Gia công nhôm CNC biến dạng “trận chiến lớn” – kỹ năng thực tế giúp bạn gia công chính xác

Trong quá trình gia công nhôm CNC, biến dạng ngẫu nhiên là một vấn đề thường gặp và nhức nhối. Biến dạng không chỉ ảnh hưởng đến độ chính xác về kích thước và chất lượng bề ngoài của sản phẩm nhôm mà còn có thể dẫn đến sản phẩm không thể đáp ứng yêu cầu thiết kế hoặc thậm chí bị phế liệu. Điều này đã gây thiệt hại lớn về kinh tế cho các doanh nghiệp sản xuất, đồng thời ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất và khả năng cạnh tranh trên thị trường của sản phẩm.

Ví dụ, trong sản xuất một số dụng cụ chính xác và sản phẩm điện tử, độ chính xác kích thước của các bộ phận bằng nhôm rất cao. Nếu biến dạng không mong muốn xảy ra trong quá trình xử lý, nó có thể khiến các bộ phận không thể lắp ráp bình thường, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của toàn bộ sản phẩm. Ngoài ra, biến dạng cũng có thể làm cho bề mặt của sản phẩm nhôm có vẻ không đồng đều, méo mó và các vấn đề khác, làm giảm vẻ ngoài của chất lượng sản phẩm, ảnh hưởng đến ý định mua hàng của người tiêu dùng.

Mua sắm cho doanh nghiệp

66 phiếu giảm giá có sẵn

Mua sắm cho doanh nghiệp

66 phiếu giảm giá có sẵn

Mua sắm cho doanh nghiệp

66 phiếu giảm giá có sẵn

Ứng suất dư trống

Ứng suất dư trống chủ yếu được hình thành do sự chồng chất của ứng suất gây ra bởi biến dạng không đồng đều trong quá trình làm nguội và ép đùn các cấu hình. Trong quá trình làm nguội, hợp kim nhôm sẽ hình thành ứng suất nhiệt dư và ứng suất cấu trúc lớn. Đồng thời, trong quá trình ép đùn, do ứng suất của từng bộ phận không đồng đều nên cũng sẽ sinh ra ứng suất. Các ứng suất này chồng lên nhau tạo thành ứng suất dư trống.

Ứng suất dư của phôi có ảnh hưởng lớn đến quá trình gia công. Do ứng suất bên trong phôi, trong quá trình gia công, khi vật liệu bị loại bỏ khi cắt, ứng suất sẽ được phân phối lại dẫn đến biến dạng của phôi. Biến dạng này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác về kích thước và chất lượng bề mặt của các bộ phận, thậm chí có thể khiến các bộ phận không thể đáp ứng yêu cầu thiết kế.

Xử lý căng thẳng

Những lý do chính gây ra căng thẳng trong quá trình xử lý như sau:

1. Sự bất đối xứng trong quá trình cắt : Sự không đối xứng trong quá trình cắt sẽ dẫn đến lực cắt không đồng đều dẫn đến biến dạng phôi. Ví dụ, khi lượng cắt cho phép lớn, tốc độ loại bỏ vật liệu cao và áp lực xử lý lớn. Hơn nữa, khoảng thời gian xử lý ngắn, do đó ứng suất dư không được giải phóng, ứng suất dư mất cân bằng trên mặt cắt tổng thể và sau đó gây ra biến dạng phôi.
2. Độ cứng phôi kém : Độ cứng của phôi kém sẽ gây ra lực cắt và kẹp không đồng đều, dẫn đến biến dạng. Đối với một số bộ phận có thành mỏng và độ cứng kém, chẳng hạn như các bộ phận vỏ có thành mỏng bằng nhôm, dễ xảy ra biến dạng trong quá trình cắt.
3. Trình tự xử lý khác nhau : trình tự xử lý khác nhau sẽ khiến ứng suất dư được giải phóng không đối xứng, dẫn đến biến dạng phôi. Ví dụ, gia công một bộ phận trước rồi mới gia công bộ phận khác có thể dẫn đến sự phân bố ứng suất không đồng đều, từ đó gây ra biến dạng.

Tối ưu hóa công cụ

Trong gia công nhôm CNC, biến dạng của các bộ phận có thể được giảm một cách hiệu quả bằng cách chọn các thông số dao chính xác và kiểm soát độ mòn của dao. Cụ thể, nó có thể được tối ưu hóa từ các khía cạnh sau:

1. Góc xoắn ốc : Góc xoắn ốc phải càng lớn càng tốt, điều này có thể cải thiện độ ổn định khi phay và giảm lực phay. Ví dụ, trong quá trình xử lý thực tế, Góc xoắn ốc lớn hơn có thể làm cho quá trình cắt ổn định hơn và giảm biến dạng của các bộ phận do lực cắt quá mức gây ra.
2. Góc trước : Cấu hình hợp lý của Góc phía trước có thể duy trì độ bền của lưỡi dao, giảm độ mòn của cạnh sắc, đảm bảo loại bỏ phoi trơn tru, từ đó giảm lực cắt. Nói chung, không nên sử dụng công cụ Góc phía trước âm, vì Góc phía trước âm sẽ làm tăng lực cắt và tăng nguy cơ biến dạng bộ phận.
3. Góc quay lại : Kích thước của Góc sau có tác động quan trọng đến chất lượng gia công và độ mòn bề mặt dụng cụ phía sau. Trong phay thô, Góc sau phải được chọn nhỏ hơn, vì tốc độ cắt lớn, tải trọng cắt lớn và cần có điều kiện tản nhiệt của dụng cụ tốt hơn. Để phay chính xác, nên chọn Góc sau lớn hơn để làm cho cạnh sắc nét, giảm ma sát giữa dụng cụ và bề mặt gia công và giảm biến dạng đàn hồi.
4. Góc lệch : Giảm góc lệch có thể tăng cường khả năng tản nhiệt và giảm nhiệt độ xử lý trung bình. Góc lệch thích hợp có thể cải thiện sự phân bổ nhiệt trong quá trình xử lý và giảm biến dạng của các bộ phận do tích tụ nhiệt.
5. Kiểm soát mài mòn dụng cụ : Với sự mài mòn của dụng cụ, độ nhám bề mặt phôi tăng lên, điều này sẽ dẫn đến nhiệt độ phôi tăng lên và sau đó gây biến dạng các bộ phận. Vì vậy, nên sử dụng những dụng cụ có khả năng chống mài mòn tốt và mức độ mòn của dụng cụ không được vượt quá 0,2 mm để tránh hình thành các nốt sần. Đồng thời, trước khi sử dụng dụng cụ mới, có thể mài nhẹ các đường gờ và răng cưa của răng dao bằng đá mịn để độ nhám của lưỡi cắt của dụng cụ có thể đạt Ra=0.4μm, giảm thiểu khả năng biến dạng khi cắt.

Phương pháp xử lý thích hợp

Để giảm nguy cơ biến dạng bộ phận, có thể sử dụng các kỹ thuật xử lý sau:

1. Xử lý đối xứng : xử lý đối xứng có thể tản nhiệt hiệu quả trong quá trình gia công CNC bằng hợp kim nhôm, ngăn ngừa sự tích tụ nhiệt quá mức xung quanh các bộ phận, do đó làm giảm nguy cơ biến dạng nhiệt. Đối với các bộ phận có dung lượng xử lý lớn, việc xử lý đối xứng có thể giúp chúng có điều kiện tản nhiệt tốt hơn trong quá trình xử lý và tránh tập trung nhiệt. Ví dụ, một tấm dày 90 mm cần được xử lý đến 60 mm, nếu sử dụng quá trình xử lý đối xứng cấp liệu lặp đi lặp lại, xử lý hai lần mỗi bên cho đến kích thước cuối cùng, có thể đảm bảo độ phẳng đạt độ chính xác cao hơn so với một- xử lý thời gian đến kích thước cuối cùng, có thể giảm biến dạng một cách hiệu quả.
2. Xử lý công nghệ lớp : đối với các bộ phận có nhiều khoang, do lực của tấm không đồng đều nên dễ bị biến dạng nên có thể sử dụng công nghệ phân lớp để gia công. Các bộ phận đầu tiên được chia thành nhiều lớp, sau đó được xử lý từng lớp thành kích thước yêu cầu. Bằng cách này, lực tác dụng trong quá trình gia công CNC trên hợp kim nhôm sẽ đồng đều hơn và nguy cơ biến dạng ít hơn so với gia công trực tiếp bộ phận.
3. Khoan trước và phay : Các bộ phận có lỗ sâu có thể gặp vấn đề trong giai đoạn phay, chẳng hạn như phoi không đều, sinh nhiệt dẫn đến biến dạng giãn nở linh kiện hoặc gãy dụng cụ. Những vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách khoan trước và sau đó phay. Khoan lỗ bằng dụng cụ lớn hơn dao phay một chút để tạo khoảng trống cho vật liệu cắt, sao cho phoi được loại bỏ đều khỏi phôi nhôm và cuối cùng là phay.
4. Sử dụng các phương pháp xay khác nhau : Gia công CNC hợp kim nhôm có hai phương pháp gia công thô và hoàn thiện. Gia công thô cắt phôi trong thời gian ngắn nhất với tốc độ cắt nhanh nhất, tập trung vào tốc độ loại bỏ vật liệu và hiệu quả xử lý; Việc hoàn thiện đòi hỏi chất lượng bề mặt và gia công chính xác hơn, tập trung vào chất lượng phay. Hoạt động hợp lý của hai phương pháp này có thể thay đổi đáng kể tốc độ biến dạng của các bộ phận.

