Въведение
Случвало ли ви се е да се сблъскате с тази ситуация: Програмата работи гладко, траекторията на инструмента е правилна и измерванията, направени на машината, отговарят на спецификациите. След като обаче детайлът бъде изваден от машината, единият ъгъл се извива, а централната секция се огъва. В крайна сметка детайлът трябва да бъде бракуван.
Това ръководство ще анализира коренните причини: кои форми са най-податливи, кои материали е най-вероятно да причинят проблеми и, най-важното, кои решения са наистина ефективни в реални условия на работа в производствените цехове.
5-те коренни причини за изкривяване в CNC обработка
Защо CNC частите се деформират? Пет причини. Нека ги разгледаме.
1. Остатъчни напрежения от производството на материали
Материалът, който се използва в производството, е скрит. Валцуване, коване, екструдиране - тези процеси заключват вътрешните напрежения в метала или пластмасата. Силите се балансират взаимно вътре в блока. Детайлът стои плоско.
Когато започне CNC обработката и материалът се отстрани, този баланс се нарушава. Остатъчните напрежения се освобождават. Детайлът започва да се движи. Той ще се деформира и огъне.
CNC обработката действа като събитие за освобождаване на напрежението. Детайлът просто реагира на това, което вече е било там.
2. Разширяване, предизвикано от топлина (термични ефекти)
Рязането генерира топлина. Тази топлина се разпределя неравномерно и е трудно да се предвиди.
Инструментът трие. Чипът отвежда топлината – или не.
Различните части на даден компонент се нагряват с различна скорост. Материалите при високи температури се разширяват, докато тези при ниски температури не се разширяват. Тази разлика в разширението създава вътрешно напрежение.
Ситуацията е още по-лоша при тънкостенните профили. Тези области съдържат по-малко материал и не са в състояние ефективно да абсорбират и разсейват топлината. В резултат на това те се нагряват по-бързо, разширяват се по-драстично и претърпяват по-сериозна деформация.
3. Сили на затягане/задържане на детайла
Детайлът беше поставен плоско в менгемето и здраво затегнат. Всичко изглеждаше нормално по време на CNC обработка.
След завършване на обработката, скобите бяха освободени. Детайлът се върна в естествената си форма. В този момент формата вече не беше плоска.
Това е еластична деформация. По време на процеса на рязане, силата на затягане кара детайла да се огъне. CNC машината обработва тази огъната форма. Когато силата на затягане се премахне, детайлът се връща в първоначалното си неплоско състояние. Прекомерното затягане на тънък пръстен е класически пример. Той е кръгъл, когато се извади от машината, но веднага се връща в елипсовидна форма.
4. Ниска твърдост на детайла
Някои части са просто гъвкави. Дълги тънки стени. Големи плоски подове без опора. Режещият инструмент натиска надолу. Материалът се отблъсква, но не достатъчно силно. Той се отклонява.
Инструментът изрязва тази деформирана форма. След това инструментът продължава да се движи. Материалът се връща на мястото си. В този момент долната повърхност вече не е плоска, а страничните стени вече не са прави.
Ключът се крие в това съотношение: твърдост, разделена на силата на рязане. Ако тази стойност е ниска, деформацията е почти неизбежна при CNC обработка.
5. Неправилна траектория на инструмента и стратегия за рязане
Неправилното програмиране може да причини деформация на детайла; в края на краищата, CNC машината не е човек - тя просто следва инструкции.
Прекомерната дълбочина на рязане увеличава силите на рязане. Фрезоване нагоре срещу фрезоване надолу – грешният избор може да увеличи напрежението. Липсата на буферни разрези означава, че детайлът няма шанс да се стабилизира. Грубо обработената повърхност е неравна. Финишното рязане премахва материал само от едната страна. Дисбалансът на напрежението става веднага очевиден.
Тези пет причини не действат изолирано, а се допълват взаимно. Когато напрегнатият материал се обработва при високи температури, затяга се твърде здраво и самият детайл е склонен към деформация – всичко това, утежнено от лошо планиране на траекторията? Такъв детайл е обречен на провал. Ето защо
8 форми, които са склонни към деформация
Някои форми са особено податливи на деформация по време на CNC обработка. Поради това дизайнерите трябва да избягват тези форми от самото начало.
