응력 제거와 평면도: 가공한 베이스가 변형되는 이유
용접 머신 베이스가 가공 후 변형되는 이유, 열처리로 응력 제거와 진동 응력 제거의 차이, 제작사가 지킬 수 있는 평면도 요구 사항 작성법을 설명합니다.
머신 베이스는 보링기에서 내려왔다고 완성된 것이 아닙니다. 고객의 공장에 볼트로 고정된 채 6개월 뒤에도 평탄해야 비로소 완성된 것입니다. 이 가이드의 모든 내용은 그 두 시점 사이의 차이에 관한 것입니다.
변형은 어디에서 오는가
용접은 국부적이고 격렬한 가열 뒤에 빠른 냉각이 이어지는 과정입니다. 각 용접부 주변의 금속은 자유롭게 움직일 수 없는 재료에 맞서 수축하며, 움직이지 못한 부분은 내부에 잠긴 잔류 응력이 됩니다. 완성된 용접 구조물은 치수상으로 완벽하면서도 저장된 에너지로 가득 차 있을 수 있습니다.
기계 가공은 그 에너지를 해방시킵니다. 절삭할 때마다 그 균형의 일부를 붙잡고 있던 재료가 제거되고, 구조물은 새로운 형상으로 이완됩니다. 테이블 위에서 평탄하게 측정된 베이스가 하룻밤 사이에 공차를 벗어납니다. 주물도 몰드 안의 불균일한 냉각 때문에 같은 문제를 더 약한 형태로 안고 있습니다.
따라서 질문은 부품이 변형될지 여부가 결코 아닙니다. 가공 전에 변형되느냐, 가공 후에 변형되느냐입니다.
두 가지 방법
열처리로 응력 제거. 구조물을 로에 넣고, 어떤 변태점보다도 충분히 낮은 유지 온도까지 올린 뒤 그 온도를 유지하고, 제어된 상태로 서서히 냉각합니다. 이 온도에서 강재가 약간 크리프를 일으키며 최대 잔류 응력이 낮아집니다. 사양서가 기본으로 요구하는 방법이며, 충분히 문서화되어 있고, 보관할 수 있는 차트가 나옵니다.
비용은 현실적입니다. 부품을 수용할 수 있을 만큼 큰 로 용량, 크레인 이동, 다른 작업 뒤의 대기, 그리고 나중에 블라스트로 제거해야 하는 표면 스케일이 있습니다. 대형 베이스에서는 열처리로 확보가 납기에서 가장 긴 단일 항목인 경우가 많습니다.
진동 응력 제거. 구조물을 고정하고 센서를 부착한 뒤 정해진 시간 동안 구조물 고유의 공진 주파수로 가진합니다. 최대 응력은 사라지는 것이 아니라 재분배됩니다. 며칠이 아니라 몇 시간이면 되고, 비용은 열처리로 사이클의 일부에 불과하며, 로가 필요 없고, 스케일도 남지 않습니다.
기계 프레임에 널리, 그리고 성공적으로 사용되고 있습니다. 동시에 모든 곳에서 인정되는 것은 아니며, 일부 품질 시스템은 이를 인정하지 않습니다. 이는 제작사에 맡길 수 있는 기술적 선호가 아니라 사양 결정 사항입니다.
효과가 입증된 순서
가공면이 중요한 모든 베이스에서는 다음과 같습니다.
- 구조물을 용접합니다.
- 응력을 제거합니다.
- 모든 기능면에 여유 살을 남기고 황삭합니다.
- 다시 응력을 제거합니다.
- 정삭합니다.
두 번째 사이클은 비용 절감을 위해 가장 먼저 빠지는 단계이지만, 납품 후 부품의 변형을 막아 주는 것이 바로 이 단계입니다. 중요하지 않은 작업에서는 용접 후 한 번의 사이클이 일반적인 관행이지만, 어느 쪽을 구매하는지 명시하십시오.
황삭과 정삭 사이에 부품을 방치해 두는 것도 도움이 되며, 공장 공간과 인내심 외에는 비용이 들지 않습니다.
의미 있는 평면도 요구 사항 작성법
도면에 적힌 ‘평면도 0.05 이내’는 사양이 아닙니다. 그 숫자를 측정 가능하게 만드는 요소가 모두 빠져 있습니다.
쓸모 있는 요구 사항에는 다음이 명시됩니다.
- 어느 면인가. 가공 패드 하나하나를 개별로 볼지, 상면 전체를 하나로 볼지.
- 어느 길이에 걸쳐서인가. 300 mm당 0.05 mm와 2000 mm당 0.05 mm는 전혀 다른 작업입니다.
