Kiểm Soát Hiện Tượng Từ Dư Chính Xác Trong Gia Công Cơ Khí

Trong lĩnh vực gia công cơ khí chính xác và chế tạo khuôn mẫu hiện đại, tiêu chuẩn về dung sai kích thước và độ bóng bề mặt ngày càng trở nên khắt khe. Các nhà máy luôn đầu tư những hệ thống máy CNC tối tân nhất, sử dụng những loại dao cắt hợp kim đắt tiền nhất để đạt được độ chính xác tính bằng micromet.

Sự tồn tại của từ trường dư thừa sau quá trình gia công không chỉ là một hiện tượng vật lý đơn thuần, mà nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất và tuổi thọ của công cụ. Những vấn đề như mạt sắt bám dính không thể làm sạch, bề mặt phôi bị trầy xước bí ẩn hay sai số khi đo đạc kích thước thường bắt nguồn từ nguyên nhân này. Việc nhận diện và định lượng mức độ nhiễm từ là bước đầu tiên và quan trọng nhất để loại bỏ các lỗi hỏng hóc không đáng có.

Để thực hiện công việc này một cách khoa học và chính xác, các kỹ sư QC cần sự hỗ trợ của máy đo từ trường chuyên dụng. Thiết bị này đóng vai trò như một "người giám sát" vô hình, giúp phát hiện mật độ từ thông còn sót lại trên bề mặt kim loại, từ đó đưa ra quyết định kỹ thuật về việc có cần thực hiện quy trình khử từ hay không trước khi chuyển sang công đoạn lắp ráp hoặc đóng gói.

Kiểm Soát Hiện Tượng Từ Dư Chính Xác Trong Gia Công Cơ Khí

I. HIỆN TƯỢNG TỪ DƯ VÀ NHỮNG RẮC RỐI TRONG XƯỞNG GIA CÔNG

Trong môi trường gia công cơ khí, thép và các hợp kim sắt từ là vật liệu phổ biến nhất. Về bản chất vật lý, các vật liệu này có cấu trúc các miền từ (magnetic domains). Ở trạng thái bình thường, các miền từ này sắp xếp hỗn loạn và triệt tiêu lẫn nhau nên vật liệu không có từ tính. Tuy nhiên, dưới tác động của ngoại lực hoặc từ trường bên ngoài trong quá trình sản xuất, các miền từ này sẽ sắp xếp lại theo một hướng nhất định, biến chi tiết máy thành một nam châm vĩnh cửu yếu. Đây gọi là hiện tượng từ dư (Residual Magnetism).

Vấn đề nằm ở chỗ từ dư là một đại lượng vô hình. Chúng ta không thể nhìn thấy, ngửi thấy hay cảm nhận bằng tay trần. Nó chỉ bộc lộ sự hiện diện thông qua các hệ quả tiêu cực lên sản phẩm. Một chi tiết máy nhìn bề ngoài hoàn hảo, sáng bóng nhưng nếu bị nhiễm từ, nó sẽ hoạt động như một thỏi nam châm hút các bụi kim loại cực nhỏ trong môi trường nhà xưởng.

Các bụi kim loại này rất cứng và sắc nhọn. Khi chúng bám chặt vào bề mặt chi tiết (ví dụ như trục quay, vòng bi, hoặc lòng khuôn), chúng sẽ hoạt động như những hạt mài, gây ra sự mài mòn nhanh chóng khi thiết bị vận hành. Trong nhiều trường hợp, các nhà máy phải đối mặt với tỷ lệ hàng lỗi (NG) cao mà không tìm ra nguyên nhân, đơn giản chỉ vì họ đã bỏ qua bước kiểm tra từ tính còn sót lại trên sản phẩm sau khi gia công.

II. TÁC ĐỘNG TIÊU CỰC CỦA TỪ TRƯỜNG ĐẾN QUY TRÌNH SẢN XUẤT

Sự hiện diện của từ trường không mong muốn gây ra hàng loạt các vấn đề dây chuyền, ảnh hưởng từ khâu gia công thô cho đến khâu kiểm tra và lắp ráp hoàn thiện. Việc hiểu rõ các tác động này giúp nhà quản lý thấy được tầm quan trọng của việc đo lường và kiểm soát.

