Tiện có thể gia công trên vật liệu nào?

Gia công tiện là một phương pháp vạn năng, có khả năng xử lý hầu hết các loại vật liệu kỹ thuật, từ kim loại mềm dẻo cho đến các siêu hợp kim cứng. Tuy nhiên, hiệu suất, chất lượng bề mặt và tuổi thọ dụng cụ cắt sẽ thay đổi đáng kể tùy thuộc vào đặc tính cơ học, nhiệt học và hóa học của từng loại vật liệu.

Dưới đây là phân tích chi tiết về các nhóm vật liệu chính mà công nghệ tiện CNC có thể gia công, cùng với những thách thức và giải pháp đi kèm.

Nhóm kim loại màu truyền thống

Đây là nhóm vật liệu dễ dàng gia công tiện nhất do độ cứng tương đối thấp và khả năng tạo phoi tốt.

1.      Nhôm và hợp kim nhôm

Đặc điểm	Thách thức	Giải pháp tiện tối ưu
Dễ gia công: Nhẹ, mềm, tạo phoi liên tục.	Dính bám: Dễ dính vào lưỡi cắt (build-up edge).	Tốc độ cắt rất cao, sử dụng dao Kim Cương Đa Tinh Thể (PCD) hoặc Hợp kim cứng có góc thoát lớn và độ sắc cao. Dùng dầu làm mát/bôi trơn chuyên dụng.
Ứng dụng: Chi tiết hàng không, ô tô, vỏ thiết bị điện tử, khuôn mẫu.	Độ cứng thấp: Dễ bị biến dạng khi kẹp chặt.	Kẹp phôi nhẹ nhàng, dùng mâm cặp mềm (soft jaw).

2.     Đồng và hợp kim đồng

Đặc điểm	Thách thức	Giải pháp tiện tối ưu
Đồng thau (Brass): Tạo phoi giòn, dễ gãy, rất dễ gia công.	Đồng tinh khiết: Dẻo, dễ dính dao.	Sử dụng tốc độ cắt cao, dao có góc thoát nhỏ (góc âm) cho Đồng thau; dao sắc, góc thoát lớn cho Đồng tinh khiết.
Đồng đỏ (Copper): Dẫn nhiệt và điện cực tốt.	Độ nhám: Khó đạt độ nhám bề mặt cao.	Dùng chất làm mát tốt, đảm bảo dao luôn sắc bén, áp dụng tốc độ chạy dao chậm.

Nhóm kim loại đen và hợp kim sắt

Đây là nhóm vật liệu phổ biến nhất trong cơ khí, từ thép mềm đến thép có độ bền cao.

1.     Thép Carbon

Đặc điểm	Thách thức	Giải pháp tiện tối ưu
Thép mềm (ít Carbon): Dẻo, dễ cắt.	Tạo phoi dài: Phôi liên tục gây rối, nguy hiểm.	Dùng dao có rãnh bẻ phoi (chip breaker) hiệu quả, duy trì tốc độ cắt ổn định.
Thép cứng (nhiều Carbon): Bền, cứng cáp.	Mòn dao nhanh: Nhiệt cắt cao.	Sử dụng mảnh hợp kim cứng có lớp phủ (PVD/CVD) chịu nhiệt tốt, tốc độ cắt vừa phải.

2.     Thép không gỉ (Inox)

Inox (như 304, 316, 420) là vật liệu gia công khó khăn hơn thép Carbon thông thường.

Đặc điểm	Thách thức	Giải pháp tiện tối ưu
Độ cứng nguội cao: Dễ bị cứng hóa bề mặt khi cắt (Work Hardening).	Tích tụ nhiệt: Dẫn nhiệt kém, nhiệt tập trung ở vùng cắt làm hỏng lưỡi dao.	Sử dụng chất làm mát/trơn chuyên dụng lưu lượng lớn. Giữ tốc độ chạy dao ổn định (không quá thấp) để cắt xuyên qua lớp vật liệu đã bị cứng hóa.
Độ bền cao: Cần lực cắt lớn.	Ăn mòn nhiệt: Mòn dao rất nhanh.	Dao hợp kim cứng có lớp phủ chuyên biệt cho Inox. Giảm chiều sâu cắt ($a_p$) và chạy dao ($f$) khi cần thiết.

