일반적인 알루미늄 가공 문제 & 프로세스 솔루션 | 이것

내 32 수년간의 정밀도 알루미늄 가공 자동차 부품 라인, 전기차 부품, 새로운 에너지, 및 3C 전자구조부품,

“알루미늄은 부드럽다”고 생각하는 새로운 공정 엔지니어가 얼마나 많았는지 셀 수 없을 정도입니다., 얼마나 힘들겠어요??” 그리고는 2주 후에 버로 뒤덮인 폐기 부품이 담긴 통을 바라보며 밖으로 나갔습니다., 수다쟁이 흔적, 그리고 차원 드리프트.

경량화 혁명으로 인해 알루미늄이 정밀 제조의 모든 부분에 적용되었습니다. 그럴 만한 이유가 있습니다..

탁월한 강도 대 중량 비율을 제공합니다., 우수한 열 및 전기 전도성, 그리고 높은 성형성. 그러나 "성형하기 쉽다"는 것이 "가공하기 쉽다"는 것과는 다릅니다.

알루미늄에는 고유한 고장 모드 세트가 있습니다., 그 중 대부분은 하나의 핵심 진실로 귀결됩니다.: 알루미늄은 강철처럼 부서지지 않습니다..

변형된다, 도구 가장자리에 용접됩니다., 다시 튀어 나온다, 온도에 따라 극적으로 팽창하고 수축합니다..

이 가이드에서는 알루미늄 가공성의 기본 사항을 자세히 설명합니다., 가장 지속적인 생산 과제 8가지, 작업 유형별 결함 근본 원인, 작업 현장에서 검증된 전체 프로세스 최적화 전략.

이것은 교과서 이론이 아닙니다. 우리가 폐기된 배치 하나에서 배운 것입니다., 하나의 툴링 재설계, 한 번에 하나의 프로세스 튜닝.

1. 알루미늄 가공성의 기초: 성적, 합금 & 등급 시스템

알루미늄의 가공성은 거의 전적으로 합금 조성과 템퍼링 조건에 따라 달라집니다..

업계에서는 A~E 5단계 등급 시스템을 사용합니다. (A = 최고, E = 가장 가난한) 칩 형성을 기반으로, 표면 마감 품질, 및 공구 마모율.

기준 참조 역할을 하며 실제 성능은 도구 유형에 따라 달라집니다., 절단 속도, 냉각수 공급.

단조 대. 주조 알루미늄 가공성

단조 알루미늄은 명확한 패턴을 따릅니다.: 더 높은 강도와 ​​경도 = 더 낮은 연성 = 더 쉬운 칩 브레이킹 = 더 나은 가공성.

그렇기 때문에 T6, T7, T8, T9 템퍼 기계는 부드러운 O-temp 소재보다 훨씬 우수합니다..

주조 알루미늄은 동일한 선형 관계를 따르지 않습니다.. 내부 다공성, 큰 금속간 상, 실리콘 함량은 모두 칩 동작에 영향을 미칩니다..

어떤 경우에는, 내부의 미세 결함이 칩을 깨끗하게 파쇄하는 데 도움이 되기 때문에 부드러운 주조 등급이 단단한 등급보다 더 잘 가공됩니다..

가공성 등급표

쾌삭 알루미늄 합금

합금이 좋아요 2011, 6262, 그리고 6020 기계 가공성을 위해 특별히 고안되었습니다.. 의도적인 납 첨가물이 포함되어 있습니다., 창연, 또는 별개의 2차 입자를 형성하는 주석.

이 입자는 내부 칩 브레이커 역할을 합니다., 칩 흐름을 방해하고 공구를 감싸고 표면 마감을 손상시키는 길고 끈끈한 칩을 방지합니다..

과거에 20 연령, 업계에서는 환경 준수를 위해 주석 기반 제제를 선호하여 납 자유 가공 등급을 단계적으로 폐지했습니다., 하지만 핵심 메커니즘은 동일하게 유지됩니다.

2. 그만큼 8 알루미늄 가공의 핵심 과제

알루미늄은 일반적으로 가공하기 쉬운 것으로 간주됩니다., 하지만 숙련된 기계 기술자들은 그것을 알고 있습니다 높은 절삭 속도가 자동으로 안정적인 정밀 가공을 의미하는 것은 아닙니다..

