Các thành phần có thành mỏng đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp có độ chính xác cao nhưng chúng thường cong vênh hoặc biến dạng trong quá trình gia công. Những biến dạng này dẫn đến sự chậm trễ trong sản xuất cũng như việc gia công lại tốn kém và các bộ phận bị loại bỏ. Trong bài đăng trên blog này, chúng ta sẽ xem cách chúng ta có thể ngăn ngừa các vấn đề biến dạng trong các bộ phận có thành mỏng và có được kết quả chính xác một cách nhất quán.
Các bộ phận có thành mỏng trong gia công CNC là gì?
Nói một cách đơn giản, các thành phần có thành mỏng trong gia công CNC là các thành phần được đặc trưng dựa trên độ dày thành giảm và cấu trúc nhẹ. Chúng có độ dày thành nhỏ hơn 2mm và tỷ lệ thành/chiều dài lớn hơn 1:10.
Các bộ phận như vậy được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng yêu cầu trọng lượng tối thiểu mà không ảnh hưởng đến độ bền. Bên cạnh đó, tỷ lệ khối lượng trên độ bền thấp khiến chúng dễ bị biến dạng dưới ứng suất nhiệt, rung động và lực gia công.
Các yếu tố góp phần gây biến dạng ở các bộ phận có thành mỏng
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến các thành phần gia công bằng máy CNC có thành mỏng này như sau.
Tính chất vật liệu
Độ cứng, mô đun đàn hồi và hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu có tác động đáng kể đến biến dạng. Các vật liệu mềm như nhôm có xu hướng uốn cong dễ dàng hơn dưới lực gia công. Mặt khác, kim loại có tốc độ giãn nở nhiệt cao sẽ trải qua những thay đổi về kích thước do nhiệt tích tụ trong quá trình cắt.
Kỹ thuật kẹp và cố định
Kẹp không đúng cách có thể dẫn đến biến dạng ở các bộ phận có thành mỏng. Lực kẹp không đều hoặc quá mức có thể gây xoắn hoặc uốn cong. Điều này làm thay đổi hình dạng của bộ phận. Ví dụ, sử dụng đầu kẹp ba chấu có thể gây biến dạng hình tam giác ở các bộ phận có thành mỏng.
Thông số gia công
Việc lựa chọn các thông số gia công cũng có tác động lớn đến nguy cơ biến dạng. Tốc độ tiến dao quá nhanh , đường chạy dao được lập kế hoạch không đúng cách hoặc chiều sâu cắt lớn có thể tạo ra lực cắt cao mà các thành mỏng không thể chịu được. Hơn nữa, sự mài mòn dụng cụ làm tăng sinh nhiệt và ma sát, làm cho quá trình gia công càng trở nên không ổn định.
Hiệu ứng nhiệt
Nhiệt sinh ra trong quá trình gia công cũng ảnh hưởng đến biến dạng. Các thành phần có thành mỏng có khối lượng nhiệt rất hạn chế nên kết quả là chúng không có khả năng tản nhiệt hiệu quả. Ngoài ra, nó dẫn đến giãn nở nhiệt gây cong vênh và thay đổi kích thước ở các vật liệu như nhôm có độ dẫn nhiệt cao.
Ứng suất cơ học
Trong quá trình gia công thành mỏng, ứng suất dư trong vật liệu thường gây ra biến dạng. Các ứng suất như vậy phát sinh do vật liệu bị loại bỏ không đều trong quá trình gia công hoặc do các quy trình trước đó. Giảm dần độ dày cũng như gia công đối xứng có thể giúp duy trì độ chính xác về kích thước và cân bằng phân phối ứng suất.
Thực hành tốt nhất để ngăn ngừa biến dạng
1. Lựa chọn và chuẩn bị vật liệu
Chọn vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt thấp và độ cứng cao để giảm thiểu biến dạng dưới tác động của lực gia công. Ví dụ, hợp kim titan có khả năng chống biến dạng nhiệt tốt hơn hợp kim nhôm. Hơn nữa, cần nung nóng trước vật liệu thông qua quá trình ủ để giảm ứng suất bên trong cũng như giảm thiểu biến dạng không mong muốn trong quá trình cắt gọt.
KHAI THÁC. Quản lý nhiệt
Ở những bộ phận có thành mỏng, nhiệt là nguyên nhân chính gây biến dạng. Do đó, hãy sử dụng các thiết lập chất làm mát để tản nhiệt hiệu quả. Bên cạnh đó, khi làm việc với các vật liệu như nhôm có độ dẫn nhiệt cao, hãy giảm thời gian dừng để tránh hiện tượng gia nhiệt cục bộ.
3. Tối ưu hóa kẹp và cố định
Việc cố định đúng cách rất quan trọng để tránh lực kẹp quá mức. Những lực như vậy có thể dễ dàng làm biến dạng các bức tường mỏng.
Các đồ gá linh hoạt như hệ thống hút chân không phân bổ lực đều để giảm thiểu sự tập trung ứng suất. Tương tự như vậy, các phương pháp kẹp đối xứng giúp ngăn ngừa biến dạng không đều và cân bằng lực cho các bộ phận hình trụ.