| Форма | Основен режим на повреда | Quick Fix |
| Тънки стени и ребра | Поклони, следи от вибрации | Опорни пластини, намалено радиално зацепване |
| Тънки подове и джобни дъна | Вендузообразно, пружинно-нагоре | Оставете на склад, завършете на стъпки |
| Дълги, тънки части (високо съотношение L/D) | Усукана, форма на банан | Обърнете частта, цикли на облекчаване на стреса |
| Големи плоски тънки плочи | Доминг, повдигане на ръба | Вакуумно приспособление, само за катерене |
| Асиметрични C-образни или U-образни части | Разтваряне или затваряне на краката | Затягане след груба обработка, остатъчни проходи |
| Тънки фланци и надвеси | Дрооп, бърборене | Подпорно с меки челюсти, намаляване на стърчането |
| Тънкостенни тръби и цилиндри | Овални, заострени стени | Опора на дорника, балансирани разрези |
| Части с дълбоки джобове | Изкривяване на пода, накланяне на стената | Винтово наклонено нарязване, остатъчно довършително нарязване |
Сега нека разгледаме всяка форма по-подробно. Разбирането кои CNC форми са склонни към деформация помага да се открият проблеми преди началото на програмирането.
Тънки стени и ребра
Такива конструкции са често срещани в корпусите за аерокосмическата индустрия и електронните устройства – високи стени със сравнително тънки стени. Силите на рязане ги избутват настрани, причинявайки вибрации и огъване.
Тънки подове и джобни дъна
Когато инструмент изрязва канал, основата в долната част е тънка и няма друга опора под себе си освен въздух. Силите на рязане действат надолу, което кара основата да се огъва. След като инструментът премине, основата се връща в първоначалното си положение. Резултатът е, че основата вече не е плоска.
Дълги, тънки части (високо съотношение L/D)
Представете си дълъг вал или тънка греда. По време на обработката, детайлът се огъва под собственото си тегло. Той се отклонява от инструмента. Отстраняването на материал е по-малко в средата, отколкото в краищата. Готовият детайл в крайна сметка изглежда като банан.
Големи плоски тънки плочи
Голям, плосък лист може да изглежда прост, но не е. Остатъчните напрежения в суровия лист или заготовката се освобождават неравномерно. Краищата могат да се извият, центърът може да се издуе и в крайна сметка целият детайл може да се деформира.
Асиметрични C-образни или U-образни части
Тези форми са отворени от едната страна. Двата „крака“ не са свързани в отворения край. Силата на затягане избутва двата „крака“ навътре, за да завърши разреза. Когато силата на затягане се освободи, краката се връщат назад, променяйки размерите на отвора.
Тънки фланци и надвеси
Тази характеристика стърчи навън и е поддържана само от едната страна. Силите на рязане прилагат натиск надолу върху свободния край, което води до провисване на фланеца, което води до вибрации и изключително лошо качество на повърхността.
Тънкостенни тръби и цилиндри
Тънкостенните кръгли части са подвеждащи. След обработка на външната повърхност, напрежението се освобождава, което кара кръга да се разтегне и деформира в елипса или, поради огъването на детайла встрани от инструмента, дебелината на стената става неравномерна.
Части с дълбоки джобове
Дълбоките кухини водят до дълъг надвес на инструмента. Въпреки че върхът на инструмента може да се огъне, истинският проблем се крие в останалите долни и странични повърхности. Неравномерното рязане причинява дисбаланс, което води до изкривяване на долната повърхност и накланяне на страничните стени.
Ранното разпознаване на тези форми е първата защита срещу деформации при CNC обработка. Всяка от тях изисква различна стратегия. Бързите решения в таблицата започват.
Материали, които изискват допълнително внимание
Някои са стабилни. Други не са. Познаването на това кои материали се деформират при CNC обработка спестява много скрап.
Алуминий (6061-T6, 7075-T6) – напрежение при търкаляне
Процесът на валцоване генерира вътрешни напрежения в алуминия. Докато алуминиевият лист се притиска между ролките, повърхността е подложена на опън, докато сърцевината остава под напрежение на натиск. В този момент детайлът е плосък. Впоследствие, машинната обработка премахва материал от едната страна на детайла. Балансът се нарушава. Детайлът се деформира незабавно.
Листове от неръждаема стомана (304, 316) – Деформационно закаляване
Този материал се втвърдява при рязане. Повърхностният слой се втвърдява. Сърцевината не се втвърдява. Тази различна твърдост създава различно напрежение. Тънките части от неръждаема стомана са известни с това, че се усукват от машината.
Титан (клас 5) – ниска твърдост + пружинно връщане
Титанът има нисък модул на еластичност. Това е изискан начин да се каже, че се огъва лесно и се връща обратно здраво. Натискът при рязане деформира детайла. Инструментът изрязва деформираната форма. След това детайлът се връща обратно в нова, грешна форма. CNC обработката с титан е ежедневна битка.
