Кожен верстатник з ЧПК стикався з таким же розчаруванням. Велика алюмінієва пластина має квадратну форму, облицьовується та вкладається в кишені з особливою точністю. Деталь ідеально міряється на станку. Потім затискачі відпускаються. Деталь деформується, перекручується або згинається на кілька тисячних дюйма. Основною причиною майже завжди є залишковий стрес. Розуміння того, звідки береться ця напруга та як її контролювати, відрізняє магазини, які здають на металобрухт дорогі алюмінієві деталі, від тих, які відправляють плоскі, стійкі компоненти з першої спроби.
Залишкова напруга в алюмінії виникає з двох основних джерел. Перший - це первинне матеріальне виробництво. Алюмінієва пластина та екструдований брусок прокатуються або розтягуються після лиття. Ця механічна обробка блокує внутрішні напруги в матеріалі. Поверхневі шари можуть бути стиснуті, тоді як серцевина розтягнута. Поки матеріал залишається незмінним, ці напруги врівноважують одна одну. Другим джерелом є сама обробка. Різання нагріває поверхню заготовки. Нерівномірне теплове розширення та пластична деформація від ріжучої кромки створюють нові напруги. Коли матеріал видаляється, баланс внутрішніх сил зміщується, і деталь знаходить нову форму.
Найбільш серйозні деформації виникають при механічній обробці попередньо напруженої сировини. Типова алюмінієва пластина 6061 від постачальника має залишкові напруги, які змінюються в залежності від товщини. Видалення однієї сторони пластини знімає ці напруги асиметрично. Решта матеріалу згинається для досягнення рівноваги. Це пояснює, чому простий облицювальний розріз може перетворити плоску тарілку на картопляні чіпси. Ключ до контролю деформації полягає не в тому, щоб повністю усунути залишкову напругу, що майже неможливо, а в тому, щоб контролювати, як вона звільняється під час обробки.
Одним із перевірених методів є груба механічна обробка з подальшим зняттям напруги. Чорновий прохід видаляє більшу частину матеріалу, залишаючи невеликий припуск від 0,030 до 0,060 дюйма на всіх поверхнях. Потім деталь знімають із машини та піддають термічній обробці для зняття залишкових напруг. Для алюмінієвих сплавів, таких як 7075 або 2024, цикл зняття термічної напруги при 350 градусах за Фаренгейтом протягом двох-трьох годин з наступним повільним охолодженням може значно зменшити внутрішні напруги. Після зняття напруги деталь повертається на верстат для чистової обробки. Фінішний прохід видаляє лише залишки шкіри, яка містить мінімальну зафіксовану напругу. Результат - стабільна частина.
Для цехів, які не мають можливості термічної обробки, кріогенне або вібраційне зняття напруги може допомогти, хоча й менш універсально. Більш простий спосіб – послідовне чорнове оброблення. Замість того, щоб виколупувати глибоку кишеню за одну операцію, програміст виконує чорнові проходи в шаховому порядку по різних ділянках деталі. Завдяки симетричному видаленню матеріалу внутрішня напруга зменшується більш рівномірно. Наприклад, під час обробки великої кишені в пластині виконайте грубу обробку однієї сторони, потім переверніть деталь і обробіть протилежну сторону, перш ніж обробити будь-яку сторону. Це збалансоване видалення запобігає викривленню деталі на ранніх стадіях процесу.
Ще одна потужна техніка — це високошвидкісна обробка з низькими зусиллями різання. Традиційна чорнова обробка з великою глибиною різання і малою подачею штовхає матеріал, створюючи тепло і пластичну деформацію. Високошвидкісна обробка з легким радіальним зачепленням і високою подачею на зуб значно зменшує сили різання. Менша сила означає меншу індуковану залишкову напругу. Багато магазинів вважають, що радіальна глибина різання 0,040 дюйма при 15 000 об/хв і швидкості подачі 300 дюймів на хвилину видаляє матеріал швидше, ніж важке різання при 8 000 об/хв, залишаючи деталь набагато стабільнішою. Стружка відводить тепло, а не перекачує його в заготовку.
Дизайн світильників також відіграє вирішальну роль. Затискні деталі в деформованому стані гарантують їх відпруження після розтискання. Допомагають м’які губки, виготовлені відповідно до вільної форми деталей, або системи затиску з нульовою точкою, які застосовують послідовну низьку силу затиску. Вакуумні патрони ідеально підходять для тонких алюмінієвих пластин, оскільки вони рівномірно розподіляють зусилля, не згинаючи матеріал. Для деталей, схильних до купірування, двосторонній скотч або клейка плівка між деталлю та пристосуванням запобігають переміщенню, не викликаючи напруги.
Попереднє згинання або попереднє розтягування є спеціалізованою технікою для довгих екструзій алюмінію. Якщо сировина має відомий вигин, пристосування може трохи затиснути деталь у протилежному напрямку перед обробкою. Після розрізання та відпускання затискачів деталь повертається в горизонтальне положення. Це вимагає ретельного експериментування, але окупається для повторюваних робіт.
Практичний робочий процес для найважливіших алюмінієвих деталей починається з вибору матеріалу. Прецизійно шліфована плита коштує дорожче, але має набагато меншу залишкову напругу, ніж стандартна катана плита. Якщо застосування дозволяє, лита алюмінієва інструментальна пластина, така як Mic 6, майже не містить внутрішньої напруги, оскільки вона відливається майже до чистої форми і не обробляється механічно. Лита пластина прекрасно обробляється і залишається рівною після видалення матеріалу. Для конструкційних деталей, виготовлених із листового прокату, вказівка від постачальника матеріалу з вирівнюваним розтягуванням або знятим напругою збільшує вартість, але зменшує кількість браку.
Нарешті, методи контролю повинні враховувати залишкову напругу. Вимірювання деталі в затиснутому стані викликає помилкову впевненість. Завжди вимірюйте після того, як деталь повністю звільниться та відпочине протягом кількох годин, щоб дати змогу відновити еластичність. Цехи, які регулярно контролюють залишкову напругу, регулярно тримають площинність у межах 0,001 дюйма на фут оброблених алюмінієвих деталей. Їхні конкуренти досі ганяються по цеху за деформованими деталями, переконані, що алюміній — нестабільний метал. Це не метал нестабільний. Це неконтрольований стрес.
