Алюміній для апрацоўкі на станках з ЧПУ
Алюміній — адзін з найбольш апрацоўваемых матэрыялаў, даступных сёння. Фактычна, працэсы апрацоўкі алюмінію на станках з ЧПУ займаюць другое месца пасля сталі па частаце выканання. У асноўным гэта звязана з яго выдатнай апрацоўкай.
У сваім чыстым выглядзе хімічны элемент алюміній мяккі, пластычны, немагнітны і мае серабрыста-белы выгляд. Аднак гэты элемент выкарыстоўваецца не толькі ў чыстым выглядзе. Алюміній звычайна сплаўляюць з рознымі элементамі, такімі як марганец, медзь і магній, утвараючы сотні алюмініевых сплаваў з рознымі значна палепшанымі ўласцівасцямі.
У гэтым артыкуле разглядаюцца працэсы, інструменты, параметры і праблемы, звязаныя з апрацоўкай алюмінію і яго сплаваў на станках з ЧПУ. Таксама абмяркоўваюцца ўласцівасці алюмінію, найбольш папулярных сплаваў, якія выкарыстоўваюцца ў апрацоўцы на станках з ЧПУ, а таксама прымяненне алюмінію ў розных галінах прамысловасці.
Апрацоўка
Алюміній лёгка паддаецца фарміраванню, апрацоўцы і механічнай апрацоўцы з выкарыстаннем розных працэсаў. Яго можна хутка і лёгка рэзаць на станках, таму што ён мяккі і лёгка скользіцца. Ён таксама таннейшы і патрабуе менш энергіі для апрацоўкі, чым сталь. Гэтыя характарыстыкі маюць велізарныя перавагі як для механіка, так і для кліента, які заказвае дэталь. Акрамя таго, добрая апрацоўваемасць алюмінію азначае, што ён менш дэфармуецца падчас апрацоўкі. Гэта прыводзіць да больш высокай дакладнасці, бо дазваляе станкам з ЧПУ дасягаць больш высокіх дапушчальных адхіленняў.
Суадносіны трываласці да вагі
Алюміній мае прыкладна траціну шчыльнасці сталі. Гэта робіць яго адносна лёгкім. Нягледзячы на лёгкую вагу, алюміній мае вельмі высокую трываласць. Гэта спалучэнне трываласці і лёгкай вагі апісваецца як суадносіны трываласці да вагі матэрыялаў. Высокае суадносіны трываласці да вагі робіць алюміній выгадным для вырабу дэталяў, неабходных у розных галінах прамысловасці, такіх як аўтамабільная і аэракасмічная.
Устойлівасць да карозіі
Алюміній устойлівы да драпін і карозіі ў звычайных марскіх і атмасферных умовах. Вы можаце палепшыць гэтыя ўласцівасці з дапамогай анадавання. Важна адзначыць, што ўстойлівасць да карозіі адрозніваецца ў розных гатункаў алюмінію. Аднак найбольш устойлівыя тыя гатункі, якія часцей за ўсё апрацоўваюцца на станках з ЧПУ.
Прадукцыйнасць пры нізкіх тэмпературах
Большасць матэрыялаў, як правіла, губляюць некаторыя са сваіх пажаданых уласцівасцей пры мінусовых тэмпературах. Напрыклад, як вугляродзістая сталь, так і гума становяцца далікатнымі пры нізкіх тэмпературах. Алюміній, у сваю чаргу, захоўвае сваю мяккасць, пластычнасць і трываласць пры вельмі нізкіх тэмпературах.
Электрычная праводнасць
Электраправоднасць чыстага алюмінію складае каля 37.7 мільёна сіменсаў на метр пры пакаёвай тэмпературы. Нягледзячы на тое, што алюмініевыя сплавы могуць мець меншую праводнасць, чым чысты алюміній, яны дастаткова праводныя, каб іх дэталі маглі выкарыстоўвацца ў электрычных кампанентах. З іншага боку, алюміній будзе непрыдатным матэрыялам, калі электраправоднасць не з'яўляецца пажаданай характарыстыкай апрацаванай дэталі.
Перапрацоўка
Паколькі гэта субтрактыўны вытворчы працэс, працэсы апрацоўкі на станках з ЧПУ ствараюць вялікую колькасць стружкі, якая з'яўляецца адходамі. Алюміній добра перапрацоўваецца, што азначае, што яго перапрацоўка патрабуе адносна мала энергіі, намаганняў і выдаткаў. Гэта робіць яго пераважным для тых, хто хоча кампенсаваць выдаткі або скараціць страты матэрыялу. Гэта таксама робіць алюміній больш экалагічна чыстым матэрыялам для апрацоўкі.