재료는 연성이 있다, 열에 반응하는, 그리고 비교적 순응적이다, 일부 합금 및 주조 조건에서는 공구 마모 및 칩 제어 문제가 발생합니다..

작업 현장에서 몇 년을 보낸 후, 같은 8가지 문제가 반복적으로 나타납니다.

부분마다 다르게 보일 수도 있습니다, 그러나 근본적인 원인은 일반적으로 도구 형상으로 돌아옵니다., 열, 물질적 상태, 워크홀딩, 절단 매개 변수, 및 프로세스 순서.

구축 된 에지 (절하다): 가장 일반적인 도구 관련 문제

구축 된 에지 (절하다) 불리한 절삭 압력 조합으로 인해 알루미늄이 절삭날에 부착될 때 발생합니다., 온도, 도구 기하학, 및 윤활.

기존의 연마 마모와는 달리, 이것은 주로 접착 마모 메커니즘.

알루미늄이 가장자리에 쌓이기 시작하면, 효과적인 공구 형상 변경.

칼날이 덜 날카로워진다, 절삭력이 덜 안정됨, 마감된 표면이 급격히 악화될 수 있습니다..

일반적인 결과로는 표면 마감 불량 등이 있습니다., 버 증가, 차원 드리프트, 그리고 접착된 알루미늄이 떨어져 나갈 때 무작위 긁힘이 발생합니다..

따라서 도구 선택이 중요합니다.. 알루미늄 가공은 일반적으로 날카로운 가공에서 이점을 얻습니다., 효율적인 칩 흐름을 위해 설계된 고광택 절삭날과 형상.

불필요하게 끈적거리는 도구 코팅이나 무딘 가장자리로 인해 문제가 가속화될 수 있습니다.. 적절한 윤활 및 절삭 조건도 마찬가지로 중요합니다..

실용적인 경고 표시는 간단합니다: 알루미늄이 공구에 달라붙기 시작하면, 원인을 조사하기 전에 표면이 손상될 때까지 기다리지 마십시오..

가공 왜곡: 열의, 잔류 응력, 및 클램핑 효과

치수 왜곡은 여러 메커니즘이 동시에 발생할 수 있기 때문에 제어하기 가장 어려운 알루미늄 문제 중 하나입니다..

첫 번째는 열 팽창. 많은 알루미늄 합금의 열팽창 계수는 대략 다음과 같습니다. 23 × 10 ° /° C, 일반강에 비해 현저히 높은.

에이 1 m 알루미늄 부품의 길이는 대략적으로 변할 수 있습니다. 0.023 1°C 온도 변화마다 mm.

두 번째는 잔류 응력 해제. 압연판, 돌출된 단면, 단조 블랭크에는 재료 생산 중에 발생하는 내부 응력이 포함될 수 있습니다..

한쪽에서 많은 양의 재료를 제거하면 이러한 응력이 해제되어 부품이 구부러질 수 있습니다., 트위스트, 아니면 평탄함을 잃거나.

세 번째는 워크홀딩 변형. 알루미늄은 비교적 규정을 준수합니다., 과도한 고정 압력으로 인해 얇은 벽이나 플레이트가 변형될 수 있습니다..

부품은 언클램핑 후 즉시 원래 모양으로 돌아올 수 있습니다., 가공 치수가 부품 측정 조건과 일치하지 않는 경우.

따라서 안정적인 공정을 위해서는 균형 잡힌 물질 제거가 필요합니다., 적절한 워크홀딩, 단순히 체결력을 높이거나 더 무거운 절단을 하는 것이 아닌 열 제어.

벽이 얇고 캐비티가 깊은 부품의 채터링 및 진동

얇은 벽, 깊은 주머니, 긴 도구, 가느다란 부품은 구조적 강성이 제한되어 있습니다..

절삭력이 시스템의 안정성을 초과하는 경우, 도구, 공포, 아니면 둘 다 진동할 수 있습니다..

결과 수다쟁이 흔적 일반적으로 가공된 표면에 반복되는 파도나 선으로 나타납니다..

더 중요한 것은, 잡담은 실제 절단 경로를 변경합니다, 치수 및 기하학적 제어를 훨씬 더 어렵게 만듭니다..

해결책은 일반적으로 강성에서 시작됩니다.: 공구 오버행 단축, 워크홀딩 개선, 가능한 경우 공작물을 지지하십시오..

