Phân tích các quy trình xử lý bề mặt phổ biến trong gia công CNC
Độ nhám bề mặt của các bộ phận được gia công CNC đề cập đến độ không đều trung bình của kết cấu bề mặt của chúng sau khi gia công. Nó thường được định lượng bằng "Ra" (Độ nhám trung bình số học), đo độ chính xác hiển vi của bề mặt vật liệu. Độ nhám bề mặt không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến vẻ ngoài của bộ phận mà còn ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính vật lý và hiệu suất của nó trong ứng dụng.
Để đạt được chất lượng bề mặt lý tưởng, các kỹ thuật viên chọn các công cụ phù hợp và tối ưu hóa các thông số gia công như tốc độ nạp, tốc độ cắt và chiều sâu cắt để kiểm soát hiệu quả độ nhám bề mặt, đảm bảo rằng bộ phận đáp ứng các yêu cầu về chức năng, độ tin cậy và tuổi thọ.
Các cấp độ nhám bề mặt phổ biến và ứng dụng của chúng trong gia công CNC
Trong gia công CNC, độ nhám bề mặt của các bộ phận không được hình thành ngẫu nhiên mà được kiểm soát cụ thể dựa trên các yêu cầu ứng dụng khác nhau. Các trường hợp sử dụng khác nhau có nhu cầu khác nhau về độ nhám bề mặt để đảm bảo độ chính xác lắp ráp, chức năng và tuổi thọ. Dưới đây là một số cấp độ nhám bề mặt phổ biến và phạm vi áp dụng của chúng:
Ra 3.2 μm
Đây là bề mặt gia công cấp thương mại phổ biến nhất, phù hợp với hầu hết các bộ phận tiêu dùng. Vết dụng cụ có thể nhìn thấy bằng mắt thường và thường được sử dụng làm tiêu chuẩn độ nhám mặc định cho gia công CNC. Cấp độ này phù hợp với các bộ phận chịu rung động, tải trọng và ứng suất vừa phải và thường được sử dụng cho các bề mặt giao phối chịu tải nhẹ hơn và chuyển động chậm hơn.
Ra 1.6 μm
Đây là tiêu chuẩn được sử dụng trong ngành cơ khí cho các bộ phận chung không yêu cầu độ mịn bề mặt cao. Vết dụng cụ nhẹ vẫn có thể nhìn thấy, nhưng bề mặt mịn hơn Ra 3.2 μm. Nó thường được sử dụng cho các bộ phận cơ khí chung hoặc các bộ phận kết cấu có yêu cầu hiệu suất thấp, đặc biệt là đối với các bộ phận chuyển động tốc độ thấp, tải trọng nhẹ. Nó không phù hợp với môi trường quay tốc độ cao hoặc rung động cao.
Ra 0.8 μm
Đây là cấp độ nhám cao hơn, yêu cầu kiểm soát gia công nghiêm ngặt. Mặc dù chi phí tương đối cao, nhưng nó phù hợp với các bộ phận quan trọng trong các khu vực chịu ứng suất, thường thấy trong các bộ phận ô tô và thiết bị điện tử tiêu dùng. Cấp độ này cũng phù hợp với các bộ phận ổ đỡ chịu tải nhẹ và chuyển động không liên tục.
Ra 0.4 μm
Cấp độ bề mặt này gần với lớp hoàn thiện gương và chủ yếu được sử dụng cho các bộ phận chính xác, yêu cầu độ chính xác bề mặt, tính thẩm mỹ và độ mịn cực cao. Nó phù hợp với các bộ phận quay tốc độ cao (ví dụ: trục, ổ đỡ) và làm giảm hiệu quả ma sát và mài mòn. Tuy nhiên, cấp độ này thường yêu cầu gia công tinh tế hơn và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt hơn, làm tăng đáng kể chi phí và chu kỳ sản xuất.