Патэнцыял анадавання
Анадаванне, гэта працэдура аздаблення паверхні, якая павышае ўстойлівасць матэрыялу да зносу і карозіі, лёгка выканаць у алюмініі. Гэты працэс таксама спрашчае наданне колеру апрацаваным алюмініевым дэталям.
Папулярныя алюмініевыя сплавы для апрацоўкі на станках з ЧПУ
З нашага досведу ў Xometry, наступныя 5 марак алюмінію з'яўляюцца аднымі з найбольш часта выкарыстоўваных для апрацоўкі на станках з ЧПУ.
EN AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Альтэрнатыўныя абазначэнні: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Гэты алюмініевы сплаў у асноўным складаецца з медзі (4-5%), што з'яўляецца асноўным легіруючым элементам. Гэта сплаў з кароткай стружкай, які з'яўляецца трывалым, лёгкім, вельмі функцыянальным і мае тыя ж высокія механічныя ўласцівасці, што і AW 2030. Ён таксама падыходзіць для наразання разьбы, тэрмічнай апрацоўкі і хуткаснай апрацоўкі. Усе гэтыя ўласцівасці робяць EN AW 2007 шырока выкарыстоўваным у вытворчасці дэталяў машын, балтоў, заклёпак, гаек, шруб і разьбовых пруткоў. Аднак гэтая марка алюмінію мае нізкую зварвальнасць і нізкую каразійную ўстойлівасць; таму рэкамендуецца праводзіць ахоўнае анадаванне пасля апрацоўкі дэталі.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Альтэрнатыўныя абазначэнні: 3.3547; Сплаў 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 вядомы сваімі выдатнымі характарыстыкамі ў цяжкіх умовах эксплуатацыі. Ён утрымлівае магній і невялікія сляды хрому і марганцу. Гэтая марка мае вельмі высокую ўстойлівасць да карозіі як у хімічным, так і ў марскім асяроддзі. З усіх нетэрмічна апрацаваных сплаваў AW 5080 мае найвышэйшую трываласць; уласцівасць, якую ён захоўвае нават пасля зваркі. Хоць гэты сплаў не павінен выкарыстоўвацца ў прымяненнях з тэмпературай вышэй за 65°C, ён выдатна падыходзіць для прымянення пры нізкіх тэмпературах.
Дзякуючы сваім пажаданым уласцівасцям, AW 5080 выкарыстоўваецца ў шматлікіх галінах, у тым ліку ў крыягенным абсталяванні, марскім абсталяванні, абсталяванні пад ціскам, хімічнай прамысловасці, зварных канструкцыях і кузавах транспартных сродкаў.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Альтэрнатыўныя абазначэнні: 3.3535; Сплаў 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
З'яўляючыся каваным алюмініева-магніевым сплавам з найбольшым працэнтным утрыманнем алюмінію, AW 5754 можна пракатваць, каваць і экструдаваць. Ён таксама не паддаецца тэрмічнай апрацоўцы і можа быць халоднай апрацоўцы для павышэння трываласці, але з меншай пластычнасцю. Акрамя таго, гэты сплаў мае выдатную ўстойлівасць да карозіі і высокую трываласць. Улічваючы гэтыя ўласцівасці, зразумела, што AW 5754 з'яўляецца адной з самых папулярных марак алюмінію, якія апрацоўваюцца на станках з ЧПУ. Звычайна ён выкарыстоўваецца ў зварных канструкцыях, падлогавых пакрыццях, рыбалоўным рыштунку, кузавах аўтамабіляў, харчовай прамысловасці і заклёпках.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Альтэрнатыўныя абазначэнні: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Гэта каваны алюмініевы сплаў, які змяшчае магній і крэмній. Ён добра паддаецца тэрмічнай апрацоўцы і мае сярэднюю трываласць, добрую зварвальнасць і добрую фармавальнасць. Ён таксама вельмі ўстойлівы да карозіі; уласцівасць, якую можна яшчэ больш палепшыць з дапамогай анадавання. EN AW 6060 часта выкарыстоўваецца ў будаўніцтве, харчовай прамысловасці, медыцынскім абсталяванні і аўтамабілебудаванні.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Альтэрнатыўныя абазначэнні: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Цынк з'яўляецца асноўным легіруючым элементам у гэтай марцы алюмінію. Нягледзячы на тое, што EN AW 7075 мае сярэднюю апрацоўвальнасць, дрэнныя ўласцівасці халоднага фармавання і не падыходзіць як для зваркі, так і для паяння, ён мае высокае суадносіны трываласці да шчыльнасці, выдатную ўстойлівасць да атмасферных і марскіх умоў і трываласць, параўнальную з некаторымі сталёвымі сплавамі. Гэты сплаў выкарыстоўваецца ў вельмі шырокім дыяпазоне прымянення, у тым ліку ў рамах дэльтапланаў і веласіпедаў, рыштунку для скалалажання, зброі і вырабе прэс-формаў.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Альтэрнатыўныя абазначэнні: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Гэты сплаў утрымлівае магній і крэмній у якасці асноўных легіруючых элементаў, а таксама слядовыя колькасці медзі. З трываласцю на расцяжэнне 180 МПа гэта высокатрывалы сплаў, які выдатна падыходзіць для вырабу высоканагружаных канструкцый, такіх як рыштаванні, чыгуначныя вагоны, дэталі машын і аэракасмічнай прамысловасці.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Альтэрнатыўныя абазначэнні: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Звычайна гэты сплаў вырабляецца шляхам пракаткі і экструзіі. Ён мае сярэднюю трываласць з вельмі добрай зварвальнасцю і цеплаправоднасцю. Ён мае высокую ўстойлівасць да каразійнага растрэсквання пад напружаннем. Яго трываласць на расцяжэнне вагаецца ад 140 да 330 МПа. Ён шырока выкарыстоўваецца ў марскім будаўніцтве і кантэйнераў.
