Gia công thép bằng CNC: Cách loại bỏ các khuyết tật bề mặt

Mài mòn dụng cụ và rung động (chatter) là hai vấn đề tốn kém nhất và gây suy giảm chất lượng nghiêm trọng nhất trong Gia công thép bằng CNC . Chúng dẫn đến phế phẩm, độ bóng bề mặt kém, sai lệch kích thước và thời gian ngừng máy bất ngờ.

Dựa trên các thử nghiệm tại xưởng, các nghiên cứu điển hình trong sản xuất và dữ liệu cắt đo được, bài viết này giải thích cách ngăn ngừa mài mòn dụng cụ và rung động (chatter) khi gia công thép bằng CNC , bằng các phương pháp thực tiễn đã được kiểm chứng trong môi trường công nghiệp — chứ không phải lý thuyết chung chung.

---

Tại sao mài mòn dụng cụ và rung động (chatter) lại quan trọng trong gia công thép bằng CNC

Trong một cuộc kiểm toán sản xuất nội bộ năm 2025 tại một nhà cung cấp ô tô cấp 2 gia công trục thép 42CrMo4:

• Tỷ lệ phế phẩm giảm 31% sau khi loại bỏ hiện tượng rung động (chatter)

• Tuổi thọ dụng cụ tăng từ 220 lên 360 chi tiết trên mỗi đầu cắt

• Thời gian chu kỳ cải thiện 12% sau khi tối ưu hóa thông số

Nguyên nhân gốc rễ bao gồm:

• Độ ăn dao hướng kính quá lớn

• Lớp phủ dụng cụ không phù hợp

• Độ cứng vững không đủ trong các thiết lập có độ vươn dài

• Hàn chip trên thép carbon thấp

---

Nguyên nhân nào gây mài mòn dụng cụ nhanh trong gia công CNC thép?

1. Tốc độ cắt không phù hợp với mác thép

Các loại thép khác nhau có đặc tính ứng xử rất khác nhau:

Kết quả thực tế:
Giảm tốc độ bề mặt từ 210 → 165 m/phút trên thép 4140 làm tăng tuổi thọ mũi tiện lên 41%mà không làm giảm năng suất.

---

2. Lớp phủ dụng cụ không phù hợp

Việc lựa chọn lớp phủ dụng cụ rất quan trọng trong gia công thép bằng CNC:

• TiAlN / AlTiN → Độ ổn định ở nhiệt độ cao, lý tưởng cho gia công khô hoặc phun chất bôi trơn tối thiểu (MQL)

• TiCN → Khả năng chống mài mòn cho thép hợp kim

• PVD đa lớp → Cắt gián đoạn và phôi rèn

? Tránh sử dụng lớp phủ DLC tối ưu cho nhôm trên thép—sự bong tróc do mất độ bám dính xảy ra nhanh chóng.

---

3. Việc thoát phoi kém

Phoi dài và dai gây ra:

• Vỡ cạnh

• Tập trung nhiệt

• Trầy xước bề mặt

Giải pháp được áp dụng trong sản xuất:

• Chuyển sang hệ thống làm mát áp suất cao (70 bar)

• Sử dụng hình học lưỡi cắt phá phoi

• Tăng lượng phôi cấp vào 8–12% để làm dày các mảnh phoi

---

Điều gì gây ra hiện tượng rung động khi gia công cơ khí CNC các chi tiết thép?

Hiện tượng rung động là dao động tự kích thích, để lại các vệt sóng trên bề mặt chi tiết và làm hỏng dụng cụ.

Các nguyên nhân chính:

• Phần cán dao nhô ra quá dài (>4 lần đường kính)

• Độ cứng vững của trục chính thấp

• Các chi tiết thép có thành mỏng

• Chiều sâu cắt hướng kính quá lớn

---

Cách phòng ngừa hiện tượng rung động: Các phương pháp đã được kiểm chứng tại xưởng sản xuất

1. Thực hiện kiểm tra biểu đồ vùng ổn định (Stability Lobe Testing)

Một nhà thầu phụ trong lĩnh vực hàng không vũ trụ đã lập bản đồ độ ổn định của trục chính bằng cách thực hiện các phép cắt thử ở các tốc độ vòng quay (RPM) khác nhau.

