De ce se deformează piesele din oțel prelucrate prin frezare CNC și cum se poate preveni acest lucru

Deformarea este una dintre cele mai frustrante defecțiuni la Piesele din oțel prelucrate prin frezare CNC . Componentele care măsoară perfect pe mașină se îndoaie brusc după deschiderea dispozitivului de fixare, tratamentul termic sau chiar în timpul inspecției finale. Rezultatul: rebuturi, reprelucrări, întârzieri în livrare și plângeri ale clienților.

Pornind de la încercări reale efectuate pe linia de producție, proiecte de redesenare a dispozitivelor de fixare și date obținute din teste de tensiune termică în medii de producție, acest articol explică de ce se deformează piesele din oțel în timpul prelucrării prin frezare CNC — și exact cum se poate preveni acest fenomen folosind metode ingineresti dovedite.

Ce este deformarea în prelucrarea prin strunjire cu comandă numerică (CNC) a pieselor din oțel?

Deformarea se referă la distorsiune dimensională neintenționată cauzată de tensiunile reziduale, gradientele termice sau îndepărtarea neuniformă a materialului.

Simptome tipice includ:

• Încovoierea plăcilor plane după finisare

• Încovoierea arborelor lungi după operația de degroșare

• Răsucirea pereților subțiri în timpul desfixării

• Pierderea formei circulare a găurilor după tratamentul termic

Într-un studiu de 6 luni realizat la un furnizor de echipamente hidraulice care prelucrează corpuri de supape din oțel AISI 1045:

• Deșeurile legate de distorsiune au scăzut 28%

• Orele de reprelucrare au scăzut 34%

• Abaterea de planeitate s-a îmbunătățit de la 0,19 mm → 0,06 mm

—după modificările de proces descrise mai jos.

De ce se răsucește piesele din oțel prelucrate prin frezare CNC: principalele cauze

1. Tensiuni reziduale în materialul brut

Barele din oțel laminate la cald sau forjate conțin adesea tensiuni încorporate rezultate din formare și răcire.

Când prelucrarea elimină materialul în mod neuniform, tensiunile se redistribuie — provocând deformarea piesei.

Caz observat:
Prelucrarea plăcilor forjate din oțel 4140 fără relaxare a tensiunilor a condus la deformare în arc de 0,32 mm pe o lungime de 400 mm după finisare.

2. Încălzirea în timpul prelucrării

Oțelul se dilată la încălzire. Strategiile agresive de așchiere sau un debit insuficient de lichid de răcire creează gradienți termici, în special în:

• Goluri adânci

• Rigle subțiri

• Treceri lungi de finisare

Imagistica termică efectuată în timpul unui test a evidențiat o diferență de temperatură de 42 °C pe o flanșă subțire—suficient pentru a cauza o distorsionare măsurabilă.

3. Îndepărtarea neechilibrată a materialului

Îndepărtarea celei mai mari părți a adaosului de prelucrare de pe o singură parte în primul rând determină eliberarea asimetrică a tensiunilor interne.

Aceasta este frecventă în:

• Piese de carcasă

• Braițe structurale

• Plăci mari

4. Distorsionare indusă de dispozitivul de fixare

Strângerea excesivă a componentelor subțiri din oțel poate duce la deformarea lor elastică. La eliberare, acestea „se întorc” în forme încovoiate.

Testele efectuate cu senzori de forță pe dispozitivele de fixare cu vid au arătat că reducerea sarcinii de strângere cu 35% reduce la jumătate eroarea de planitate după prelucrare.

5. Tratament termic aplicat după prelucrare

Tratamentul termic de călire și revenire introduce tensiuni noi dacă piesele nu sunt susținute corespunzător sau dacă adaosul de prelucrare mecanică este insuficient pentru finisarea ulterioară după tratamentul termic.

Cum să preveniți deformarea pieselor din oțel prelucrate prin frezare CNC

Eliberați mai întâi materialul de tensiuni

Pentru componente critice:

• Recoacere de eliminare a tensiunilor la 550–650 °C pentru oțelurile carbon și aliate

• Mențineți timp de 1 oră pentru fiecare 25 mm grosime

• Răcire controlată în cuptor

Rezultatul în producție:
Plăcile din oțel 4140 supuse tratamentului de eliminare a tensiunilor au arătat 62 % mai puțină deformare în timpul prelucrării finale.

Utilizați strategii echilibrate de degroșare

În loc să finalizați complet o singură față:

• Eliminați materialul în mod simetric

• Alternați fețele

• Lăsați un adaos uniform (0,5–1,0 mm) pentru finisare

Șabloanele CAM care implementează această abordare au redus erorile de planeitate cu 45%în piesele structurale.

Optimizați parametrii de așchiere pentru reducerea căldurii

Reduceți aportul de căldură fără a sacrifica productivitatea:

• Utilizați frezarea de înaltă eficiență (suprapunere de 10–20%, tăieturi axiale profunde)

• Plăcuțe ascuțite cu muchii lustruite

• Straturi de acoperire AlTiN pentru stabilitate termică

• Răcire cu presiune ridicată (50–80 bar)

Consumul măsurat de putere al arborelui s-a redus cu 14 %, iar temperatura de suprafață a scăzut cu 18 °C după optimizare.