4. Tối ưu hóa thông số cắt
Chọn các thông số cắt bảo thủ để giảm lực cắt. Sử dụng tốc độ ăn dao thấp hơn cũng như độ sâu cắt nhỏ hơn và các công cụ sắc bén với góc nghiêng cao để giảm ứng suất trên chi tiết. Gia công tốc độ cao cũng là lựa chọn tốt ở đây. Nó phục vụ mục đích kép—giảm cả lực cắt và tỏa nhiệt cùng một lúc.
Xem thêm : Tốc độ cấp liệu và tốc độ cắt trong gia công CNC
5. Lập kế hoạch quy trình và tối ưu hóa đường chạy dao
Quá trình gia công đòi hỏi phải lập kế hoạch cẩn thận về trình tự để giảm thiểu sự phát sinh ứng suất.
Các chiến lược phay đối xứng giải phóng ứng suất đều. Ngược lại, các đường chạy dao thích ứng như phay xoắn ốc/phay song song theo đường viền phân bổ lực cắt đều trên chi tiết.
Những cách tiếp cận này ngoài việc cải thiện độ chính xác về kích thước còn nâng cao độ hoàn thiện bề mặt bằng cách giảm độ rung.
6. Kỹ thuật giảm căng thẳng
Tích hợp các phương pháp xử lý giảm ứng suất để quản lý ứng suất dư giữa các giai đoạn gia công thô và hoàn thiện. Một số kỹ thuật trước khi gia công cuối cùng như xử lý đông lạnh hoặc giảm ứng suất rung có thể ổn định thêm chi tiết.
Kỹ thuật và công nghệ tiên tiến
Công nghệ hiện đại đã thay đổi đáng kể quá trình gia công các bộ phận có thành mỏng thậm chí vượt xa các phương pháp tiêu chuẩn. Các phương pháp tiếp cận hiện đại như vậy làm giảm nguy cơ biến dạng và cải thiện trình độ & độ chính xác trong các hoạt động gia công của bạn.
Cắt tốc độ cao
Kỹ thuật này hoạt động theo phương pháp đặc biệt - độ sâu cắt nhỏ với tốc độ cắt nhanh để giảm lực cắt.
Khi dụng cụ của bạn quay với tốc độ cao, phôi sẽ mềm ra tạm thời tại các điểm tiếp xúc và chuyển đổi các phoi thành các mảnh vụn giống phoi. Kỹ thuật này nhanh chóng loại bỏ nhiệt cắt, giữ cho phôi ở gần nhiệt độ phòng và cũng loại bỏ biến dạng do quá trình gia công gây ra.
Đối với các bộ phận đòi hỏi độ chính xác cao, phương pháp này không chỉ giúp gia công nhanh và nhẹ mà còn giảm thiểu biến dạng nhiệt.
Phương pháp bù CNC
Các kỹ thuật bù CNC điều chỉnh đường chạy dao trong thời gian thực để bù cho độ lệch của dao cũng như độ mòn của dao và sự không đồng nhất của vật liệu. Ví dụ, bù dao cắt cho phép điều chỉnh chính xác theo đường kính dao hoặc đặc tính mòn.
Một số hệ thống CNC tiên tiến sửa đổi các thông số gia công bằng cách sử dụng phản hồi cảm biến để đảm bảo độ chính xác nhất quán trong các hoạt động kéo dài. Do đó, các phương pháp này hữu ích để duy trì dung sai trong các bộ phận có thành mỏng có hình học phức tạp.
Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) trong lập kế hoạch quy trình
Phân tích phần tử hữu hạn là một công cụ mô phỏng mạnh mẽ giúp dự đoán rủi ro biến dạng trước khi bắt đầu gia công. Kỹ thuật này cho phép bạn phân tích các hiệu ứng nhiệt, lực cắt và ứng suất cơ học trên các chi tiết thành mỏng. Nhờ đó, bạn có thể cải thiện chiến lược đường chạy dao và các thông số gia công.
Ví dụ, việc mô phỏng quá trình phay hợp kim nhôm có thể giúp xác định độ sâu cắt cũng như tốc độ chạy dao tốt hơn, giúp giảm cong vênh.
Nghiên cứu trường hợp & Ứng dụng thực tế
Nghiên cứu tình huống 1_ Gia công các bộ phận hàng không vũ trụ
Khi gia công đĩa máy nén titan cho động cơ tuabin phản lực, chúng tôi thường phải đối mặt với thách thức về biến dạng do lực cắt cao và độ dẫn nhiệt thấp của vật liệu.
Vì vậy, để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã thiết kế một mâm cặp răng cacbua tùy chỉnh để giữ chặt đĩa mà không gây ra ứng suất. Sau đó, chúng tôi triển khai các đường chạy dao động được tùy chỉnh để phân bổ lực cắt đồng đều, nhằm giảm sự tích tụ nhiệt cục bộ.
