Nguyên nhân gây cong vênh khi phay SUS304

Có nhiều yếu tố có thể gây ra hiện tượng cong vênh khi gia công phay SUS304, chủ yếu liên quan đến đặc tính vật liệu và quá trình gia công:

• Ứng suất dư trong vật liệu: Ngay cả trước khi gia công, vật liệu SUS304 thường đã tồn tại các ứng suất dư bên trong do quá trình sản xuất ban đầu (cán, kéo, nhiệt luyện). Khi gia công loại bỏ vật liệu, ứng suất này bị giải phóng không đồng đều, dẫn đến biến dạng.
• Sinh nhiệt quá mức trong quá trình cắt:
  • Độ dẫn nhiệt thấp của SUS304: SUS304 có độ dẫn nhiệt kém hơn nhiều so với thép carbon thông thường. Điều này có nghĩa là nhiệt sinh ra trong quá trình cắt không tản đi nhanh chóng mà tập trung tại vùng cắt, gây ra giãn nở nhiệt không đều, dẫn đến biến dạng.
  • Hệ số giãn nở nhiệt cao: SUS304 có hệ số giãn nở nhiệt cao. Khi nhiệt độ tăng cục bộ do cắt, vật liệu giãn nở nhiều hơn và khi nguội đi, nó co lại không đều, gây ra cong vênh.
  • Thông số cắt không phù hợp: Tốc độ cắt, lượng ăn dao và chiều sâu cắt không tối ưu có thể tạo ra nhiệt lượng lớn và lực cắt cao, làm tăng nguy cơ biến dạng nhiệt.
• Lực kẹp và phương pháp gá đặt:
  • Lực kẹp không đồng đều hoặc quá chặt: Kẹp quá chặt hoặc không đều trên chi tiết mỏng có thể gây ra biến dạng ban đầu hoặc làm trầm trọng thêm biến dạng do ứng suất dư.
  • Gá đặt không đủ cứng vững: Nếu chi tiết không được gá đặt chắc chắn, nó có thể bị rung động trong quá trình cắt, làm tăng nhiệt và ảnh hưởng đến độ chính xác.
• Dụng cụ cắt:
  • Dụng cụ cùn hoặc không phù hợp: Dụng cụ cùn yêu cầu lực cắt lớn hơn và sinh ra nhiều nhiệt hơn. Dụng cụ không phù hợp (vật liệu, hình dạng, lớp phủ) cũng có thể gây ra vấn đề tương tự.
  • Mài mòn dao cụ: Khi dao cụ bị mài mòn, nó sẽ không cắt hiệu quả mà nghiền vật liệu, tạo ra nhiều nhiệt hơn.
• Chiến lược gia công (đường chạy dao):
  • Chiều sâu cắt quá lớn: Loại bỏ lượng vật liệu lớn trong một lần cắt có thể giải phóng ứng suất đột ngột và tạo ra nhiều nhiệt.
  • Cắt một phía: Nếu chỉ cắt vật liệu ở một phía của tấm, nó sẽ giải phóng ứng suất không cân bằng, gây ra cong vênh.

Các cách khắc phục hiện tượng cong vênh (biến dạng)

Để giảm thiểu và khắc phục hiện tượng cong vênh khi gia công SUS304, bạn cần áp dụng một chiến lược kết hợp nhiều yếu tố:

1. Xử lý vật liệu trước gia công

• Ủ khử ứng suất (Stress Relieving Annealing): Đây là phương pháp hiệu quả nhất để giảm ứng suất dư trong vật liệu. Quá trình này bao gồm việc nung nóng vật liệu đến một nhiệt độ nhất định (thường khoảng $650-850^{\circ }C$ đối với SUS304), giữ trong một thời gian nhất định, sau đó làm nguội từ từ. Điều này giúp tái sắp xếp cấu trúc tinh thể và giải phóng ứng suất bên trong.
• Gia công thô và tinh (Roughing and Finishing):
  • Gia công thô: Gia công cắt bỏ một lượng vật liệu đáng kể, để lại một lớp vật liệu đủ lớn cho gia công tinh. Việc này giúp giải phóng phần lớn ứng suất dư.
  • Ủ khử ứng suất trung gian: Đối với các chi tiết yêu cầu độ chính xác cực cao hoặc có tỷ lệ loại bỏ vật liệu lớn, có thể thực hiện ủ khử ứng suất giữa các lần gia công thô và tinh.
  • Gia công tinh: Sau khi ứng suất được giải phóng, tiến hành gia công tinh với chiều sâu cắt nhỏ để đạt được độ chính xác và bề mặt yêu cầu.

