Obróbka aluminium CNC odkształcenia „wielka bitwa” – praktyczne umiejętności, które pomogą Ci w dokładnej obróbce

W procesie obróbki aluminium CNC, przypadkowe odkształcenia stanowią częsty i dotkliwy problem. Deformacje nie tylko wpływają na dokładność wymiarową i jakość wyglądu produktów aluminiowych, ale mogą również prowadzić do tego, że produkt nie będzie spełniał wymagań projektowych, a nawet stanie się odpadem. Przynosi to ogromne straty ekonomiczne przedsiębiorstwom produkcyjnym, a także negatywnie wpływa na wydajność produkcji i konkurencyjność rynkową produktów.

Na przykład, w produkcji niektórych precyzyjnych instrumentów i produktów elektronicznych, dokładność wymiarowa elementów aluminiowych jest bardzo wysoka. Nieoczekiwane odkształcenie podczas obróbki może spowodować, że części nie zmontują się prawidłowo, co wpłynie na wydajność i niezawodność całego produktu. Ponadto odkształcenia mogą również powodować nierówny wygląd, zniekształcenia i inne problemy na powierzchni produktów aluminiowych, co obniża jakość produktu i negatywnie wpływa na chęć zakupu ze strony konsumentów.

Kupuj dla firm

66 dostępnych kuponów

Kupuj dla firm

66 dostępnych kuponów

Kupuj dla firm

66 dostępnych kuponów

Naprężenia szczątkowe puste

Naprężenia szczątkowe w wykroju powstają głównie w wyniku superpozycji naprężeń spowodowanych nierównomiernym odkształceniem podczas hartowania i wytłaczania profili. Podczas hartowania stop aluminium wytwarza duże naprężenia szczątkowe cieplne i strukturalne. Jednocześnie, w procesie wytłaczania, ze względu na nierównomierne naprężenie każdej części, powstają również naprężenia. Naprężenia te nakładają się na siebie, tworząc naprężenia szczątkowe w wykroju.

Naprężenia szczątkowe w wykrojce mają duży wpływ na obróbkę. Z powodu naprężeń wewnątrz wykroju, podczas obróbki, gdy materiał jest usuwany poprzez skrawanie, naprężenia te ulegają redystrybucji, co powoduje odkształcenie przedmiotu obrabianego. Odkształcenie to może wpłynąć na dokładność wymiarową i jakość powierzchni części, a nawet uniemożliwić spełnienie wymagań projektowych.

Przetwarzanie stresu

Główne przyczyny stresu związanego z przetwarzaniem są następujące:

1. Asymetria w procesie skrawania: Asymetria w procesie skrawania prowadzi do nierównomiernej siły skrawania, co skutkuje odkształceniem przedmiotu obrabianego. Na przykład, gdy naddatek na skrawanie jest duży, tempo usuwania materiału jest wysokie, a naprężenia podczas obróbki są duże. Ponadto, krótki okres obróbki powoduje, że naprężenia szczątkowe nie są uwalniane, co powoduje ich niezrównoważenie w całym profilu, a w rezultacie odkształcenie przedmiotu obrabianego.
2. Niska sztywność przedmiotu obrabianego: niska sztywność przedmiotu obrabianego powoduje nierównomierne cięcie i siłę zacisku, co prowadzi do odkształceń. W przypadku niektórych części o cienkich ściankach i niskiej sztywności, takich jak aluminiowe cienkościenne elementy skorupowe, odkształcenia występują częściej podczas procesu cięcia.
3. Różna kolejność obróbki: Różna kolejność obróbki powoduje asymetryczne uwalnianie naprężeń szczątkowych, co prowadzi do odkształcenia przedmiotu obrabianego. Na przykład, obróbka najpierw jednej części, a następnie drugiej, może prowadzić do nierównomiernego rozkładu naprężeń, co z kolei powoduje odkształcenie.

Optymalizacja narzędzi

W obróbce aluminium CNC deformacje części można skutecznie ograniczyć poprzez dobór odpowiednich parametrów narzędzia i kontrolowanie jego zużycia. W szczególności można to zoptymalizować pod kątem następujących aspektów:

1. Kąt spirali: Kąt spirali powinien być jak największy, co poprawia stabilność frezowania i zmniejsza siłę frezowania. Na przykład, w praktyce, większy kąt spirali może zwiększyć stabilność procesu skrawania i zmniejszyć odkształcenia części spowodowane nadmierną siłą skrawania.
2. Kąt natarcia: Rozsądna konfiguracja kąta natarcia pozwala zachować wytrzymałość ostrza, zmniejszyć zużycie ostrej krawędzi i zapewnić płynne usuwanie wiórów, zmniejszając tym samym siłę skrawania. Zasadniczo nie zaleca się stosowania narzędzi o ujemnym kącie natarcia, ponieważ zwiększa on siłę skrawania i ryzyko odkształcenia elementu.
3. Kąt odchylenia ostrza: Wielkość kąta odchylenia ostrza ma istotny wpływ na jakość obróbki i zużycie powierzchni tylnej narzędzia. Podczas frezowania zgrubnego kąt odchylenia ostrza powinien być mniejszy, ponieważ prędkość skrawania jest duża, obciążenie skrawające jest duże i wymagane są lepsze warunki odprowadzania ciepła przez narzędzie. W przypadku frezowania precyzyjnego kąt odchylenia ostrza powinien być większy, aby uzyskać ostrą krawędź, zmniejszyć tarcie między narzędziem a powierzchnią obrabianą i ograniczyć odkształcenia sprężyste.
4. Kąt ugięcia: Zmniejszenie kąta ugięcia może poprawić odprowadzanie ciepła i obniżyć średnią temperaturę obróbki. Prawidłowy kąt ugięcia może poprawić rozprowadzanie ciepła podczas obróbki i zmniejszyć odkształcenia części spowodowane akumulacją ciepła.
5. Kontrola zużycia narzędzia: Wraz ze zużyciem narzędzia wzrasta chropowatość powierzchni przedmiotu obrabianego, co prowadzi do wzrostu temperatury przedmiotu obrabianego i deformacji części. Dlatego należy stosować narzędzia o wysokiej odporności na zużycie, a stopień zużycia narzędzia nie powinien przekraczać 0,2 mm, aby uniknąć tworzenia się grudek. Jednocześnie, przed użyciem nowego narzędzia, zadziory i ząbki na zębach noża można delikatnie naostrzyć drobnym kamieniem, tak aby chropowatość krawędzi skrawającej narzędzia osiągnęła Ra = 0,4 μm, minimalizując ryzyko deformacji.

Właściwe metody przetwarzania

Aby zmniejszyć ryzyko odkształcenia części, można zastosować następujące techniki przetwarzania:

1. Obróbka symetryczna: obróbka symetryczna pozwala skutecznie odprowadzać ciepło podczas obróbki CNC stopów aluminium, zapobiegając nadmiernemu gromadzeniu się ciepła wokół elementów, a tym samym zmniejszając ryzyko odkształceń termicznych. W przypadku elementów o dużym naddatku obróbki, obróbka symetryczna zapewnia lepsze warunki odprowadzania ciepła i zapobiega jego koncentracji. Na przykład, blacha o grubości 90 mm musi zostać obrobiona do grubości 60 mm. Zastosowanie wielokrotnej obróbki symetrycznej z podawaniem, dwukrotnej obróbki z każdej strony do rozmiaru końcowego, może zapewnić większą precyzję płaskości, w porównaniu z jednorazową obróbką do rozmiaru końcowego, co może skutecznie zmniejszyć odkształcenia.
2. Obróbka warstwowa: w przypadku detali z wieloma gniazdami, ze względu na nierównomierne rozłożenie siły na płycie, można zastosować obróbkę warstwową. Detale są najpierw dzielone na kilka warstw, a następnie obrabiane warstwa po warstwie do uzyskania wymaganego rozmiaru. W ten sposób siła przyłożona w procesie obróbki CNC stopów aluminium jest bardziej równomierna, a ryzyko odkształcenia jest mniejsze niż w przypadku obróbki bezpośredniej.
3. Wiercenie wstępne i frezowanie: Elementy z wnękami mogą napotykać problemy na etapie frezowania, takie jak nierównomierne wióry, generowanie ciepła prowadzące do odkształceń rozszerzalnościowych elementu lub pękanie narzędzia. Problemy te można rozwiązać poprzez wstępne wiercenie, a następnie frezowanie. Wywierć otwory narzędziem nieco większym niż frez, aby zapewnić miejsce na materiał skrawający, dzięki czemu wióry zostaną równomiernie usunięte z surowego aluminium, a następnie wykonaj frezowanie.
4. Stosuj różne metody frezowania: obróbka CNC stopów aluminium obejmuje dwie metody: zgrubną i wykańczającą. Obróbka zgrubna pozwala na skrawanie półfabrykatów w najkrótszym czasie i z najwyższą prędkością, koncentrując się na szybkości usuwania materiału i wydajności obróbki. Obróbka wykańczająca wymaga bardziej precyzyjnej obróbki i jakości powierzchni, z naciskiem na jakość frezowania. Rozsądne zastosowanie tych dwóch metod może znacząco wpłynąć na szybkość odkształcania detali.