Закалени инструментални стомани – фазова промяна, предизвикана от топлина
Топлината от рязане може да промени микроструктурата. Повърхността се трансформира. Обемът се променя леко. Тази малка промяна създава голямо напрежение. Детайлът се дърпа. Той се усуква. Закалената стомана не показва този проблем. Тя просто се проявява като деформиран блок след обработка.
Месинг и автоматна мед – напрежение при екструдиране
Тези материали често се екструдират. Процесът на екструдиране се заключва в посока на зърната и вътрешното напрежение. Машинната обработка разрушава това напрежение неравномерно. Детайлът се движи. Понякога се движи много.
Пластмаси (найлон, ацетал, UHMW) – топлина и пълзене
Пластмасите са по-лоши от металите. Те провеждат топлината лошо. Зоната на рязане се нагрява. Околният материал остава хладен. Тази температурна разлика създава напрежение. След това детайлът се „пълзи“ с течение на времето. Той стои на масата за инспекция. Измерва се добре. Час по-късно той се деформира. Ето защо CNC частите в пластмаса се деформират по-често, отколкото операторите очакват.
Въглеродни влакнести композити – анизотропно напрежение
Влакната вървят в една посока. Матрицата ги държи. Напрежението в детайла не е еднакво във всички посоки. Машинната обработка прорязва влакната. Останалата структура реорганизира напрежението си. Тънките композитни части се усукват по непредсказуеми начини.
Магнезиеви отливки – Неравномерно охлаждащо напрежение
Отливката се охлажда. Външната част се втвърдява първа. Вътрешната част се втвърдява последна. Ядрото се притиска към обвивката. Това заключено напрежение чака машинната обработка. Отстранете достатъчно материал и балансът се накланя. Отливката се деформира.
Нестабилният материал изисква облекчаване на напрежението, различни траектории на инструмента или и двете. Ако пренебрегнете свойствата на материала, деформацията при CNC обработка става неизбежна.
Как да предотвратим изкривяването – Практически стратегии
Ремонтът на деформирани части е не само труден, но и скъп. Предприемането на стъпки за предотвратяване на проблеми, преди да възникнат, може да ни помогне да спестим време и усилия. Ето как да спрем деформацията на CNC машината на всеки етап от работата.
Преди обработка: Подготовка на материала
Материалите обикновено пристигат с остатъчни напрежения. Тези напрежения трябва да бъдат облекчени преди рязане.
Методът за термично облекчаване на напрежението включва поставяне на детайла в пещ. Той се нагрява, поддържа се при постоянна температура и след това бавно се охлажда. Това позволява вътрешните напрежения да се освободят. Методът за вибрационно облекчаване на напрежението включва подлагане на детайла на вибрации. Амплитудата е малка, точно достатъчна, за да позволи на атомите да се пренаредят. Криогенната обработка използва изключително ниски температури. Материалът се свива равномерно, като по този начин балансира остатъчните напрежения.
Контролирането на размерите на заготовката при груба обработка също помага за облекчаване на напрежението. Голяма заготовка се обработва грубо до почти крайни размери, оставя се да почине за период на естествена деформация и след това се обработва окончателно. Тази деформация се случва по време на периода на покой на заготовката, а не по време на обработката на готовия продукт.
Закрепване и фиксиращи устройства
Силата на затягане е нож с две остриета. Ако силата на затягане е твърде ниска, детайлът ще се измести по време на обработката; ако е твърде висока, детайлът ще претърпи еластична деформация. Когато силата на затягане се освободи, детайлът ще се върне назад и ще се изкриви.
Затягането с ниска сила е решението. Прилагайте само достатъчно сила, за да закрепите детайла – никога повече от необходимото.
Вакуумните чашки са подходящи за плоски детайли. Те осигуряват равномерно засмукване, без да създават локализирани точки на натиск. Меките вакуумни устни се приспособяват към формата на детайла, разпределяйки силата върху по-голяма площ. Вграждащият восък е подходящ за прецизни или неправилно оформени детайли. Детайлът се вгражда във восъка и се държи на място от него, елиминирайки необходимостта от каквато и да е сила на затягане.
Стратегии за траектория на инструмента
Последователността е по-важна от отделните разфасовки.
Първо направете груба обработка на детайла. Оставете заготовка по всички повърхности. След това освободете напрежението от детайла. След това го обработете окончателно. Грубата обработка освобождава по-голямата част от вътрешното напрежение. Стъпката за освобождаване на напрежението се занимава с останалото. Финишното рязане премахва само тънък слой. Този слой не носи достатъчно напрежение, за да причини деформация при CNC обработка.
