Waarom CNC-gefrezen stalen onderdelen verdraaien en hoe dat te voorkomen

Verdraaiing is een van de meest frustrerende gebreken bij CNC-gefreesde stalen onderdelen . Onderdelen die op de machine perfecte afmetingen vertonen, buigen plotseling na het losmaken van de spanvoorziening, na warmtebehandeling of zelfs tijdens de eindinspectie. Het gevolg: afval, herwerkingsacties, leververtragingen en klachten van klanten.

Op basis van praktijkproeven op de werkvloer, projecten voor het herontwerpen van spanvorzieningen en gegevens over thermische spanningen uit productieomgevingen legt dit artikel uit waarom stalen onderdelen verdraaien tijdens CNC-bewerking — en precies hoe dat te voorkomen met bewezen technische methoden.

Wat is verdraaiing bij CNC-bewerkte stalen onderdelen?

Verdraaiing verwijst naar onbedoelde dimensionele vervorming veroorzaakt door restspanningen, thermische gradienten of ongelijkmatige materiaalafname.

Typische symptomen zijn:

• Vlakke platen die na afwerking buigen

• Lange assen die na ruwbewerking buigen

• Dunne wanden die tijdens het losmaken verdraaien

• Gaten die na warmtebehandeling niet meer rond zijn

In een zesmaandelijkse studie bij een leverancier van hydraulische apparatuur die AISI 1045-klephuizen bewerkte:

• Afval door vervorming daalde 28%

• Herbewerkingsuren daalden 34%

• Vlakheidafwijking verbeterd van 0,19 mm → 0,06 mm

—na de hieronder beschreven proceswijzigingen.

Waarom CNC-gefrezen stalen onderdelen verdraaien: de belangrijkste oorzaken

1. Restspanning in het grondmateriaal

Warmgewalste of gesmeed staalstaven bevatten vaak ingeklemde spanningen uit het vormgevings- en koelproces.

Wanneer het bewerken materiaal onevenmatig verwijdert, wordt de spanning opnieuw verdeeld—waardoor het onderdeel buigt.

Geobserveerd geval:
Het bewerken van gesmeed 4140-platen zonder spanningsverlichting resulteerde in 0,32 mm doorbuiging over een lengte van 400 mm na afwerking.

2. Warmteopbouw tijdens het snijden

Staal zet uit bij verhitting. Agressieve snijstrategieën of een onvoldoende koelvloeistofstroming veroorzaken thermische gradienten, met name bij:

• Diepe uitsparingen

• Dunne ribben

• Lange afwerkpassen

Thermografie tijdens een proefrun toonde een temperatuurverschil van 42 °C over een dunne flens—voldoende om meetbare vervorming te veroorzaken.

3. Onbalans in materiaalverwijdering

Het verwijderen van het grootste deel van de materiaalvoorraad aan één kant eerst zorgt ervoor dat interne spanningen asymmetrisch worden vrijgemaakt.

Dit komt veel voor bij:

• Behuizingonderdelen

• Structurele beugels

• Grote platen

4. Door de opspanvorning veroorzaakte vervorming

Te veel klemkracht op dunne stalen onderdelen kan deze elastisch vervormen. Bij het losmaken ‘veerden’ ze terug in een verdraaide vorm.

Krachtsensor-tests op vacuümopspanvorningen toonden aan dat een verlaging van de klemkracht met 35 % de vlakheidstolerantie na bewerking met de helft verminderde.

5. Warmtebehandeling na bewerking

Uitharden en temperen introduceren nieuwe spanningen als onderdelen onvoldoende worden ondersteund of als de materiaalvoorraad voor de nabewerking na warmtebehandeling onvoldoende is.

Hoe vervorming bij CNC-gefrezen stalen onderdelen te voorkomen

Verwijder eerst de spanning uit het materiaal

Voor kritieke onderdelen:

• Spanningsverlagend gloeien bij 550–650 °C voor koolstof-/gelegeerd staal

• Houdtijd: 1 uur per 25 mm dikte

• Geregeld afkoelen in de oven

Productieresultaat:
Spanningsverlaagde 4140-platen toonden 62% minder vervorming tijdens de eindbewerking.

Gebruik gebalanceerde ruwbewerkingsstrategieën

In plaats van één zijde volledig af te maken:

• Verwijder materiaal symmetrisch

• Wissel tussen vlakken

• Laat uniforme restafname (0,5–1,0 mm) voor de eindbewerking

CAM-sjablonen die deze aanpak implementeren, verminderden vlakheidstolerantiefouten met 45%in structurele onderdelen.

Optimaliseer snijparameters om warmte te verminderen

Verminder warmte-invoer zonder productiviteit in te boeten:

• Gebruik hoog-efficiënt freesbewerken (10–20% stapover, diepe axiale sneden)

• Scherpe inzetstukken met gepolijste randen

• AlTiN-coatings voor thermische stabiliteit

• Koelvloeistof onder hoge druk (50–80 bar)

Het gemeten aandrijfvermogen van de spindel daalde met 14 % en de oppervlaktetemperatuur daalde met 18 °C na optimalisatie.