Introduzione
Vi è mai capitato di trovarvi in questa situazione? Il programma funziona senza intoppi, il percorso utensile è corretto e le misurazioni effettuate sulla macchina utensile corrispondono alle specifiche. Tuttavia, una volta rimosso il pezzo dalla macchina, un angolo si incurva e la parte centrale si piega. Il pezzo finito deve essere scartato.
Questa guida analizzerà le cause principali: quali forme sono più suscettibili, quali materiali hanno maggiori probabilità di causare problemi e, soprattutto, quali soluzioni sono realmente efficaci nelle operazioni di produzione concrete.
Le 5 cause principali della deformazione in Lavorazione CNC
Perché i pezzi lavorati con macchine CNC si deformano? Cinque motivi. Vediamoli insieme.
1. Tensioni residue derivanti dalla produzione dei materiali
Il materiale di base presenta degli inconvenienti nascosti. Laminazione, forgiatura, estrusione: questi processi intrappolano le tensioni interne nel metallo o nella plastica. Le forze si bilanciano a vicenda all'interno del blocco. Il pezzo risultante è piatto.
Quando inizia la lavorazione CNC e viene rimosso il materiale, questo equilibrio viene alterato. Le tensioni residue vengono rilasciate. Il pezzo inizia a muoversi. Si deformerà e si piegherà.
La lavorazione CNC agisce come un processo di rilascio delle tensioni. Il pezzo si limita a reagire a ciò che era già presente.
2. Espansione indotta dal calore (Effetti termici)
Il taglio genera calore. Questo calore si distribuisce in modo non uniforme ed è difficile da prevedere.
L'utensile sfrega. Il truciolo disperde il calore, oppure no.
Le diverse parti di un componente si riscaldano a velocità diverse. I materiali ad alte temperature si dilatano, mentre quelli a basse temperature no. Questa differenza di dilatazione crea tensioni interne.
La situazione è persino peggiore nelle sezioni a parete sottile. Queste aree contengono meno materiale e non sono in grado di assorbire e dissipare il calore in modo efficace. Di conseguenza, si riscaldano più rapidamente, si espandono in modo più marcato e subiscono deformazioni più gravi.
3. Forze di serraggio/blocco del pezzo
Il pezzo è stato posizionato in piano nella morsa e bloccato saldamente. Tutto sembrava normale durante Lavorazione CNC.
Una volta completata la lavorazione, i morsetti sono stati rilasciati. Il pezzo è tornato alla sua forma naturale. A questo punto, la forma non era più piatta.
Si tratta di deformazione elastica. Durante il processo di taglio, la forza di serraggio provoca la flessione del pezzo. La macchina CNC lavora questa forma curva. Quando la forza di serraggio viene rimossa, il pezzo ritorna alla sua forma originale non piana. Un classico esempio è il serraggio eccessivo di un anello sottile. Quando viene rimosso dalla macchina, l'anello è circolare, ma ritorna immediatamente alla sua forma ellittica.
4. Bassa rigidità del pezzo
Alcune parti sono semplicemente flosce. Pareti lunghe e sottili. Grandi superfici piane senza alcun supporto. L'utensile da taglio spinge verso il basso. Il materiale oppone resistenza, ma non con sufficiente forza. Si flette.
L'utensile taglia questa forma deformata. Quindi l'utensile continua a muoversi. Il materiale torna nella sua posizione originale. A questo punto, la superficie inferiore non è più piatta e le pareti laterali non sono più dritte.
La chiave sta in questo rapporto: rigidità divisa per forza di taglio. Se questo valore è basso, la deformazione è quasi inevitabile nella lavorazione CNC.
5. Percorso utensile e strategia di taglio non corretti
Una programmazione errata può causare la deformazione del pezzo; dopotutto, una macchina CNC non è un essere umano, si limita a seguire le istruzioni.
Una profondità di taglio eccessiva aumenta le forze di taglio. Fresatura con taglio verso l'alto o verso il basso: la scelta sbagliata può aumentare le sollecitazioni. La mancanza di tagli di smorzamento impedisce al pezzo di stabilizzarsi. La superficie sgrossata risulta irregolare. La finitura rimuove materiale da un solo lato. Gli squilibri di sollecitazione diventano immediatamente evidenti.
