Gia công CNC sản phẩm thép hợp kim

Lợi thế cốt lõi của thép hợp kim so với thép carbon thông thường: 1) Tính chất cơ học ưu việt hơn, có sự kết hợp độ bền, độ cứng và độ dẻo dai cao hơn; 2) Khả năng thích ứng môi trường đặc biệt mạnh, bao gồm khả năng chống ăn mòn, chịu nhiệt độ cao, chống mài mòn, v.v.; 3) Phạm vi điều chỉnh tính năng rộng, thông qua thay đổi thành phần hợp kim và quy trình xử lý nhiệt có thể đạt được tính năng đa dạng; 4) Hiệu suất trọng lượng cao hơn, độ bền cao cho phép thiết kế kết cấu mỏng nhẹ hơn; 5) Tuổi thọ sử dụng dài hơn, đặc biệt ưu thế rõ rệt trong môi trường khắc nghiệt. Những ưu thế này giúp thép hợp kim có thể đáp ứng nhu cầu ứng dụng cao cấp mà thép carbon thông thường không đảm nhận được.

Khó khăn kỹ thuật chính trong gia công CNC thép hợp kim: 1) Hiện tượng cứng nguội nghiêm trọng, đặc biệt thép không gỉ austenit, dẫn đến dụng cụ cắt mòn nhanh hơn; 2) Lực cắt lớn, cao hơn 30%-50% so với thép carbon thông thường, cần máy có độ cứng vững cao hơn; 3) Độ dẫn nhiệt kém, nhiệt độ vùng cắt cao, dễ gây mòn dụng cụ do quá nhiệt; 4) Một số hợp kim độ cứng cao (như thép dụng cụ sau xử lý nhiệt) khó gia công, cần dụng cụ đặc biệt; 5) Hợp kim chịu nhiệt tính cắt gọt kém, dễ sinh ra tích tụ phoi; 6) Khó kiểm soát chất lượng bề mặt gia công, dễ sinh khuyết tật gia công. Giải quyết những khó khăn này cần lựa chọn hợp lý vật liệu dụng cụ, tối ưu hóa thông số cắt và sử dụng hệ thống bôi trơn làm mát chuyên dụng.

Lựa chọn loại thép hợp kim cần xem xét: 1) Môi trường làm việc: Môi trường ăn mòn ưu tiên chọn thép không gỉ, môi trường nhiệt độ cao chọn thép chịu nhiệt; 2) Yêu cầu tính chất cơ học: Kết cấu độ bền cao chọn thép kết cấu hợp kim, bộ phận chống mài mòn chọn thép hợp kim chống mài mòn; 3) Quy trình gia công: Kết cấu hàn ưu tiên chọn hợp kim carbon thấp, cần gia công cắt gọt xem xét hợp kim dễ cắt; 4) Yếu tố chi phí: Trong điều kiện đáp ứng tính năng, ưu tiên chọn hợp kim chi phí thấp hơn; 5) Xử lý sau: Cần xử lý nhiệt tăng cường chọn hợp kim có thể tôi cứng, cần hàn chọn hợp kim carbon thấp. Tốt nhất nên đánh giá chung với kỹ sư vật liệu và nhà gia công, chọn vật liệu hợp kim có tỷ lệ hiệu suất/chi phí cao nhất.

Ảnh hưởng của xử lý nhiệt thép hợp kim đến gia công: 1) Thay đổi độ cứng: Sau tôi độ cứng tăng đáng kể, độ khó gia công tăng, thường sử dụng quy trình "gia công thô - xử lý nhiệt - gia công tinh"; 2) Thay đổi kích thước: Xử lý nhiệt dẫn đến biến dạng chi tiết, cần dự phòng đủ lượng dư gia công; 3) Thay đổi tính gia công: Xử lý ủ có thể cải thiện tính gia công, tôi thì làm giảm tính gia công; 4) Chất lượng bề mặt: Xử lý nhiệt có thể hình thành lớp oxy hóa, cần loại bỏ; 5) Dụng cụ gia công: Sau xử lý nhiệt cần sử dụng vật liệu dụng cụ cứng hơn; 6) Thông số gia công: Cần điều chỉnh tốc độ cắt, lượng tiến và chiều sâu cắt. Sắp xếp hợp lý trình tự xử lý nhiệt và gia công là then chốt để đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm chi phí.

Lựa chọn xử lý bề mặt cho chi tiết thép hợp kim: 1) Thép không gỉ: Thường sử dụng đánh bóng điện phân nâng cao độ nhẵn và khả năng chống ăn mòn; 2) Thép kết cấu hợp kim: Có thể sử dụng mạ crom, xử lý nitơ hóa nâng cao khả năng chống mài mòn; 3) Thép dụng cụ: Xử lý hơi nước tạo lớp oxy hóa, nâng cao tính bôi trơn; 4) Hợp kim chịu nhiệt: Lớp phủ aluminide nâng cao khả năng chống oxy hóa nhiệt độ cao; 5) Xử lý thông dụng: Sơn phun, phun nhựa dùng cho trang trí và bảo vệ; 6) Xử lý đặc biệt: Đối với bộ phận hàng không vũ trụ, có thể sử dụng lớp phủ đặc biệt nâng cao độ bền mỏi. Lựa chọn xử lý bề mặt cần xem xét môi trường sử dụng, yêu cầu hiệu suất và yếu tố chi phí, một số thép hợp kim (như thép không gỉ crôm cao) cũng có thể sử dụng trực tiếp không cần xử lý bề mặt.

Yếu tố quyết định chi phí gia công thép hợp kim: 1) Chi phí vật liệu: Giá các loại thép hợp kim khác nhau chênh lệch lớn, từ thép kết cấu hợp kim thông thường đến hợp kim chịu nhiệt cao cấp có thể chênh lệch 10-50 lần; 2) Độ khó gia công: Hợp kim độ cứng cao, độ dẻo dai cao hiệu suất gia công thấp, chi phí cao; 3) Yêu cầu độ chính xác: Chi tiết độ chính xác cao cần nhiều công đoạn gia công và kiểm tra hơn, tăng chi phí; 4) Chi phí xử lý nhiệt: Quy trình xử lý nhiệt phức tạp sẽ tăng chi phí đáng kể; 5) Quy mô lô: Sản xuất lô nhỏ chi phí đơn vị cao, lô lớn có thể phân bổ chi phí setup; 6) Xử lý bề mặt: Xử lý bề mặt đặc biệt (như lớp phủ, lớp phủ) sẽ tăng chi phí. Nhìn chung, chi phí gia công chi tiết thép hợp kim gấp 2-10 lần thép carbon thông thường, cụ thể phụ thuộc vào các yếu tố trên.