Працэсы апрацоўкі алюмінію на станках з ЧПУ
Апрацоўку алюмінію можна ажыццяўляць з дапамогай шэрагу даступных сёння працэсаў апрацоўкі на станках з ЧПУ. Вось некаторыя з гэтых працэсаў.
токарновинторезный
Пры такарнай апрацоўцы на станках з ЧПУ дэталь круціцца, у той час як рэжучы інструмент застаецца нерухомым уздоўж сваёй восі. У залежнасці ад станка, альбо дэталь, альбо рэжучы інструмент выконваюць рух падачы адносна адзін аднаго, каб забяспечыць выдаленне матэрыялу.
фрэзерны
Фрэзерныя аперацыі на станках з ЧПУ найбольш часта выкарыстоўваюцца пры апрацоўцы алюмініевых дэталяў. Гэтыя аперацыі ўключаюць кручэнне шматкропкавага рэжучага інструмента вакол сваёй восі, у той час як дэталь застаецца нерухомай вакол сваёй восі. Рэзанне і наступнае выдаленне матэрыялу дасягаюцца рухам падачы альбо дэталі, альбо рэжучага інструмента, альбо іх абодвух разам. Гэты рух можа выконвацца па некалькіх восях.
Кішэнны
Таксама вядомае як фрэзераванне кішэняў, кішэнная апрацоўка — гэта форма фрэзеравання на станках з ЧПУ, пры якой у дэталі апрацоўваецца полая кішэня.
Абліцоўванне
Апрацоўка паверхні пры механічнай апрацоўцы заключаецца ў стварэнні плоскай плошчы папярочнага сячэння на паверхні загатоўкі шляхам тачэння або фрэзеравання.
Бурэнне з ЧПУ
Свідраванне на станку з ЧПУ — гэта працэс стварэння адтуліны ў загатоўцы. У гэтай аперацыі шматкропкавы круцільны рэжучы інструмент пэўнага памеру рухаецца па прамой лініі, перпендыкулярнай паверхні, якую трэба свідраваць, тым самым эфектыўна ствараючы адтуліну.
Інструменты для апрацоўкі алюмінію
Існуе некалькі фактараў, якія ўплываюць на выбар інструмента для апрацоўкі алюмінію на станках з ЧПУ.
Дызайн інструмента
Існуюць розныя аспекты геаметрыі інструмента, якія ўплываюць на яго эфектыўнасць пры апрацоўцы алюмінію. Адным з іх з'яўляецца колькасць яго рэзцоў. Каб прадухіліць цяжкасці з адводам стружкі на высокіх хуткасцях, рэжучыя інструменты для апрацоўкі алюмінію на станках з ЧПУ павінны мець 2-3 рэзцы. Большая колькасць рэзцоў прыводзіць да меншых западзін для стружкі. Гэта прывядзе да таго, што буйная стружка, якая ўтвараецца алюмініевымі сплавамі, будзе захрасаць. Калі сілы рэзання нізкія і выдаленне стружкі мае вырашальнае значэнне для працэсу, варта выкарыстоўваць 2 рэзцы. Для ідэальнага балансу паміж выдаленнем стружкі і трываласцю інструмента выкарыстоўвайце 3 рэзцы.