Queste cinque cause non agiscono isolatamente, ma si aggravano a vicenda. Quando un materiale sottoposto a stress viene lavorato ad alte temperature, serrato troppo strettamente e il pezzo stesso è soggetto a deformazioni, il tutto aggravato da una cattiva pianificazione del percorso? Un pezzo del genere è destinato a rompersi. Ecco perché
8 forme soggette a deformazione
Alcune forme sono particolarmente soggette a deformazioni durante la lavorazione CNC. I progettisti dovrebbero pertanto evitare queste forme fin dall'inizio.
| Forma | Modalità di guasto primaria | Quick Fix |
| Pareti sottili e nervature | Incurvamento, segni di vibrazione | Linguette di supporto, innesto radiale ridotto |
| Pavimenti sottili e fondi con tasche | Coppettazione, molla | Lasciare le scorte, finire in più fasi |
| Parti lunghe e sottili (elevato rapporto L/D) | Contorto, a forma di banana | Capovolgi la parte, cicli di sollievo dallo stress |
| Grandi piastre piatte e sottili | Bombatura, sollevamento del bordo | Dispositivo di aspirazione, solo fresatura in salita |
| Parti asimmetriche a forma di C o di U | Gambe che si allargano o si chiudono | Morsetto dopo la sgrossatura, passaggi di riposo |
| Flange sottili e sporgenze | Caduta, chiacchiere | Supporto con ganasce morbide, ridurre la sporgenza |
| Tubi e cilindri a parete sottile | Pareti ovali e rastremate | Supporto del mandrino, tagli bilanciati |
| Parti con tasche profonde | Deformazione del pavimento, inclinazione del muro | Rampa elicoidale, fine del riposo |
Ora esaminiamo ciascuna forma più nel dettaglio. Capire quali forme CNC sono soggette a deformazioni aiuta a individuare i problemi prima di iniziare la programmazione.
Pareti sottili e nervature
Strutture di questo tipo sono comuni negli involucri aerospaziali e nei contenitori per componenti elettronici: pareti alte con spessore relativamente ridotto. Le forze di taglio le spingono lateralmente, causando vibrazioni e flessioni.
Pavimenti sottili e fondi con tasche
Quando un utensile incide una scanalatura, la base inferiore è sottile e non ha alcun supporto al di sotto se non l'aria. Le forze di taglio agiscono verso il basso, causando la flessione della base. Dopo il passaggio dell'utensile, la base ritorna elasticamente alla sua posizione originale. Di conseguenza, la base non è più piatta.
Parti lunghe e sottili (elevato rapporto L/D)
Immaginate un albero lungo o una trave sottile. Durante la lavorazione, il pezzo si piega sotto il proprio peso, deviando dalla direzione dell'utensile. La rimozione del materiale è minore al centro rispetto alle estremità. Il pezzo finito assume la forma di una banana.
Grandi piastre piatte e sottili
Una lastra grande e piatta può sembrare semplice, ma non lo è. Le tensioni residue presenti nella lastra grezza vengono rilasciate in modo non uniforme. I bordi possono arricciarsi, il centro può gonfiarsi e, alla fine, l'intero pezzo può deformarsi.
Parti asimmetriche a forma di C o di U
Queste forme sono aperte su un lato. Le due "gambe" non sono collegate all'estremità aperta. La forza di serraggio spinge le due "gambe" verso l'interno per completare il taglio. Quando la forza di serraggio viene rilasciata, le gambe tornano nella posizione iniziale, modificando le dimensioni dell'apertura.
Flange sottili e sporgenze
Questa caratteristica sporge verso l'esterno ed è supportata solo da un lato. Le forze di taglio esercitano una pressione verso il basso sull'estremità libera, causando l'abbassamento della flangia, con conseguenti vibrazioni e una finitura superficiale estremamente scadente.
Tubi e cilindri a parete sottile
I pezzi circolari a parete sottile possono essere ingannevoli. Dopo la lavorazione della superficie esterna, le tensioni vengono rilasciate, causando l'allungamento e la deformazione del cerchio in un'ellisse, oppure, a causa della flessione del pezzo che si allontana dall'utensile, lo spessore della parete diventa irregolare.