3.     Gang

Đặc Điểm	Thách Thức	Giải Pháp Tiện Tối Ưu
Tạo phoi giòn, vụn: Dễ dàng loại bỏ phoi.	Mài mòn: Tính mài mòn cao do chứa Carbon dạng Graphite.	Sử dụng dao hợp kim cứng loại K hoặc loại phủ CVD/TiN chống mài mòn.
Ít bị biến dạng: Kết cấu vật liệu ổn định.	Làm việc khô: Thường tiện khô (không dùng dung dịch làm mát) để tránh tạo bùn khó làm sạch, nhưng cần kiểm soát nhiệt.

 Nhóm hợp kim đặc biệt và vật liệu siêu cứng

Đây là những vật liệu khó gia công nhất, đòi hỏi máy móc và dụng cụ chuyên biệt.

1.     Hợp kim titan

Đặc Điểm	Thách Thức	Giải Pháp Tiện Tối Ưu
Độ bền cao, nhẹ: Lý tưởng cho hàng không, y tế.	Phản ứng hóa học: Dễ phản ứng hóa học với lưỡi cắt ở nhiệt độ cao.	Tốc độ cắt RẤT THẤP (so với thép). Sử dụng lượng lớn chất làm mát áp suất cao. Dao phải luôn sắc, góc thoát lớn.
Dẫn nhiệt kém: Tích tụ nhiệt lớn ở vùng cắt.	Độ đàn hồi cao: Dễ gây rung động.

2.     Hợp kim chịu nhiệt

Đặc Điểm	Thách Thức	Giải Pháp Tiện Tối Ưu
Giữ độ bền ở nhiệt độ cao: Ứng dụng trong động cơ tuabin.	Độ cứng hóa nguội cực cao: Biến cứng nhanh hơn Inox.	Chiều sâu cắt phải lớn hơn vùng cứng hóa để cắt vào vật liệu nguyên chất. Dùng dụng cụ cắt CBN hoặc Gốm (Ceramics) ở tốc độ cao (với Gốm).
Khó cắt: Gây áp lực và nhiệt độ cực lớn lên lưỡi dao.	Mòn lõm, mòn rãnh: Phá hỏng dao nhanh chóng.

3.     Thép đã nhiệt luyện

Đặc Điểm	Thách Thức	Giải Pháp Tiện Tối Ưu
Độ cứng HRC > 45-65: Cực kỳ cứng và chống mài mòn.	Cắt gián đoạn: Lực cắt rất lớn, dễ làm mẻ dao.	Chỉ sử dụng dao CBN (Cubic Boron Nitride) hoặc Gốm. Tiện khô (không làm mát). Tốc độ cắt và chiều sâu cắt rất nhỏ.
Yêu cầu độ chính xác cao: Thường là bước hoàn thiện cuối cùng.	Rung động: Gây ra độ nhám kém.	Đảm bảo máy có độ cứng vững cao nhất.

Nhóm phi kim

Máy tiện CNC cũng có thể xử lý các vật liệu phi kim:

·         Nhựa kỹ thuật (POM, PTFE, PEEK, Nylon): Rất dễ gia công. Thách thức chính là kiểm soát nhiệt để tránh làm nóng chảy hoặc biến dạng nhựa. Thường tiện với tốc độ cắt vừa, chạy dao nhanh.

·         Vật liệu Composite (Carbon Fiber, Fiberglass): Cần dao Kim cương hoặc Carbide chuyên dụng do tính mài mòn cực kỳ cao của sợi. Gia công cần hệ thống hút bụi tốt do phoi có thể gây hại.

Tổng kết

Khả năng gia công tiện là gần như vô hạn. Tuy nhiên, việc thành công phụ thuộc vào sự kết hợp chính xác giữa:

·         Hệ thống máy: Độ cứng vững và công suất của máy tiện CNC.

·         Dụng cụ cắt: Lựa chọn vật liệu dao (Carbide, CBN, PCD) và lớp phủ phù hợp.

·         Chế độ cắt: Thiết lập tốc độ, chạy dao, chiều sâu cắt tối ưu cho từng loại vật liệu cụ thể.

Bằng cách hiểu rõ đặc tính của từng nhóm vật liệu, người thợ tiện và kỹ sư có thể tối ưu hóa quy trình để đạt được hiệu suất và chất lượng sản phẩm tốt nhất.