알루미늄 가공에서 치수 안정성 유지

---

작성일:2020년 10월 23일 | By WayKen Rapid Manufacturing

정밀도가 핵심 요구 사항인 부품에 대한 정확한 치수 제어를 유지하는 것은 금속 가공 서비스 제공업체의 항상 관심사입니다. 이것은 치수 안정성 주제에 대한 여러 연구 활동으로 이어졌습니다. 연구에는 탄성 한계, 미세 변형, 미세 크리프와 같은 다양한 현상, 이를 유발하는 메커니즘 및 치수 제어를 개선하는 데 도움이 되는 다양한 제안 방법이 포함됩니다. 재료의 치수 안정성이란 일련의 환경 조건에서 지정된 기간 동안 원래 모양, 크기를 유지하고 예상 치수 공차 내에서 유지하는 능력을 말합니다.

이 기사에서는 가장 많이 사용되는 금속 중 하나인 알루미늄의 치수 불안정성에 대해 논의하고 알루미늄 가공에서 직면하는 딜레마를 상쇄하는 방법을 제시할 것입니다.

최신 CNC 알루미늄 가공 및 밀링을 지원합니다. 알루미늄 가공에 문제가 있으면 도움을 드리고자 합니다.

알루미늄 가공에 대해 논의하는 이유

알루미늄은 지각에서 가장 풍부한 금속(8.1%)으로 항공, 자동차 및 건설을 포함한 거의 모든 산업에서 널리 사용됩니다. 알루미늄 합금의 고유한 특성과 다양한 응용 분야에 제공되는 다양한 특성으로 인해 알루미늄 합금은 진정으로 경이로운 금속입니다. 그러나 다양한 응용 분야에는 비용이 듭니다. 즉, 알루미늄 합금 가공은 강철과 달리 여러 가공 고려 사항을 처리해야 합니다.

주요 딜레마는 일반적으로 사용되는 다른 금속과 비교할 때 알루미늄 합금의 열팽창 계수 값이 상당히 높다는 것입니다. 아래 표에서 열팽창 계수의 비교 값을 살펴보겠습니다.

이 표를 통해 알루미늄과 그 합금의 열팽창 계수 값이 상대적으로 더 높음을 분명히 알 수 있습니다. 따라서 기사가 진행되면서 알루미늄 가공과 관련된 중요한 고려 사항에 대해 논의할 것입니다.

알루미늄 가공에서 직면한 딜레마

알루미늄 합금 가공은 얇은 벽 가공 및 단조를 비롯한 여러 가공 작업에서 주요 변형에 직면합니다. 계속 진행하기 전에 복구 가능한 치수 변화, 소성 변형(미세 변형) 및 치수 불안정성의 차이점을 이해해야 합니다.

• 복구 가능한 차원 변경은 시간에 구애받지 않으며 본질적으로 예측 가능합니다. 여기에는 탄성 변형, 열팽창 및 자기 변형 변형이 포함됩니다.
• 소성 변형은 시간에 따라 달라지며 가해진 응력의 결과로 회복할 수 없는 소성 변형을 의미합니다.
• 치수 불안정성은 내부 응력으로 인한 치수의 변화를 말합니다. 야금 불안정을 나타냅니다. 상 변화, 강수. 이러한 형태의 불안정성은 외부 힘이 없을 때 발생합니다.

두 가지 핵심 또는 기본 메커니즘은 금속의 치수 불안정을 초래합니다. 첫 번째는 야금 불안정성이고 두 번째는 잔류 응력의 완화입니다. 알루미늄 부품의 변형에 대한 다양한 이유에 대해 논의해 보겠습니다. 이러한 이유에는 재료 측면, 부품 모양, 생산 중 조건 및 냉각 유체의 성능이 포함됩니다.

• 공백 내부 응력으로 인한 변형
• 절단력으로 인한 변형
• 절단 작업 시 열 방출로 인한 변형
• 가공 작업 중 클램핑력으로 인한 변형

따라서 알루미늄 합금의 고품질 가공을 보장하려면 이러한 변형을 제어하는 ​​것이 매우 중요합니다. 따라서 다음 섹션에서 다양한 조치를 분류하고 논의합니다.

