Gia công mài phẳng chính xác: Cong vênh và cách xử lý
Gia công mài phẳng là phương pháp nâng cao độ chính xác. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có vấn đề về độ cong. Chi tiết mài xong đo trên bàn máy thấy phẳng. Tháo ra đo trên bàn map thì cong. Cơ chế gây ra hiện tượng này nằm trong bản chất của việc gá bằng bàn từ.
1. Tại sao chi tiết bị cong khi gia công mài phẳng
Một tấm thép mỏng gần như không bao giờ phẳng tuyệt đối trước khi mài. Nó có thể cong do cán, do nhiệt luyện, hoặc do ứng suất dư từ công đoạn trước.
Khi đặt lên bàn từ và bật từ, lực hút ép tấm thép phẳng xuống mặt bàn. Người thợ mài mặt tấm thép trong trạng thái đang bị ép. Khi ngắt từ, chi tiết đàn hồi trở lại hình dạng cong ban đầu, và mặt vừa mài phẳng giờ cong theo.
Mức độ cong vênh khi gia công mài phẳng phụ thuộc ba yếu tố: độ cong ban đầu, tỷ lệ chiều dài trên chiều dày, và lực hút của bàn từ.
Chi tiết càng mỏng và càng dài, hiệu ứng cong càng lớn. Ví dụ: với một tấm thép mỏng ~3 mm và dài ~200 mm, độ biến dạng do gá có thể làm hỏng yêu cầu độ phẳng 0,01 mm nếu setup không phù hợp.
2. Các phương pháp xử lý chi tiết cong vênh
2.1. 6 hướng xử lý theo setup
Sáu hướng xử lý dưới đây là các phương án công nghệ gợi ý. Mỗi phương án đều đánh đổi với lực kẹp, độ ổn định gá đặt, lực mài, hướng quay của đá và an toàn vận hành; phải đánh giá setup cụ thể trước khi áp dụng.
- 1. Mài xen kẽ hai mặt với lượng bóc nhỏ. Mài mặt A một lát mỏng, sau đó lật và mài mặt B một lát mỏng. Lặp lại nhiều vòng. Mỗi vòng bóc đi một phần ứng suất và một phần độ cong, thay vì cố ép phẳng một lần.
- 2. Giảm lực hút bàn từ trong giới hạn an toàn. Nguyên tắc là dùng mức từ thấp nhất mà vẫn giữ chắc chi tiết dưới lực mài dự kiến, không phải là dùng mức từ thấp nhất của bàn từ. Với chi tiết rất mỏng, thường phải bổ sung vấu chặn cơ khí theo hướng lực cắt thay vì chỉ giảm lực hút.
- 3. Dùng đệm trung gian. Đặt chi tiết lên một tấm đệm mỏng hoặc lớp giấy để lực hút phân bố đều hơn và giảm biến dạng cục bộ theo rãnh cực của bàn.
- 4. Ngắt từ giữa chừng. Sau vài thao tác mài, ngắt từ cho chi tiết đàn hồi tự do, bật lại rồi mài tiếp. Cách này bộc lộ độ cong còn lại thay vì giấu nó đi.
- 5. Khử ứng suất trước khi mài tinh, đặc biệt với chi tiết vừa qua cắt dây hoặc gia công thô nhiều.
- 6. Để chi tiết ổn định nhiệt trước khi đo. Bàn từ và chi tiết nóng lên trong quá trình mài; đo ngay khi vừa tháo ra cho kết quả sai lệch có hệ thống.
2.2. Xử lý cong vênh từ việc chọn bàn từ
Khả năng giữ chi tiết mỏng mà không ép nó biến dạng không quy về việc bàn từ là loại điện hay loại vĩnh cửu. Nó phụ thuộc thiết kế cực từ, bước cực, lực giữ thực tế của chính chiếc bàn đó, cùng với chiều dày và vật liệu chi tiết. Khả năng điều chỉnh lực và khả năng khử từ cũng là thuộc tính của từng thiết kế, không phải của cả một loại.