그런 다음 불안정한 스핀들 속도 영역과 과도한 반경 방향 맞물림을 방지하기 위해 절삭 매개변수를 조정해야 합니다..

얇은 벽의 알루미늄 부품용, 빛, 통제된 마무리 패스 한 번의 공격적인 패스로 남은 재고를 제거하는 것보다 더 신뢰할 수 있는 경우가 많습니다..

표면 조도 불량 및 Burr 형성 불량

알루미늄의 연성은 깨끗한 가장자리와 일관되게 매끄러운 표면을 생성하기 어렵게 만들 수 있습니다..

절단 조건이 좋지 않으면 재료가 깨끗하게 절단되지 않고 번질 수 있습니다., 긴 칩은 완성된 표면에 대해 다시 절단될 수 있습니다..

가장 일반적인 문제 영역은 다음과 같습니다. 구멍이 나옴, 슬롯 가장자리, 날카로운 모서리, 및 윤곽 전환.

구성인선이 있으면 파편이 공구에서 떨어져 부품이 긁힐 수 있으므로 상황이 더욱 악화됩니다..

외관 또는 양극 처리된 부품용, 이러한 결함은 특히 중요해집니다. 일반 작업장 조명 아래에서는 괜찮아 보이는 표면에도 가공선이 뚜렷하게 보일 수 있습니다., 흠집, 마무리 후 찢어진 부분이나.

따라서 우수한 표면 품질은 날카로운 도구에서 시작됩니다., 안정된 절삭조건, 효율적인 칩 배출, 제어된 가장자리 준비, 문제를 숨기기 위해 가공 후 연마에 의존하기보다는.

차원 불안정성과 열 드리프트

알루미늄의 높은 열 팽창은 온도가 사실상 또 다른 가공 변수임을 의미합니다..

예를 들어, 10°C 온도 변화는 대략 다음과 같습니다. 0.23 일반적인 알루미늄 합금의 미터당 치수 변화 mm. 공차가 가까운 부분에, 그건 작은 오류가 아니야.

이는 다음과 같은 경우에 특히 문제가 됩니다.:

• 부품이 따뜻할 때 가공되고 냉각된 후 검사됩니다.
• 냉각수 온도가 크게 달라집니다.
• 장기간 생산이 진행되는 동안 기계 및 공작물 온도가 변합니다.
• 다양한 배치는 다양한 환경 조건에서 측정됩니다.

정밀작업용, 가공, 안정화, 검사는 하나의 프로세스로 취급되어야 합니다..

부품은 통제된 조건에서 측정되어야 합니다., 측정 기준 온도가 명확하게 정의되어야 합니다..

드릴링 및 태핑의 어려움

칩 배출이 제한 요인이 될 때까지 알루미늄 드릴링 및 태핑은 간단해 보입니다..

드릴링 중, 제대로 배출되지 않은 칩은 홀 벽과 마찰하여 긁힘을 일으킬 수 있습니다., 특대 구멍, 또는 테이퍼.

칩이 이동하는 경로가 더 길기 때문에 깊은 홀에서는 문제가 더욱 심각해집니다..

탭핑도 비슷한 문제를 나타냅니다.. 알루미늄 칩이 탭에 달라붙어 플루트를 채울 수 있습니다., 절삭 토크가 증가하고 잠재적으로 나사산 손상이나 탭 파손이 발생할 수 있습니다..

실용적인 해결책은 공구 형상을 구멍 유형에 맞추는 것입니다., 적절한 윤활을 유지, 안정적인 칩 배출 경로를 제공합니다..

관통 구멍과 막힌 구멍에는 종종 다른 탭 형상이 필요합니다., 심공 드릴링에는 제어된 쪼개기 또는 공구 관통 절삭유가 필요할 수 있습니다..

아노다이징 후 표면 결함이 더욱 눈에 띄게 됨

아노다이징은 가공 불량을 교정하는 공정이 아닙니다.. 많은 경우에, 기존 표면 차이를 더 쉽게 볼 수 있습니다..

도구 표시, 흠집, 끽끽 우는 소리, 임베디드 칩, 작은 구덩이, 일관되지 않은 표면 준비는 양극 산화 처리 후 눈에 띄게 나타날 수 있습니다., 특히 장식용 또는 염색된 알루미늄 부품에.

