Phân Biệt Kỹ Thuật Gia Công Tiện CNC Trên Các Loại Vật Liệu Thông Dụng

Trong ngành Cơ khí chính xác, có sáu nhóm vật liệu chính thường được sử dụng, được đại diện bằng các ký hiệu P - M - K - N - S - H. Mỗi nhóm vật liệu này mang đặc tính riêng biệt, đòi hỏi các kỹ thuật và điều kiện gia công khác nhau khi sử dụng phương pháp tiện CNC để đạt hiệu suất tối ưu.

1. Gia công vật liệu thép trên máy tiện

Thép có thể được phân loại thành các loại chính bao gồm thép không hợp kim, thép hợp kim thấp và thép hợp kim cao, mỗi loại ảnh hưởng đến các khuyến nghị về quá trình gia công.

1.1. Gia công vật liệu thép không hợp kim - Phân loại vật liệu: P1.1

Thép không hợp kim, với hàm lượng carbon lên tới 0,55%, đặt ra những thách thức đặc biệt trong quá trình gia công. Các loại thép với hàm lượng carbon thấp (dưới 0,25%) cần phải được xử lý một cách cẩn trọng do độ khó trong việc bẻ phoi và khả năng bám dẻo (Build-up edge).

Để cắt vật liệu và điều khiển phoi, việc thiết lập quá trình gia công với feed cao nhất có thể là cực kỳ quan trọng. Việc sử dụng các loại dao cắt có góc Wiper được khuyến khích mạnh mẽ khi thực hiện gia công vật liệu này.

Chọn vận tốc cắt cao để ngăn chặn sự hình thành của Build-up Edge trên dao cắt. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc sử dụng vận tốc cắt quá cao có thể ảnh hưởng tiêu cực đến bề mặt hoàn thiện của sản phẩm cuối cùng. Sự lựa chọn của các loại dao cắt với góc cắt sắc bén và thiết kế hình học tối ưu sẽ giảm thiểu sự hình thành của Build-up edge và ngăn chặn sự mòn của góc cắt thành phẩm.

1.2. Gia công vật liệu thép hợp kim thấp - Phân loại vật liệu: P2.x

Khả năng gia công của thép hợp kim thấp đồng thuận theo hàm lượng hợp kim và quá trình xử lý nhiệt (độ cứng). Đối với toàn bộ nhóm vật liệu này, sự mài mòn thường gặp nhất xảy ra trên mặt cắt Insert (Crater wear) và bên sườn góc cắt Insert (Flank Wear). Trong trường hợp của vật liệu cứng, biến dạng dẻo cũng được xem xét là một cơ chế mài mòn phổ biến, do nhiệt độ sinh ra tại vị trí gia công.

Với thép hợp kim thấp ở trạng thái chưa được tôi cứng, lựa chọn đầu tiên là sử dụng các loại Insert với thiết kế hình học và lớp phủ được tối ưu hóa đặc biệt cho việc gia công các loại thép này. Đối với vật liệu cứng hơn, việc lựa chọn các loại Grade và lớp phủ có độ cứng cao hơn (lớp phủ chuyên dùng cho việc gia công gang, lớp phủ Ceramic và CBN) sẽ được ưu tiên.

1.3. Gia công vật liệu thép hợp kim cao - Phân loại vật liệu: P3.x

Thép hợp kim cao bao gồm các loại thép cacbon có tổng hàm lượng hợp kim trên 5%, tổng hợp cả vật liệu mềm và cứng. Theo các chuyên gia, năng suất gia công sẽ giảm dần khi vật liệu có hàm lượng hợp kim và độ cứng cao hơn.

Tương tự như đối với thép hợp kim thấp, việc lựa chọn đầu cắt chính là các Insert được thiết kế hình học và lớp phủ được tối ưu hóa đặc biệt để gia công thép.

Với các loại thép có hàm lượng hợp kim trên 5% và độ cứng vượt quá 450 HB, yêu cầu về khả năng chống biến dạng dẻo và độ bền cạnh được đề cao. Do đó, việc lựa chọn các Grade và lớp phủ có độ cứng cao hơn (lớp phủ chuyên dụng cho việc gia công gang, lớp phủ Ceramic và CBN) là điều cần được ưu tiên.