Адаптивното или трохоидално фрезоване променя играта. Инструментът извършва лек радиален разрез. Движи се по кръгова траектория. Дебелината на стружката остава постоянна. Силите на рязане остават ниски. Топлината остава ниска. Детайлът не се деформира.
Катерене срещу конвенционално фрезоване? Катеренето притиска инструмента в детайла. Конвенционалното фрезоване го издърпва. За предотвратяване на деформация, катеренето е по-добро. Силите на рязане се насочват надолу, към масата. Не настрани, към тънката стена.
Параметри на рязане и охлаждане
Охлаждащата течност отвежда топлината. Тя също така създава термичен шок. Зоната на рязане се нагрява. Охлаждащата течност я удря. Повърхността се охлажда бързо. Сърцевината остава гореща. Тази температурна разлика създава напрежение. Въздушната струя отстранява стружките и осигурява известно охлаждане без термичен шок.
Избягвайте термични цикли. Не позволявайте на детайла да се нагрява, охлажда и отново да се нагрява. Всеки цикъл добавя напрежение. Поддържайте условията на рязане постоянни от началото до края.
Многоетапна обработка
Две настройки са по-добри от една, когато CNC детайлите се деформират поради неравномерно отстраняване на материал.
Стратегиите за обръщане на рязането балансират напрежението. Първо, грубо обработете едната страна, след това обърнете детайла и грубо обработете другата страна. Обърнете го отново. Редувайте отстраняването на материал между двете страни на всяка стъпка. Това поддържа балансирани напреженията.
Жертвените опори са временни. Добавете ребра или уши към тънкостенните зони преди обработка. Отстранете опорите по време на последния проход. Детайлът остава твърд по време на обработката. Опорите се отрязват, без да оставят следи.
Тези стратегии работят заедно. Предварителната обработка на материала намалява първоначалното напрежение. Правилното затягане на детайла предотвратява еластичния отскок. Интелигентните траектории на инструмента минимизират силите на рязане. Адекватното охлаждане контролира натрупването на топлина. Многоетапната последователност на обработка балансира отстраняването на материал. Комбинирайте ги всички. Ето как да спрете деформацията на CNC машината завинаги.
БЛАГОРОДЕН – Прецизна обработка с ЦПУ & Обработка на пластмаси
Нашите основни възможности за обработка
Формите и материалите от предишните раздели? Ние боравим с тях ежедневно.
CNC обработващи услуги
- 3-осни, 4-осни и 5-осно CNC фрезоване
- CNC завиване с въртящи се инструменти
- Струговане с фрезоване за сложни геометрии с един удар
- Създаване на прототипи чрез пълно производство
Услуги за обработка на пластмаси
- CNC обработка на инженерни пластмаси: PEEK, POM, ABS, найлон, UHMW, PTFE
- Шприцване на пластмаси за по-големи обеми
- Последваща обработка: обезмасляване, термично фиксиране, повърхностна обработка
Сертификати за качество – Вашата гаранция срещу деформация
| сертифициране | Обхват | Какво означава за вас |
| ISO 9001: 2015 | Система за управление на качеството | Последователни процеси, документирани протоколи за облекчаване на стреса и проследима инспекция |
| ISO 13485: 2016 | Управление на качеството на медицинските изделия | Строг контрол на процеса – критичен за имплантируеми инструменти и хирургически инструменти, където деформацията на микронно ниво е неприемлива |
Често задавани въпроси
Можете ли да поправите деформирана CNC част след обработка?
Понякога. Изправянето с преса или термичното изправяне работи за пластични метали. Но поправянето на CNC детайли, които се деформират впоследствие, винаги е по-скъпо от предотвратяването им на първо място.
Отгряването винаги ли предотвратява деформация?
Не. Отгряването намалява остатъчното напрежение, но не го елиминира. Неравномерното отстраняване на материал след отгряване все още може да причини деформация при CNC обработка.
По-лошо ли е изкривяването за 5-ос срещу 3-осна обработка?
Не е по своята същност. Типът машина е по-малко важен от стратегията на процеса и баланса на напрежението по време на отстраняване на материал. Лошото планиране на траекторията на инструмента води до деформация на CNC детайлите на всяка машина.
Коя е най-тънката стена, която мога надеждно да обработя без деформация?
Няма универсално число. То зависи от материала, височината на стената, силите на рязане и изискванията за толеранс. За алуминий, безопасно начално правило е 1 мм дебелина на всеки 20 мм височина.