Phân tích các quy trình xử lý bề mặt phổ biến trong gia công CNC
Dựa trên nhu cầu ứng dụng cụ thể và đặc tính vật liệu, các nhà thiết kế sản phẩm chọn các phương pháp xử lý bề mặt CNC khác nhau. Dưới đây là các phương pháp xử lý bề mặt phổ biến cho cả vật liệu kim loại và phi kim loại:
1. Các quy trình xử lý bề mặt cơ học
1.1 Bề mặt tự nhiên (Không xử lý)
Đề cập đến trạng thái bề mặt tự nhiên của phôi sau khi gia công CNC, thường có vết dụng cụ có thể nhìn thấy hoặc các khuyết tật nhỏ, với độ nhám trung bình khoảng Ra 3.2 μm. Điều quan trọng cần lưu ý là việc đánh bóng hoặc mài sau đó có thể ảnh hưởng đến dung sai kích thước của bộ phận.
1.2 Phun cát
Một phương pháp xử lý bề mặt tiết kiệm và thiết thực cho các bộ phận kim loại có yêu cầu độ mịn thấp. Liên quan đến việc sử dụng súng cao áp để bắn các hạt thủy tinh nhỏ vào bề mặt, loại bỏ các khuyết tật và tạo ra kết cấu mờ hoặc mờ đồng nhất.
1.3 Hoàn thiện bằng chải
Một phương pháp hoàn thiện tốt tạo ra kết cấu đơn hướng, đồng nhất trên bề mặt bằng cách sử dụng bàn chải mịn hoặc vật liệu mài. Đặc biệt thích hợp cho các kim loại như nhôm, đồng và thép không gỉ, nó giữ được màu sắc tự nhiên của kim loại trong khi cung cấp một kết cấu độc đáo.
1.4 Mài mòn
Còn được gọi là phun cát mài mòn, quy trình này sử dụng các hạt cát tốc độ cao để loại bỏ các chất gây ô nhiễm bề mặt, lớp oxit hoặc để xử lý kết cấu và chuẩn bị trước khi phủ. Nó phù hợp với nhiều loại kim loại và vật liệu cứng khác nhau.
1.5 Đánh bóng
Sử dụng bánh mài hoặc hợp chất để đạt được lớp hoàn thiện bóng cao trên các bộ phận, tạo ra hiệu ứng gương. Thường được sử dụng trong thiết bị y tế, máy móc thực phẩm và hàng tiêu dùng cao cấp để tăng cường tính thẩm mỹ, độ sạch và khả năng chống ăn mòn.
1.6 Khía
Một phương pháp trong đó các công cụ có hoa văn được áp dụng cho bề mặt quay của phôi để tạo ra các kết cấu chống trượt thông thường. Thường được sử dụng để tăng cường độ bám, phương pháp này phù hợp với các kim loại như đồng thau, thép và nhôm trong cả thiết kế thẩm mỹ và chức năng.
1.7 Mài
Sử dụng bánh mài hoặc các vật liệu mài mòn khác để loại bỏ một lượng nhỏ vật liệu khỏi bề mặt để đạt được độ mịn và độ chính xác cao hơn. Nó phù hợp với các bộ phận cần loại bỏ thêm ô nhiễm bề mặt hoặc cải thiện độ nhám.
2. Các quy trình xử lý bề mặt hóa học
2.1 Thụ động hóa
Một phương pháp xử lý hóa học tiêu chuẩn cho thép không gỉ và các kim loại khác, liên quan đến việc nhúng vào một dung dịch cụ thể để loại bỏ sắt tự do khỏi bề mặt và tạo thành một lớp màng bảo vệ đồng nhất, cải thiện khả năng chống ăn mòn.
2.2 Xử lý cromat
Thích hợp cho các kim loại như nhôm, kẽm, cadmium và magiê. Phôi được nhúng trong axit cromic hoặc các dung dịch hóa học khác để tạo thành một lớp màng chuyển đổi bảo vệ, tăng cường độ bám dính, cách điện và khả năng chống ăn mòn.
2.3 Mạ kẽm
Liên quan đến việc nhúng thép hoặc các chất nền khác vào kẽm nóng chảy để tạo thành một lớp hợp kim kẽm-sắt và một lớp kẽm nguyên chất. Quy trình tiết kiệm chi phí này ngăn ngừa quá trình oxy hóa và gỉ và phù hợp với sản xuất hàng loạt các bộ phận.
