금속 레벨링: 기술, 도구 및 각 방법을 사용하는 시기

금속 레벨링은 더 큰 문제가 되기 전에 왜곡을 교정합니다

금속 레벨링은 판금, 판 또는 코일 스톡에서 휘어짐, 굴곡, 파도 및 잔류 응력을 제거하여 평평하고 치수가 일관된 표면을 생성하는 프로세스입니다. 적절한 레벨링이 없으면 절단, 용접, 스탬핑 및 코팅과 같은 다운스트림 공정에서 부정확성이 발생합니다. - 예를 들어 강철 블랭크의 2mm 활은 성형 후 0.5mm 치수 오류로 변환되어 전체 부품을 폐기할 수 있습니다.

현대식 레벨링 장비 금속이 허용 가능한 공차(정밀 응용 분야의 경우 일반적으로 ±0.1mm/m) 내에서 편평해질 때까지 재료 단면에 걸쳐 최고 응력과 최저 응력 간의 차이를 점진적으로 줄이는 제어된 교번 굽힘 주기를 적용하여 작동합니다.

금속에 레벨링이 필요한 이유

금속 생산 및 가공의 거의 모든 단계에서 왜곡이 발생합니다. 근본 원인을 이해하면 올바른 평준화 전략을 선택하는 데 도움이 됩니다.

롤링 및 코일링 응력

열간 및 냉간 압연은 스트립 폭 전체에 걸쳐 불균일한 압축 및 인장 응력을 생성합니다. 장력을 받아 감았다가 풀면 금속은 곡률 기억을 유지합니다. 코일 세트(풀린 스트립이 위쪽으로 말리는 경향)는 주소를 평준화하는 가장 일반적인 문제 중 하나입니다. , 더 얇은 게이지에서는 미터당 15-20mm의 활만큼 심각할 수 있습니다.

용접 및 절단으로 인한 열 변형

레이저, 플라즈마 또는 화염 절단은 냉각 시 수축되는 열 영향 영역을 도입하여 플레이트를 평면에서 끌어냅니다. 플라즈마로 절단한 1500 × 3000mm 연강판은 나중에 응력을 완화하거나 다시 수평을 맞추지 않으면 최대 4mm까지 비틀릴 수 있습니다.

열처리 변형

어닐링, 경화 및 템퍼링 주기는 차등적인 부피 변화를 생성합니다. 공구강과 고합금 등급은 담금질 중에 특히 휘어지기 쉬우며, 때로는 열처리 직후 손으로 교정하거나 프레스 레벨링을 해야 하는 경우도 있습니다.

주요 금속 레벨링 방법 비교

각 레벨링 방법은 재료 두께, 합금 유형, 생산량 및 평탄도 공차의 다양한 조합에 적합합니다. 아래 표에는 주요 차이점이 요약되어 있습니다.

롤러 레벨링

가장 널리 사용되는 산업적 방법. 스트립은 재료를 교대로 점진적으로 구부리는 일련의 엇갈린 롤(일반적으로 7~21개)을 통과합니다. 각 연속 롤은 재료가 평평하게 나올 때까지 더 작은 편향을 적용합니다. 30m/분의 속도로 작동하는 17롤 레벨러는 시간당 50톤 이상의 냉간 압연강을 처리할 수 있습니다. , 블랭킹 및 스탬핑 라인을 위한 최적의 솔루션입니다.

정밀레벨링(템퍼밀 레벨링)

더 좁은 피치와 정밀한 간격 제어 기능을 갖춘 더 작은 직경의 롤을 사용합니다. 표면 마감을 유지해야 하는 얇고 고강도 소재용으로 설계되었습니다. 0.2mm/m 미만의 평탄도 허용 오차가 필수인 전기 강철 라미네이션, 리튬 배터리 포일 및 항공우주 알루미늄 스킨 생산에 일반적입니다.

스트레치 레벨링

시트의 양쪽 끝을 잡고 재료의 항복점(일반적으로 0.5~2% 신율) 이상으로 장력을 가하여 모든 섬유가 균일하게 항복하고 공통 응력 상태에 도달하도록 합니다. 스트레치 레벨링은 알루미늄 합금에 특히 효과적입니다. 5052 및 6061과 같이 롤러 레벨링이 가장자리 웨이브를 남길 수 있는 경우. 이 프로세스는 코일 세트와 내부 응력을 동시에 제거합니다.