Parti con tasche profonde
Le cavità profonde provocano una lunga sporgenza dell'utensile. Sebbene la punta dell'utensile possa flettersi, il vero problema risiede nelle restanti superfici inferiori e laterali. Un taglio irregolare causa uno squilibrio, con conseguente deformazione della superficie inferiore e inclinazione delle pareti laterali.
Riconoscere tempestivamente queste forme è la prima difesa contro la deformazione causata dalla lavorazione CNC. Ognuna richiede una strategia diversa. Le soluzioni rapide riportate nella tabella sono un buon punto di partenza.
Materiali che richiedono particolare attenzione
Alcuni sono stabili, altri no. Sapere quali materiali si deformano durante la lavorazione CNC permette di evitare molti scarti.
Alluminio (6061-T6, 7075-T6) – Sollecitazioni di laminazione
Il processo di laminazione genera tensioni interne nell'alluminio. Quando la lamiera di alluminio viene compressa tra i rulli, la superficie è soggetta a sollecitazioni di trazione, mentre il nucleo rimane sottoposto a sollecitazioni di compressione. A questo punto, il pezzo è piatto. Successivamente, la lavorazione meccanica rimuove materiale da un lato del pezzo. L'equilibrio si rompe. Il pezzo si deforma immediatamente.
Lamiere in acciaio inossidabile (304, 316) – Incrudimento
Questo materiale si indurisce quando viene tagliato. Lo strato superficiale si irrigidisce, mentre il nucleo rimane inalterato. Questa diversa durezza crea una diversa sollecitazione meccanica. I componenti sottili in acciaio inossidabile sono noti per la loro tendenza a torcersi durante la lavorazione.
Titanio (grado 5) – Bassa rigidità + ritorno elastico
Il titanio ha un basso modulo di elasticità. In parole semplici, si piega facilmente e ritorna bruscamente alla sua forma originale. La pressione di taglio deforma il pezzo. L'utensile taglia la forma deformata. Quindi il pezzo ritorna alla sua forma originale, diversa da quella desiderata. La lavorazione CNC del titanio è una sfida quotidiana.
Acciai per utensili temprati – Cambiamento di fase indotto dal calore
Il calore generato dal taglio può alterare la microstruttura. La superficie si trasforma. Il volume cambia leggermente. Questa piccola variazione crea una forte sollecitazione. Il pezzo si deforma. Si torce. L'acciaio temprato non segnala questo problema. Si manifesta semplicemente come un blocco deformato dopo la lavorazione.
Ottone e rame a lavorabilità migliorata – Stress da estrusione
Questi materiali vengono spesso estrusi. Il processo di estrusione fissa la direzione delle fibre e le tensioni interne. La lavorazione meccanica rompe queste tensioni in modo non uniforme. Il pezzo si muove. A volte si muove molto.
Materie plastiche (nylon, acetale, UHMW) – Calore e scorrimento
La plastica è peggiore del metallo. Conduce male il calore. La zona di taglio si surriscalda, mentre il materiale circostante rimane freddo. Questa differenza di temperatura crea stress. Di conseguenza, il pezzo si deforma nel tempo. Rimane sul banco di ispezione, le misurazioni sono corrette, ma un'ora dopo è deformato. Ecco perché i pezzi in plastica lavorati con macchine CNC si deformano più spesso di quanto gli operatori si aspettino.
Compositi in fibra di carbonio – Sollecitazioni anisotrope
Le fibre sono orientate in una direzione. La matrice le sostiene. La sollecitazione nel componente non è uniforme in tutte le direzioni. La lavorazione meccanica taglia le fibre. La struttura rimanente riorganizza le proprie sollecitazioni. I componenti compositi sottili si torcono in modi imprevedibili.
Fusioni di magnesio – Stress di raffreddamento non uniforme
Il getto si raffredda. La parte esterna si solidifica per prima. L'interno si solidifica per ultimo. Il nucleo esercita una trazione sulla superficie. Questa tensione accumulata attende la lavorazione. Se si rimuove troppo materiale, l'equilibrio si spezza. Il getto si deforma.