2.4 Lớp phủ oxit đen
Liên quan đến việc nhúng kim loại đen vào dung dịch muối oxy hóa để tạo thành một lớp bảo vệ oxit sắt đen về mặt hóa học. Được sử dụng rộng rãi cho các bộ phận xây dựng và thiết bị điện tử tiêu dùng, cung cấp cả khả năng chống ăn mòn và lớp hoàn thiện mờ.
2.5 Đánh bóng hơi
Được sử dụng cho các bộ phận bằng nhựa (chẳng hạn như PC và acrylic) để đạt được độ bóng và độ trong suốt cao thông qua hơi hóa học làm tan chảy bề mặt. Phương pháp này thường được áp dụng cho đèn ô tô, dụng cụ y tế và các sản phẩm khác yêu cầu tính thẩm mỹ cao hoặc truyền ánh sáng.
3. Các quy trình xử lý bề mặt điện hóa
3.1 Anodizing
Chủ yếu được sử dụng cho các bộ phận bằng nhôm, anodizing liên quan đến một quá trình điện phân để làm dày lớp oxit tự nhiên, cải thiện khả năng chống ăn mòn, chống mài mòn và độ cứng bề mặt, đồng thời hỗ trợ nhuộm màu. Nó được ứng dụng rộng rãi trong thiết bị điện tử tiêu dùng và thiết bị công nghiệp.
3.2 Mạ điện
Một quy trình trong đó các ion kim loại được lắng đọng trên bề mặt của phôi bằng dòng điện, tạo thành một lớp phủ kim loại đồng nhất. Nó tăng cường độ dẫn điện, khả năng chống ăn mòn và vẻ ngoài trang trí. Các vật liệu mạ phổ biến bao gồm đồng, niken, vàng và bạc.
3.3 Mạ niken không điện
Còn được gọi là mạ niken hóa học, quy trình này liên quan đến quá trình khử hóa học để lắng đọng một lớp hợp kim niken-phosphorus đồng nhất trên thép, nhôm hoặc các chất nền khác. Nó mang lại khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và độ bao phủ đồng đều, đặc biệt đối với các bộ phận có hình dạng phức tạp.
3.4 Đánh bóng điện phân
Liên quan đến quá trình hòa tan anốt để loại bỏ các phần nhô ra siêu nhỏ trên bề mặt, làm cho nó mịn và bóng hơn đồng thời tăng cường độ sạch và khả năng chống ăn mòn. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi cho các bộ phận yêu cầu các tiêu chuẩn vệ sinh cao, chẳng hạn như thiết bị y tế và thiết bị chế biến thực phẩm.
3.5 Sơn tĩnh điện
Liên quan đến việc phun tĩnh điện các loại bột nhiệt rắn hoặc nhiệt dẻo lên bề mặt kim loại, sau đó được xử lý nhiệt hoặc ánh sáng UV để tạo thành một lớp màng bảo vệ chắc chắn. Phương pháp này mang lại các đặc tính trang trí, chống ăn mòn và thân thiện với môi trường tuyệt vời, phù hợp với nhiều loại vỏ kim loại và bộ phận kết cấu khác nhau.
4. Các quy trình bề mặt xử lý nhiệt
4.1 Ủ
Liên quan đến việc nung nóng kim loại đến nhiệt độ kết tinh lại của nó và sau đó làm nguội từ từ (thường là trong cát hoặc bằng cách làm nguội lò) để giảm độ cứng, cải thiện độ dẻo dai và độ dẻo và tăng cường các đặc tính gia công nguội sau đó.
4.2 Xử lý nhiệt
Một loạt các thao tác liên quan đến việc nung nóng, giữ và làm nguội để thay đổi vi cấu trúc của vật liệu, do đó cải thiện các tính chất cơ học của nó, chẳng hạn như độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn. Nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất khuôn và các bộ phận kết cấu.
4.3 Tôi luyện
Liên quan đến việc nung lại kim loại đã tôi ở nhiệt độ thích hợp, giữ nó trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó làm nguội từ từ để cân bằng độ bền và độ dẻo dai, ngăn vật liệu trở nên quá giòn.