Điều rút ra được từ nguyên lý: bàn có bước cực mịn thường thuận lợi hơn cho chi tiết mỏng vì từ trường phân bố đều hơn trên một diện tích nhỏ. Khi chọn bàn, câu hỏi đúng là lực giữ thực tế và bước cực của thiết kế cụ thể, không phải nhãn điện hay vĩnh cửu.
Khái niệm bước cực (pole pitch) đáng được chú ý: mặt bàn từ gồm các dải cực xen kẽ với dải vật liệu không dẫn từ. Với chi tiết rất mỏng, lực hút phân bố không đều theo các dải này gây biến dạng cục bộ theo chu kỳ bước cực — hiện tượng in rãnh cực. Bàn có bước cực càng mịn thì hiện tượng càng nhẹ, và đó là lý do bàn từ mịn tồn tại như một loại riêng chứ không phải một biến thể cao cấp.
2.3. Xử lý bằng khử từ trước khi gia công mài phẳng
Chi tiết thép sau khi gá trên bàn từ giữ lại từ dư, hệ quả là:
- 1. Mạt kim loại bám vào bề mặt và khó làm sạch hoàn toàn khi chi tiết còn từ dư. Khi chi tiết đi vào lắp ráp hoặc công đoạn sau, các hạt này có thể gây xước và mòn ba vật thể.
- 2. Sai số đo. Mạt bám trên bề mặt chuẩn làm phép đo độ phẳng và kích thước sai lệch vài micromet — đúng mức dung sai đang cần kiểm soát.
- 3. Nhiễu ở các nguyên công sau, đặc biệt với chi tiết sẽ lắp gần cảm biến hoặc trong cụm có yêu cầu về từ tính.
Vì vậy khử từ nên được đưa vào phiếu công nghệ như một bước có kiểm soát, thay vì để kỹ thuật viên nhớ thì làm. Thử với mạt sắt chỉ phù hợp để sàng lọc nhanh. Nếu bản vẽ hoặc quy trình quy định giới hạn từ dư, nghiệm thu nên dùng gaussmeter/teslameter hoặc phương pháp đo được chỉ định.
3. Ứng suất dư và hiệu ứng bóc không đối xứng
Trong gia công mài phẳng, khi đã gá đặt hoàn hảo, nhưng việc bóc vật liệu không đối xứng vẫn gây cong. Một tấm thép sau nhiệt luyện mang một trường ứng suất dư tự cân bằng. Khi kỹ thuật viên mài đi một lớp ở mặt trên là phá vỡ cân bằng đó; phần còn lại biến dạng để lập lại cân bằng mới.
Nguyên tắc “mài đều hai mặt” mà kỹ thuật lâu năm hay nhắc vì thế không phải kinh nghiệm dân gian. Nguyên tắc này có cơ sở cơ học rõ ràng.
Vì vậy, khi lập trình các chi tiết có yêu cầu độ phẳng chặt: hãy chừa lượng dư đối xứng cho cả hai mặt ngay từ khâu gia công thô. Kỹ sư yêu cầu cũng cần ghi rõ trong phiếu công nghệ rằng lượng dư đó phải được bóc cân bằng.
4. Đo độ phẳng sau mài phẳng
Sai lầm hay gặp khi đo độ phẳng là đo khi chi tiết vẫn còn trên bàn từ. Phép đo đó chỉ nói lên độ phẳng của bàn từ cộng với độ phẳng của chi tiết đang bị ép. Độ phẳng phải đo ở trạng thái tự do.
Mời thảo luận
1. Với chi tiết mỏng dưới 3 mm, quy trình của bạn có bao nhiêu vòng lật mặt, và lượng bóc mỗi lát là bao nhiêu?
2. Bạn có ngắt từ giữa chừng để kiểm tra không, hay chỉ kiểm tra sau khi hoàn tất gia công mài phẳng?
3. Xưởng của bạn đo độ phẳng bằng phương pháp nào, và bàn map được hiệu chuẩn lần gần nhất khi nào?