Rozsądne parametry cięcia

Wybór odpowiednich parametrów skrawania może zmniejszyć siłę skrawania i ciepło skrawania, a także uniknąć deformacji części spowodowanych nadmierną siłą skrawania i nadmiernym ciepłem. Spośród trzech elementów parametrów skrawania, ilość ostrza narzędzia skrawającego ma duży wpływ na siłę skrawania. Gdy naddatek obróbki jest zbyt duży, siła skrawania narzędzia jest zbyt duża, co nie tylko odkształci części, ale także wpłynie na sztywność wrzeciona obrabiarki i zmniejszy trwałość narzędzia. Dlatego metoda frezowania wysokoobrotowego może być stosowana w celu jednoczesnego zmniejszenia ilości ostrza narzędzia skrawającego, poprawy posuwu i prędkości maszyny, zmniejszając w ten sposób siłę skrawania i zapewniając wydajność obróbki. Na przykład, prędkość skrawania może być kontrolowana w zakresie 250 ~ 300 m/min, prędkość posuwu wynosi 300 ~ 400 mm/min, ilość ostrza narzędzia skrawającego przy frezowaniu zgrubnym ap = 0,5 mm, a ilość ostrza narzędzia skrawającego przy frezowaniu precyzyjnym ap = 0,1 ~ 0,2 mm.

Metoda zaciskania jest odpowiednia

Podczas obróbki cienkościennych części aluminiowych, niewłaściwa metoda mocowania może łatwo spowodować deformację ścianek. Aby zmniejszyć to ryzyko, można poluzować tłoczony element przed wykonaniem ostatecznego elementu, zwalniając nacisk, pozwalając elementowi powrócić do pierwotnego kształtu, a następnie ponownie przyłożyć nacisk. Drugi przyłożony nacisk powinien działać na powierzchnię nośną, w kierunku najbardziej sztywnym, a siła powinna być wystarczająca, aby utrzymać stabilność przedmiotu obrabianego podczas obróbki. W przypadku cienkościennych części tulei wału, metoda mocowania promieniowego otworu wewnętrznego może być zastosowana do zlokalizowania wewnętrznego gwintu części, wykonania gwintowanego czopu wału, włożenia wewnętrznego gwintu części, dociśnięcia otworu wewnętrznego za pomocą płytki pokrywy, a następnie dokręcenia go nakrętką, aby uniknąć deformacji mocowania podczas obróbki zewnętrznego okręgu. W przypadku cienkościennych blach można zastosować przyssawkę próżniową, aby uzyskać równomierną adsorpcję siły zacisku, przetwarzając je przy użyciu niewielkiej ilości materiału lub stosując metodę napełniania, wtryskując do obrabianego przedmiotu roztopiony mocznik zawierający 3–6% azotanu potasu, aby poprawić sztywność obróbki, a następnie zanurzać obrabiany przedmiot w wodzie lub alkoholu po przetworzeniu w celu rozpuszczenia wypełniacza.

W procesie obróbki aluminium CNC przypadkowe odkształcenia stanowią problem wymagający szczególnej uwagi. Analiza przyczyn odkształceń i podjęcie odpowiednich środków zapobiegawczych pozwala skutecznie ich uniknąć.

Przede wszystkim, naprężenia szczątkowe w wykrojach i naprężenia podczas obróbki są głównymi przyczynami odkształceń aluminium podczas obróbki. Naprężenia szczątkowe w wykrojach powstają głównie w wyniku nakładania się naprężeń spowodowanych nierównomiernym odkształceniem podczas hartowania i wyciskania. Naprężenia podczas obróbki mogą być spowodowane czynnikami takimi jak asymetria skrawania, niska sztywność przedmiotu obrabianego i nierównomierna kolejność obróbki. Zrozumienie tych przyczyn pomoże nam podjąć ukierunkowane środki zapobiegawcze.

Po drugie, ryzyko odkształcenia aluminium można skutecznie zmniejszyć dzięki optymalizacji narzędzi, właściwym metodom obróbki, rozsądnym parametrom skrawania i właściwym metodom mocowania. Pod względem optymalizacji narzędzi, wybór odpowiedniego kąta spirali, kąta czołowego, kąta tylnego, kąta ugięcia i kontrolowanie zużycia narzędzia może zmniejszyć siłę skrawania i ciepło skrawania oraz zmniejszyć odkształcenie części. Pod względem metod obróbki, obróbka symetryczna, obróbka technologią warstwową, wiercenie wstępne i frezowanie oraz zastosowanie różnych metod frezowania i innych umiejętności może uczynić obróbkę bardziej stabilną i zmniejszyć występowanie odkształceń. Rozsądny dobór parametrów skrawania, zmniejszenie siły skrawania i ciepła skrawania, unikanie części z powodu nadmiernej siły skrawania i odkształcenia cieplnego. Pod względem metod mocowania, w przypadku cienkościennych części aluminiowych, ryzyko odkształcenia ścianek można zmniejszyć, stosując odpowiednie metody mocowania.

Krótko mówiąc, unikanie przypadkowych odkształceń w obróbce aluminium CNC ma istotne znaczenie praktyczne dla poprawy jakości produktu, obniżenia kosztów produkcji i zwiększenia konkurencyjności przedsiębiorstwa. W rzeczywistej produkcji powinniśmy kompleksowo stosować te metody, odpowiednio do konkretnej sytuacji, oraz stale badać i wprowadzać innowacje, aby zapewnić stabilność i niezawodność obróbki aluminium.