Làm thế nào để chọn phương pháp xử lý bề mặt phù hợp cho các bộ phận được gia công CNC?
Để đảm bảo rằng phương pháp xử lý bề mặt đã chọn đáp ứng các yêu cầu thiết kế và kịch bản ứng dụng, nên xem xét các yếu tố chính sau:
Đặc tính vật liệu
Các vật liệu khác nhau phản ứng khác nhau với các phương pháp xử lý bề mặt. Ví dụ, các bộ phận bằng nhôm phù hợp với anodizing và sơn tĩnh điện, thép không gỉ thường sử dụng thụ động hóa để tăng cường khả năng chống ăn mòn và thép carbon phù hợp hơn với oxit đen hoặc mạ kẽm nhúng nóng.
Yêu cầu về chức năng
Chọn các quy trình dựa trên chức năng của bộ phận. Ví dụ, anodizing hoặc mạ điện có thể được chọn cho các bộ phận tiếp xúc với môi trường ăn mòn, thấm cacbon hoặc tôi luyện cho các điều kiện mài mòn cao và mạ điện đồng, bạc hoặc vàng cho các bộ phận yêu cầu cải thiện độ dẫn điện.
Yêu cầu về hình thức
Xử lý bề mặt ảnh hưởng đến vẻ ngoài trực quan của sản phẩm. Đánh bóng và mạ điện có thể đạt được lớp hoàn thiện bóng cao, trong khi phun cát và sơn tĩnh điện có thể tạo ra kết cấu mờ hoặc sa tanh. Chọn hiệu ứng thích hợp dựa trên vị trí của sản phẩm hoặc yêu cầu của khách hàng.
Kiểm soát chi phí
Các quy trình khác nhau có chi phí khác nhau. Ví dụ, sơn tĩnh điện mang lại hiệu suất chi phí tốt trong sản xuất hàng loạt. Điều quan trọng là phải cân bằng chi phí, thời gian chu kỳ sản xuất và các yêu cầu về hiệu suất để chọn giải pháp tối ưu.
Yêu cầu về thời gian thực hiện
Các quy trình như anodizing và mạ điện thường có thời gian chu kỳ dài hơn, trong khi các phương pháp xử lý cơ học như đánh bóng tương đối nhanh hơn. Nếu thời gian thực hiện gấp rút, nên ưu tiên các quy trình nhanh hơn; tuy nhiên, nếu có nhiều thời gian và yêu cầu độ chính xác cao, có thể chọn các quy trình chi tiết hơn.
Các phương pháp đo độ nhám bề mặt gia công CNC
Để xác minh rằng bề mặt của một bộ phận đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng và hiệu suất yêu cầu, các kỹ thuật đo lường khác nhau được sử dụng để đánh giá độ nhám, kết cấu và chất lượng gia công từ các góc độ khác nhau. Các phương pháp phổ biến bao gồm:
Kiểm tra trực quan
Phương pháp sàng lọc ban đầu trực tiếp và hiệu quả nhất, liên quan đến việc sử dụng mắt thường hoặc kính lúp để xác định các khuyết tật rõ ràng, chẳng hạn như vết xước, vết lõm hoặc gờ.
Máy đo biên dạng
Một thiết bị đo dựa trên tiếp xúc sử dụng đầu dò để di chuyển dọc theo bề mặt và ghi lại vi mô hình của bộ phận. Phương pháp này đánh giá chính xác các thông số độ nhám, các tính năng của biên dạng và tính nhất quán của gia công. Nó có độ chính xác cao và phù hợp với các bộ phận yêu cầu các tiêu chuẩn chất lượng bề mặt nghiêm ngặt.
Dụng cụ đo độ nhám bề mặt
Được thiết kế đặc biệt để đo các bất thường hiển vi trên bề mặt, dụng cụ này tính toán các thông số độ nhám như Ra, Rz và các thông số khác, cung cấp kết quả số, khách quan. Đây là một trong những phương pháp tiêu chuẩn được sử dụng phổ biến nhất để đánh giá chất lượng bề mặt của các bộ phận được gia công CNC.
