkalmazása

Ahelyett, hogy teljesen befejeznénk az egyik oldal megmunkálását:

• Szimmetrikusan távolítsuk el az anyagot

• Váltakozó felületek

• Hagyjunk egyenletes maradékanyagot (0,5–1,0 mm) a végszélezéshez

Ezt a megközelítést alkalmazó CAM-sablonok csökkentették a síksági hibákat 45%szerkezeti alkatrészeknél.

Vágási paraméterek optimalizálása a hőterhelés csökkentésére

Alacsonyabb hőbevitel termelékenység csökkenése nélkül:

• Magas hatékonyságú marás alkalmazása (10–20 % lépésméret, mély axiális vágások)

• Éles, csiszolt élvágóélű beillesztők

• AlTiN bevonatok hőállóság érdekében

• Nagy nyomású hűtőfolyadék (50–80 bar)

A mérés szerint a szerszámgép főorsó teljesítményfelvétele 14 %-kal csökkent, és a felületi hőmérséklet 18 °C-kal csökkent az optimalizálás után.