Chúng tôi cũng sử dụng máy cắt đặc biệt và phay tốc độ cao ở mức 134 cm/phút để duy trì độ chính xác cũng như giảm thiểu hao mòn dụng cụ. Kết quả cuối cùng là một đĩa nén hoàn hảo, tuân thủ cả tiêu chuẩn hàng không vũ trụ về độ bền và độ chính xác về kích thước.
Nghiên cứu tình huống 2_ Ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô
Vài năm trước, chúng tôi được giao nhiệm vụ sản xuất vỏ hộp số bằng nhôm có độ chính xác cao cho một chiếc xe thể thao hạng sang. Nhưng hình dạng bên trong phức tạp và thành mỏng của bộ phận này tạo ra rủi ro biến dạng đáng kể trong quá trình gia công.
Vì vậy, để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã thiết kế một đồ gá đa trục tùy chỉnh hỗ trợ vỏ máy một cách an toàn và cũng cho phép tiếp cận tất cả các khu vực gia công. Chúng tôi cũng sử dụng chiến lược phay trochoidal để giảm thiểu sự tích tụ nhiệt và lực cắt vì điều này rất quan trọng để duy trì độ chính xác về kích thước.
Hơn nữa, chúng tôi sử dụng đầu phay phủ PVD, được tối ưu hóa đặc biệt cho nhôm, để có được bề mặt chính xác và mịn. Sau đó, chúng tôi giao vỏ hộp số cuối cùng với chất lượng và độ chính xác hoàn hảo.
Nghiên cứu tình huống 3_ Sản xuất thiết bị y tế
Dự án phức tạp nhất của chúng tôi liên quan đến việc tạo ra một implant chỉnh hình bằng titan với các phần thành mỏng để cải thiện khả năng tương thích của bệnh nhân. Thách thức chính mà chúng tôi phải đối mặt là phải duy trì độ chính xác về kích thước xuống đến ±0.001mm và cũng tránh biến dạng do độ nhạy nhiệt và độ cứng thấp của vật liệu.
Vì vậy, để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã tạo ra một đồ gá tùy chỉnh áp dụng áp suất kẹp đồng đều để đảm bảo độ ổn định mà không gây ra ứng suất. Chúng tôi cũng kết hợp hệ thống làm mát hiệu suất cao để tản nhiệt sinh ra trong quá trình gia công và tránh giãn nở nhiệt. Sử dụng tốc độ nạp liệu thấp và các công cụ cắt cực mịn, chúng tôi có thể tạo ra một mô cấy đáp ứng mọi tiêu chuẩn về độ chính xác và cung cấp hiệu suất đáng tin cậy cho các ứng dụng y tế.
Tóm lại
Tóm lại, việc tránh biến dạng ở các bộ phận có thành mỏng đòi hỏi sự kết hợp của các kỹ thuật tiên tiến, lập kế hoạch chính xác cũng như các chiến lược gia công. Bạn có thể đạt được kết quả tốt nhất bằng cách giải quyết các đặc tính vật liệu và sử dụng các công nghệ như cắt tốc độ cao và FEA.
Nếu bạn cần các bộ phận CNC có thành mỏng có độ chính xác cao, thì RICHCONN là lựa chọn tốt nhất của bạn. Bạn có thể liên hệ với chúng tôi Bất cứ lúc nào.
Câu hỏi liên quan
Liệu việc lấp đầy khoang bên trong của các bộ phận có thành mỏng có giúp ngăn ngừa biến dạng không?
Có, việc lấp đầy các khoang bằng các vật liệu như sáp parafin và urê nóng chảy sẽ ngăn chặn biến dạng, tăng độ cứng và cũng cung cấp độ cứng tạm thời trong quá trình gia công.
Sườn gia cố là gì và chúng có tác dụng gì?
Các gân gia cố là các cấu trúc giống như thành mỏng cung cấp sức mạnh cũng như hỗ trợ cho các bộ phận đúc phun. Chúng không chỉ tăng độ cứng mà còn giảm lượng vật liệu sử dụng và ngăn ngừa vết lõm & biến dạng.
Độ dày thành tối thiểu được khuyến nghị cho các bộ phận gia công bằng CNC là bao nhiêu?
Độ dày thành tối thiểu thay đổi tùy theo vật liệu. Ví dụ titan (1mm), đồng thau (0.5mm), nhôm (0.5-0.8mm), thép không gỉ (1mm) v.v.
Có thể sử dụng kỹ thuật giảm rung để ngăn ngừa biến dạng không?
Có. Các kỹ thuật như vậy liên quan đến việc bổ sung vật liệu nhớt, sửa đổi cấu trúc hoặc điều chỉnh giảm chấn khối lượng để giảm biên độ rung động và tránh biến dạng ở các thành phần có thành mỏng.
Lợi ích của việc sử dụng gia công CNC tốc độ cao cho các bộ phận có thành mỏng là gì?
Gia công CNC tốc độ cao làm giảm sự tích tụ nhiệt và lực cắt, giúp giảm nguy cơ biến dạng. Ngoài việc cung cấp độ chính xác kích thước và độ hoàn thiện bề mặt vượt trội, nó còn rút ngắn thời gian sản xuất.
