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 bằng máy CNC, biến dạng ngoài ý muốn là một vấn đề phổ biến và nan giải. Biến dạng không chỉ ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước và chất lượng bề ngoài của sản phẩm nhôm, mà còn có thể dẫn đến việc sản phẩm không đáp ứng được yêu cầu thiết kế, thậm chí phải loại bỏ. Điều này gây ra tổn thất kinh tế lớn cho các doanh nghiệp sản xuất, đồng thời ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất và khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường.

Ví dụ, trong sản xuất một số dụng cụ chính xác và sản phẩm điện tử, độ chính xác về kích thước của các bộ phận bằng nhôm rất cao. Nếu xảy ra biến dạng bất ngờ trong quá trình gia công, 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 khiến bề mặt sản phẩm nhôm bị gồ ghề, biến dạng và các vấn đề khác, làm giảm chất lượng hình thức của sản phẩm, ảnh hưởng đến ý muốn mua của người tiêu dùng.

Mua sắm cho doanh nghiệp

Có 66 mã giảm giá.

Mua sắm cho doanh nghiệp

Có 66 mã giảm giá.

Mua sắm cho doanh nghiệp

Có 66 mã giảm giá.

ứng suất dư trống

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

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 được loại bỏ bằng cách cắt gọt, ứng suất sẽ được phân bố lại, dẫn đến biến dạng của phôi. Biến dạng này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt của các chi tiết, thậm chí có thể khiến các chi tiết không đáp ứng được yêu cầu thiết kế.

Xử lý căng thẳng

Các nguyên nhân chính gây ra căng thẳng trong quá trình xử lý như sau:

1. Sự bất đối xứng trong quá trình cắt: Sự bất đối xứng trong quá trình cắt sẽ dẫn đến lực cắt không đều, gây biến dạng phôi. Ví dụ, khi lượng vật liệu cần cắt lớn, tốc độ loại bỏ vật liệu cao, dẫn đến ứng suất gia công lớn. Hơn nữa, khoảng thời gian gia công ngắn, khiến ứng suất dư không được giải phóng, ứng suất dư mất cân bằng trên toàn bộ biên dạng, và từ đó gây ra biến dạng phôi.
2. Độ cứng của phôi kém: Độ cứng của phôi kém sẽ gây ra lực cắt và lực kẹp không đều, dẫn đến biến dạng. Đối với một số chi tiết có thành mỏng và độ cứng kém, chẳng hạn như các chi tiết vỏ nhôm thành mỏng, biến dạng dễ xảy ra hơn trong quá trình cắt.
3. Trình tự gia công khác nhau: Trình tự gia công khác nhau sẽ dẫn đến việc giải phóng ứng suất dư không đối xứng, gây ra biến dạng phôi. Ví dụ, gia công một chi tiết trước rồi đến chi tiết khác có thể dẫn đến 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 chi tiết có thể được giảm thiểu hiệu quả bằng cách lựa chọn thông số dao phù hợp và kiểm soát mài mòn dao. Cụ thể, có thể tối ưu hóa từ các khía cạnh sau:

1. Góc xoắn ốc: Góc xoắn ốc nên càng lớn càng tốt, điều này có thể cải thiện độ ổn định khi phay và giảm lực phay. Ví dụ, trong quá trình gia công thực tế, góc xoắn ốc lớn hơn có thể làm cho quá trình cắt ổn định hơn và giảm biến dạng của các chi tiết do lực cắt quá lớn gây ra.
2. Góc trước: Cấu hình góc trước hợp lý có thể duy trì độ bền của lưỡi cưa, giảm mài mòn cạnh sắc, đảm bảo việc loại bỏ phôi được trơn tru, từ đó giảm lực cắt. Nói chung, không nên sử dụng dụng cụ có góc trước âm, vì góc trước âm sẽ làm tăng lực cắt và tăng nguy cơ biến dạng chi tiết gia công.
3. Góc sau: Kích thước của góc sau có tác động quan trọng đến chất lượng gia công và độ mòn bề mặt dao. Trong phay thô, góc sau nên được chọn nhỏ hơn vì tốc độ cắt lớn, tải trọng cắt nặng và yêu cầu điều kiện tản nhiệt tốt hơn cho dao. Đối với phay chính xác, góc sau nên được chọn lớn hơn để làm cho lưỡi dao sắc bén, giảm ma sát giữa dao 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 gia công trung bình. Góc lệch phù hợp có thể cải thiện sự phân bố nhiệt trong quá trình gia công và giảm biến dạng các chi tiết do tích tụ nhiệt.
5. Kiểm soát mài mòn dụng cụ: Khi dụng cụ bị mài mòn, độ nhám bề mặt phôi tăng lên, dẫn đến nhiệt độ phôi tăng và gây biến dạng chi tiết. Do đó, cần sử dụng các dụng cụ có khả năng chống mài mòn tốt, và độ mài mòn của dụng cụ không được vượt quá 0,2 mm để tránh hình thành các cục u. Đồng thời, trước khi sử dụng dụng cụ mới, có thể mài nhẹ các gờ và hoa văn răng dao bằng đá mài mịn, sao cho độ nhám của lưỡi cắt dụng cụ đạt Ra=0,4μm, giảm thiểu khả năng biến dạng khi cắt.