이로 인해 일반적인 생산 문제가 발생합니다.: 부품이 치수 검사를 통과했지만 표면 처리 후 외관 검사를 통과하지 못했습니다..

이것을 피하기 위해, 가공 사양과 아노다이징 사양을 함께 개발해야 합니다..

눈에 보이는 중요한 표면에는 제어된 가공이 필요합니다., 철저한 청소, 조심스러운 디버링, 그리고 치료 전 적절한 보호.

도구 마모: 단순한 모서리 치핑이 아닌 접착력

알루미늄의 공구 마모는 강철 가공에서 나타나는 전형적인 측면 마모와 항상 같지는 않습니다.. 가장 큰 문제는 절삭날의 알루미늄 접착입니다..

진행은 점진적일 수 있음:

깨끗한 모서리 → 알루미늄 접착 → 구성 모서리 → 모서리 형상 변경 → 표면 마감 불량 → 치수 드리프트

도구가 여전히 물리적으로 손상되지 않은 것처럼 보일 수 있습니다., 하지만 절단 형상이 이미 변경되었습니다..

그렇기 때문에 명백한 공구 파손을 기다리는 것은 정밀 알루미늄 가공에 있어서 좋지 않은 공구 수명 전략입니다..

대신 표면 조도 추세를 조합하여 공구 수명을 모니터링해야 합니다., 차원 드리프트, 버 형성, 스핀들 부하, 직접 도구 검사.

상당한 구성인선이 개발되면, 단순히 공구를 계속 사용하거나 가장자리를 가볍게 드레싱하는 것만으로는 원래 절단 형상을 복원할 수 없습니다..

3. 가공 작업으로 인한 일반적인 결함

결함은 조작에 따라 다르게 보입니다.. 서명을 알면 근본 원인을 찾을 수 있는 정확한 위치를 알 수 있습니다..

밀링 작업

교련 & 지루한 작업

태핑 작업

터닝 작업

4. 전체 프로세스 최적화: 블랭크에서 완제품까지

알루미늄 가공 문제를 해결하는 것은 절삭유를 늘리거나 이송 속도를 늦추는 것이 아닙니다..

블랭크 입고부터 최종검사까지 시스템 차원의 관리에 관한 것입니다.. 이것은 우리가 모든 라인에서 조정하는 9개의 제어점입니다..

블랭크 전처리: 소스에서 왜곡 중지

대부분의 왜곡 문제는 첫 번째 도구가 부품에 닿기 전에 시작됩니다..

• 스트레스 해소가 먼저다: 모든 단조 플레이트 및 단조 블랭크는 가공 전에 응력 완화 기능을 제공합니다.. 자연적인 노화에 대한 72 시간, 또는 120~150°C에서 2~4시간 동안 저온 베이킹.
  이렇게 하면 잔류 응력이 방출되어 가공 도중에 튀어나와 부품이 휘어지는 것을 방지할 수 있습니다..
• 균일한 재고 수당: 측면당 최소 0.8~1.5mm의 가공 여유를 남겨 두십시오.. 한 쪽에서 모든 재고를 가져오지 마십시오. 고르지 않은 응력 방출로 인해 뒤틀림이 발생합니다..
• 주물 사전 검사: 가공하기 전에 NDT를 사용하여 주조 블랭크의 다공성 및 모래 함유물을 확인하십시오..
  최종 검사에서 표면 아래의 빈 공간을 찾기 위해 전체 부품을 가공하는 것처럼 시간을 낭비하는 것은 없습니다..

도구 선택: 내장형 가장자리에 대한 실제 수정

도구 선택은 80% BUE 전투의.

• 도구 재료:

• • 대용량 정밀 마무리: PCD (다결정 다이아몬드) 도구.
    알루미늄에는 거의 붙지 않습니다., 최고의 표면 마감 제공, 카바이드보다 수명이 10~20배 더 깁니다.. 대용량 실행을 위한 프리미엄 가치.
  • 중소형 배치 생산: 코팅되지 않은 또는 전용 알루미늄 코팅이 포함된 미립자 초경 (Ticn, DLC, 다이아몬드와 같은 탄소).
    알루미늄에는 표준 TiN 코팅을 사용하지 마십시오. — 알루미늄은 거의 즉시 TiN 및 BUE 형태에 접착됩니다..
  • 저비용 경부하: 고속 스틸 도구, 저속 가벼운 마무리 절단에만 해당.

