ช่างเครื่อง CNC ทุกคนต้องเผชิญกับความคับข้องใจแบบเดียวกัน แผ่นอะลูมิเนียมขนาดใหญ่ถูกทำให้เป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส เผชิญหน้า และเจาะรูด้วยความแม่นยำอย่างระมัดระวัง ชิ้นส่วนวัดได้อย่างสมบูรณ์แบบบนตัวเครื่อง จากนั้นจึงปล่อยแคลมป์ออก ชิ้นส่วนนั้นบิดเบี้ยว บิด หรือเป็นถ้วยประมาณหนึ่งในพันของนิ้ว สาเหตุที่แท้จริงคือความเครียดที่เหลืออยู่เกือบตลอดเวลา การทำความเข้าใจว่าความเครียดนี้มาจากไหนและจะควบคุมได้อย่างไรเพื่อแยกร้านค้าที่ทำลายชิ้นส่วนอะลูมิเนียมราคาแพงออกจากร้านที่จัดส่งส่วนประกอบที่เรียบและมั่นคงในครั้งแรก
ความเค้นตกค้างในอะลูมิเนียมมีต้นกำเนิดจากแหล่งหลักสองแหล่ง ประการแรกคือการผลิตวัสดุดั้งเดิม แผ่นอลูมิเนียมและแท่งอัดรีดจะถูกรีดหรือยืดหลังจากการหล่อ การทำงานเชิงกลนี้จะล็อคความเค้นภายในเข้ากับวัสดุ ชั้นผิวอาจถูกบีบอัดในขณะที่แกนกลางอยู่ในแรงดึง ตราบใดที่วัสดุยังคงสภาพเดิม ความเค้นเหล่านี้จะสร้างสมดุลซึ่งกันและกัน แหล่งที่สองคือการตัดเฉือนเอง การตัดจะให้ความร้อนแก่พื้นผิวชิ้นงาน การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอและการเสียรูปพลาสติกจากคมตัดทำให้เกิดความเค้นใหม่ เมื่อวัสดุถูกเอาออก ความสมดุลของแรงภายในจะเปลี่ยนไป และชิ้นส่วนจะมีรูปร่างใหม่
การเสียรูปที่น่าทึ่งที่สุดมาจากการตัดเฉือนสต็อกวัตถุดิบที่เน้นย้ำล่วงหน้า แผ่นอะลูมิเนียม 6061 ทั่วไปจากซัพพลายเออร์มีความเค้นตกค้างซึ่งแตกต่างกันไปตามความหนา การถอดแผ่นด้านหนึ่งออกจะคลายความเค้นที่ไม่สมมาตร วัสดุที่เหลือจะโค้งงอเพื่อให้เกิดความสมดุล สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมการหั่นแบบหันหน้าธรรมดาจึงสามารถเปลี่ยนจานแบนให้เป็นมันฝรั่งทอดได้ กุญแจสำคัญในการควบคุมการเสียรูปไม่ใช่การขจัดความเค้นตกค้างโดยสิ้นเชิง ซึ่งแทบเป็นไปไม่ได้เลย แต่ต้องจัดการวิธีการคลายออกระหว่างการตัดเฉือน
เทคนิคหนึ่งที่ได้รับการพิสูจน์แล้วคือการตัดเฉือนหยาบตามด้วยการบรรเทาความเครียด การกัดหยาบจะขจัดวัสดุส่วนใหญ่ออก โดยเหลือเผื่อไว้เล็กน้อย 0.030 ถึง 0.060 นิ้วบนพื้นผิวทั้งหมด จากนั้นนำชิ้นส่วนออกจากเครื่องจักรและอบด้วยความร้อนเพื่อบรรเทาความเค้นตกค้าง สำหรับอลูมิเนียมอัลลอยด์ เช่น 7075 หรือ 2024 วงจรบรรเทาความเครียดจากความร้อนที่อุณหภูมิ 350 องศาฟาเรนไฮต์เป็นเวลาสองถึงสามชั่วโมงตามด้วยการระบายความร้อนอย่างช้าๆ สามารถลดความเครียดภายในได้อย่างมาก หลังจากบรรเทาความเครียดแล้ว ชิ้นส่วนจะถูกส่งกลับไปยังเครื่องจักรเพื่อทำการตัดขั้นสุดท้าย ขั้นตอนการตกแต่งขั้นสุดท้ายจะขจัดเฉพาะผิวที่เหลือซึ่งมีความเครียดที่ล็อคอยู่น้อยที่สุด ผลลัพธ์ที่ได้คือส่วนที่มั่นคง
สำหรับร้านค้าที่ไม่มีความสามารถในการบำบัดความร้อน การบรรเทาความเครียดด้วยความเย็นจัดหรือการสั่นสะเทือนสามารถช่วยได้ แม้ว่าจะทำได้ไม่ทั่วถึงก็ตาม วิธีที่ง่ายกว่าคือการกัดหยาบตามลำดับ แทนที่จะต้องควักกระเป๋าลึกในการทำงานครั้งเดียว โปรแกรมเมอร์จะเดินโซเซการกัดหยาบผ่านพื้นที่ต่างๆ ของชิ้นส่วน ด้วยการเอาวัสดุออกอย่างสมมาตร ความเค้นภายในจะระบายออกอย่างเท่าเทียมกันมากขึ้น ตัวอย่างเช่น เมื่อตัดเฉือนหลุมขนาดใหญ่ในจาน ให้หยาบด้านหนึ่ง จากนั้นพลิกชิ้นส่วนและหยาบด้านตรงข้ามก่อนที่จะจบด้านใดด้านหนึ่ง การถอดออกอย่างสมดุลนี้จะช่วยป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนบิดเบี้ยวตั้งแต่เนิ่นๆ ในกระบวนการ
