Každý CNC strojník pozná frustráciu dielu, ktorý po tepelnom spracovaní posúva rozmery. Vývrt, ktorý sa na stroji dokonale meral, sa stáva oválnym. Rovný povrch sa skrúti do plytkej misky. Kritické tolerancie, ktoré sa držali v mikrónoch, sa náhle posunú za prijateľné limity. Hlavná príčina spočíva v tom, ako tepelné spracovanie mení vnútornú štruktúru kovu. Spomedzi mnohých procesov tepelného spracovania predstavujú žíhanie a kalenie opačné konce spektra. Pochopenie ich zreteľných účinkov na rozmerovú stabilitu pomáha strojníkom vybrať si správny proces a predpovedať zmeny po úprave.
Žíhanie je pomalý, riadený proces zahrievania a chladenia. Kov sa zahrieva na špecifickú teplotu, udržuje sa tam, aby sa umožnila rekryštalizácia, a potom sa veľmi pomaly ochladzuje, často vo vnútri samotnej pece. Toto pomalé ochladzovanie dáva atómom čas usporiadať sa do rovnovážnej štruktúry bez stresu. V prípade ocele sa žíhaním vytvára mäkká, tvárna mikroštruktúra feritu a perlitu. V prípade hliníka žíhanie odstraňuje efekty práce za studena a vytvára mäkkú, plne rekryštalizovanú štruktúru zrna. Kľúčovou rozmerovou charakteristikou žíhania je minimálne skreslenie. Pretože kov nikdy nezaznamená náhle tepelné gradienty alebo fázové premeny, ktoré zahŕňajú objemové zmeny, súčiastky vychádzajú z žíhania v podstate s rovnakými rozmermi, aké mali. Akékoľvek zvyškové napätia z predchádzajúceho obrábania alebo spracovania za studena sa uvoľňujú postupne a rovnomerne.
Vďaka tomu je žíhanie preferovanou voľbou pre diely, ktoré už boli nahrubo opracované do takmer čistého tvaru a vyžadujú, aby konečné rozmery zostali stabilné. Zložité komponenty, ako sú základne foriem, upínacie dosky a presné kryty, často medzi hrubovacím a dokončovacím rezom prechádzajú žíhaním na uvoľnenie napätia. Proces eliminuje vnútorné napätia, ktoré spôsobujú deformáciu pri konečnom obrábaní. Praktickým príkladom je veľká hliníková platňa, ktorá je na jednej strane vrecúška. Bez žíhania by nevyvážené napätie z obrábania spôsobilo prehnutie dosky. Žíhanie na zmiernenie napätia pri 350 stupňoch Fahrenheita počas niekoľkých hodín, po ktorom nasleduje pomalé ochladzovanie vzduchom, obnoví stabilitu pred vykonaním dokončovacích rezov.
Kalenie je naproti tomu proces rýchleho chladenia. Kov sa zahreje na austenitizačnú teplotu a potom sa ponorí do vody, oleja alebo polyméru. Toto rýchle chladenie zachytáva uhlík v presýtenom tuhom roztoku nazývanom martenzit v oceli. Martenzit má tetragonálnu kryštálovú štruktúru so stredom tela, ktorá je objemovo väčšia ako pôvodný austenit. K náhlej expanzii objemu dochádza nerovnomerne, pretože rôzne časti dielu sa ochladzujú rôznymi rýchlosťami. Tenšie časti sa rýchlejšie ochladzujú, skôr sa transformujú a rozťahujú, zatiaľ čo hrubšie časti sú stále horúce a plastové. Tento nesúlad vytvára silné vnútorné napätia a často spôsobuje merateľné skreslenie. Priamy hriadeľ sa môže prehnúť. Kruhový vývrt sa môže stať oválnym. Plochá platňa môže vytvoriť misku tvaru niekoľkých tisícin na palec hrúbky.
Kalenie tiež prináša zvyškové napätia, ktoré zostávajú uzamknuté v diele. Tieto napätia nespôsobujú okamžitú deformáciu, kým je dielec neporušený, ale akonáhle sa materiál odoberie následným obrábaním, rovnováha sa posunie a diel sa pohne. To je dôvod, prečo mnoho obchodov uvádza, že kalené a temperované oceľové diely dramaticky menia rozmery počas dokončovacieho brúsenia alebo tvrdého sústruženia. Riešením je začleniť krok temperovania alebo uvoľnenia napätia bezprostredne po kalení. Popúšťanie ohrieva ochladenú časť na miernu teplotu, ktorá umožňuje určité uvoľnenie napätia bez straty tvrdosti. Ani pri popúšťaní však nebude ochladený diel nikdy tak rozmerovo stabilný ako žíhaný diel. Zásadnú objemovú zmenu z martenzitickej premeny nemožno vrátiť späť.
Pre aplikácie vyžadujúce vysokú tvrdosť aj rozmerovú stabilitu je osvedčená postupnosť opracovania nahrubo, potom ochladzovania a popúšťania a následnej povrchovej úpravy. Krok dokončovacieho obrábania odstraňuje zdeformovanú kožu a vytvára konečné rozmery z teraz stabilného materiálu. Tento prístup si však vyžaduje dodatočný čas na nastavenie a riskuje stratu sústrednosti. Alternatívou je použitie izotermického kalenia alebo markingu, čo sú modifikované kaliace procesy, ktoré znižujú teplotné gradienty. Tieto špeciálne procesy produkujú menšie skreslenie, ale stoja viac a vyžadujú prísnejšiu kontrolu procesu.
Dôležitý je aj výber materiálu. Nástrojové ocele tvrditeľné na vzduchu, ako sú A2 alebo D2, sa počas kalenia skresľujú oveľa menej ako druhy tvrditeľné vodou ako W1. Pre kritické časti môže problém eliminovať špecifikácia ocele s nízkou deformáciou alebo precipitačne kalenej nehrdzavejúcej ocele, ako je 17 4 PH. Precipitačné vytvrdzovanie využíva relatívne pomalý cyklus chladenia a starnutia vzduchom, ktorý kombinuje vysokú pevnosť s vynikajúcou rozmerovou stabilitou.
Praktické pravidlo pre CNC obchody je jednoduché. Ak súčiastka vyžaduje vysokú tvrdosť nad 45 HRC a odolnosť proti opotrebeniu, je potrebné kalenie, ale po tepelnom spracovaní naplánujte konečné opracovanie. Ak súčiastka vyžaduje len uvoľnenie napätia alebo zmäkčenie pre jednoduchšie obrábanie, stabilnou voľbou je žíhanie. Nikdy neochladzujte súčiastku, ktorá už bola dokončená do konečných rozmerov. Skreslenie ho vždy zošrotuje. Pre diely spadajúce medzi tieto požiadavky zvážte dvojstupňový prístup: hrubovanie, kalenie a temperovanie, potom dokončite stroj tvrdým sústružením alebo brúsením. Dodatočné operácie stoja čas, ale zaručujú stabilitu. Pochopenie základného rozdielu medzi pomalou pokojnou transformáciou žíhania a násilnou, objem meniacou transformáciou kalenia je prvým krokom k predvídateľným, opakovateľným rozmerom dielov.
