Алуминий за CNC машинни материали
Алуминият е един от най-обработваните материали днес. Всъщност, CNC машинните процеси на алуминий са втори по честота на изпълнение след стоманата. Това се дължи главно на отличната му обработваемост.
В най-чистата си форма, химичният елемент алуминий е мек, пластичен, немагнитен и сребристобял на вид. Елементът обаче не се използва само в чиста форма. Алуминият обикновено се легира с различни елементи като манган, мед и магнезий, за да се образуват стотици алуминиеви сплави с различни значително подобрени свойства.
Тази статия изследва процесите, инструментите, параметрите и предизвикателствата, свързани с CNC обработката на алуминий и неговите сплави. Обсъжда се и свойствата на алуминия, най-популярните сплави, използвани в CNC обработката, както и приложението му в различни индустрии.
с машина
Алуминият лесно се формова, обработва и обработва машинно, използвайки различни процеси. Може да се реже бързо и лесно с машинни инструменти, защото е мек и се чупи лесно. Освен това е по-евтин и изисква по-малко енергия за обработка от стоманата. Тези характеристики са от огромно значение както за машиниста, така и за клиента, поръчващ детайла. Освен това, добрата обработваемост на алуминия означава, че той се деформира по-малко по време на обработка. Това води до по-висока точност, тъй като позволява на CNC машините да постигат по-високи допуски.
Съотношение сила-тегло
Алуминият е около една трета от плътността на стоманата. Това го прави сравнително лек. Въпреки лекото си тегло, алуминият има много висока якост. Тази комбинация от якост и леко тегло се описва като съотношението якост-тегло на материалите. Високото съотношение якост-тегло на алуминия го прави благоприятен за части, необходими в няколко индустрии, като например автомобилната и аерокосмическата промишленост.
Устойчивост на корозия
Алуминият е устойчив на надраскване и корозия при обичайни морски и атмосферни условия. Можете да подобрите тези свойства чрез анодиране. Важно е да се отбележи, че устойчивостта на корозия варира при различните видове алуминий. Най-често обработваните с ЦПУ видове обаче имат най-голяма устойчивост.
Ефективност при ниски температури
Повечето материали са склонни да губят някои от желаните си свойства при температури под нулата. Например, както въглеродните стомани, така и каучукът стават крехки при ниски температури. Алуминият, от своя страна, запазва своята мекота, пластичност и здравина при много ниски температури.
Електропроводимост
Електрическата проводимост на чистия алуминий е около 37.7 милиона сименса на метър при стайна температура. Въпреки че алуминиевите сплави могат да имат по-ниска проводимост от чистия алуминий, те са достатъчно проводими, за да могат частите им да намерят приложение в електрически компоненти. От друга страна, алуминият би бил неподходящ материал, ако електрическата проводимост не е желана характеристика на обработената част.
Рециклируемост
Тъй като това е субтрактивен производствен процес, CNC машинната обработка генерира голям брой стружки, които са отпадъчни материали. Алуминият е силно рециклируем, което означава, че изисква относително малко енергия, усилия и разходи за рециклиране. Това го прави предпочитан за тези, които искат да възстановят разходите или да намалят разхищението на материали. Освен това, алуминият е по-екологичен материал за машинна обработка.
Потенциал за анодиране
Анодирането, което е процедура за повърхностна обработка, която увеличава устойчивостта на износване и корозия на материала, е лесно постижимо при алуминия. Този процес също така улеснява добавянето на цвят към обработените алуминиеви части.
Популярни алуминиеви сплави за CNC обработка
От нашия опит в Xometry, следните 5 класа алуминий са едни от най-често използваните за CNC обработка.
EN AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Алтернативни обозначения: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Тази алуминиева сплав съдържа мед като основен легиращ елемент (4-5%) мед. Тя е сплав с къси стружки, която е издръжлива, лека, високофункционална и има същите високи механични свойства като AW 2030. Подходяща е също за нарязване на резба, термична обработка и високоскоростна машинна обработка. Всички тези свойства правят EN AW 2007 широко използвана в производството на машинни части, болтове, нитове, гайки, винтове и резбовани пръти. Този клас алуминий обаче има ниска заваряемост и ниска устойчивост на корозия; поради това се препоръчва да се извърши защитно анодиране след машинна обработка на детайлите.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Алтернативни обозначения: 3.3547; Сплав 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 е известна с отличните си характеристики в тежки условия. Съдържа магнезий и малки следи от хром и манган. Този клас има много висока устойчивост на корозия както в химическа, така и в морска среда. От всички нетермично обработваеми сплави, AW 5080 има най-висока якост; свойство, което запазва дори след заваряване. Въпреки че тази сплав не трябва да се използва в приложения с температури по-високи от 65°C, тя се отличава с ниски температури.