- 어느 데이텀에 대해서인가. 평행도와 직각도는 데이텀 없이는 의미가 없으며, 이를 기술하는 문법은 ISO 1101과 ASME Y14.5에 규정된 기하 공차(GD&T)입니다. 기계가 조립되는 방식과 풋 위에 놓이는 방식에 맞는 데이텀을 선택하십시오.
- 어떻게 측정하는가. 직선자와 틈새 게이지, 정밀 수준기, 레이저, CMM. 각각 분해능과 가격이 다릅니다.
- 언제, 어디에서 측정하는가. 절삭 후 기계 위에서인지, 온도가 명시된 측정실의 정반 위에서인지. 대형 강 구조물은 주위 온도에 따라 크기가 변하며, 2 m 베이스에서는 이것이 반올림 오차 수준이 아닙니다.
- 어떻게 지지하는가. 3점 지지로 측정한 베이스는 6점 지지로 측정한 같은 베이스와 다르게 읽힙니다. 이를 명시하지 않으면 베이스를 어떻게 내려놓았는지를 측정하는 셈이 됩니다.
이 여섯 가지를 넣으면 비로소 여러 업체의 견적을 비교할 수 있게 됩니다.
비용에 미치는 영향
평면도를 엄격하게 하는 것은 선형적이지 않습니다. 1 m당 0.10 mm에서 0.05 mm로 가는 것은 대개 절삭 한 번이 추가되는 정도입니다. 0.05 mm에서 0.02 mm로 가면 다른 설비, 추가 셋업, 항온실, 두 번째 응력 제거 사이클이 필요할 수 있으며, 가격도 그에 맞게 움직입니다.
그러므로 기계가 실제로 필요로 하는 것을 지정하십시오. 그라우팅된 플레이트 위에 놓이는 레일은 측정 장비 프레임이 요구하는 수준이 필요하지 않습니다. 당사가 보는 가장 비싼 도면은 어느 면이 중요한지 아무도 묻지 않아서 모든 면에 기본 공차를 적용한 도면입니다.
발송하기 전에
기능면을 표시하고, 데이텀을 명명하고, 응력 제거 방식과 차트 필요 여부를 명시하고, 어떤 검사 서류가 동봉되기를 기대하는지 적으십시오. 그 한 페이지 분량의 주기가 일주일간의 이메일 왕복보다 더 가치가 있습니다.
도면을 보내 주시면 어떤 업체가 그 공차를 유지할 수 있는지 알려 드립니다. 아직 구조 형식을 고르는 중이라면 주철과 강판 용접 비교부터 읽어 보십시오.
자주 묻는 질문
진동 응력 제거는 열처리로 사이클만큼 효과가 있습니까?
두 방식은 하는 일이 다릅니다. 열처리로 사이클은 구조물 전체를 유지 온도까지 올려 금속이 크리프를 통해 잔류 응력을 풀어내게 하며, 표면도 변화시키고 로 사용 시간 비용이 듭니다. 진동 처리는 구조물을 공진 주파수로 가진해 최대 응력을 재분배하며, 훨씬 빠르고 저렴하고 기계 프레임에 널리 쓰입니다. 일부 사양과 일부 고객은 열처리만 인정합니다. 두 방식은 같은 제품이 아니므로, 가격을 비교하기 전에 어느 쪽이 필요한지 결정하십시오.
가공한 머신 베이스의 평면도는 실제로 어느 정도까지 유지할 수 있습니까?
잘 가공된 강판 또는 주철 베이스라면 가공 패드에서 1 m당 0.02~0.10 mm 범위의 평면도가 일반적인 상업적 범위이며, 엄격한 쪽 끝은 안정된 기계, 안정화된 부품, 그리고 흔히 두 번째 절삭이 필요합니다. 그보다 엄격하면 연삭과 수작업 스크레이핑의 영역으로, 각각 별도의 비용이 드는 별개 공정입니다. 이 숫자는 측정 방법과 데이텀이 명시되어야만 의미가 있습니다.
응력 제거는 황삭 전에 해야 합니까, 황삭 후에 해야 합니까?
중요한 작업이라면 둘 다입니다. 용접 후 응력을 제거하고, 황삭하고, 다시 응력을 제거한 뒤 정삭합니다. 황삭은 재료를 제거하면서 내부에 잠겨 있던 응력을 해방시키며, 정삭 전의 두 번째 사이클이 기계에서 내린 후 부품이 변형되는 것을 막아 줍니다. 덜 중요한 작업에서는 용접 후 한 번의 사이클이 일반적입니다.
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