Phương pháp xử lý thích hợp

Để giảm thiểu nguy cơ biến dạng chi tiết, có thể sử dụng các kỹ thuật gia công sau:

1. Gia công đối xứng: Gia công đối xứng có thể tản nhiệt hiệu quả trong quá trình gia công CNC hợp kim nhôm, ngăn ngừa sự tích tụ nhiệt quá mức xung quanh các chi tiết, do đó giảm nguy cơ biến dạng do nhiệt. Đối với các chi tiết có dung sai gia công lớn, gia công đối xứng có thể giúp chúng có điều kiện tản nhiệt tốt hơn trong quá trình gia công và tránh tập trung nhiệt. Ví dụ, một tấm dày 90 mm cần được gia công xuống còn 60 mm, nếu sử dụng phương pháp gia công đối xứng lặp lại, gia công hai lần mỗi mặt đến kích thước cuối cùng, có thể đảm bảo độ phẳng đạt độ chính xác cao hơn so với gia công một lần đến kích thước cuối cùng, giúp giảm thiểu biến dạng hiệu quả.
2. Gia công theo phương pháp nhiều lớp: Đối với các chi tiết có nhiều khoang, do lực tác dụng không đều lên tấm vật liệu dễ gây biến dạng, có thể sử dụng phương pháp gia công nhiều lớp. Chi tiết được chia thành nhiều lớp, sau đó gia công từng lớp một đến kích thước yêu cầu. Bằng cách này, lực tác dụng trong quá trình gia công CNC hợp kim nhôm sẽ đồng đều hơn, và nguy cơ biến dạng sẽ ít hơn so với gia công trực tiếp chi tiết.
3. Khoan trước và phay: Các chi tiết có hốc có thể gặp vấn đề trong giai đoạn phay, chẳng hạn như phoi không đều, sinh nhiệt dẫn đến biến dạng giãn nở của chi tiết hoặc gãy dụng cụ. Những vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách khoan trước rồi mới phay. Khoan các lỗ bằng dụng cụ có đường kính lớn hơn một chút so với dao phay để tạo không gian 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 phay khác nhau: Gia công CNC hợp kim nhôm có hai phương pháp phay thô và phay tinh. Phay 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 gia công; Phay tinh đòi hỏi độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt cao hơn, chú trọng vào chất lượng phay. Việc vận hành hợp lý hai phương pháp này có thể làm thay đổi đáng kể tỷ lệ biến dạng của các chi tiết.

Thông số cắt hợp lý

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

Phương pháp kẹp phù hợp.

Khi gia công các chi tiết nhôm thành mỏng, phương pháp kẹp không đúng cách dễ gây biến dạng thành. Để giảm thiểu rủi ro này, có thể nới lỏng chi tiết đã ép trước khi hoàn thành chi tiết cuối cùng, giải phóng áp lực, cho phép chi tiết trở lại hình dạng ban đầu, sau đó mới tác dụng lại áp lực. Áp lực tác dụng lần thứ hai nên tác động lên bề mặt đỡ, hướng phải là hướng cứng nhất, và lực phải đủ để duy trì sự ổn định của phôi trong quá trình gia công. Đối với các chi tiết ống lót trục thành mỏng, có thể sử dụng phương pháp kẹp lỗ trong hướng tâm để định vị ren trong của chi tiết, tạo một trục có ren, lắp ren trong của chi tiết, ép lỗ trong bằng tấm che và sau đó siết chặt bằng đai ốc để tránh biến dạng do kẹp khi gia công vòng ngoài. Đối với phôi dạng tấm thành mỏng, có thể sử dụng cốc hút chân không để đạt được lực kẹp đồng đều, gia công với lượng cắt nhỏ, hoặc sử dụng phương pháp làm đầy bằng cách bơm dung dịch urê nóng chảy chứa 3% ~ 6% kali nitrat vào phôi để cải thiện độ cứng gia công của phôi, và sau khi gia công, phôi được ngâm trong nước hoặc cồn để hòa tan chất làm đầy.

Trong quá trình gia công nhôm bằng máy CNC, biến dạng ngoài ý muốn là một vấn đề cần được đặc biệt chú ý. Bằng cách phân tích nguyên nhân gây biến dạng và áp dụng các biện pháp phòng ngừa tương ứng, biến dạng ngoài ý muốn trong quá trình gia công nhôm có thể được tránh một cách hiệu quả.

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

Thứ hai, nguy cơ biến dạng nhôm có thể được giảm thiểu hiệu quả từ các khía cạnh tối ưu hóa dụng cụ, phương pháp gia công phù hợp, thông số cắt hợp lý và phương pháp kẹp thích hợp. Về tối ưu hóa dụng cụ, việc lựa chọn góc xoắn ốc, góc trước, góc sau, góc lệch phù hợp và kiểm soát độ mòn dụng cụ có thể giảm lực cắt và nhiệt lượng sinh ra, từ đó giảm biến dạng chi tiết. Về phương pháp gia công, gia công đối xứng, gia công nhiều lớp, khoan và phay trước, và việc sử dụng các phương pháp phay khác nhau cùng các kỹ năng khác có thể giúp quá trình gia công ổn định hơn và giảm thiểu sự xuất hiện của biến dạng. Lựa chọn thông số cắt hợp lý, giảm lực cắt và nhiệt lượng sinh ra, tránh biến dạng chi tiết do lực cắt và nhiệt lượng quá lớn. Về phương pháp kẹp, đối với các chi tiết nhôm thành mỏng, nguy cơ biến dạng thành có thể được giảm thiểu 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 tiễn quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất và tăng cường khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp. Trong sản xuất thực tế, chúng ta nên áp dụng toàn diện các phương pháp này tùy theo tình hình cụ thể, đồng thời không ngừng tìm tòi và đổi mới để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của quá trình gia công nhôm.