알루미늄 변형 최소화를 위한 검증된 기술 및 운영 전략

알루미늄은 비철금속 중 가장 널리 사용되는 금속 소재이며, 그 응용 범위는 계속 확대되고 있습니다. 알루미늄 소재로 생산되는 알루미늄 제품은 종류가 많습니다. 통계에 따르면 70만 종 이상의 알루미늄 제품이 있습니다. 건축 장식 산업부터 운송 산업, 항공우주 등 다양한 산업에서 각기 다른 수요가 있습니다. 오늘은 알루미늄 제품의 변형을 방지하는 방법을 소개합니다.

알루미늄의 장점과 특징

1. 낮은 밀도. 알루미늄 밀도는 약 2.7g/cm³로 철이나 구리의 1/3에 불과합니다.
2. 높은 가소성. 알루미늄은 우수한 연성을 가지며 압축, 인장 등 압력 가공 수단으로 다양한 제품을 만들 수 있습니다.
3. 내식성. 알루미늄은 강한 음전성을 가진 금속입니다. 자연 조건이나 양극 산화 시 표면에 보호 산화 피막이 형성되어 강철보다 훨씬 우수한 내식성을 가집니다.
4. 강화 용이. 순수 알루미늄의 강도는 높지 않지만 양극 산화로 개선할 수 있습니다.
5. 표면 처리 용이. 표면 처리는 알루미늄 표면 특성을 추가로 개선하거나 변경할 수 있습니다. 알루미늄 양극 산화 공정은 매우 성숙하고 안정적이며 알루미늄 제품 가공에 널리 사용됩니다.
6. 우수한 전도성과 쉬운 재활용.

가공 변형 감소를 위한 공정적 조치

1. 블랭크의 내부 응력 감소

자연 또는 인공 시효와 진동 처리로 블랭크의 내부 응력을 부분적으로 제거할 수 있습니다. 사전 가공도 효과적인 공정입니다. 머리 크고 귀 큰(여유분이 많은) 블랭크의 경우 여유분이 커서 가공 후 변형도 큽니다. 블랭크의 여유 부분을 미리 가공하고 각 부분의 여유분을 줄이면 후속 공정의 가공 변형을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 사전 가공 후 일정 시간 방치하여 내부 응력을 방출할 수 있습니다.

2. 공구의 절삭 능력 향상

공구의 재료와 기하학적 파라미터는 절삭력과 절삭열에 중요한 영향을 미칩니다. 올바른 공구 선택은 부품 가공 변형 감소에 매우 중요합니다.

(1) 공구의 기하학적 파라미터를 합리적으로 선택.

① 경사각: 절삭날 강도 유지 조건 하에서 경사각을 적절히 크게 선택할 수 있습니다. 한편으로는 날카로운 날을 연마할 수 있고, 다른 한편으로는 절삭 변형을 줄여 칩 배출을 원활하게 하고 절삭력과 절삭 온도를 낮출 수 있습니다. 음의 경사각 공구는 절대 사용하지 마십시오.

② 후퇴각: 후퇴각 크기는 후퇴면 마모와 가공 표면 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 절삭 두께는 후퇴각 선택의 중요한 조건입니다. 황삭 밀링 시 이송량이 크고 절삭 부하가 크며 발열량이 커서 공구의 방열 조건이 좋아야 하므로 후퇴각을 작게 해야 합니다. 정삭 밀링 시 날을 날카롭게 하여 후퇴면과 가공 표면 간 마찰과 탄성 변형을 줄여야 하므로 후퇴각을 크게 해야 합니다.

③ 나선각: 밀링을 원활하게 하고 밀링력을 줄이기 위해 나선각을 가능한 한 크게 선택해야 합니다.

④ 주 편향각: 주 편향각을 적절히 줄이면 방열 조건을 개선하고 가공 영역의 평균 온도를 낮출 수 있습니다.

(2) 공구 구조 개선.

① 밀링 커터 치수 감소 및 칩 공간 증가. 알루미늄 부품의 가소성이 크고 가공 시 절삭 변형이 커서 큰 칩 보유 공간이 필요하므로 칩 홈 바닥 반경이 커야 하고 밀링 커터 치수는 적어야 합니다.

② 커터 치 연마. 커터 치 절삭날의 거칠기 값은 Ra=0.4μm 미만이어야 합니다. 새 칼 사용 전 미세 오일스톤으로 칼날 전후면을 가볍게 연마하여 연마 시 남은 버와 미세 톱니를 제거합니다. 이렇게 하면 절삭열과 절삭 변형을 모두 줄일 수 있습니다.

③ 공구 마모 기준 엄격 관리. 공구 마모 후 공작물 표면 거칠기 증가, 절삭 온도 상승, 공작물 변형 증가. 따라서 내마모성이 좋은 공구 소재를 선택하는 것 외에 공구 마모 기준은 0.2mm를 초과하지 않아야 하며, 그렇지 않으면 칩 축적이 쉽게 발생합니다. 절삭 중 공작물 온도는 100℃를 초과하지 않아야 변형을 방지할 수 있습니다.

3. 공작물 클램핑 방법 개선

강성이 약한 박벽 알루미늄 공작물의 경우 다음 클램핑 방법을 채택하여 변형을 줄일 수 있습니다:

① 박벽 부싱 부품의 경우, 삼각 자심 척이나 스프링 척으로 방사 방향으로 클램핑하면 가공 후 풀었을 때 공작물이 변형됩니다. 이때 강성이 더 좋은 축단면 압착 방법을 사용해야 합니다. 부품 내공으로 위치 결정, 직접 만든 나사 스핀들을 부품 내공에 넣고, 커버 플레이트로 단면을 누른 후 너트를 조입니다. 외경 가공 시 클램핑 변형을 피할 수 있어 만족스러운 가공 정밀도를 얻을 수 있습니다.