Кут спіралі
Кут нахілу спіралі — гэта вугал паміж цэнтральнай лініяй інструмента і прамой лініяй, датычнай да рэжучай абзы. Гэта важная характарыстыка рэжучых інструментаў. Большы вугал нахілу спіралі хутчэй выдаляе стружку з дэталі, але пры гэтым павялічваецца трэнне і цяпло падчас рэзання. Гэта можа прывесці да прыварвання стружкі да паверхні інструмента падчас хуткаснай апрацоўкі алюмінію на станках з ЧПУ. Меншы вугал нахілу спіралі, наадварот, выпрацоўвае менш цяпла, але можа неэфектыўна выдаляць стружку. Для апрацоўкі алюмінію вугал нахілу спіралі 35° або 40° падыходзіць для чарнавой апрацоўкі, а вугал нахілу спіралі 45° найлепш падыходзіць для чыставой апрацоўкі.
Зазорны кут
Задні вугал — яшчэ адзін важны фактар для належнай працы інструмента. Занадта вялікі вугал прывядзе да таго, што інструмент будзе ўпівацца ў апрацоўваную дэталь і вібраваць. З іншага боку, занадта малы вугал прывядзе да трэння паміж інструментам і апрацоўванай дэталлю. Задні вугал ад 6° да 10° найлепш падыходзіць для апрацоўкі алюмінію на станках з ЧПУ.
Інструментальны матэрыял
Цвёрдасплаўны матэрыял з'яўляецца пераважным матэрыялам для рэжучых інструментаў, якія выкарыстоўваюцца ў апрацоўцы алюмінію на станках з ЧПУ. Паколькі алюміній мякка рэжацца, у рэжучым інструменце для алюмінію важная не цвёрдасць, а здольнасць захоўваць востры край. Гэтая здольнасць прысутнічае ў цвёрдасплаўных інструментах і залежыць ад двух фактараў: памеру зерня цвёрдага сплаву і суадносін звязальных рэчываў. У той час як большы памер зерня прыводзіць да больш цвёрдага матэрыялу, меншы памер зерня гарантуе больш трывалы і ўдаратрывалы матэрыял, што насамрэч і з'яўляецца неабходнай нам уласцівасцю. Для меншых зерняў патрабуецца кобальт для дасягнення дробназярністай структуры і трываласці матэрыялу.
Аднак кобальт рэагуе з алюмініем пры высокіх тэмпературах, утвараючы налёт алюмінію на паверхні інструмента. Галоўнае — выкарыстоўваць цвёрдасплаўны інструмент з патрэбнай колькасцю кобальту (2-20%), каб мінімізаваць гэтую рэакцыю, захоўваючы пры гэтым неабходную трываласць. Цвёрдасплаўныя інструменты, як правіла, лепш, чым сталёвыя, вытрымліваюць высокія хуткасці, звязаныя з апрацоўкай алюмінію на станках з ЧПУ.
Акрамя матэрыялу інструмента, важным фактарам эфектыўнасці рэзання з'яўляецца пакрыццё інструмента. ZrN (нітрыд цырконія), TiB2 (дыборыд тытана) і алмазопадобныя пакрыцці з'яўляюцца прыдатнымі пакрыццямі для інструментаў, якія выкарыстоўваюцца ў апрацоўцы алюмінія на станках з ЧПУ.
Каналы і хуткасці
Хуткасць рэзання — гэта хуткасць кручэння рэжучага інструмента. Алюміній можа вытрымліваць вельмі высокую хуткасць рэзання, таму хуткасць рэзання алюмініевых сплаваў залежыць ад абмежаванняў выкарыстоўванага станка. Хуткасць павінна быць максімальна высокай пры апрацоўцы алюмінія на станках з ЧПУ, бо гэта памяншае верагоднасць утварэння наростаў на беражках, эканоміць час, мінімізуе павышэнне тэмпературы ў дэталі, паляпшае ломкасць стружкі і паляпшае апрацоўку. Дакладная хуткасць залежыць ад алюмініевага сплаву і дыяметра інструмента.
Хуткасць падачы — гэта адлегласць, на якую перамяшчаецца дэталь або інструмент за адзін абарот інструмента. Выкарыстоўваемая падача залежыць ад жаданага выніку апрацоўкі, трываласці і калянасці дэталі. Для чарнавой апрацоўкі патрабуецца падача ад 0.15 да 2.03 мм/абарот, а для чыставой апрацоўкі — ад 0.05 да 0.15 мм/абарот.
