Kodėl CNC apdirbti plieniniai detalės išsiviečia ir kaip tai užkirsti kelią

Išsiviečimas yra vienas nepatogiausių defektų CNC apdirbamuose plieniniuose komponentuose . Detalės, kurios matuojant mašinoje atitinka reikalavimus, staiga išsiviečia po išimties iš tvirtinimo įrenginių, šiluminės apdorojimo ar net galutinės patikros metu. Rezultatas: brokas, pakartotinis apdirbimas, pristatymo deltos ir klientų skundai.

Remdamasis tikrais gamybos aikštelės bandymais, tvirtinimo įrenginių perprojektavimo projektų duomenimis bei šiluminio įtempimo tyrimų rezultatais iš realių gamybos aplinkos sąlygų, šiame straipsnyje paaiškinama kodėl plieninės detalės išsiviečia CNC apdirbimo metu – ir kaip tai tiksliai užkirsti kelią naudojant patikrintus inžinerijos metodus.

Kas yra deformacija CNC apdirbant plieno detalių?

Deformacija reiškia neplanuotą matmeninę iškraipymą kurią sukelia likusios įtempimų būsenos, šiluminiai gradientai arba netolygus medžiagos nuėmimas.

Tipiški požymiai yra:

• Plokščių plokštumų išlinkimas po apdorojimo

• Ilgų velenų išsilenkimas po grubio apdirbimo

• Plonų sienelių sukimas atleidžiant įtvirtinimą

• Skylės praranda apvalumą po termoapdoro

6 mėnesių tyrimo metu hidraulinės įrangos tiekėjo įmonėje, apdirbant AISI 1045 vožtuvų korpusus:

• Iškraipymų dėl atliekų kiekis sumažėjo 28%

• Perdaromų detalių valandų skaičius sumažėjo 34%

• Plokštumos nuokrypis pagerėjo nuo 0,19 mm → 0,06 mm

—po žemiau aprašytų technologinio proceso pakeitimų.

Kodėl CNC apdirbamos plieninės detalės išsiviešėja: pagrindinės priežastys

1. Likutinis įtempis žaliavose

Karštojo valcavimo arba kalimo būdu gauti plieno strypai dažnai turi „įstrigusius“ įtempimus dėl formavimo ir aušinimo procesų.

Kai apdirbant pašalinamas medžiagos kiekis netolygiai, įtempiai persiskirsto – todėl detalė išsiviešėja.

Stebėta situacija:
4140 plieno kalto plokštės apdirbimas be įtempimų nušalinimo po apdirbimo sukėlė 0,32 mm išlinkimą per 400 mm ilgį.

2. Šilumos kaupimasis pjovimo metu

Plienas išsiplečia šildomas. Agresyvūs pjovimo būdai arba netinkamas aušinimo skysčio tiekimas sukuria temperatūrinius gradientus, ypač:

• Gilios įdubos

• Plonose ribose

• Ilgose baigiamuosiuose pjovimuose

Bandymo metu šiluminės vaizdo kamerų stebėjimo duomenys parodė 42 °C temperatūros skirtumą per ploną briauną — pakankamai, kad sukeltų matomą iškraipymą.

3. Neišsivertusio medžiagos pašalinimo

Daugiausia medžiagos pašalinimas iš vienos pusės pirmiausia sukelia vidinės įtampos neišsivertusią atlaisvinimą.

Tai dažnai pasitaiko:

• Korpusų detalėse

• Konstrukciniai skliaustai

• Dideliuose lakštukuose

4. Įrenginių sukeltas iškraipymas

Per stiprus plonų plieninių detalių pritvirtinimas gali juos elastingai deformuoti. Kai jie atlaisvinami, jie „atsisprings“ į išsikraipiusias formas.

Jėgos jutiklių bandymai vakuumo tvirtinimo įrenginiuose parodė, kad sumažinus pritvirtinimo apkrovą 35 % mažėja po apdirbimo išlyginimo paklaida dvigubai.

5. Apdirbimo po šiluminis apdorojimas

Kalvimo ir kaitinimo procesai sukelia naujų įtempimų, jei detalės nėra tinkamai prilaikomos arba jei po šiluminio apdorojimo paviršiaus apdirbimui nepaliekama pakankamai medžiagos.

Kaip išvengti deformacijų CNC apdirbant plieno dalis

Pirmiausia pašalinkite įtempimus iš medžiagos

Kritinėms komponentams:

• Įtempimų nušalinimo atkaitinimas 550–650 °C temperatūroje anglies / lydinių plienui

• Laikyti 1 valandą už kiekvienus 25 mm storio

• Valdomas krosnies aušinimas

Gamybos rezultatas:
Įtempimų nušalintos 4140 plokštės parodė 62 % mažesnę deformaciją baigiant apdirbimą.

Naudokite subalansuotas grubaus apdirbimo strategijas

Vietoj to, kad būtų pilnai baigta vienos pusės apdaila:

• Šalinkite medžiagą simetriškai

• Kaitaliojamos paviršiaus pusės

• Palikite vienodą apdirbimo sluoksnį (0,5–1,0 mm) baigiamajam apdirbimui

Šį požiūrį įgyvendinančios CAM šablonų sistemos sumažino plokštumos nuokrypius 45%konstrukcinėse detalėse.

Optimalizuokite pjovimo parametrus, kad sumažėtų šiluma

Sumažinkite šilumos įvedimą, nepaaukojant našumo:

• Naudoti aukšto naudingumo frezavimą (10–20 % žingsnio perklodas, gilūs ašiniai pjūviai)

• Aštrūs įdėklai su poliruotais kraštais

• AlTiN dengiamieji sluoksniai šiluminiam stabilumui užtikrinti

• Didelio slėgio aušinimo skystis (50–80 bar)

Po optimizavimo matuotas verčių galios suvartojimas sumažėjo 14 %, o paviršiaus temperatūra nukrito 18 °C.