2. Tiện vật liệu Inox - Thép không gỉ - Stainless Steel

Thép không gỉ được phân thành ba loại chính là ferritic/martensitic, austenitic và duplex (austenitic/ferritic), mỗi loại đều yêu cầu các quy trình gia công riêng biệt để đảm bảo hiệu quả trong quá trình tiện.

2.1. Gia công tiện Inox Ferritic và Martensitic - Phân loại vật liệu: P5.1

Thép không gỉ, hay còn gọi là Inox, được phân loại là vật liệu thép và thuộc phân loại vật liệu P5.x. Đối với quá trình gia công của loại vật liệu này, các chuyên gia thường khuyến nghị lựa chọn các Grade chuyên dụng cho inox và thiết kế hình học ứng dụng trong quá trình gia công inox.

Khi gia công Thép Martensitic trong điều kiện đã được tôi cứng, yêu cầu về khả năng chống biến dạng dẻo của hạt dao trở nên cao hơn. Do đó, việc sử dụng các loại CBN với độ cứng HRC = 55 trở lên sẽ là sự lựa chọn cân nhắc.

Tương tự, trong quá trình gia công Inox Martensitic trong điều kiện đã được tôi cứng, sự cần thiết về khả năng chống biến dạng dẻo của Insert cũng trở nên quan trọng hơn. Người dùng có thể xem xét sử dụng các loại Insert CBN chuyên dụng cho gia công độ cứng từ 55Hrc trở lên.

2.2. Gia công tiện Inox Austenit - Phân loại vật liệu: M1.x và M2.x

Thép không gỉ (Inox) Austenitic là một trong những loại Inox phổ biến nhất, trong đó nhóm này còn bao gồm Inox Super Austenitic, được định nghĩa là Inox có hàm lượng Nickel trên 20%.

Đối với vật liệu này, việc lựa chọn grade CVD, PVD và thiết kế hình học chủ yếu dành cho việc gia công Inox là điều được khuyến nghị.

Trong trường hợp của các chi tiết cần gia công với vết cắt không liên tục, hoặc trong đó việc đập phoi hoặc kẹt phoi là cơ chế mài mòn chính, việc sử dụng các loại Insert PVD là một sự cân nhắc đáng quan tâm.

Ngoài ra, những khuyến nghị khác bao gồm việc luôn sử dụng chất làm mát để giảm Crater Wear và biến dạng dẻo, đồng thời lựa chọn bán kính mũi dao lớn nhất có thể. Sử dụng miếng Insert tròn hoặc góc tiến dao nhỏ để hạn chế Notch Wear cũng là một điều cần nhấn mạnh. Nên sử dụng insert có cạnh sắc nét hoặc thiết kế hình học positive rake face để tối ưu hóa quá trình gia công.

2.3. Gia công Inox Duplex (Austenitic/Ferritic) - Phân loại vật liệu: M3.4

Với các vật liệu Inox Duplex hoặc thép hợp kim cao hơn có độ bền cơ học cao, việc gia công trở nên phức tạp hơn, đặc biệt là khi đối mặt với việc sinh nhiệt, lực cắt và kiểm soát phoi.

Trong trường hợp này, việc lựa chọn grade CVD, PVD và thiết kế hình học đặc biệt dành cho Inox là điều được khuyến nghị.

Ngoài ra, việc sử dụng chất làm mát để cải thiện khả năng kiểm soát phoi và tránh biến dạng dẻo cũng là một khuyến nghị quan trọng. Sử dụng các dụng cụ cắt gọt có thiết kế tưới nguội nội và insert các góc tiến dao nhỏ để tránh tình trạng Notch Wear và việc hình thành Burr cũng là những điểm cần được nhấn mạnh.

3. Tiện vật liệu gang

Có năm phân loại vật liệu gang chính:

• Grey Cast Iron (GCI)

• Nodular Cast Iron (NCI)

• Malleable Cast Iron (MCI)

• Compacted Graphite Iron (CGI)

• Austempered Ductile Iron (ADI)

Gang được xác định là hợp chất của sắt (Fe) và silic (Si) với hàm lượng cacbon (C) thường cao hơn 2%. Vật liệu này thường tạo ra phoi ngắn và có khả năng kiểm soát phoi tốt trong đa số các điều kiện gia công.