Thứ nhất, ảnh hưởng đến quá trình cắt gọt và tuổi thọ dao cụ:

Khi phôi hoặc đồ gá bị nhiễm từ, phoi cắt (chips) và mạt sắt sẽ không rơi xuống theo trọng lực hoặc bị cuốn trôi bởi dung dịch làm mát. Thay vào đó, chúng bám chặt lấy lưỡi dao hoặc cuốn ngược trở lại bề mặt đang gia công.
Hiện tượng này dẫn đến việc phoi bị cắt lại (re-cutting), gây sứt mẻ lưỡi dao và làm bề mặt sản phẩm bị xước, mất đi độ bóng gương cần thiết.
Đối với các lỗ khoan sâu hoặc Taro ren, mạt sắt bị kẹt lại do từ tính có thể làm gãy mũi khoan hoặc taro ngay trong phôi, gây thiệt hại lớn về kinh tế.

Kiểm Soát Hiện Tượng Từ Dư Chính Xác Trong Gia Công Cơ Khí

Thứ hai, gây sai lệch trong quá trình đo lường và kiểm tra:

Các thiết bị đo lường chính xác như máy đo tọa độ (CMM) hay đồng hồ so thường có các đầu dò rất nhạy cảm. Nếu chi tiết cần đo bị nhiễm từ, nó có thể hút đầu dò lệch khỏi vị trí thực tế hoặc gây ra lực cản, làm sai lệch kết quả đo đạc.
Sự sai lệch này tuy nhỏ (tính bằng micromet) nhưng đối với các ngành như hàng không vũ trụ hay y tế, đó là sai số không thể chấp nhận được.

Thứ ba, ảnh hưởng đến các công đoạn xử lý bề mặt sau này:

Trong quá trình xi mạ hoặc sơn phủ, các hạt bụi kim loại bị hút bởi từ trường sẽ tạo thành các điểm lồi lõm (gai) trên lớp mạ.
Đối với công nghệ hàn (đặc biệt là hàn hồ quang), từ trường mạnh còn gây ra hiện tượng "thổi lệch hồ quang" (Arc Blow), làm cho mối hàn không ngấu, lệch tâm hoặc bắn tóe kim loại lỏng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết cấu chịu lực.

Kiểm Soát Hiện Tượng Từ Dư Chính Xác Trong Gia Công Cơ Khí

III. CÁC NGUỒN GỐC GÂY NHIỄM TỪ PHỔ BIẾN TRONG NHÀ MÁY

Nguồn gốc phổ biến nhất chính là việc sử dụng bàn từ (Magnetic Chuck) hoặc đồ gá từ tính để kẹp chặt phôi trên máy phay, máy mài. Đây là phương pháp kẹp phôi rất hiệu quả và nhanh chóng. Mặc dù sau khi gia công, máy có chế độ ngắt từ, nhưng thực tế luôn có một lượng từ dư đáng kể còn sót lại trong vật liệu, đặc biệt là các loại thép có hàm lượng carbon cao hoặc thép hợp kim cứng.

Các phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) như kiểm tra hạt từ (Magnetic Particle Inspection - MPI) cũng là nguyên nhân chính. Quy trình này bắt buộc phải từ hóa vật liệu để phát hiện vết nứt, và nếu quy trình khử từ sau đó không được thực hiện triệt để hoặc không được kiểm tra lại bằng thiết bị đo chuyên dụng, sản phẩm sẽ mang từ tính rất mạnh.

Ngoài ra, còn có các nguyên nhân ít ngờ tới hơn:

Ma sát và nhiệt độ: Quá trình cắt gọt tốc độ cao sinh ra nhiệt và biến dạng dẻo, có thể làm thay đổi cấu trúc từ tính của vật liệu (từ giảo).
Tiếp xúc với nam châm nâng hạ: Việc sử dụng cẩu từ (Lifting Magnet) để di chuyển phôi thép tấm hoặc khuôn mẫu nặng trong nhà xưởng sẽ truyền một lượng từ trường lớn vào vật liệu.
Từ trường trái đất và dòng điện: Việc để vật liệu nằm yên một chỗ lâu ngày theo hướng Bắc-Nam từ trường hoặc đặt gần các cáp điện động lực có dòng điện lớn cũng có thể gây nhiễm từ thụ động theo thời gian.

