모든 CNC 기계공은 동일한 좌절감을 느꼈습니다. 큰 알루미늄 판은 조심스럽게 정밀하게 정사각형, 면 및 포켓 처리되어 있습니다. 부품은 기계에서 완벽하게 측정됩니다. 그런 다음 클램프가 해제됩니다. 부품이 수천분의 1인치만큼 휘거나 비틀리거나 컵 모양이 됩니다. 근본 원인은 거의 항상 잔류 응력입니다. 이러한 응력이 어디서 발생하는지, 그리고 이를 제어하는 방법을 이해하면 값비싼 알루미늄 부품을 폐기하는 공장과 첫 번째 시도에서 평평하고 안정적인 부품을 배송하는 상점을 구분할 수 있습니다.
알루미늄의 잔류 응력은 두 가지 주요 원인에서 발생합니다. 첫 번째는 오리지널 소재 제작이다. 알루미늄 판과 압출 바는 주조 후 롤링되거나 늘어납니다. 이 기계적 작업은 내부 응력을 재료에 고정시킵니다. 표면층은 압축 상태에 있는 반면 코어는 인장 상태에 있을 수 있습니다. 재료가 손상되지 않은 한 이러한 응력은 서로 균형을 이룹니다. 두 번째 소스는 가공 자체입니다. 절단은 공작물 표면을 가열합니다. 고르지 못한 열팽창과 절삭날의 소성 변형으로 인해 새로운 응력이 발생합니다. 재료가 제거되면 내부 힘의 균형이 바뀌고 부품은 새로운 모양을 찾습니다.
가장 극적인 변형은 사전 응력을 받은 원재료를 가공할 때 발생합니다. 공급업체의 일반적인 6061 알루미늄 판은 두께에 따라 잔류 응력이 다양합니다. 플레이트의 한쪽을 제거하면 이러한 응력이 비대칭적으로 해제됩니다. 나머지 재료는 구부러져 평형을 이룹니다. 이는 간단한 단면 절단으로 평판을 감자칩으로 바꿀 수 있는 이유를 설명합니다. 변형 제어의 핵심은 거의 불가능한 잔류 응력을 완전히 제거하는 것이 아니라 가공 중에 잔류 응력이 어떻게 해제되는지 관리하는 것입니다.
검증된 기술 중 하나는 황삭 가공에 이어 응력을 제거하는 것입니다. 황삭 패스는 대부분의 재료를 제거하여 모든 표면에 0.030~0.060인치의 작은 여유 공간을 남깁니다. 그런 다음 부품을 기계에서 제거하고 열처리하여 잔류 응력을 완화합니다. 7075 또는 2024와 같은 알루미늄 합금의 경우 화씨 350도에서 2~3시간 동안 열 응력 완화 주기를 수행한 후 천천히 냉각하면 내부 응력을 크게 줄일 수 있습니다. 응력 제거 후 부품은 마무리 절단을 위해 기계로 반환됩니다. 마무리 단계에서는 응력이 최소화된 남은 피부만 제거합니다. 결과는 안정적인 부분입니다.
열처리 능력이 없는 작업장의 경우, 비록 보편적이지는 않지만 극저온 또는 진동 응력 완화가 도움이 될 수 있습니다. 더 간단한 방법은 순차 황삭입니다. 한 번의 작업으로 깊은 포켓을 만드는 대신 프로그래머는 부품의 여러 영역에 걸쳐 황삭 패스를 시차를 두고 수행합니다. 재료를 대칭적으로 제거하면 내부 응력이 더욱 균일하게 해제됩니다. 예를 들어, 플레이트의 큰 포켓을 가공할 때 한쪽 면을 거친 다음 부품을 뒤집고 반대쪽 면을 황삭한 후 양쪽을 마무리합니다. 이러한 균형 잡힌 제거는 공정 초기에 부품이 휘어지는 것을 방지합니다.
또 다른 강력한 기술은 낮은 절삭력으로 고속 가공하는 것입니다. 절입 깊이가 크고 이송이 낮은 전통적인 황삭 가공에서는 소재가 밀려 열과 소성 변형이 발생합니다. 가벼운 반경 방향 절입과 날당 높은 이송을 사용한 고속 가공으로 절삭력이 크게 감소합니다. 힘이 적다는 것은 유도된 잔류 응력이 적다는 것을 의미합니다. 많은 공장에서는 15,000RPM에서 0.040인치 반경 방향 절삭 깊이와 분당 300인치 이송이 8,000RPM의 강력 절삭보다 재료를 더 빠르게 제거하는 동시에 부품을 훨씬 더 안정적으로 유지한다는 사실을 알고 있습니다. 칩은 열을 가공물로 펌핑하는 대신 열을 운반합니다.
고정 장치 설계도 중요한 역할을 합니다. 왜곡된 상태의 클램핑 부품은 언클램핑 후 다시 튀어오르는 것을 보장합니다. 부품의 자유로운 형태에 맞게 가공된 소프트 조 또는 일관되고 낮은 조임력을 적용하는 영점 클램핑 시스템이 도움이 됩니다. 진공 척은 재료를 구부리지 않고 힘을 고르게 분산시키기 때문에 얇은 알루미늄 판에 이상적입니다. 컵핑이 발생하기 쉬운 부품의 경우 부품과 고정 장치 사이에 양면 테이프 또는 접착 필름을 사용하여 응력을 유발하지 않고 움직임을 방지합니다.
사전 굽힘 또는 사전 신장은 긴 알루미늄 압출을 위한 특수 기술입니다. 원시 스톡에 알려진 활이 있는 경우 고정 장치는 가공 전에 부품을 반대 방향으로 약간 오버클램핑할 수 있습니다. 클램프를 절단하고 풀면 부품이 다시 평평하게 펴집니다. 이를 위해서는 신중한 실험이 필요하지만 반복적인 작업에 대한 보상이 있습니다.
중요한 알루미늄 부품의 실제 작업 흐름은 재료 선택부터 시작됩니다. 정밀 연삭판은 표준 압연판보다 비용이 더 많이 들지만 잔류 응력이 훨씬 낮습니다. 애플리케이션이 허용하는 경우 Mic 6과 같은 주조 알루미늄 툴링 플레이트는 거의 그물 모양으로 주조되고 기계적으로 가공되지 않기 때문에 내부 응력이 거의 없습니다. 주조 플레이트 기계는 아름답게 가공되며 재료 제거 후에도 평평하게 유지됩니다. 압연판으로 제작된 구조 부품의 경우, 공급업체로부터 신축성 또는 응력 완화 재료를 지정하면 비용이 추가되지만 스크랩이 줄어듭니다.
마지막으로 검사 방법은 잔류 응력을 존중해야 합니다. 고정된 상태에서 부품을 측정하면 잘못된 신뢰도를 갖게 됩니다. 항상 부품이 완전히 풀린 후 탄성 회복이 가능하도록 몇 시간 동안 방치한 후 측정하십시오. 잔류 응력 제어를 마스터하는 작업장은 일반적으로 가공된 알루미늄 부품의 평탄도를 피트당 0.001인치 이내로 유지합니다. 경쟁업체들은 알루미늄이 불안정한 금속이라고 확신하면서 여전히 작업 현장에서 뒤틀린 부품을 쫓고 있습니다. 불안정한 것은 금속이 아니다. 통제되지 않는 스트레스입니다.
