Tại sao các chi tiết thép gia công CNC bị cong vênh và cách phòng ngừa

Hiện tượng cong vênh là một trong những khuyết tật gây khó chịu nhất trong Các chi tiết thép gia công CNC . Các chi tiết đo đạt chính xác tuyệt đối trên máy đột nhiên bị cong sau khi tháo khỏi đồ gá, sau nhiệt luyện hoặc thậm chí ngay trong quá trình kiểm tra cuối cùng. Hậu quả là phế phẩm, phải gia công lại, chậm giao hàng và khiếu nại từ khách hàng.

Dựa trên các thử nghiệm thực tế tại xưởng sản xuất, các dự án thiết kế lại đồ gá và dữ liệu thử nghiệm ứng suất nhiệt thu thập từ môi trường sản xuất, bài viết này giải thích tại sao các chi tiết thép bị cong vênh trong quá trình gia công CNC—và chính xác cách phòng ngừa hiện tượng này bằng các phương pháp kỹ thuật đã được kiểm chứng.

Hiện tượng cong vênh trong gia công CNC các chi tiết thép là gì?

Cong vênh đề cập đến sự biến dạng kích thước không mong muốn gây ra bởi ứng suất dư, gradient nhiệt hoặc việc loại bỏ vật liệu không đồng đều.

Các triệu chứng điển hình bao gồm:

• Các tấm phẳng cong vênh sau khi gia công xong

• Các trục dài bị cong sau khi tiện thô

• Các thành mỏng xoắn vặn trong quá trình tháo kẹp

• Các lỗ mất độ tròn sau khi tôi nhiệt

Trong một nghiên cứu kéo dài 6 tháng tại nhà cung cấp thiết bị thủy lực gia công thân van AISI 1045:

• Tỷ lệ phế phẩm do biến dạng giảm 28%

• Số giờ gia công lại giảm 34%

• Độ sai lệch độ phẳng cải thiện từ 0,19 mm → 0,06 mm

—sau các thay đổi quy trình được mô tả bên dưới.

Tại sao các chi tiết thép gia công CNC bị cong vênh: Nguyên nhân chính

1. Ứng suất dư trong vật liệu thô

Các thanh thép cán nóng hoặc rèn thường chứa ứng suất nội tồn tại do quá trình tạo hình và làm nguội.

Khi gia công loại bỏ vật liệu một cách không đồng đều, ứng suất sẽ phân bố lại—gây ra hiện tượng cong vênh của chi tiết.

Trường hợp quan sát được:
Việc gia công các tấm thép rèn 4140 mà không thực hiện xử lý khử ứng suất dẫn đến độ võng 0,32 mm trên chiều dài 400 mm sau khi hoàn tất.

2. Tăng nhiệt trong quá trình cắt

Thép giãn nở khi bị đun nóng. Các chiến lược cắt mạnh hoặc lưu lượng chất làm mát kém tạo ra gradient nhiệt, đặc biệt ở các vị trí sau:

• Các rãnh sâu

• Các gân mỏng

• Các bước gia công tinh dài

Hình ảnh nhiệt thu được trong một ca chạy thử cho thấy chênh lệch nhiệt độ 42°C trên một mặt bích mỏng—đủ để gây ra biến dạng có thể đo được.

3. Việc loại bỏ vật liệu không cân bằng

Loại bỏ phần lớn phôi từ một phía trước tiên khiến ứng suất nội tại giải phóng một cách bất đối xứng.

Điều này phổ biến ở:

• Các bộ phận nhà ở

• Giá đỡ kết cấu

• Các tấm lớn

4. Biến dạng do đồ gá gây ra

Việc kẹp quá chặt các chi tiết thép mỏng có thể làm chúng biến dạng đàn hồi. Khi tháo lực kẹp, chúng sẽ 'đàn hồi trở lại' thành các hình dạng cong vênh.

Kết quả kiểm tra bằng cảm biến lực trên đồ gá chân không cho thấy việc giảm tải trọng kẹp đi 35% sẽ làm giảm một nửa sai số độ phẳng sau gia công.

5. Nhiệt luyện sau khi gia công

Tôi luyện và ram có thể tạo ra ứng suất mới nếu chi tiết không được đỡ đúng cách hoặc nếu lượng dư gia công không đủ để hoàn thiện sau nhiệt luyện.

Cách ngăn ngừa hiện tượng cong vênh ở các chi tiết thép gia công CNC

Giảm ứng suất trong vật liệu trước tiên

Đối với các thành phần quan trọng:

• Ủ giảm ứng suất ở nhiệt độ 550–650°C đối với thép carbon/thép hợp kim

• Giữ nhiệt trong 1 giờ cho mỗi 25 mm độ dày

• Làm nguội lò có kiểm soát

Kết quả sản xuất:
Các tấm thép 4140 đã được ủ giảm ứng suất cho thấy độ biến dạng giảm 62% trong quá trình gia công tinh.

Sử dụng Chiến lược Phay Thô Cân Bằng

Thay vì hoàn tất gia công toàn bộ một mặt:

• Loại bỏ vật liệu một cách đối xứng

• Gia công luân phiên các bề mặt

• Chừa lại lượng dư đồng đều (0,5–1,0 mm) cho nguyên công tinh

Các mẫu CAM áp dụng phương pháp này đã giảm sai lệch độ phẳng đi 45%trong các chi tiết kết cấu.

Tối ưu hóa thông số cắt để giảm nhiệt

Giảm lượng nhiệt đưa vào mà không làm giảm năng suất:

• Sử dụng phay hiệu suất cao (độ ăn dao ngang 10–20%, cắt sâu theo phương trục)

• Lưỡi dao sắc bén có cạnh được đánh bóng

• Lớp phủ AlTiN nhằm đảm bảo ổn định nhiệt

• Dung dịch làm mát áp suất cao (50–80 bar)

Công suất tiêu thụ đo được của trục chính giảm 14%, và nhiệt độ bề mặt giảm 18°C sau khi tối ưu hóa.