Svaki CNC strojar suočio se s istom frustracijom. Velika aluminijska ploča je četvrtasta, obložena i umetnuta u džepove pažljivom preciznošću. Dio savršeno mjeri na stroju. Zatim se stezaljke otpuštaju. Dio se iskrivljuje, uvija ili čaši za nekoliko tisućinki inča. Glavni uzrok je gotovo uvijek zaostali stres. Razumijevanje odakle dolazi ovaj stres i kako ga kontrolirati razdvaja trgovine koje odbacuju skupe aluminijske dijelove od onih koje isporučuju ravne, stabilne komponente iz prvog pokušaja.
Zaostalo naprezanje u aluminiju potječe iz dva primarna izvora. Prvi je izvorna materijalna proizvodnja. Aluminijska ploča i ekstrudirana šipka se kotrljaju ili razvlače nakon lijevanja. Ova mehanička obrada zadržava unutarnja naprezanja u materijalu. Površinski slojevi mogu biti pod pritiskom dok je jezgra u napetosti. Sve dok je materijal netaknut, ova naprezanja se međusobno uravnotežuju. Drugi izvor je sama strojna obrada. Rezanje zagrijava površinu obratka. Neravnomjerno toplinsko širenje i plastična deformacija od oštrice uvode nova naprezanja. Kada se materijal ukloni, ravnoteža unutarnjih sila se pomiče i dio pronalazi novi oblik.
Najdramatičnije deformacije dolaze od strojne obrade prethodno napregnutog sirovog materijala. Tipična aluminijska ploča 6061 od dobavljača ima zaostala naprezanja koja variraju po debljini. Uklanjanje jedne strane ploče asimetrično oslobađa ta naprezanja. Preostali materijal se savija kako bi se postigla ravnoteža. To objašnjava zašto jednostavan rez na lice može pretvoriti ravni tanjur u čips. Ključ za kontrolu deformacije nije potpuno uklanjanje zaostalog naprezanja, što je gotovo nemoguće, već upravljanje načinom na koji se ono oslobađa tijekom strojne obrade.
Jedna dokazana tehnika je gruba strojna obrada nakon koje slijedi smanjenje naprezanja. Grubom obradom uklanja se većina materijala, ostavljajući mali dopušteni prostor od 0,030 do 0,060 inča na svim površinama. Dio se zatim uklanja iz stroja i toplinski obrađuje kako bi se smanjila zaostala naprezanja. Za aluminijske legure poput 7075 ili 2024, toplinski ciklus smanjenja naprezanja na 350 stupnjeva Fahrenheita u trajanju od dva do tri sata nakon čega slijedi sporo hlađenje može značajno smanjiti unutarnja naprezanja. Nakon otpuštanja naprezanja, dio se vraća u stroj za završne rezove. Završni prolaz uklanja samo preostalu kožu, koja sadrži minimalno zaključano opterećenje. Rezultat je stabilan dio.
Za trgovine bez mogućnosti toplinske obrade, kriogeno ili vibracijsko smanjenje stresa može pomoći, iako manje univerzalno. Jednostavnija metoda je uzastopna gruba obrada. Umjesto iskopavanja dubokog džepa u jednoj operaciji, programator raspoređuje grube prolaze kroz različita područja dijela. Simetričnim uklanjanjem materijala, unutarnje naprezanje se ravnomjernije oslobađa. Na primjer, kada obrađujete veliki džep u tanjuru, grubo obradite jednu stranu, zatim okrenite dio i grubo obradite suprotnu stranu prije dovršetka bilo koje strane. Ovo uravnoteženo uklanjanje sprječava savijanje dijela u ranoj fazi procesa.
Još jedna moćna tehnika je obrada velikom brzinom s malim silama rezanja. Tradicionalna gruba obrada s velikom dubinom rezanja i malim posmakom gura materijal, stvarajući toplinu i plastičnu deformaciju. Velika brzina strojne obrade pomoću laganog radijalnog zahvata i velikog posmaka po zubu dramatično smanjuje sile rezanja. Manja sila znači manje inducirano zaostalo naprezanje. Mnoge trgovine smatraju da radijalna dubina rezanja od 0,040 inča pri 15 000 okretaja u minuti i dodavanju od 300 inča u minuti uklanja materijal brže od teškog rezanja pri 8 000 okretaja u minuti, a ostavlja dio mnogo stabilnijim. Strugotina odvodi toplinu umjesto da je upumpava u obradak.
Dizajn učvršćenja također igra ključnu ulogu. Stezni dijelovi u izobličenom stanju jamče da će se vratiti nakon otpuštanja. Meke čeljusti strojno izrađene kako bi odgovarale slobodnom obliku dijelova ili sustavi stezanja s nultom točkom koji primjenjuju dosljednu, malu silu stezanja pomažu. Vakuumske stezne glave idealne su za tanke aluminijske ploče jer ravnomjerno raspoređuju silu bez savijanja materijala. Za dijelove sklone kupiranju, dvostrana traka ili ljepljivi film između dijela i učvršćenja sprječava pomicanje bez izazivanja stresa.
Prethodno savijanje ili prethodno rastezanje specijalizirana je tehnika za duge ekstruzije aluminija. Ako sirovi materijal ima poznati luk, učvršćenje može lagano stegnuti dio u suprotnom smjeru prije strojne obrade. Nakon rezanja i otpuštanja stezaljki, dio se vraća u ravninu. To zahtijeva pažljivo eksperimentiranje, ali se isplati za poslove koji se ponavljaju.
Praktičan tijek rada za kritične aluminijske dijelove počinje odabirom materijala. Precizno brušena ploča košta više, ali ima mnogo manji zaostali napon od standardne valjane ploče. Ako primjena dopušta, alatna ploča od lijevanog aluminija kao što je Mic 6 ne sadrži gotovo nikakvo unutarnje naprezanje jer je lijevana u gotovo neto oblik i nije mehanički obrađena. Lijevana ploča lijepo se obrađuje i ostaje ravna nakon uklanjanja materijala. Za konstrukcijske dijelove izrađene od valjanih limova, određivanje rastezljivog izravnatog ili otpornog materijala od dobavljača povećava troškove, ali smanjuje otpad.
Konačno, metode inspekcije moraju poštivati zaostalo naprezanje. Mjerenje dijela dok je još stegnut daje lažno povjerenje. Uvijek mjerite nakon što se dio potpuno oslobodio i odmarao nekoliko sati kako bi se omogućio oporavak elastičnosti. Trgovine koje ovladaju kontrolom zaostalog naprezanja rutinski održavaju ravnost unutar 0,001 inča po stopi na strojno obrađenim aluminijskim dijelovima. Njihovi konkurenti još uvijek jure za iskrivljenim dijelovima po podovima trgovina, uvjereni da je aluminij nestabilan metal. Nije metal taj koji je nestabilan. To je nekontrolirani stres.
