Jokainen CNC-koneistaja on kohdannut saman turhautumisen. Suuri alumiinilevy on neliön muotoinen, päällystetty ja taskuissa huolellisesti. Osa mittaa täydellisesti koneeseen. Sitten puristimet vapautetaan. Osa vääntyy, vääntyy tai kuplii useita tuuman tuhannesosia. Perimmäinen syy on lähes aina jäännösstressi. Ymmärtäminen, mistä tämä jännitys tulee ja kuinka sitä hallita, erottaa kaupat, jotka romuttavat kalliita alumiiniosia, niistä, jotka toimittavat litteitä, vakaita komponentteja ensimmäisellä kerralla.
Alumiinin jäännösjännitys on peräisin kahdesta ensisijaisesta lähteestä. Ensimmäinen on alkuperäinen materiaalituotanto. Alumiinilevy ja suulakepuristettu tanko valssataan tai venytetään valun jälkeen. Tämä mekaaninen työstö lukitsee sisäiset jännitykset materiaaliin. Pintakerrokset voivat olla puristumassa, kun ydin on jännityksessä. Niin kauan kuin materiaali pysyy ehjänä, nämä jännitykset tasapainottavat toisiaan. Toinen lähde on itse koneistus. Leikkaus lämmittää työkappaleen pintaa. Epätasainen lämpölaajeneminen ja leikkaussärmän plastinen muodonmuutos aiheuttavat uusia jännityksiä. Kun materiaalia poistetaan, sisäisten voimien tasapaino muuttuu ja osa saa uuden muodon.
Dramaattisimmat muodonmuutokset syntyvät esijännitetyn raakamassan työstyksestä. Tavallisessa toimittajan 6061 alumiinilevyssä on jäännösjännitykset, jotka vaihtelevat sen paksuuden mukaan. Levyn toisen puolen poistaminen vapauttaa jännitykset epäsymmetrisesti. Jäljelle jäänyt materiaali taipuu saavuttaakseen tasapainon. Tämä selittää, miksi yksinkertainen vastakkainen leikkaus voi muuttaa litteän lautasen perunalastuksi. Avain muodonmuutosten hallintaan ei ole jäännösjännityksen poistaminen kokonaan, mikä on lähes mahdotonta, vaan sen irtoamisen hallinta koneistuksen aikana.
Yksi hyväksi havaittu tekniikka on karkea koneistus, jota seuraa jännityksenpoisto. Rouhintaprosessi poistaa suurimman osan materiaalista jättäen pienen 0,030 - 0,060 tuuman välyksen kaikille pinnoille. Osa poistetaan sitten koneesta ja lämpökäsitellään jäännösjännityksen lievittämiseksi. Alumiiniseosten, kuten 7075 tai 2024, lämpörasituksenpoistojakso 350 Fahrenheit-asteessa 2–3 tunnin ajan, jota seuraa hidas jäähdytys, voi vähentää sisäisiä jännityksiä merkittävästi. Jännityksen poistamisen jälkeen osa palautetaan koneeseen viimeistelyä varten. Viimeistelypassi poistaa vain jäljellä olevan ihon, joka sisältää minimaalisen jännityksen. Tuloksena on vakaa osa.
Niissä kaupoissa, joissa ei ole lämpökäsittelymahdollisuutta, kryogeeninen tai tärinärasitus voi auttaa, joskin vähemmän yleisesti. Yksinkertaisempi menetelmä on peräkkäinen rouhinta. Sen sijaan, että ohjelmoija löisi syvän taskun yhdellä toimenpiteellä, se porrastaa rouhintaa kappaleen eri alueilla. Poistamalla materiaalia symmetrisesti, sisäinen jännitys vapautuu tasaisemmin. Esimerkiksi, kun koneistat suurta taskua levyssä, karhea toinen puoli, käännä sitten osa ja karhenna vastakkainen puoli ennen kuin viimeistelet jommankumman puolen. Tämä tasapainoinen poisto estää osaa vääntymästä prosessin alkuvaiheessa.
Toinen tehokas tekniikka on nopea koneistus pienillä leikkausvoimilla. Perinteinen rouhinta suurella leikkaussyvyydellä ja pienellä syötöllä työntää materiaalia synnyttäen lämpöä ja plastisia muodonmuutoksia. Nopea koneistus kevyellä säteittäisellä kytkennällä ja suurella syöttöllä hammasta kohti vähentää leikkausvoimia dramaattisesti. Vähemmän voimaa tarkoittaa vähemmän indusoitunutta jäännösjännitystä. Monet kaupat huomaavat, että 0,040 tuuman säteittäinen leikkaussyvyys nopeudella 15 000 rpm ja 300 tuumaa minuutissa syötössä poistaa materiaalia nopeammin kuin raskas leikkaus nopeudella 8 000 rpm, mutta jättää osan paljon vakaammaksi. Lastut kuljettavat lämpöä pois sen sijaan, että pumppaavat sitä työkappaleeseen.
Kiinnityssuunnittelulla on myös tärkeä rooli. Vääristyneessä tilassa olevien osien kiinnitys takaa, että ne ponnahtavat takaisin puristamisen jälkeen. Pehmeät leuat, jotka on koneistettu vastaamaan osien vapaata muotoa, tai nollapistekiinnitysjärjestelmät, jotka käyttävät tasaista, pientä puristusvoimaa, auttavat. Tyhjiöistukat ovat ihanteellisia ohuille alumiinilevyille, koska ne jakavat voiman tasaisesti taivuttamatta materiaalia. Kupuille alttiissa osissa kaksipuolinen teippi tai liimakalvo osan ja kiinnittimen välissä estää liikkeen aiheuttamatta jännitystä.
Esitaivutus tai esivenytys on erikoistekniikka pitkille alumiinipuristeille. Jos raakamassalla on tiedossa oleva kaari, kiinnike voi puristaa kappaleen hieman yli vastakkaiseen suuntaan ennen koneistusta. Kun puristimet on leikattu ja irrotettu, osa ponnahtaa takaisin tasaiseksi. Tämä vaatii huolellista kokeilua, mutta kannattaa toistuvissa töissä.
Käytännöllinen kriittisten alumiiniosien työnkulku alkaa materiaalin valinnasta. Tarkkuushiotuslevy maksaa enemmän, mutta sen jäännösjännitys on paljon pienempi kuin tavallinen valssattu levy. Jos sovellus sallii, valettu alumiinityökalulevy, kuten Mic 6, ei sisällä melkein mitään sisäistä jännitystä, koska se on valettu lähes verkon muotoon eikä sitä työstetä mekaanisesti. Valettu levy koneistaa kauniisti ja pysyy tasaisena materiaalin poistamisen jälkeen. Valssatuista levyistä valmistetuille rakenneosille toimittajan antama venytystasoitettu tai jännitysvapaa materiaali lisää kustannuksia, mutta vähentää romun määrää.
Lopuksi tarkastusmenetelmissä on otettava huomioon jäännösjännitys. Osan mittaaminen vielä kiinnitettynä antaa väärän luottamuksen. Mittaa aina sen jälkeen, kun osa on täysin vapaa ja levännyt useita tunteja, jotta elastisuus palautuu. Jäännösjännityksen hallintaa hallitsevat liikkeet pitävät koneistettujen alumiiniosien tasaisuuden rutiininomaisesti 0,001 tuuman sisällä jalkaa kohti. Heidän kilpailijansa jahtaavat edelleen vääntyneitä osia myymälässä vakuuttuneina siitä, että alumiini on epävakaa metalli. Metalli ei ole epävakaa. Se on hallitsematonta stressiä.