Để gia công các loại vật liệu gang, việc lựa chọn các loại insert có grade và thiết kế hình học dành riêng cho việc gia công gang là vô cùng quan trọng. Trong trường hợp của gang xám (grey cast iron), việc sử dụng các loại insert Ceramic và CBN được khuyến nghị, đặc biệt là khi cần tốc độ cắt cao hơn.

4. Tiện vật liệu siêu hợp kim chịu nhiệt (HRSA)

Vật liệu siêu hợp kim nổi bật với đặc tính độ bền cơ học xuất sắc và khả năng chống Creep (hiện tượng biến dạng chậm hoặc trượt khi phải chịu ứng suất) ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, nó cũng có khả năng chống ăn mòn và oxy hóa tốt. Có thể phân loại vật liệu HRSA thành bốn nhóm chính để nghiên cứu và ứng dụng.

• Nickel-based (Ví dụ như Inconel)

• Iron-based

• Cobalt-based

• Titanium alloys

Khả năng gia công của cả HRSA và titan đều đối mặt với thách thức, đặc biệt là trong các điều kiện gia công lâu dài, yêu cầu sự chính xác và hiệu suất cao đối với dụng cụ cắt gọt. Việc sử dụng dao cụ có các lưỡi cắt sắc bén là yếu tố then chốt để ngăn chặn hiện tượng mài mòn và hình thành lớp phủ tồn dư với độ cứng và áp lực khác nhau.

Đối với vật liệu HRSA, việc sử dụng các loại grade PVD và Ceramic được khuyến nghị để gia công một cách hiệu quả. Ngoài ra, việc lựa chọn dụng cụ cắt gọt có thiết kế hình học được tối ưu hóa cho vật liệu HRSA là điều cần thiết.

Về hợp kim titan, sử dụng các loại Insert không phủ và Insert grade PVD là lựa chọn phổ biến. Đồng thời, việc sử dụng Insert với thiết kế hình học tối ưu cho gia công vật liệu HRSA cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công vật liệu này.

Tiêu chí mài mòn phổ biến ở cả titan và HRSA được xác định là Notch Wear. Để đạt hiệu suất tối ưu, đề xuất áp dụng các nguyên tắc sau đây:

1. Sử dụng Insert có góc vào nhỏ hơn 45°.

2. Lập trình gia công với mối quan hệ chính xác giữa kích thước insert, bán kính mũi dao và độ sâu cắt.

3. Khi thực hiện gia công ramping hoặc nhiều pass cắt, nên sử dụng độ sâu cắt Ap cao hơn 0,25 mm.

4. Luôn áp dụng chất làm mát khi tiện vật liệu HRSA và hợp kim titan, bất kể sử dụng Insert carbide hay insert Ceramic.

5. Khi sử dụng Insert Ceramic, nên vát mép trước để giảm thiểu nguy cơ để lại vết xước khi insert tiếp xúc và rời khỏi vật cắt, nhằm đảm bảo hiệu suất cao nhất.

Nhóm này bao gồm các kim loại mềm không chứa sắt như nhôm, đồng, đồng đỏ, đồng thau, composite MMC và magie. Việc gia công các loại vật liệu này yêu cầu sự xem xét kỹ lưỡng đối với thành phần hợp kim, quá trình xử lý nhiệt và phương pháp sản xuất (như rèn, đúc, v.v.) để đảm bảo hiệu suất gia công tối ưu.

5. Tiện vật liệu Non-ferrous (Nhôm)

5.1. Tiện hợp kim nhôm - Phân loại vật liệu: N1.2

Luôn ưu tiên sử dụng các Insert positive với cạnh sắc sắc nét, bao gồm các loại không phủ và Insert PCD. Trong trường hợp của hợp kim nhôm với hàm lượng Si trên 13%, việc sử dụng Insert PCD được khuyến nghị để tăng tuổi thọ dụng cụ, trong khi việc sử dụng Insert carbide sẽ dẫn đến giảm thiểu đáng kể tuổi thọ. Sử dụng chất làm mát trong quá trình gia công nhôm thường nhằm mục đích tối ưu hóa quá trình thoát phoi.

6. Tiện vật liệu thép tôi cứng

Tiện thép có độ cứng thường từ 55-65 HRC, là quá trình gia công các chi tiết thép cứng, đây là giải pháp thay thế có hiệu quả về chi phí so với việc mài. Gia công các chi tiết thép cứng giúp cải thiện tính linh hoạt, thời gian thực hiện và chất lượng sản phẩm.