2. Tối ưu hóa thông số cắt và chiến lược gia công

• Kiểm soát nhiệt:
  • Giảm tốc độ cắt (Vc): Tốc độ cắt thấp hơn giúp giảm sinh nhiệt và cho phép nhiệt tản ra tốt hơn.
  • Tăng lượng ăn dao (Fz): Lượng ăn dao lớn hơn một chút có thể tạo ra phoi dày hơn, mang theo nhiệt đi xa khỏi vùng cắt, mặc dù cần cân bằng với chất lượng bề mặt và lực cắt.
  • Giảm chiều sâu cắt (Ap): Chia nhỏ các lớp cắt, đặc biệt là các lớp cuối cùng, giúp giảm lực cắt và nhiệt độ.
  • Sử dụng chiến lược ăn dao hợp lý: Tránh cắt một phía liên tục. Sử dụng các đường chạy dao cân bằng (ví dụ: cắt đối xứng, cắt zig-zag) để giải phóng ứng suất đều hơn.
• Sử dụng dung dịch làm mát (Coolant) hiệu quả:
  • Dung dịch làm mát chất lượng cao: Chọn loại dung dịch làm mát chuyên dụng cho thép không gỉ, có khả năng bôi trơn và làm mát tốt.
  • Phun tưới mạnh và liên tục: Đảm bảo dung dịch làm mát được phun trực tiếp và liên tục vào vùng cắt với lưu lượng đủ lớn để nhanh chóng loại bỏ nhiệt.
  • Hệ thống làm mát áp lực cao: Đối với các ứng dụng đòi hỏi cao, hệ thống làm mát áp lực cao có thể đẩy dung dịch vào sâu hơn trong vùng cắt, giúp kiểm soát nhiệt tốt hơn.

3. Lựa chọn dụng cụ cắt phù hợp

• Vật liệu và lớp phủ dao:
  • Sử dụng dao phay chuyên dụng cho thép không gỉ (ví dụ: carbide với lớp phủ TiAlN, AlTiN) có khả năng chịu nhiệt và mài mòn tốt.
  • Dao có góc thoát lớn (positive rake angle) giúp giảm lực cắt và sinh nhiệt.
• Độ sắc của dụng cụ: Đảm bảo dụng cụ cắt luôn sắc bén. Dao cùn là nguyên nhân hàng đầu gây ra nhiệt và biến dạng.
• Số lưỡi cắt: Dao có số lưỡi cắt ít hơn có thể cung cấp không gian thoát phoi tốt hơn và giảm sinh nhiệt.

4. Phương pháp gá đặt chi tiết

• Gá đặt chắc chắn và đồng đều:
  • Sử dụng đồ gá chuyên dụng, vững chắc để kẹp chi tiết.
  • Phân bố lực kẹp đều trên toàn bộ bề mặt chi tiết để tránh biến dạng ban đầu.
  • Hạn chế kẹp quá chặt, đặc biệt với các tấm mỏng, vì nó có thể gây biến dạng khi tháo kẹp.
• Sử dụng đế hỗ trợ: Đặt một tấm đế phẳng và vững chắc bên dưới chi tiết để tăng độ cứng vững và phân tán lực kẹp.
• Sử dụng đồ gá chân không hoặc kẹp từ (nếu phù hợp): Đối với các tấm mỏng và lớn, đồ gá chân không hoặc kẹp từ có thể giúp phân bổ lực kẹp đều hơn.

5. Chiến lược gia công thông minh

• Phân chia các bước cắt:
  • Thay vì cắt toàn bộ chiều sâu trong một lần, hãy chia thành nhiều lần cắt với chiều sâu nhỏ hơn.
  • Cắt luân phiên các mặt: Nếu gia công hai mặt của tấm, hãy cắt một phần ở mặt này, sau đó lật và cắt một phần ở mặt kia để cân bằng ứng suất.
  • Cắt từ giữa ra ngoài: Bắt đầu gia công từ trung tâm chi tiết và tiến dần ra phía rìa để giải phóng ứng suất một cách đều đặn hơn.
• Cắt bỏ vật liệu cân bằng: Luôn cố gắng loại bỏ vật liệu một cách cân bằng nhất có thể từ cả hai phía của tấm hoặc từ các khu vực đối xứng.

6. Kiểm soát môi trường gia công

• Kiểm soát nhiệt độ môi trường: Đảm bảo nhiệt độ trong xưởng gia công ổn định để tránh biến dạng do chênh lệch nhiệt độ.

Bằng cách kết hợp các biện pháp trên một cách có hệ thống, bạn có thể giảm đáng kể hiện tượng cong vênh khi phay tấm SUS304 trên máy CNC, đảm bảo chất lượng và độ phẳng của sản phẩm thành phẩm.