프레스 교정

유압식 또는 기계식 프레스는 왜곡된 판이나 막대의 높은 지점에 점하중을 가하여 항복점을 지나 굽혀 스프링백이 직선을 유지하도록 합니다. 속도가 더 느리고 노동 집약적이지만 25mm가 넘는 두꺼운 판이나 I-빔 및 채널과 같은 긴 구조 단면에 대한 유일한 실용적인 방법입니다.

화염 교정

숙련된 작업자는 뒤틀림의 볼록한 면에 산소 연료 또는 프로판 토치를 적용합니다. 국부적인 가열로 인해 금속이 팽창하지만 주변의 차가운 금속에 의해 구속되기 때문에 약간 뒤틀리게 됩니다(두꺼워집니다). 냉각 시 단축된 영역이 수축되어 플레이트가 편평하게 당겨집니다. 기계 장비 없이 용접으로 인한 변형을 수정하기 위해 조선 및 구조용 강철 제조에 널리 사용됩니다.

귀하의 응용 분야에 적합한 레벨링 방법을 선택하는 방법

모든 상황에 맞는 단일 방법은 없습니다. 이 결정 프레임워크를 사용하여 옵션 범위를 좁힙니다.

1. 재료 두께가 6mm 미만이고 볼륨이 높습니까? — 코일 공급 라인에 통합된 롤러 레벨링은 가장 비용 효율적인 선택입니다.
2. 엄격한 평탄도 요구 사항을 충족하는 알루미늄 또는 연질 합금? — 스트레치 레벨링은 표면 표시를 방지하고 더 나은 응력 완화를 달성합니다.
3. 국부적인 보우 또는 캠버가 있는 20mm보다 두꺼운 플레이트? — 프레스 교정은 실용적이며 지속적인 재료 공급이 필요하지 않습니다.
4. 제작된 어셈블리에 용접 후 변형이 발생합니까? — 화염 교정 또는 국부 프레스 교정이 현장 수리에 가장 적합합니다.
5. 정밀 전자 또는 의료 기기용 얇은 스트립? — 롤 직경이 30mm 미만인 정밀 레벨링과 CNC 간격 제어가 필요합니다.

레벨링 품질에 영향을 미치는 주요 매개변수

레벨링 기계에서 좋은 결과를 얻는 것은 단순히 금속을 기계에 공급하는 문제가 아닙니다. 여러 변수를 올바르게 입력해야 합니다.

• 롤 침투(메쉬간): 위쪽 롤이 아래쪽 롤 사이를 누르는 깊이입니다. 너무 적고 재료가 덜 구부러져 있습니다. 너무 많으면 항복 구역이 전체 두께에 걸쳐 확장되어 과도한 굽힘이나 표면 손상이 발생합니다.
• 롤 직경: 직경이 더 작은 롤은 더 좁은 굽힘 반경을 생성하는데, 이는 얇은 게이지 재료에 필수적이지만 구리나 알루미늄과 같은 부드러운 금속에서는 표면 압력 표시를 유발할 수 있습니다.
• 재료 항복 강도: 고강도 강철(예: 700-1500MPa의 AHSS)은 훨씬 더 높은 레벨링 힘을 필요로 하며 특수한 고토크 기계가 필요할 수 있습니다. 초고장력강의 스프링백은 연강보다 3~4배 더 클 수 있습니다. , 그에 따라 더 높은 오버벤드가 필요합니다.
• 공급 속도: 속도가 느릴수록 롤당 체류 시간이 길어져 수율 균일성이 약간 향상됩니다. 대부분의 생산 레벨러는 재료에 따라 10-60m/min으로 작동합니다.
• 진입 각도: 코일 공급 라인에서 레벨러 인피드의 적절한 진입 각도는 롤이 코일 세트를 제거하기 전에 코일 세트가 다시 들어가는 것을 방지합니다.

특정 재료의 금속 레벨링

강철(연질, 고강도, 스테인레스)

연강은 수평을 맞추는 데 가장 관대한 재료이며 광범위한 롤 설정을 견딜 수 있습니다. 스테인레스 스틸은 빠르게 가공 경화되므로 새로운 응력이 발생하지 않도록 조심스럽게 레벨링을 수행해야 합니다. 980MPa 이상의 이중상 및 마르텐사이트 강의 경우 레벨링 힘은 롤당 1,500kN을 초과할 수 있습니다. , 경화된 롤 본체를 갖춘 중장비 기계가 필요합니다.