Sử dụng Insert CBN là lựa chọn tối ưu cho việc gia công phần cứng của vật liệu vỏ và thép cứng. Đối với thép mềm hơn khoảng 55 HRC, hãy sử dụng Insert Ceramic hoặc Cermet.

Các khuyến nghị cần tuân theo bao gồm:

• Đảm bảo máy móc và thiết bị hoạt động tốt, kèm theo hệ thống gá kẹp ổn định.

• Sử dụng ap càng nhỏ càng tốt nhằm đạt góc vào thấp và chuẩn bị cạnh chính xác hơn để gia công, từ đó cải thiện tuổi thọ của dụng cụ.

• Sử dụng Insert Wiper trong quá trình gia công để đạt được bề mặt hoàn thiện tốt nhất.

7. Gia công vật liệu cứng: Nâng cao độ chính xác với Sandvik Coromant

Trong lĩnh vực gia công chính xác, việc chọn lựa các dụng cụ phù hợp đóng vai trò không thể phủ nhận. Sandvik Coromant, một trong những nhà cung cấp hàng đầu thế giới về dụng cụ cắt, đã chứng minh vai trò quan trọng của mình trong lĩnh vực này. Với hơn 75 năm sáng tạo và phát triển, Sandvik Coromant nổi tiếng với những giải pháp cắt cạn tân mang lại đột phá cho ngành sản xuất. Điều này được minh chứng qua sự cam kết không ngừng nghiên cứu và phát triển, đưa đến việc tạo ra nhiều loại dụng cụ cắt và hệ thống dụng cụ chất lượng cao, được tùy chỉnh để đáp ứng nhu cầu cụ thể của từng loại vật liệu và quy trình gia công riêng biệt.

Trong gia công CNC trên các loại vật liệu khác nhau, Sandvik Coromant đã ra mắt một loạt sản phẩm được thiết kế để vượt trội trong các ứng dụng đa dạng. Ví dụ như:

1. Đối với nhôm và hợp kim không chứa sắt: Dòng CoroMill® Plura của Sandvik Coromant mang lại hiệu suất tuyệt vời đối với vật liệu nhôm và kim loại màu, mang lại độ chính xác và độ bền trong nguyên công phay.

2. Đối với thép không gỉ: Dòng CoroTurn® 107 mang lại hiệu suất tiện vượt trội trên thép không gỉ, đảm bảo năng suất cao và chất lượng hoàn thiện bề mặt.

3. Đối với thép cứng: CoroMill® 390 của Sandvik Coromant là một lựa chọn nổi bật để phay thép cứng, cung cấp các giải pháp gia công đáng tin cậy và hiệu quả.

4. Đối với Hợp kim kỳ lạ và Siêu hợp kim chịu nhiệt: Dao phay mặt CoroMill® 316 được thiết kế để xử lý các thách thức khi gia công hợp kim kỳ lạ và siêu hợp kim chịu nhiệt một cách dễ dàng và chính xác.

Công ty TNHH Thương mại và Dịch vụ Kỹ thuật AMS, nhà phân phối chính thức của Sandvik Coromant tại Việt Nam với hơn 20 năm kinh nghiệm, tự hào là đơn vị tư vấn có kinh nghiệm nhất trong việc lựa chọn sản phẩm và công cụ phù hợp cho hoạt động gia công chính xác. Chúng tôi rất hân hạnh được hỗ trợ quý khách hàng để tận dụng sức mạnh của các sản phẩm và dụng cụ Sandvik Coromant, từ đó đạt được kết quả vượt trội trong quá trình gia công của mình.

Hợp tác với Sandvik Coromant thông qua Công ty TNHH Thương mại và Dịch vụ Kỹ thuật AMS không chỉ giúp quý khách hàng tiếp cận các dụng cụ cắt hạng nhất trên thế giới mà còn đảm bảo sự hỗ trợ chuyên môn tối ưu, giúp nâng cao năng suất và chất lượng trong mọi hoạt động gia công chính xác.

Công ty TNHH Thương mại và Dịch vụ Kỹ thuật A.M.S
243/9/10D Tô Hiến Thành, phường 13, quận 10
Hot line: 028.3868 3738/3903 - Fax: 028.3868 3797