Un pezzo instabile richiede un trattamento di distensione, percorsi utensile diversi o entrambi. Ignorare le proprietà del materiale rende inevitabile la deformazione nella lavorazione CNC.
Come prevenire la deformazione: strategie pratiche
Riparare i pezzi deformati non è solo problematico, ma anche costoso. Adottare misure preventive prima che si presentino i problemi può aiutarci a risparmiare tempo e fatica. Ecco come evitare la deformazione dei pezzi lavorati con macchine CNC in ogni fase della lavorazione.
Prima della lavorazione: Preparazione del materiale
I materiali presentano in genere tensioni residue. Queste tensioni devono essere eliminate prima del taglio.
Il metodo di distensione termica prevede di posizionare il pezzo in un forno. Viene riscaldato, mantenuto a una temperatura costante e poi raffreddato lentamente. Questo permette di rilasciare le tensioni interne. Il metodo di distensione mediante vibrazione prevede di sottoporre il pezzo a vibrazioni di piccola ampiezza, appena sufficienti a consentire agli atomi di riorganizzarsi. Il trattamento criogenico utilizza temperature estremamente basse. Il materiale si contrae uniformemente, bilanciando così le tensioni residue.
Il controllo delle dimensioni di sgrossatura del grezzo contribuisce anche ad alleviare le tensioni. Un grezzo di grandi dimensioni viene sgrossato fino a raggiungere dimensioni prossime a quelle finali, lasciato riposare per un certo periodo affinché subisca una deformazione naturale, e quindi rifinito. Questa deformazione avviene durante il periodo di riposo del grezzo, anziché durante la lavorazione del prodotto finito.
Fissaggio e fissaggio
La forza di serraggio è un'arma a doppio taglio. Se è troppo bassa, il pezzo si sposterà durante la lavorazione; se è troppo alta, subirà una deformazione elastica. Quando la forza di serraggio viene rilasciata, il pezzo tornerà alla sua posizione originale e si deformerà.
La soluzione è il serraggio a bassa forza. Applicare solo la forza sufficiente a fissare il pezzo, mai più del necessario.
Le ventose a vuoto sono adatte per pezzi piani. Forniscono un'aspirazione uniforme senza creare punti di pressione localizzati. Le morbide labbra di aspirazione si adattano alla forma del pezzo, distribuendo la forza su un'area più ampia. L'inglobamento in cera è adatto per pezzi di precisione o di forma irregolare. Il pezzo viene inglobato nella cera e mantenuto in posizione da essa, eliminando la necessità di qualsiasi forza di serraggio.
Strategie di percorso utensile
La sequenza è più importante dei singoli tagli.
Innanzitutto, sgrossare il pezzo. Lasciare materiale su tutte le superfici. Quindi, distendere le tensioni interne. Infine, eseguire la finitura. La sgrossatura rilascia la maggior parte delle tensioni interne. La distensione si occupa del resto. La finitura rimuove solo un sottile strato. Questo strato non è sufficientemente sollecitato da causare deformazioni dovute alla lavorazione CNC.
La fresatura adattiva o trocoidale cambia le regole del gioco. L'utensile esegue un taglio radiale leggero. Si muove lungo una traiettoria circolare. Lo spessore del truciolo rimane costante. Le forze di taglio restano basse. Il calore rimane basso. Il pezzo non si flette.
Fresatura in concordanza contro fresatura convenzionale? Nella fresatura in concordanza, l'utensile viene spinto contro il pezzo. Nella fresatura convenzionale, l'utensile viene tirato via. Per prevenire la deformazione, la fresatura in concordanza è la soluzione migliore. Le forze di taglio agiscono verso il basso, contro il piano di lavoro, e non lateralmente, contro la parete sottile.
Parametri di taglio e raffreddamento
Il liquido di raffreddamento rimuove il calore, ma crea anche uno shock termico. La zona di taglio si surriscalda, il liquido di raffreddamento la colpisce e la superficie si raffredda rapidamente, mentre il nucleo rimane caldo. Questa differenza di temperatura genera stress. Un getto d'aria compressa rimuove i trucioli e fornisce un certo raffreddamento senza provocare lo shock termico.