알루미늄 가공 변형을 줄이는 단계

가공 산업에서의 광범위한 경험을 바탕으로 특히 알루미늄 합금의 가공 변형을 줄이기 위한 주요 단계를 안내해 드립니다. 단계는 기술적 측면, CNC 기계 장비 선택, 적절한 기계 매개변수 설정, 툴링 선택, 클램핑 방법 및 필요한 작업자 기술로 구성됩니다.

금속 조각의 내부 응력 감소

앞서 논의한 바와 같이 치수 불안정성은 주로 내부 응력에 의존하며 외부 힘은 관련되지 않습니다. 내부 응력을 제거하기 위해 알루미늄 합금에 사용되는 가장 일반적인 방법은 진동 처리와 가공물의 자연적 또는 인공적 노화입니다. ASM 핸드북에 따르면 스트레스 해소를 위해 세 가지 방법을 사용할 수 있습니다.

첫 번째는 압축 또는 인장 하중을 사용하여 제어된 방식으로 재료를 소성 변형시키는 것입니다. 이 방법은 개방형 단조에만 적용됩니다. 두 번째 방법은 영하 처리 또는 저온 안정화와 같은 열처리를 포함하며 이 동안 재료는 섭씨 -73도에서 100도 사이의 주기적 온도에 노출됩니다. 이는 내부 응력을 최대 25%까지 줄이는 데 도움이 됩니다. 마지막으로 권장되는 방법은 블랭크를 섭씨 -273도까지 냉각한 다음 뜨거운 증기의 흐름으로 빠르게 가열하는 업힐 담금질을 사용하는 것입니다.

공구 절단 능력 향상

툴링 매개변수의 적절한 선택은 절삭력의 품질과 방열량에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 먼저 중요한 기하학적 매개변수를 살펴보고 적절한 도구 구조를 선택하도록 합시다.

기하학적 매개변수

1. 알루미늄 합금 가공용 도구는 적절하게 연마해야 합니다. 이것은 더 많은 후면 및 측면 경사각을 허용합니다. 마무리 작업을 위한 도구에는 더 큰 경사각을 사용해야 합니다. 더욱이, 더 큰 경사각은 더 큰 경사각이 더 날카로운 툴링 절삭날을 의미하기 때문에 더 부드러운 알루미늄 합금의 가공에도 유리합니다. 경사각이 작을수록 황삭 절단 또는 깊은 절단 및 높은 이송 속도에 유리합니다. 경사각은 0도에서 40도까지 다양하며 절대 음수가 되어서는 안 됩니다.
2. 백나이프 표면의 마모 및 표면 마감 품질에 직접적인 영향을 미치므로 백 앵글의 양은 항상 커야 합니다. 후방 각도는 이송 속도와 절삭 깊이에 따라 달라집니다. 황삭 및 높은 이송 속도가 필요한 경우 후방 각도가 더 작아야 합니다. 그러나 정밀 CNC 알루미늄 가공 작업에서는 탄성 변형을 줄이고 커터와 공작물 표면 사이의 마찰을 줄여 높은 표면 마무리를 출력할 필요가 있습니다. 이를 위해 후방 각도의 크기는 항상 가능한 한 커야 합니다.
3. 공구의 적절한 기능을 위한 여유각의 중요성을 이해하는 것이 필요합니다. 여유각이 매우 작은 경우 공구의 힐(측면)이 공작물에 닿아 열이 발산될 수 있습니다. 반면에 여유각이 크면 공구가 공작물에 너무 깊숙이 침투하여 채터링이 발생합니다. 따라서 여유각의 선택은 최적이어야 합니다. 대부분의 경우 6도에서 10도 사이의 각도가 최적입니다.
4. 기하학적 매개변수의 마지막은 나선형 각도입니다. 부드러운 밀링을 보장하고 적용에 필요한 밀링 힘을 줄이려면 나선형 각도가 최대한 커야 합니다.

작업물의 클램핑 방식 개선

알루미늄 공작물의 더 나은 클램핑을 위한 두 가지 방법이 있습니다. 벽이 얇은 원통형 부품의 경우, 3개의 발톱이 있는 셀프 센터링 척으로 클램핑하면 변형이 발생합니다. 따라서 이 경우 단면 압축 방법이 유용합니다. 단면은 덮개판으로 압축되고 너트로 조입니다. 이를 통해 만족스러운 가공 정확도를 얻을 수 있습니다.

