Odprężanie i płaskość: dlaczego obrobiona podstawa się rusza

Dlaczego spawane podstawy maszyn odkształcają się po obróbce, czym różni się odprężanie cieplne od wibracyjnego i jak zapisać wymóg płaskości do utrzymania.

Podstawa maszyny nie jest skończona, gdy schodzi z wytaczarki. Jest skończona, gdy po sześciu miesiącach wciąż jest płaska, przykręcona do posadzki w zakładzie klienta. Wszystko w tym poradniku dotyczy różnicy między tymi dwoma momentami.

Skąd bierze się ruch

Spawanie to lokalne, gwałtowne nagrzewanie, po którym następuje szybkie chłodzenie. Metal wokół każdej spoiny kurczy się względem materiału, który nie może się swobodnie przemieszczać, a to, co nie może się ruszyć, staje się zamkniętym naprężeniem własnym. Gotowa konstrukcja spawana może być wymiarowo doskonała i mimo to pełna zmagazynowanej energii.

Obróbka ją uwalnia. Każde skrawanie usuwa materiał, który utrzymywał część tej równowagi, a konstrukcja odpręża się do nowego kształtu. Podstawa, która na stole wyszła płasko, potrafi wyjść z tolerancji w ciągu jednej nocy. Odlewy mają łagodniejszą wersję tego samego problemu, wynikającą z nierównomiernego stygnięcia w formie.

Pytanie nie brzmi więc nigdy, czy część się ruszy. Brzmi: czy ruszy się przed obróbką, czy po niej.

Dwie metody

Odprężanie cieplne. Konstrukcja trafia do pieca, jest doprowadzana do temperatury wygrzewania znacznie poniżej jakiegokolwiek punktu przemiany, wytrzymywana i powoli, kontrolowanie chłodzona. W tej temperaturze stal lekko pełza, a szczytowe naprężenia własne maleją. To metoda, po którą sięgają specyfikacje, jest gruntownie udokumentowana i daje wykres, który można zarchiwizować.

Koszty są realne: piec o wystarczającej pojemności dla części, ruchy suwnicy, kolejka za innymi zleceniami i zendra na powierzchni, którą trzeba potem usunąć piaskowaniem. Przy dużej podstawie dostępność pieca bywa najdłuższą pojedynczą pozycją w czasie realizacji.

Odprężanie wibracyjne. Konstrukcja jest mocowana, wyposażana w czujniki i wzbudzana na swoich częstotliwościach rezonansowych przez ustalony czas. Szczytowe naprężenia ulegają redystrybucji, a nie znikają. Trwa godziny, a nie dni, kosztuje ułamek cyklu piecowego, nie wymaga pieca i nie zostawia zendry.

Jest szeroko i skutecznie stosowane w ramach maszyn. Nie jest jednak akceptowane wszędzie, a niektóre systemy jakości go nie uznają. To decyzja specyfikacyjna, a nie preferencja techniczna, którą można zostawić zakładowi.

Kolejność, która działa

Przy każdej podstawie, w której obrobione powierzchnie mają znaczenie:

1. Zespawać konstrukcję.
2. Odprężyć.
3. Obrobić zgrubnie, zostawiając naddatek na każdej powierzchni funkcjonalnej.
4. Odprężyć ponownie.
5. Obrobić wykańczająco.

Drugi cykl to ten, który ludzie skreślają, by zaoszczędzić, i ten, który powstrzymuje ruch części po dostawie. Przy pracach niekrytycznych jeden cykl po spawaniu to normalna praktyka, ale proszę napisać, który Państwo kupują.

Pozostawienie części na jakiś czas między obróbką zgrubną a wykańczającą także pomaga i kosztuje tylko miejsce na hali i cierpliwość.

Jak sformułować wymóg płaskości, który coś znaczy

“Płaskość w granicach 0.05” na rysunku nie jest specyfikacją. Brakuje w niej wszystkiego, co sprawia, że liczbę można zmierzyć.

Użyteczny wymóg określa:

• Która powierzchnia. Każda obrobiona powierzchnia osobno czy cała górna ściana jako jedna.
• Na jakiej długości. 0.05 mm na 300 mm i 0.05 mm na 2000 mm to bardzo różne prace.
• Względem jakiej bazy. Równoległość i prostopadłość nie mają sensu bez bazy, a gramatyką do ich zapisu jest wymiarowanie i tolerowanie geometryczne, skodyfikowane w ISO 1101 i ASME Y14.5. Proszę wybrać bazę zgodną ze sposobem montażu maszyny i oparcia na stopach.
• Jak mierzone. Liniał i szczelinomierz, poziomnica precyzyjna, laser, CMM. Każda metoda ma inną rozdzielczość i inną cenę.
• Kiedy i gdzie mierzone. Na maszynie po skrawaniu albo na płycie w pracowni metrologicznej w podanej temperaturze. Duża stalowa konstrukcja zmienia wymiary wraz z temperaturą otoczenia, a na podstawie o długości dwóch metrów nie jest to błąd zaokrąglenia.
• Jak podparta. Podstawa mierzona na trzech punktach daje inny odczyt niż ta sama na sześciu. Proszę to podać, bo inaczej mierzy się sposób, w jaki została postawiona.

Gdy te sześć punktów jest uwzględnionych, oferty od różnych zakładów po raz pierwszy stają się porównywalne.

Ile to kosztuje

Zaostrzanie płaskości nie jest liniowe. Przejście z 0.10 mm na 0.05 mm na metr to zwykle kolejne skrawanie. Przejście z 0.05 mm na 0.02 mm może oznaczać inną maszynę, dodatkowe ustawienie, halę z kontrolowaną temperaturą i drugi cykl odprężania, a cena zmienia się odpowiednio.

Proszę więc określać to, czego maszyna faktycznie potrzebuje. Prowadnice osadzone na zalanej zaprawą płycie nie potrzebują tego, czego potrzebuje rama metrologiczna. Najdroższe rysunki, jakie widzimy, to te, na których domyślną tolerancję zastosowano do każdej powierzchni, bo nikt nie zapytał, które mają znaczenie.

Zanim to Państwo wyślą

Proszę oznaczyć powierzchnie funkcjonalne, nazwać bazy, podać metodę odprężania i czy chcą Państwo wykres oraz napisać, jakich dokumentów kontrolnych oczekują Państwo w przesyłce. Ta jedna strona notatek jest warta więcej niż kolejny tydzień korespondencji.

Proszę przesłać rysunek, a powiemy, które zakłady są w stanie to utrzymać. Jeśli wciąż wybierają Państwo konstrukcję, proszę zacząć od żeliwa w porównaniu ze stalą spawaną.

Częste pytania

← Wszystkie poradniki