Рэжучая вадкасць
Нягледзячы на апрацоўвальнасць алюмінію, ніколі не рэжце яго насуха, бо гэта спрыяе ўтварэнню наростаў на краях. Падыходнымі вадкасцямі для апрацоўкі алюмінію на станках з ЧПУ з'яўляюцца растваральныя алейныя эмульсіі і мінеральныя алеі. Пазбягайце вадкасцей для рэзкі, якія ўтрымліваюць хлор або актыўную серу, бо гэтыя элементы афарбоўваюць алюміній.
Працэсы пасля апрацоўкі
Пасля апрацоўкі алюмініевай дэталі існуюць пэўныя працэсы, якія можна выканаць для паляпшэння яе фізічных, механічных і эстэтычных характарыстык. Найбольш распаўсюджаныя працэсы наступныя.
Апрацоўка шарыкамі і пяском
Ачыстка шарыкамі — гэта працэс аздаблення, які мае эстэтычнае значэнне. У гэтым працэсе апрацаваная дэталь апрацоўваецца дробнымі шклянымі шарыкамі з дапамогай паветранага пісталета пад высокім ціскам, што эфектыўна выдаляе матэрыял і забяспечвае гладкую паверхню. Гэта надае алюмінію атласную або матавую паверхню. Асноўнымі параметрамі працэсу ачысткі шарыкамі з'яўляюцца памер шкляных шарыкаў і колькасць выкарыстоўванага ціску паветра. Выкарыстоўвайце гэты працэс толькі тады, калі памерныя дапушчэнні дэталі не з'яўляюцца крытычнымі.
Іншыя аздабленчыя працэсы ўключаюць паліроўку і афарбоўку.
пакрыццё
Гэта прадугледжвае пакрыццё алюмініевай дэталі іншым матэрыялам, такім як цынк, нікель і хром. Гэта робіцца для паляпшэння працэсаў вырабу дэталяў і можа быць дасягнута з дапамогай электрахімічных працэсаў.
Анадаванне
Анадаванне — гэта электрахімічны працэс, пры якім алюмініевая дэталь апускаецца ў раствор разведзенай сернай кіслаты, і паміж катодам і анодам падаецца электрычнае напружанне. Гэты працэс эфектыўна пераўтварае адкрытыя паверхні дэталі ў цвёрдае, электрычна нерэактыўнае пакрыццё з аксіду алюмінію. Шчыльнасць і таўшчыня створанага пакрыцця залежыць ад кансістэнцыі раствора, часу анадавання і электрычнага току. Вы таксама можаце правесці анадаванне для надання колеру дэталі.
парашковая афарбоўка
Працэс парашковага пакрыцця прадугледжвае пакрыццё дэталі каляровым палімерным парашком з дапамогай электрастатычнага распыляльніка. Затым дэталь пакідаюць для зацвярдзення пры тэмпературы 200°C. Парашковае пакрыццё павышае трываласць і ўстойлівасць да зносу, карозіі і ўдараў.
Тэрмічная апрацоўка
Дэталі, вырабленыя з тэрмаапрацоўваемых алюмініевых сплаваў, могуць падвяргацца тэрмічнай апрацоўцы для паляпшэння іх механічных уласцівасцей.
Прымяненне алюмініевых дэталяў, апрацаваных на станках з ЧПУ, у прамысловасці
Як ужо згадвалася раней, алюмініевыя сплавы валодаюць шэрагам пажаданых уласцівасцей. Такім чынам, алюмініевыя дэталі, апрацаваныя на станках з ЧПУ, незаменныя ў некалькіх галінах прамысловасці, у тым ліку ў наступных:
- авіяцыйна-касмічны: з-за высокага суадносін трываласці да вагі, некалькі авіяцыйных фітынгаў вырабляюцца з апрацаванага алюмінію;
- Аўтамабільныпадобна да аэракасмічнай прамысловасці, некалькі дэталяў, такіх як валы і іншыя кампаненты ў аўтамабільнай прамысловасці, вырабляюцца з алюмінію;
- электрычныДзякуючы высокай электраправоднасці, алюмініевыя дэталі, апрацаваныя на станках з ЧПУ, часта выкарыстоўваюцца ў якасці электронных кампанентаў у электрапрыборах;
- Харчовая/фармацэўтычнаяпаколькі алюмініевыя дэталі не рэагуюць з большасцю арганічных рэчываў, яны адыгрываюць важную ролю ў харчовай і фармацэўтычнай прамысловасці;
- Спартыўныалюміній часта выкарыстоўваецца для вырабу спартыўнага інвентара, напрыклад, бейсбольных біт і спартыўных свісточак;
- фізіка нізкіх тэмпературЗдольнасць алюмінію захоўваць свае механічныя ўласцівасці пры мінусовых тэмпературах робіць алюмініевыя дэталі пажаданымі для крыягенных прымяненняў.