• 도구 형상:

• • 15~25°의 개방형 경사각으로 절단 압축이 감소하고 BUE 형성이 억제됩니다..
  • 큰 칩 포켓과 날카로운 절삭날로 원활한 칩 배출 보장.
  • 밀링 커터용, 공명 채터링을 방지하기 위해 불평등한 톱니 피치를 사용합니다..
  • 마무리에는 0.2–0.4mm 노즈 반경을 사용하십시오.. 코가 너무 크면 얇은 벽에서 잡담이 발생합니다..

• 사용 규칙: BUE 또는 둔화의 첫 징후가 나타나면 공구를 교체하십시오.. 무딘 도구는 절대로 돌로 치지 말고 계속해서 마무리용으로 사용하세요. 공구 오버행을 최소화하여 강성을 극대화하고 채터링을 줄입니다..

절단 매개 변수: “고속, 라이트 컷' 규칙

알루미늄 가공은 빠르고 얕게 작동하는 것이 가장 좋습니다..

• 갈기:

• • 절단 속도: 300초경의 경우 –1500m/min; 2000PCD의 경우 –5000m/분.
  • 치아 당 공급: 0.05-0.2mm. 가벼운 상처, 절대 무겁지 않은 느린 피드.
  • 컷 깊이: 0.5황삭 패스당 –2mm; 마무리용 0.3mm 이하. 가벼운 컷 = 열 감소 = 왜곡 감소.

• 교련: 높은 스핀들 속도, 낮은 이송 속도, 칩 브레이킹을 위한 주기적인 후퇴 사이클. 깊은 구멍용, 펙 드릴링 사이클을 사용하여 칩 제거.
• 태핑: 낮은 스핀들 속도. 칩 배출을 위해 나선형 플루트 탭을 사용하십시오.. 관통 구멍에는 바닥 탭을 사용하세요., 막힌 구멍용 나선형 포인트 탭. 더 나은 스레드 클리어런스를 위해 탭 드릴 크기를 표준보다 0.05–0.1mm 조정하십시오..

냉각수 & 매끄럽게 하기: 표면 마감을 위한 성패

절삭유는 냉각 이상의 역할을 합니다. BUE를 방지하기 위해 공구 칩 인터페이스를 윤활합니다..

• 극압 윤활성 패키지가 포함된 전용 알루미늄 가공 절삭유 사용. 스트레이트 오일 > 윤활유제.
• 물 전용 냉각을 사용하지 마십시오.. 윤활 부족으로 심각한 BUE 및 찢어진 표면 마감 보장.
• 대량, 절단 구역에 직접 고압 홍수 전달. 깊은 구멍용, 관통 공구 내부 절삭유는 필수입니다..
• MQL (최소량 윤활) 오일 미스트를 사용하면 고속 PCD 가공에 매우 적합합니다.. 잔류물을 최소화하고 양극 산화 처리에 친화적입니다..

워크홀딩: 분쇄 및 진동 방지

• 적당한 클램핑력: 알루미늄은 부드럽다. 너무 많은 압력을 가하면 움푹 들어간 부분이 생기고 얇은 벽이 왜곡됩니다.. 얇은 시트 부품에는 진공척 워크홀딩을 사용하세요..
• 전폭적인 지원: 얇은 벽과 돌출부 아래에 백업 지지대 추가. 지원되지 않는 섹션을 기계에 걸지 마십시오. 채터링이 보장됩니다..
• 고정물 재료: 페놀릭을 사용하세요, 나일론, 또는 고정 장치용 알루미늄 소프트 조. 단단한 강철 조는 알루미늄 부품을 표시하고 분쇄합니다..
• 배치 생산을 위한 예열 설비: 엄격한 공차 배치를 실행하기 전에 설비가 작동 온도에 도달하도록 하십시오.. 고정 장치 확장은 치수 드리프트의 숨겨진 원인입니다..

프로세스 순서: 단계별 왜곡 최소화

대부분의 사람들이 생각하는 것보다 프로세스 순서가 더 중요합니다..