알루미늄 합금

알루미늄의 낮은 탄성 계수(강철의 경우 69GPa 대 200GPa)는 굽힘 단위당 더 많이 튀어나오므로 더 큰 굽힘이 필요함을 의미합니다. 표면 민감도에는 픽업 자국을 방지하기 위해 깨끗하고 광택이 나는 롤이 필요합니다. 잔류 응력이 가공 정확도에 영향을 미치는 항공우주 등급 알루미늄(2xxx 및 7xxx 시리즈)에는 스트레치 레벨링이 선호됩니다.

구리 및 황동

매우 부드럽고 표면에 민감합니다. 레벨링 롤러는 폴리우레탄 슬리브로 덮거나 얼룩이 생기지 않도록 고무로 덮인 롤로 교체해야 합니다. 인장 평준화는 평탄도 공차가 0.1mm/m 미만인 인쇄 회로 기판용 동박 생산에 자주 사용됩니다.

티타늄

티타늄's high strength-to-weight ratio and strong spring-back make cold levelling extremely challenging. Warm levelling at 200–300 °C is sometimes used to reduce yield strength temporarily and achieve flatness without cracking.

일반적인 레벨링 결함 및 해결 방법

숙련된 작업자라도 지속적인 평탄도 문제에 직면합니다. 가장 자주 발생하는 결함과 근본 원인은 다음과 같습니다.

레벨링 후 평탄도 측정

결과를 검증하는 것은 레벨링 과정 자체만큼 중요합니다. 측정 방법은 평탄도 요구 사항과 일치해야 합니다.

• 표면 테이블 및 필러 게이지: 가장 기본적인 점검입니다. 시트를 화강암이나 주철 테이블 위에 놓고 직선자 아래의 간격을 측정합니다. 작은 시트의 두께가 3mm 이상인 경우 유용합니다.
• 레이저 프로파일로미터: 접촉 없이 표면 전체에 걸쳐 선이나 격자를 스캔합니다. 평탄도를 ±0.01mm까지 측정할 수 있으며 파형 진단에 유용한 전체 지형도를 생성합니다.
• I 단위 측정: 철강업계에서 스트립의 잔류 평탄도 편차를 표현하기 위한 표준 단위입니다. 1 I-단위는 10⁻⁵의 상대적 길이 차이와 같습니다. 가장 긴 섬유와 가장 짧은 섬유 사이. 대부분의 자동차 스탬핑에는 프레스에 들어가기 전에 20 I-단위 미만의 스트립이 필요합니다.
• 평탄도 롤(형상계): 폭 전체에 걸쳐 스트립 장력 분포를 지속적으로 측정하고 실시간으로 레벨러에 피드백하는 처리 라인에 통합된 인라인 센서입니다.

더 나은 레벨링 결과를 위한 실용적인 팁

생산 라인을 설정하든 일회용 플레이트를 수정하든 이러한 관행은 지속적으로 결과를 향상시킵니다.

• 공칭 등급뿐만 아니라 재료의 실제 항복 강도를 항상 파악하십시오. 코일 내에서 ±15%의 항복 강도 변동성은 일반적이며 필요한 롤 설정에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 전체 코일이나 플레이트를 투입하기 전에 짧은 테스트 피스를 실행하십시오. 결과를 측정하고 나머지 배치를 처리하기 전에 조정하십시오.
• 레벨링 롤을 깨끗하게 유지하고 스케일이나 알루미늄 픽업이 없도록 하십시오. 작은 침전물이라도 롤이 회전할 때마다 반복되는 주기적인 표면 자국을 만듭니다.
• 고강도 강철의 경우 라인 속도를 20~30% 줄입니다. 레벨링 롤이 재료에 완전히 맞물리도록 하고 롤 편향 위험을 줄입니다.
• 화염 교정 시 로즈버드 팁을 사용하고 쐐기형 또는 V자 패턴(원형 점이 아님)으로 열을 가해 수축 방향을 제어하고 새로운 왜곡이 발생하는 것을 방지합니다.
• 용접, 응력 완화 어닐링 또는 아연 도금과 같은 열을 추가하는 후속 공정 후에 평탄도를 재평가하십시오. 이전에 레벨링된 재료에서도 왜곡이 다시 발생할 수 있습니다.