Evitate cicli termici. Non lasciate che il pezzo si riscaldi, si raffreddi e si riscaldi di nuovo. Ogni ciclo aggiunge stress. Mantenete costanti le condizioni di taglio dall'inizio alla fine.
Lavorazione multifase
Due configurazioni sono meglio di una quando i pezzi lavorati a CNC si deformano a causa di una rimozione irregolare del materiale.
Le strategie di taglio alternato bilanciano le sollecitazioni. Prima si sgrossa un lato, poi si capovolge il pezzo e si sgrossa l'altro lato. Si capovolge di nuovo. La rimozione del materiale tra i due lati si alterna a ogni passaggio. Questo mantiene le sollecitazioni bilanciate.
I supporti sacrificali sono temporanei. Aggiungere nervature o sporgenze alle zone a parete sottile prima della lavorazione. Rimuovere i supporti durante la passata finale. Il pezzo rimane rigido durante la lavorazione. I supporti vengono tagliati via, senza lasciare traccia.
Queste strategie lavorano in sinergia. Il pretrattamento del materiale riduce le sollecitazioni iniziali. Un corretto bloccaggio del pezzo previene il rimbalzo elastico. Percorsi utensile intelligenti minimizzano le forze di taglio. Un raffreddamento adeguato controlla l'accumulo di calore. Una sequenza di lavorazione a più fasi bilancia la rimozione del materiale. Combinandole tutte, si ottiene il modo per eliminare definitivamente la deformazione causata dalle macchine CNC.
NOBILE – Lavorazioni meccaniche di precisione e lavorazione della plastica
Le nostre capacità di elaborazione principali
Le forme e i materiali delle sezioni precedenti? Li utilizziamo quotidianamente.
Servizi di lavorazione CNC
- 3 assi, 4 assi e Fresatura CNC a 5 assi
- Tornitura CNC con utensili dal vivo
- Fresatura e tornitura per geometrie complesse in un'unica fase
- Dalla prototipazione alla produzione in serie.
Servizi di lavorazione della plastica
- Lavorazione CNC di materie plastiche tecniche: PEEK, POM, ABS, Nylon, UHMW, PTFE
- Stampaggio a iniezione di materie plastiche per volumi maggiori
- Post produzione: sbavatura, termofissaggio, finitura superficiale
Certificazioni di qualità: la vostra garanzia contro le deformazioni
| Certificazione | Obbiettivo | Cosa significa per te |
| ISO 9001 e ISO 14001 | Sistema di gestione della qualità | Processi coerenti, protocolli documentati per la gestione dello stress e ispezioni tracciabili. |
| ISO 9001 e ISO 14001 | Gestione della qualità dei dispositivi medici | Controllo rigoroso del processo: fondamentale per strumenti impiantabili e strumenti chirurgici dove la deformazione a livello di micron è inaccettabile |
FAQ
È possibile riparare un pezzo CNC deformato dopo la lavorazione?
A volte. La raddrizzatura a pressione o a caldo funziona per i metalli duttili. Ma riparare i pezzi lavorati a CNC che si sono deformati dopo la lavorazione è sempre più costoso che prevenirne la deformazione fin dall'inizio.
La ricottura previene sempre la deformazione?
No. La ricottura riduce le tensioni residue, ma non le elimina. Una rimozione non uniforme del materiale dopo la ricottura può comunque causare deformazioni dovute alla lavorazione CNC.
La deformazione è peggiore per 5 assi vs lavorazione a 3 assi?
Non necessariamente. Il tipo di macchina è meno importante della strategia di processo e dell'equilibrio delle sollecitazioni durante la rimozione del materiale. Una pianificazione errata del percorso utensile provoca la deformazione dei pezzi lavorati a CNC su qualsiasi macchina.
Qual è lo spessore minimo della parete che posso lavorare senza che si deformi?
Non esiste un valore universale. Dipende dal materiale, dall'altezza della parete, dalle forze di taglio e dai requisiti di tolleranza. Per l'alluminio, una regola di partenza sicura è di 1 mm di spessore ogni 20 mm di altezza.
