Hver CNC-maskinist har møtt den samme frustrasjonen. En stor aluminiumsplate er firkantet, belagt og pakket med forsiktig presisjon. Delen måler perfekt på maskinen. Deretter frigjøres klemmene. Delen vrir seg, vrir seg eller krummer seg flere tusendeler av en tomme. Grunnårsaken er nesten alltid reststress. Å forstå hvor dette stresset kommer fra og hvordan man kan kontrollere det, skiller butikker som skroter dyre aluminiumsdeler fra de som sender flate, stabile komponenter ved første forsøk.
Restspenning i aluminium stammer fra to primære kilder. Den første er den originale materialproduksjonen. Aluminiumsplate og ekstrudert stang rulles eller strekkes etter støping. Dette mekaniske arbeidet låser indre spenninger inn i materialet. Overflatelagene kan være i kompresjon mens kjernen er i strekk. Så lenge materialet forblir intakt, balanserer disse spenningene hverandre. Den andre kilden er å bearbeide seg selv. Kutting varmer opp arbeidsstykkets overflate. Ujevn termisk ekspansjon og plastisk deformasjon fra skjærekanten introduserer nye påkjenninger. Når materiale fjernes, endres balansen mellom indre krefter, og delen finner en ny form.
De mest dramatiske deformasjonene kommer fra maskinering av forhåndsspent råmateriale. En typisk 6061 aluminiumsplate fra en leverandør har restspenninger som varierer over tykkelsen. Fjerning av den ene siden av platen frigjør disse spenningene asymmetrisk. Det gjenværende materialet bøyer seg for å oppnå likevekt. Dette forklarer hvorfor et enkelt snitt kan gjøre en flat tallerken til en potetgull. Nøkkelen til å kontrollere deformasjon er ikke å eliminere restspenning helt, noe som er nesten umulig, men å administrere hvordan den frigjør under maskinering.
En utprøvd teknikk er grov bearbeiding etterfulgt av avspenning. En grovbearbeiding fjerner det meste av materialet, og etterlater en liten kvote på 0,030 til 0,060 tommer på alle overflater. Deretter fjernes delen fra maskinen og varmebehandles for å avlaste restspenninger. For aluminiumslegeringer som 7075 eller 2024, kan en termisk stressavlastningssyklus ved 350 grader Fahrenheit i to til tre timer etterfulgt av langsom avkjøling redusere indre spenninger betydelig. Etter avlastning returneres delen til maskinen for etterbehandling av kutt. Etterbehandlingspasset fjerner bare den gjenværende huden, som inneholder minimalt med fastlåst stress. Resultatet er en stabil del.
For butikker uten varmebehandlingsevne kan kryogenisk eller vibrerende stressavlastning hjelpe, men mindre universelt. En enklere metode er sekvensiell grovbearbeiding. I stedet for å plukke ut en dyp lomme i én operasjon, forskyver programmereren grovbearbeidingene over forskjellige områder av delen. Ved å fjerne materiale symmetrisk frigjøres den indre spenningen jevnere. For eksempel, når du bearbeider en stor lomme i en plate, grov den ene siden, vend deretter delen og grov den motsatte siden før du avslutter hver side. Denne balanserte fjerningen forhindrer at delen deformeres tidlig i prosessen.
En annen kraftig teknikk er høyhastighets maskinering med lave skjærekrefter. Tradisjonell grovbearbeiding med stor skjæredybde og lav mating presser materialet, og genererer varme og plastisk deformasjon. Høyhastighetsbearbeiding ved bruk av lett radiell inngrep og høy mating per tann reduserer skjærekreftene dramatisk. Mindre kraft betyr mindre indusert restspenning. Mange butikker opplever at en 0,040 tommer radiell skjæredybde ved 15 000 RPM og 300 inches per minutt mating fjerner materiale raskere enn et tungt kutt ved 8 000 RPM, samtidig som den etterlater delen mye mer stabil. Flisen frakter bort varme i stedet for å pumpe den inn i arbeidsstykket.
Armaturdesign spiller også en kritisk rolle. Klemming av deler i forvrengt tilstand garanterer at de vil springe tilbake etter avspenning. Myke kjever maskinert for å matche delenes frie form eller nullpunktsfestesystemer som bruker konsekvent lav klemkrafthjelp. Vakuumchucker er ideelle for tynne aluminiumsplater fordi de fordeler kraften jevnt uten å bøye materialet. For deler som er utsatt for cupping, forhindrer dobbeltsidig tape eller klebende film mellom delen og armaturet bevegelse uten å indusere stress.
Prebending eller pre-strekking er en spesialisert teknikk for lange aluminiumsprofiler. Hvis råmaterialet har en kjent bue, kan fiksturen litt overklemme delen i motsatt retning før maskinering. Etter å ha kuttet og løsnet klemmene, fjærer delen tilbake til flatt. Dette krever nøye eksperimentering, men lønner seg for repeterende jobber.
En praktisk arbeidsflyt for kritiske aluminiumsdeler starter med materialvalg. Presisjonsslipeplate koster mer, men har mye lavere restspenning enn standard valset plate. Hvis applikasjonen tillater det, inneholder verktøyplate av støpt aluminium som Mic 6 nesten ingen indre spenninger fordi den er støpt til nesten netto form og ikke mekanisk bearbeidet. Støpeplater bearbeider vakkert og holder seg flatt etter materialfjerning. For konstruksjonsdeler laget av valset plate, vil spesifikasjon av strekkutjevnt eller spenningsavlastet materiale fra leverandøren øke kostnadene, men redusere skrap.
Til slutt må inspeksjonsmetoder respektere restspenning. Å måle en del mens den fortsatt er fastklemt gir falsk tillit. Mål alltid etter at delen er helt fri og har hvilet i flere timer for å tillate eventuell elastisk restitusjon. Butikker som mestrer restspenningskontroll holder rutinemessig flathet innenfor 0,001 tommer per fot på maskinerte aluminiumsdeler. Konkurrentene deres jager fortsatt skjeve deler over butikkgulvet, overbevist om at aluminium er et ustabilt metall. Det er ikke metallet som er ustabilt. Det er ukontrollert stress.