เทคนิคอันทรงพลังอีกประการหนึ่งคือการตัดเฉือนความเร็วสูงด้วยแรงตัดต่ำ การกัดหยาบแบบดั้งเดิมที่มีระยะกินลึกมากและอัตราป้อนต่ำจะดันวัสดุ ทำให้เกิดความร้อนและการเสียรูปพลาสติก การตัดเฉือนความเร็วสูงโดยใช้หน้าสัมผัสในแนวรัศมีแสงและอัตราป้อนต่อฟันสูงจะช่วยลดแรงตัดได้อย่างมาก แรงที่น้อยลงหมายถึงความเค้นตกค้างที่เหนี่ยวนำน้อยลง ร้านค้าหลายแห่งพบว่าความลึกในการตัดในแนวรัศมี 0.040 นิ้วที่ 15,000 RPM และการป้อน 300 นิ้วต่อนาที จะช่วยขจัดวัสดุได้เร็วกว่าการตัดหนักที่ 8,000 RPM ในขณะที่ทำให้ชิ้นส่วนมีความเสถียรมากขึ้น เศษจะพาความร้อนออกไปแทนที่จะส่งเข้าไปในชิ้นงาน
การออกแบบอุปกรณ์จับยึดก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน การจับยึดชิ้นส่วนในสถานะบิดเบี้ยวรับประกันว่าชิ้นส่วนจะเด้งกลับหลังจากการคลายการจับยึด ปากจับแบบอ่อนที่ตัดเฉือนเพื่อให้เข้ากับรูปร่างที่ไร้ชิ้นส่วนหรือระบบการจับยึดแบบจุดศูนย์ที่ใช้แรงจับยึดที่สม่ำเสมอและต่ำ หัวจับสุญญากาศเหมาะอย่างยิ่งสำหรับแผ่นอะลูมิเนียมบาง ๆ เนื่องจากมีการกระจายแรงอย่างสม่ำเสมอโดยไม่ทำให้วัสดุโค้งงอ สำหรับชิ้นส่วนที่มีแนวโน้มที่จะเกิดการถ้วย ให้ใช้เทปกาวสองหน้าหรือฟิล์มกาวระหว่างชิ้นส่วนกับฟิกซ์เจอร์ เพื่อป้องกันการเคลื่อนไหวโดยไม่ทำให้เกิดความเครียด
การดัดงอล่วงหน้าหรือการยืดก่อนเป็นเทคนิคเฉพาะสำหรับการอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียมแบบยาว หากวัตถุดิบมีจุดโค้งที่รู้จัก ฟิกซ์เจอร์สามารถจับยึดชิ้นส่วนในทิศทางตรงกันข้ามได้เล็กน้อยก่อนทำการตัดเฉือน หลังจากตัดและปล่อยแคลมป์ ชิ้นส่วนจะสปริงกลับมาเรียบ ซึ่งต้องมีการทดลองอย่างรอบคอบ แต่จะได้ผลดีสำหรับงานที่ทำซ้ำๆ
ขั้นตอนการทำงานจริงสำหรับชิ้นส่วนอะลูมิเนียมที่สำคัญเริ่มต้นด้วยการเลือกวัสดุ แผ่นกราวด์ที่มีความแม่นยำมีราคาสูงกว่าแต่มีความเค้นตกค้างต่ำกว่าแผ่นรีดมาตรฐานมาก หากสามารถใช้งานได้ แผ่นเครื่องมืออะลูมิเนียมหล่อ เช่น Mic 6 แทบจะไม่มีแรงเค้นภายในเลย เนื่องจากถูกหล่อให้มีรูปร่างใกล้เคียงตาข่ายและไม่ได้ทำงานด้วยกลไก เครื่องหล่อเพลทสวยงามและคงความเรียบหลังจากการถอดวัสดุออก สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างที่ทำจากแผ่นรีด การระบุวัสดุที่มีการยืดหรือคลายความเค้นจากซัพพลายเออร์จะช่วยเพิ่มต้นทุนแต่ช่วยลดของเสีย
สุดท้ายนี้ วิธีการตรวจสอบจะต้องคำนึงถึงความเค้นตกค้าง การวัดชิ้นส่วนในขณะที่ยังจับยึดอยู่ทำให้เกิดความมั่นใจที่ผิดพลาด วัดทุกครั้งหลังจากที่ชิ้นส่วนเป็นอิสระอย่างสมบูรณ์และพักไว้เป็นเวลาหลายชั่วโมงเพื่อให้สามารถคืนตัวได้อย่างยืดหยุ่น ร้านค้าที่เชี่ยวชาญการควบคุมความเค้นตกค้างจะรักษาความเรียบของชิ้นส่วนอะลูมิเนียมที่กลึงแล้วภายในระยะ 0.001 นิ้วต่อฟุตเป็นประจำ คู่แข่งของพวกเขายังคงไล่ตามชิ้นส่วนที่บิดเบี้ยวไปทั่วพื้นที่โรงงาน โดยเชื่อว่าอะลูมิเนียมเป็นโลหะที่ไม่มั่นคง ไม่ใช่โลหะที่ไม่เสถียร เป็นความเครียดที่ไม่สามารถควบคุมได้