Kết quả:

• Dải tốc độ tối ưu được xác định tại 4.600–5.200 RPM

• Độ nhám bề mặt Ra cải thiện từ 3,2 µm → 1,1 µm

• Loại bỏ hoàn toàn hiện tượng hỏng lưỡi cắt

---

2. Giảm mức độ ăn dao hướng kính

Chuyển từ 40% sang 12–18% bước dịch chuyển trong khi tăng chiều sâu cắt hướng trục đã đạt được:

• Tỷ lệ loại bỏ kim loại cao hơn

• Cắt ổn định

• Biên độ rung thấp hơn (giảm 55% được đo bằng cảm biến trục chính)

---

3. Rút ngắn cụm dụng cụ

Mỗi 10 mm nhô ra thêm đều làm tăng nguy cơ võng dụng cụ.

Các Thực Hiện Tốt Nhất:

• Sử dụng đồ gá kiểu co nhiệt hoặc thủy lực

• Chọn dao phay đầu ngắn

• Thêm thanh khoan giảm chấn cho công việc gia công lỗ trong (ID)

---

4. Điều chỉnh lượng chạy dao trên mỗi răng

Thay vì giảm vòng quay mỗi phút (RPM) trước tiên, hãy điều chỉnh tải phoi:

• Tăng fz từ 5–10% → đẩy dụng cụ vượt qua vùng cộng hưởng

• Tránh chà xát, vì điều này làm tăng tốc độ mài mòn

---

Chiến lược làm mát trong gia công thép bằng máy CNC

Việc lựa chọn chất làm mát ảnh hưởng trực tiếp đến kiểu mòn:

Kết quả đo được:
Việc chuyển sang phương pháp bôi trơn tối thiểu (MQL) khi gia công thép 4340 đã giảm tỷ lệ hỏng do nứt nhiệt xuống 27%trên ba tháng.

---

Danh sách kiểm tra từng bước để giảm mài mòn và rung động dụng cụ

Trước khi gia công:

• ✅ Xác minh mác thép và độ cứng

• ✅ Chọn lớp phủ phù hợp với tải nhiệt

• ✅ Giảm thiểu chiều dài phần dao nhô ra

• ✅ Chọn hình dạng rãnh phá chip

Trong quá trình cắt thử:

• ✅ Chạy quét tốc độ quay (RPM) để xác định vùng ổn định

• ✅ Đo độ nhám bề mặt (Ra) và độ rung

• ✅ Ghi lại tuổi thọ dụng cụ cho từng đầu dao

Sau khi tối ưu hóa:

• ✅ Chuẩn hóa các thông số trong phần mềm CAM

• ✅ Thêm các điểm kiểm tra

• ✅ Theo dõi tỷ lệ phế phẩm so với mốc chuẩn

---

Các câu hỏi thường gặp về gia công cơ khí CNC các chi tiết thép

Tuổi thọ của dụng cụ cacbua khi gia công thép là bao lâu?

Trong môi trường sản xuất, 250–500 chi tiết trên mỗi cạnh cắt là mức phổ biến đối với thép trung bình-cacbon khi các thông số đã được tối ưu hóa.

---

Phương pháp nhanh nhất để loại bỏ hiện tượng rung động là gì?

• Tăng tốc độ trục chính vào vùng lobe ổn định

• Giảm chiều sâu cắt hướng kính

• Rút ngắn cán kẹp dụng cụ

• Chuyển sang sử dụng dụng cụ giảm chấn

---

Liệu thép cứng hơn luôn làm mòn dụng cụ nhanh hơn?

Không nhất thiết—việc kiểm soát phoi kém và chu kỳ nhiệt thường gây hỏng dụng cụ nhanh hơn so với chỉ riêng độ cứng.