Kiểm Soát Hiện Tượng Từ Dư Chính Xác Trong Gia Công Cơ Khí

IV. VAI TRÒ CỦA THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG TRONG QUY TRÌNH KHỬ TỪ

Nhiều nhà máy hiện nay đã trang bị máy khử từ (Demagnetizer), tuy nhiên quy trình khử từ thường được thực hiện một cách "mù mờ". Tức là công nhân chỉ việc đưa chi tiết qua máy khử từ và mặc định rằng nó đã sạch từ, mà không hề có bước kiểm chứng lại. Đây là một lỗ hổng lớn trong quản lý chất lượng.

Các dòng thiết bị đo lường hiện đại sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall có độ nhạy cực cao, cho phép phát hiện cả những mức từ dư rất thấp nhưng vẫn đủ gây hại. Khả năng đo đạc này giúp kỹ sư trả lời được các câu hỏi:

Máy khử từ có đang hoạt động hiệu quả không?
Chi tiết này đã đủ tiêu chuẩn để chuyển sang công đoạn mài tinh hay chưa?
Vị trí nào trên chi tiết (góc, cạnh, lỗ khoan) đang bị tích tụ từ trường nhiều nhất? (Thông thường từ trường hay tập trung ở các góc nhọn và mép cạnh).

Việc sở hữu một thiết bị đo chính xác giúp loại bỏ sự phỏng đoán. Thay vì khử từ một cách cảm tính (khử quá lâu gây tốn điện và nóng chi tiết, hoặc khử quá nhanh không sạch), người vận hành có thể điều chỉnh cường độ và thời gian khử từ dựa trên số liệu thực tế hiển thị trên màn hình máy đo.

V. TIÊU CHÍ LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG CÔNG CỤ ĐO LƯỜNG HIỆU QUẢ

Khi lựa chọn giải pháp đo lường cho vấn đề từ dư, các kỹ sư cần quan tâm đến các thông số kỹ thuật đặc thù để đảm bảo thiết bị phục vụ đúng mục đích sử dụng trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Không phải mọi thiết bị đo đều giống nhau, sự khác biệt nằm ở độ phân giải, độ bền của đầu dò và khả năng xử lý tín hiệu.

Yếu tố quan trọng nhất là loại đầu dò (Probe). Trong gia công cơ khí, không gian đo thường chật hẹp hoặc cần đo trong các khe rãnh.

Đầu dò dạng phẳng (Transverse probe) thích hợp để đo bề mặt rộng, phẳng.
Đầu dò dạng trục (Axial probe) lại hữu ích khi cần đo từ trường bên trong các lỗ khoan, lỗ ren hoặc các khe hẹp.

Độ chính xác và dải đo cũng là yếu tố then chốt. Đối với mục đích kiểm tra từ dư, chúng ta quan tâm đến dải đo thấp (thường dưới 50 Gauss hoặc vài milliTesla) nhưng cần độ phân giải cao để phát hiện sự thay đổi nhỏ. Một số tiêu chuẩn công nghiệp yêu cầu mức từ dư phải dưới 2 Gauss hoặc 5 Gauss để được coi là "sạch từ". Thiết bị đo phải có khả năng hiển thị rõ ràng ở mức này mà không bị nhiễu bởi các yếu tố môi trường.

VI. MUA SẮM THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG TẠI HIOKI VIỆT NAM

Hioki Việt Nam là đơn vị tiên phong trong việc cung cấp các giải pháp đo lường điện và từ trường chuẩn xác, đáp ứng những yêu cầu khắt khe nhất của ngành công nghiệp chế tạo. Các dòng sản phẩm đo lường từ trường tại đây được thiết kế với độ nhạy cao, độ bền vượt trội và giao diện thân thiện với người sử dụng.

Khi lựa chọn sản phẩm từ Hioki Việt Nam, quý khách hàng hoàn toàn yên tâm về:

Chất lượng thiết bị đạt chuẩn quốc tế, đảm bảo độ ổn định lâu dài.
Sự tư vấn tận tình từ đội ngũ chuyên gia am hiểu kỹ thuật ứng dụng.
Dịch vụ bảo hành, hiệu chuẩn và hỗ trợ kỹ thuật nhanh chóng, chuyên nghiệp.

Việc kiểm soát từ dư không còn là bài toán khó nếu doanh nghiệp trang bị đúng công cụ. Để tìm kiếm giải pháp đo lường phù hợp nhất cho quy trình sản xuất của mình.Đầu tư vào công cụ kiểm soát chất lượng là bước đi chiến lược để nâng cao uy tín sản phẩm của doanh nghiệp.

Sản phẩm liên quan