• 순서를 따르세요: 황삭 → 응력 완화 (굽거나 담그다) → 준마무리 → 마무리. 절대 거칠게 하지 말고 한번에 끝내세요.
• 벽이 얇은 부품용, 한 번의 전체 깊이 컷보다는 여러 번의 라이트 패스를 사용합니다..
• 외부 프로파일과 캐비티를 먼저 밀링합니다., 마지막으로 드릴 앤 탭. 조기에 수행하면 밀링 힘으로 인해 구멍 위치가 늘어나거나 왜곡될 수 있습니다..
• 마무리 과정을 마치기 전에 부품을 실온으로 냉각시키십시오.. 기계를 멈추세요, 을 위해 떠나다 20 분, 그런 다음 돌아와서 최종 컷을 찍으세요.. 이 단일 단계로 대부분의 열 치수 오류가 제거됩니다..
• 내부 모서리에 반경 전환 추가. 날카로운 모서리 = 심한 버 및 응력 집중.

디버링 제어

디버링은 소모될 수 있습니다. 30% 허용하는 경우 총 부품 비용.

• 가공 중에 모서리를 절단하려면 모따기된 절삭날이 있는 도구를 사용하십시오.. 진행 중인 디버링은 항상 수동 디버링보다 뛰어납니다..
• 윤곽 밀링에 아크인/아크아웃 공구 경로 사용. 절대로 정지하고 가장자리에서 똑바로 후퇴하지 마십시오. 그러면 심한 버(burr)가 남습니다..
• 아노다이징 처리할 부품의 경우, 절대 무거운 모래 디버링 작업이 필요하지 않습니다. 색상이 고르지 않고 표면 얼룩이 발생합니다.. 균일한 표면 품질을 위해서는 진동 디버링 또는 초음파 디버링을 선호합니다..

치수 안정성 & 환경제어

• 엄격한 공차 작업을 위해 작업장 온도를 20±2°C로 유지합니다..
• 가공 후 최종 검사 전 부품을 2~4시간 동안 방치합니다.. 완전히 식혀서 안정화시키세요..
• 온도 오류에 대해 마이크로미터 및 캘리퍼스 교정. 따뜻한 측정 도구로 인해 판독값이 잘못됨.

아노다이징을 위한 마감 전 준비 & 코팅

• 가공 후 부품에 남아 있는 절삭유 잔여물을 모두 청소하십시오.. 아노다이징 후 잔여물로 인해 얼룩 및 얼룩이 발생합니다..
• 깊은 도구 긁힘 제거, 가우징 자국, 그리고 끝나기 전에 잡담. 아노다이징 처리는 이를 숨기지 않고 더 잘 보이게 합니다..
• 부식과 가장자리 손상을 방지하기 위해 청소 및 코팅 전에 나사형 구멍과 정밀 보어를 마스킹하고 보호합니다..

5. 빠른 문제 해결 참조 표

6. 결론

알루미늄 가공은 무차별적인 힘이나 가장 빠른 기계에 관한 것이 아닙니다.. 시스템 수준의 마찰 제어에 관한 것입니다., 열, 스트레스, 및 칩 동작.

알루미늄에 탁월한 작업장에는 더 멋진 기계가 없습니다. 더 나은 공정 규율을 갖추고 있습니다..

그들은 공백 스트레스를 조절합니다, 그들은 올바른 도구를 선택합니다 (잘못된 코팅을 피하세요), 그들은 빠르게 가벼운 컷을 달린다, 절단 영역에 윤활유가 넘칩니다., 측정하기 전에 부품을 식혀야 합니다..

신입 엔지니어들이 저지르는 가장 큰 실수는 알루미늄을 연강처럼 취급하는 것입니다.. 다양한 실패 모드를 가진 다른 재료입니다..

구축 된 에지, 열왜곡, 끽끽 우는 소리, 버 형성은 사소한 문제가 아니라 공정의 결정적인 문제입니다..

공백부터 완성된 부분까지 체계적으로 해결하세요., 매 실행마다 스크랩과 싸우는 것부터 배치마다 허용 오차에 도달하게 됩니다..

후에 32 연령, 나는 아직도 새로운 상점들이 이것을 어려운 방법으로 배우는 것을 봅니다. 하지만 시스템이 제대로 구축되면, 알루미늄은 가장 생산적인 재료 중 하나입니다., 일관된, 기계로 가공할 수 있는 정밀 소재.