② 박벽 박판 공작물 가공 시 진공 흡착 컵을 선택하여 균일하게 분포된 클램핑 힘을 얻고, 소량 절삭으로 가공하여 공작물 변형을 방지하는 것이 최선입니다.

또는 패킹 방법을 사용할 수 있습니다. 박벽 공작물의 공정 강성을 높이기 위해 공작물 내부에 매질을 채워 클램핑 및 절삭 중 공작물 변형을 줄입니다. 예를 들어 3~6% 질산칼륨을 함유한 요소 용융물을 공작물에 부어 넣고, 가공 후 공작물을 물이나 알코올에 담그면 충전물을 녹여 부어낼 수 있습니다.

4. 공정 합리적 배치

고속 절삭에서 큰 가공 여유분과 간헐적 절삭으로 인해 밀링 공정은 진동을 발생시키기 쉽고, 이는 가공 정밀도와 표면 거칠기에 영향을 미칩니다. 따라서 NC 고속 가공 공정은 일반적으로 황삭, 반정삭, 코너 정리, 정삭 등으로 나눌 수 있습니다. 고정밀도 요구 부품의 경우 2차 반정삭 후 정삭이 필요하기도 합니다. 황삭 후 부품을 자연 냉각시켜 황삭으로 인한 내부 응력을 제거하고 변형을 줄입니다. 황삭 후 남은 여유분은 변형량보다 커야 하며, 일반적으로 1~2mm입니다. 정삭 시 가공 완료된 공작물 표면에 균일한 가공 여유분을 유지하며, 일반적으로 0.2~0.5mm로 공구가 가공 과정에서 안정된 상태를 유지하게 하여 절삭 변형을 크게 줄이고 좋은 표면 가공 품질을 얻으며 제품 정밀도를 보장합니다.

가공 변형 감소를 위한 조작 기술

위 이유 외에도 실제 조작에서 조작 방법도 매우 중요합니다.

1. 가공 여유분이 큰 부품의 경우, 가공 중 더 나은 방열 조건을 제공하고 열 집중을 피하기 위해 대칭 가공을 채택해야 합니다.

② 판 부품에 여러 캐비티가 있는 경우, 가공 시 한 캐비티씩 순차 가공하는 방법을 채택하지 말아야 합니다. 이는 부품의 불균등한 응력과 변형을 쉽게 유발합니다. 다층 가공을 채택하여 각 층을 가능한 한 모든 캐비티에 동시에 가공한 후 다음 층을 가공하여 부품이 균일하게 응력받고 변형을 줄입니다.

2. 절삭 파라미터 변경으로 절삭력과 절삭열 감소. 절삭 파라미터의 세 요소 중 이송량(백 드래프트)은 절삭력에 큰 영향을 미칩니다. 가공 여유분이 너무 크고 공구 절삭력이 너무 크면 부품 변형뿐만 아니라 기계 주축 강성에 영향을 주고 공구 내구성을 떨어뜨립니다. 이송량을 줄이면 생산 효율이 크게 떨어집니다. 그러나 NC 가공에서 고속 밀링으로 이 문제를 극복할 수 있습니다. 이송량을 줄이는 동시에 이송을 상응하게 증가시키고 기계 회전수를 높이면 절삭력을 줄이고 가공 효율을 보장할 수 있습니다.
3. 절삭 순서 주의. 황삭은 가공 효율 향상과 단위 시간당 절삭률 추구를 강조합니다. 일반적으로 역밀링을 사용합니다. 즉, 블랭크 표면의 여유 재료를 가장 빠른 속도와 최단 시간으로 잘라내어 정삭에 필요한 기하학적 윤곽을 기본적으로 형성합니다. 정삭은 고정밀도와 고품질을 강조하므로 순밀링을 채택하는 것이 적절합니다. 순밀링 시 커터 치 절삭 두께가 최대에서 0으로 점차 감소하므로 가공 경화 정도가 크게 줄어들고 부품 변형 정도가 감소합니다.
4. 박벽 공작물은 가공 중 클램핑으로 인한 변형을 피하기 어렵습니다. 정삭 시에도 마찬가지입니다. 공작물 변형을 최소화하기 위해 정삭이 최종 치수에 도달하기 전에 압착 부분을 풀어 공작물이 자유롭게 원래 상태로 돌아가게 한 후 약간만 누르고, 공작물이 클램핑된 상태(완전히 손으로)에 의거하여 이상적인 가공 효과를 얻습니다. 요컨대, 클램핑 힘의 작용점은 지지면에 있어야 합니다. 클램핑 힘은 공작물 강성이 좋은 방향에 작용해야 합니다. 공작물이 느슨해지지 않는 전제 하에서 클램핑 힘이 작을수록 좋습니다.
5. 캐비티가 있는 부품 가공 시, 캐비티 가공 때 밀링 커터가 드릴 비트처럼 공작물에 직접 뛰어들게 하지 마십시오. 이는 밀링 커터의 칩 공간 부족, 칩 배출 불량, 과열, 부품 팽창, 공구 파손 등 부작용을 초래합니다. 밀링 커터와 같거나 더 큰 드릴로 커터 구멍을 먼저 뚫은 후 밀링 커터로 밀링하십시오. 또는 CAM 소프트웨어로 나선 절삭 프로그램을 생성할 수 있습니다.