Thông số cắt hợp lý

Việc lựa chọn thông số cắt phù hợp có thể làm giảm lực cắt và nhiệt cắt, tránh biến dạng các bộ phận do lực cắt quá mức và nhiệt độ quá cao. Trong số ba yếu tố của thông số cắt, số lượng dụng cụ cắt ngược có ảnh hưởng lớn đến lực cắt. Khi dung sai gia công quá lớn, lực cắt của dụng cụ quá lớn, điều này không chỉ làm biến dạng chi tiết mà còn ảnh hưởng đến độ cứng của trục chính máy công cụ và làm giảm độ bền của dụng cụ. Do đó, phương pháp phay tốc độ cao có thể được sử dụng để đồng thời giảm số lượng dụng cụ cắt ngược, cải thiện tốc độ tiến dao và tốc độ máy, từ đó giảm lực cắt và đảm bảo hiệu quả xử lý. Ví dụ: tốc độ cắt có thể được kiểm soát ở mức 250 ~ 300m/phút, tốc độ tiến dao là 300 ~ 400mm/phút, lượng cắt ngược phay thô ap=0,5mm và phay mịn ap=0,1 ~ 0,2mm.

Phương pháp kẹp phù hợp

Khi gia công các chi tiết nhôm có thành mỏng, phương pháp kẹp không đúng rất dễ gây biến dạng thành. Để giảm rủi ro này, bộ phận ép có thể được nới lỏng trước khi hoàn thành tính năng cuối cùng, giải phóng áp suất, cho phép bộ phận trở lại hình dạng ban đầu, sau đó tác dụng lại áp lực. Áp suất tác dụng thứ hai phải tác động lên bề mặt đỡ và hướng phải là hướng cứng nhất và lực phải đủ để duy trì sự ổn định của phôi trong quá trình xử lý. Đối với các bộ phận ống lót trục có thành mỏng, có thể sử dụng phương pháp kẹp lỗ bên trong hướng tâm để xác định vị trí ren trong của bộ phận, tạo tạp chí trục ren, chèn ren trong của bộ phận, ấn lỗ bên trong bằng tấm che và sau đó siết chặt bằng đai ốc để tránh biến dạng kẹp khi gia công vòng tròn bên ngoài. Đối với phôi tấm có thành mỏng, có thể sử dụng cốc hút chân không để thu được lực kẹp hấp phụ đồng đều, xử lý với lượng cắt nhỏ hoặc phương pháp làm đầy được sử dụng để bơm urê tan chảy chứa 3% ~ 6% kali nitrat vào phôi để cải thiện độ cứng gia công của phôi và phôi được ngâm trong nước hoặc cồn sau khi xử lý để hòa tan chất độn.

Trong quá trình gia công nhôm CNC, biến dạng ngẫu nhiên là vấn đề cần hết sức quan tâm. Bằng cách phân tích các nguyên nhân gây biến dạng và thực hiện các biện pháp phòng ngừa tương ứng, có thể tránh được biến dạng ngẫu nhiên trong quá trình gia công nhôm một cách hiệu quả.

Trước hết, ứng suất dư trống và ứng suất gia công là nguyên nhân chính gây ra biến dạng gia công nhôm. Ứng suất dư trống chủ yếu được hình thành do sự chồng chất của ứng suất gây ra bởi biến dạng không đồng đều trong quá trình làm nguội và ép đùn. Ứng suất gia công có thể do các yếu tố như cắt không đối xứng, độ cứng phôi kém và trình tự gia công khác nhau. Hiểu được những nguyên nhân này sẽ giúp chúng ta thực hiện các biện pháp phòng ngừa có mục tiêu.

Thứ hai, nguy cơ biến dạng nhôm có thể được giảm thiểu một cách hiệu quả từ các khía cạnh tối ưu hóa dụng cụ, phương pháp xử lý phù hợp, thông số cắt hợp lý và phương pháp kẹp thích hợp. Về mặt tối ưu hóa dụng cụ, việc chọn Góc xoắn ốc, Góc trước, Góc sau, Góc lệch và kiểm soát độ mòn của dụng cụ phù hợp có thể làm giảm lực cắt và nhiệt cắt và giảm biến dạng bộ phận. Về phương pháp xử lý, xử lý đối xứng, xử lý công nghệ phân lớp, khoan trước và phay, cũng như việc sử dụng các phương pháp phay khác nhau và các kỹ năng khác có thể giúp quá trình xử lý ổn định hơn và giảm sự xuất hiện biến dạng. Lựa chọn thông số cắt hợp lý, giảm lực cắt và nhiệt cắt, tránh các chi tiết do lực cắt quá lớn và biến dạng nhiệt. Về phương pháp kẹp, đối với các bộ phận bằng nhôm có thành mỏng, có thể giảm nguy cơ biến dạng thành bằng cách áp dụng các phương pháp kẹp thích hợp.

Tóm lại, việc tránh biến dạng ngẫu nhiên trong gia công nhôm CNC có giá trị ứng dụng thực tế quan trọng nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất và nâng cao khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp. Trong thực tế sản xuất, chúng ta nên sử dụng toàn diện các phương pháp này tùy theo tình hình cụ thể, đồng thời không ngừng tìm tòi, đổi mới để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của quá trình gia công nhôm.