Prelucrarea prin frezare CNC a pieselor din oțel: Cum se elimină defectele de suprafață

Uzura sculelor și vibrațiile (chatter) sunt două dintre cele mai costisitoare și dăunătoare probleme pentru calitate în Prelucrarea pieselor din oțel prin strunjire CNC . Ele conduc la rebuturi, finisare slabă a suprafeței, derivă dimensională și opriri neplanificate ale producției.

Pe baza încercărilor efectuate direct pe linia de producție, studiilor de caz privind producția și a datelor măsurate privind așchierea, acest articol explică cum se previn uzura sculelor și vibrațiile (chatter) în timpul prelucrării pieselor din oțel prin strunjire CNC , folosind metode practice dovedite în medii industriale — nu teorie generală.

---

De ce sunt importante uzura sculelor și vibrațiile (chatter) în prelucrarea pieselor din oțel prin strunjire CNC

Într-un audit intern de producție din 2025 realizat la un furnizor auto de nivel 2 care prelucrează arborele din oțel 42CrMo4:

• Rata de rebuturi a scăzut cu 31% după eliminarea vibrațiilor

• Durata de viață a sculei a crescut de la 220 la 360 de piese pe placă insertabilă

• Timpul de ciclu s-a îmbunătățit cu 12% după optimizarea parametrilor

Cauzele rădăcină au fost:

• Angajament radial excesiv

• Strat de acoperire incorect al sculei

• Rigiditate insuficientă în configurațiile cu braț lung

• Lipirea așchiilor pe oțelurile cu conținut scăzut de carbon

---

Ce cauzează uzură rapidă a sculelor în prelucrarea CNC a oțelului?

1. Viteză de așchiere incorectă pentru calitatea de oțel

Oțelurile diferite se comportă foarte diferit:

Rezultat din teren:
Reducerea vitezei de așchiere de la 210 → 165 m/min pe oțel 4140 a crescut durata de viață a placuței cu 41%fără a compromite debitul de prelucrare.

---

2. Înveliș incorect al sculei

Alegerea învelișului este esențială pentru prelucrarea pieselor din oțel prin frezare CNC:

• TiAlN / AlTiN → Stabilitate la temperaturi ridicate, ideal pentru prelucrare uscată sau cu lubrifiere minimă (MQL)

• TiCN → Rezistență la uzură prin abraziune pentru oțelurile aliate

• Depozitare PVD multicouche → Tăieri intermitente și semifabricate forjate

? Evitați utilizarea învelișurilor DLC optimizate pentru aluminiu pe oțel — aderența se pierde rapid.

---

3. Evacuare slabă a așchiilor

Așchiile lungi și filamentare provoacă:

• Ciupirea marginilor

• Concentrarea căldurii

• Scratch-uri pe suprafață

Soluție utilizată în producție:

• Trecerea la răcire cu presiune ridicată (70 bar)

• Utilizarea geometriilor de frângere a așchiilor

• Creșterea avansului cu 8–12 % pentru îngroșarea așchiilor

---

Ce declanșează vibrațiile (chatter) în timpul prelucrării pieselor din oțel prin strunjire CNC?

Vibrațiile (chatter) sunt vibrații auto-excitante care lasă urme ondulate pe suprafețe și distrug sculele.

Principalele cauze:

• Înălțimea părții active a sculei > 4× diametrul

• Rigiditate redusă a arborelui principal

• Componente din oțel cu pereți subțiri

• Adâncime radială de așchiere agresivă

---

Cum se previn vibrațiile (chatter): metode dovedite în atelier

1. Aplicați testarea lobilor de stabilitate

Un subcontractant din domeniul aerospace a cartografiat stabilitatea arborelui principal efectuând tăieturi de probă la turații variabile.

Rezultatul:

• Bandă de viteză optimă identificată la 4.600–5.200 rpm

• Rugozitatea suprafeței Ra îmbunătățită de la 3,2 µm → 1,1 µm

• Defecțiunea insertului eliminată

---

2. Reducerea angrenării radiale

Trecerea de la 40% la pas de suprapunere de 12–18% în timp ce creșterea adâncimii axiale a permis:

• Rată mai mare de îndepărtare a metalului

• Așchiere stabilă

• Amplitudine mai mică a vibrației (−55 % măsurată prin senzori montați pe arborele principal)

---

3. Scurtarea ansamblului de sculă

Fiecare 10 mm suplimentari de consolă cresc riscul de deformare.

Cele mai bune practici:

• Utilizați dispozitive de fixare prin contracție termică sau hidraulice

• Alegeți freze cilindrice cu lungime redusă

• Adăugați bare de strunjire amortizate pentru prelucrarea interiorului pieselor

---

4. Modificarea avansului pe dinte

În loc să reduceți mai întâi turația, ajustați încărcarea pe dinte:

• Creșteți fz cu 5–10 % → forțează scula să depășească regimul de rezonanță

• Evitați alunecarea, care accelerează uzura

---

Strategia de răcire pentru prelucrarea pieselor din oțel pe mașini-unelte cu comandă numerică (CNC)

Alegerea lichidului de răcire influențează direct modelele de uzură:

Rezultat măsurat:
Trecerea la lubrificare cu cantități minime (MQL) pe oțel 4340 a redus defecțiunile cauzate de fisurarea termică cu 27%peste trei luni.

---

Listă de verificare pas cu pas pentru reducerea uzurii sculelor și a vibrațiilor

Înainte de prelucrare:

• ✅ Verificați calitatea oțelului și duritatea acestuia

• ✅ Alegeți un strat de acoperire potrivit pentru sarcina termică

• ✅ Minimizați lungimea în consolă a sculei

• ✅ Alegeți geometria frântorului de așchii

În timpul încercărilor de prelucrare:

• ✅ Efectuați o scanare a turațiilor (RPM) pentru identificarea zonei stabile

• ✅ Măsurați rugozitatea (Ra) și vibrațiile

• ✅ Înregistrați durata de viață a sculei pentru fiecare placuță

După optimizare:

• ✅ Standardizarea parametrilor în CAM

• ✅ Adăugarea punctelor de inspecție

• ✅ Monitorizarea deșeurilor față de valoarea de referință

---

Întrebări frecvente despre prelucrarea prin strunjire CNC a pieselor din oțel

Cât de mult timp ar trebui să reziste sculele din carburi la prelucrarea oțelului?

În medii de producție, 250–500 de piese pe muchie este o valoare obișnuită pentru oțelurile cu conținut mediu de carbon, atunci când parametrii sunt optimizați.

---

Care este calea cea mai rapidă de a opri vibrațiile (chatter)?

• Creșteți viteza axului într-un lob stabil

• Reduceți adâncimea radială

• Scurtați suportul sculei

• Treceți la scule amortizate

---

Oțelul mai dur îmbunătățește întotdeauna uzura sculelor mai rapid?

Nu neapărat — controlul deficitar al așchiilor și ciclurile termice provoacă adesea o deteriorare mai rapidă decât duritatea în sine.