Ủ giảm ứng suất sau gia công thô: Khi nào cần cho chi tiết chính xác?

Một chi tiết có thể đạt kích thước sau gia công thô nhưng lại cong, vênh hoặc mất độ song song khi tiếp tục bóc vật liệu. Nguyên nhân thường không chỉ nằm ở máy, dao cắt hay đồ gá. Ứng suất dư đã tồn tại trong phôi hoặc được tạo thêm trong quá trình cắt gọt có thể tái phân bố khi tiết diện thay đổi, khiến hình học của chi tiết dịch chuyển. Với các chi tiết thép có thành mỏng, chiều dài lớn, tiết diện không đối xứng hoặc yêu cầu chặt về độ phẳng, độ song song và vị trí tương quan, ủ khử ứng suất sau gia công thô và trước gia công tinh là một phương án cần được xem xét. Tuy nhiên, đây không phải công đoạn bắt buộc cho mọi chi tiết và cũng không thể thay thế một quy trình gia công, gá đặt và đo kiểm hợp lý.

Quyết định cần dựa trên tổng hợp vật liệu, hình học, lượng bóc vật liệu và yêu cầu bản vẽ. Các trường hợp thường đáng cân nhắc gồm: Ngược lại, với chi tiết nhỏ, cứng vững, lượng bóc ít và dung sai thông thường, thêm một lần xử lý nhiệt có thể không tạo ra lợi ích tương xứng. Công đoạn này nên được xác nhận bằng đánh giá kỹ thuật hoặc thử nghiệm trên lô đầu tiên.

• Tấm, thanh hoặc vỏ hộp thành mỏng có yêu cầu độ phẳng và độ song song chặt.
• Trục dài, thanh dẫn hướng hoặc chi tiết có tỷ lệ chiều dài trên tiết diện lớn.
• Chi tiết có hốc sâu, gân mỏng hoặc lượng vật liệu bị bóc không đối xứng.
• Phôi hàn hoặc phôi có lịch sử tạo hình, nắn hoặc gia nhiệt cục bộ.
• Chi tiết phải mài chính xác sau gia công thô.
• Chi tiết tiếp tục qua một công đoạn nhiệt hoặc xử lý bề mặt có thể làm giải phóng ứng suất.
• Lô thử cho thấy kích thước ổn định trên máy nhưng thay đổi sau khi tháo gá, để qua thời gian hoặc sau công đoạn tiếp theo.

Một quy trình tham khảo cho chi tiết có nguy cơ biến dạng cao gồm:

• Xác nhận vật liệu và trạng thái cung cấp: Kiểm tra mác vật liệu, chứng chỉ, trạng thái ủ hoặc tôi ram và các yêu cầu độ cứng.
• Tạo chuẩn sơ bộ: Chuẩn bị các mặt chuẩn đủ ổn định cho gia công thô.
• Gia công thô tương đối cân bằng: Bóc vật liệu luân phiên hoặc đối xứng khi hình học cho phép; tránh hoàn thiện một mặt trong khi phía đối diện còn nguyên lượng dư lớn.
• Chừa lượng dư: Giữ đủ vật liệu trên các bề mặt quan trọng để phục hồi hình học sau xử lý nhiệt.
• Ủ khử ứng suất: Thực hiện theo quy trình phù hợp với vật liệu tại đơn vị xử lý chuyên môn; kiểm soát xếp tải, nung, giữ nhiệt và làm nguội.
• Làm sạch và kiểm tra trung gian: Loại bỏ ô-xít nếu có, kiểm tra biến dạng tự do và xác định lại lượng dư thực tế.
• Thiết lập lại chuẩn: Không mặc định chuẩn thô vẫn đúng sau xử lý nhiệt. Cần đo và gia công lại chuẩn khi cần thiết.
• Gia công bán tinh, gia công tinh hoặc mài: Phân bổ lượng bóc hợp lý, kiểm soát lực kẹp và nhiệt.
• Đo kiểm cuối: Đánh giá kích thước, độ phẳng, độ song song, vị trí và các đặc tính GD&T theo bản vẽ.

Không có một giá trị lượng dư duy nhất phù hợp cho mọi chi tiết. Lượng dư phải đủ để loại bỏ sai lệch sau ủ nhưng không quá lớn đến mức gia công tinh lại tạo ra một chu kỳ ứng suất đáng kể. Khi lập kế hoạch, cần xem xét kích thước tổng thể, chiều dày thành, độ cứng, phương pháp gia công tinh, độ sâu biến dạng dự kiến và khả năng thiết lập lại chuẩn. Với đặc tính quan trọng, nên xác nhận lượng dư qua một lô thử hoặc dữ liệu của chi tiết tương đồng. Nếu bản vẽ không cho phép thay đổi kích thước phôi trung gian, nhà gia công và khách hàng cần thống nhất phương án trước khi sản xuất hàng loạt.

• Ủ khử ứng suất không phải tôi cứng. Mục tiêu chính là giảm ứng suất dư, không phải tăng độ cứng bề mặt.
• Không phải chi tiết nào cũng cần ủ. Hình học cứng vững và dung sai rộng có thể không cần thêm công đoạn.
• Ủ không sửa được sai số do gia công sai. Vị trí lỗ, kích thước hoặc độ vuông góc không tự trở về đúng sau chu trình nhiệt.
• Không nên gia công tinh hoàn toàn trước khi ủ. Nếu chi tiết dịch chuyển sau ủ mà không còn lượng dư, khả năng sửa chữa sẽ rất hạn chế.
• Không dùng một nhiệt độ chung cho mọi vật liệu. Đặc biệt với thép đã tôi ram, thép không gỉ và hợp kim nhôm, chu trình sai có thể làm thay đổi cơ tính hoặc trạng thái vật liệu.
• PWHT không hoàn toàn đồng nghĩa với khử ứng suất giữa các bước gia công. Kết cấu hàn có thể chịu yêu cầu bắt buộc theo tiêu chuẩn, quy phạm và chiều dày riêng.

Để đánh giá đúng trình tự gia công và xử lý nhiệt, hồ sơ RFQ nên có: VietTech thực hiện phay CNC, tiện CNC, mài chính xác, cắt dây EDM và đo kiểm theo yêu cầu bản vẽ. Khi chi tiết cần ủ khử ứng suất, VietTech phối hợp với đối tác xử lý nhiệt chuyên môn và đưa công đoạn này vào quy trình kiểm soát kích thước. Phương án cụ thể chỉ được xác nhận sau khi xem xét vật liệu, hình học, dung sai và số lượng.

• Bản vẽ 2D và mô hình 3D đã thống nhất phiên bản.
• Mác vật liệu, tiêu chuẩn vật liệu và trạng thái cung cấp.
• Yêu cầu độ cứng và lịch sử xử lý nhiệt nếu đã có.
• Kích thước phôi hoặc giới hạn lượng dư trung gian.
• Dung sai kích thước và GD&T quan trọng sau gia công tinh.
• Yêu cầu về ô-xi hóa, thoát carbon, làm sạch hoặc bảo vệ bề mặt.
• Số lượng, kế hoạch lô thử và mức hồ sơ kiểm tra cần cung cấp.