두 번째 방법은 판 두께가 얇은 공작물에 적용할 수 있습니다. 얇은 판과 함께 클램핑력의 균일한 분포를 얻기 위해 석션 컵을 사용하는 것이 포함됩니다. 추가 방법은 클램핑에 의한 변형을 피하기 위해 액체 매체를 사용하는 것입니다. 예를 들어, 3~6%의 질산칼륨이 포함된 용융 요소를 작업물에 부을 수 있습니다. 알코올이나 물로 최종 부분을 헹구어 액체 매체를 완전히 씻어낼 수 있습니다.

도구 구조

1. 알루미늄 가공에서는 밀링 커터의 톱니 수를 줄이는 것이 중요합니다. 이는 알루미늄의 높은 가소성으로 인해 결과적으로 가공 작업 중 더 큰 변형을 의미합니다. 알루미늄 칩에는 점착성 요소가 있어 원하는 공차의 미세 부품 생산을 방해합니다. 절삭날 사이의 간격이 넓어져 더 큰 칩이 빠져나갈 수 있습니다.
2. 절삭날의 거칠기를 0.4μm 이하로 유지하고 적절한 연삭 작업으로 절삭날을 가공하는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 불필요한 버가 모두 제거되어 궁극적으로 열 발산 및 절단 변형이 줄어듭니다.
3. 공구 교체 또는 수리는 표준에 따라 수행해야 합니다. 따라서 표면 거칠기 값이 0.2mm를 초과하고 절삭 온도 값이 섭씨 100도를 초과하면 공구를 교체하거나 보충해야 합니다.

가공 작업자를 위한 팁

가공 작업자의 기술 세트의 중요성은 간과할 수 없습니다. 이것이 신뢰할 수 있는 CNC 알루미늄 가공 서비스 제공업체가 동일한 툴링 및 공작물 매개변수를 사용하더라도 큰 차이를 만들 수 있는 이유입니다. 알루미늄 합금의 CNC 가공 시 작업자가 고려해야 할 사항을 살펴보겠습니다.

1. 숙련된 작업자는 이송 속도 및 속도 계산에 대한 충분한 지식을 가지고 있어야 합니다. 이송 속도와 속도의 범위는 다른 재료보다 알루미늄 합금이 훨씬 좁습니다. 알루미늄 절단에는 높은 스핀들 속도가 필요하지만 이송 속도는 요구 사항에 따라 다릅니다. 더 빠른 스핀들 속도는 더 작은 직경의 비트를 허용합니다. 따라서 숙련된 작업자는 알루미늄 가공에 맞게 조정된 이송 속도 및 스핀들 속도에 대한 적절한 공식을 사용한 경험이 있어야 합니다.
2. 알루미늄 가공에는 느리고 꾸준한 접근이 필요합니다. 알루미늄의 경우 생산성 향상을 위해 패스당 더 깊은 절단으로 CNC 기계를 프로그래밍하려는 유혹에 반대할 수 있습니다. 끈적 끈적한 알루미늄 칩을 제거하는 것은 어려운 작업이 되며 버로 인해 표면 조도가 좋지 않음을 의미합니다. 좋은 CNC 머시닝 오퍼레이터는 항상 더 나은 결과를 위해 참을성 있게 움직입니다. 패스당 이상적인 절단 깊이에 대해 적절한 계산을 수행합니다.
3. 운전자는 냉각수 사용에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 또한, 공작물의 전처리 및 후처리가 필요하며 작업자는 인내심을 갖고 조심스럽게 완성된 부품의 사소한 결함을 지적하여 우수한 가공 서비스 제공자의 신뢰성을 유지해야 합니다.

결론

알루미늄 가공에 대한 이 포괄적이면서도 간결한 가이드가 기술 지식에 도움이 되어 다음에 알루미늄 부품을 가공할 때 가공 서비스 제공업체로부터 각 측면에 대해 기술적으로 매우 효과적으로 논의할 수 있기를 바랍니다.