Благодарение на набора си от желани свойства, AW 5080 се използва в множество приложения, включително криогенно оборудване, морски приложения, оборудване под налягане, химически приложения, заварени конструкции и каросерии на превозни средства.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Алтернативни обозначения: 3.3535; Сплав 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Като кована алуминиево-магнезиева сплав с най-висок процент алуминий, AW 5754 може да се валцува, кова и екструдира. Също така не е термично обработваема и може да се обработва студено, за да се увеличи якостта ѝ, но с по-ниска пластичност. Освен това, тази сплав има отлична устойчивост на корозия и висока якост. Като се имат предвид тези свойства, е разбираемо, че AW 5754 е един от най-популярните CNC обработвани алуминиеви класове. Обикновено се използва в заварени конструкции, подови настилки, риболовно оборудване, каросерии на превозни средства, хранително-вкусова промишленост и нитове.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Алтернативни обозначения: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Това е кована алуминиева сплав, съдържаща магнезий и силиций. Тя е термообработваема и има средна якост, добра заваряемост и добра формовъчност. Също така е силно устойчива на корозия; свойство, което може да се подобри допълнително чрез анодиране. EN AW 6060 често се използва в строителството, хранително-вкусовата промишленост, медицинското оборудване и автомобилното инженерство.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Алтернативни обозначения: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Цинкът е основният легиращ елемент в този клас алуминий. Въпреки че EN AW 7075 има средна обработваемост, лоши свойства за студено формоване и не е подходящ както за заваряване, така и за запояване; той има високо съотношение якост-плътност, отлична устойчивост на атмосферни и морски среди и якост, сравнима с някои стоманени сплави. Тази сплав се използва в много широк спектър от приложения, включително рамки за делтапланери и велосипеди, оборудване за скално катерене, оръжия и производство на инструменти за формоване.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Алтернативни обозначения: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Тази сплав съдържа магнезий и силиций като основни легиращи елементи, със следи от мед. С якост на опън от 180 Mpa, това е високоякостна сплав и е много подходяща за силно натоварени конструкции като скелета, железопътни вагони, машинни и аерокосмически части.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Алтернативни обозначения: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Обикновено образувана чрез валцоване и екструдиране, тази сплав има средна якост с много добра заваряемост и топлопроводимост. Има висока устойчивост на напукване от корозия под напрежение. Има якост на опън, която варира от 140 до 330 MPa. Тя се използва широко в офшорното строителство и контейнерите.
Процеси на CNC обработка на алуминий
Можете да обработвате алуминий чрез редица CNC обработващи процеси, налични днес. Някои от тези процеси са следните.
CNC завъртане
При CNC стругови операции, детайлът се върти, докато едноточковият режещ инструмент остава неподвижен по оста си. В зависимост от машината, или детайлът, или режещият инструмент извършват подаващо движение срещу друг, за да се постигне отстраняване на материал.
CNC фрезоване
CNC фрезоването е най-често използваното при обработката на алуминиеви детайли. Тези операции включват въртене на многоточков режещ инструмент по оста му, докато детайлът остава неподвижен по собствената си ос. Режещото действие и последващото отстраняване на материал се постига чрез подаващото движение на детайла, режещия инструмент или и на двете комбинирано. Това движение може да се извършва по множество оси.
Джеблъци
Известно още като фрезоване на джобове, джобирането е форма на CNC фрезоване, при която в детайл се обработва кух джоб.
Облицовка
Челната обработка при машинната обработка включва създаване на плоска площ на напречното сечение върху повърхността на детайла чрез челно струговане или челно фрезоване.
Пробиване с ЦПУ
CNC пробиването е процес на изработване на отвор в детайл. При тази операция многоточков въртящ се режещ инструмент с определен размер се движи по права линия, перпендикулярна на повърхността, която ще се пробива, като по този начин ефективно създава отвор.
Инструменти за обработка на алуминий
Има няколко фактора, които влияят върху избора на инструмент за CNC обработка на алуминий.
Дизайн на инструменти
Съществуват различни аспекти на геометрията на инструмента, които допринасят за неговата ефективност при обработката на алуминий. Един от тях е броят на режещите му жлебове. За да се предотвратят трудности при отвеждането на стружките при високи скорости, режещите инструменти за CNC обработка на алуминий трябва да имат 2-3 жлеба. По-големият брой жлебове води до по-малки вдлъбнатини за стружки. Това ще доведе до засядане на големите стружки, произведени от алуминиевите сплави. Когато силите на рязане са ниски и отстраняването на стружките е от решаващо значение за процеса, трябва да използвате 2 жлеба. За перфектен баланс между отстраняването на стружките и здравината на инструмента използвайте 3 жлеба.
Helix Ъгъл
Ъгълът на спиралата е ъгълът между централната линия на инструмента и правата линия, допирателна по режещия ръб. Това е важна характеристика на режещите инструменти. Докато по-големият ъгъл на спиралата отстранява стружките от детайла по-бързо, той увеличава триенето и топлината по време на рязане. Това може да доведе до заваряване на стружките към повърхността на инструмента по време на високоскоростна CNC обработка на алуминий. По-малкият ъгъл на спиралата, от друга страна, произвежда по-малко топлина, но може да не отстранява стружките ефективно. За обработка на алуминий, ъгъл на спиралата от 35° или 40° е подходящ за груба обработка, докато ъгъл на спиралата от 45° е най-подходящ за фина обработка.
Ъгъл на свобода
Ъгълът на захват е друг важен фактор за правилното функциониране на инструмента. Прекалено голям ъгъл би довел до забиване на инструмента в детайла и тракане. От друга страна, твърде малък ъгъл би причинил триене между инструмента и детайла. Ъглите на захват между 6° и 10° са най-подходящи за CNC обработка на алуминий.
Материал на инструмента
Карбидът е предпочитаният материал за режещи инструменти, използвани при CNC обработката на алуминий. Тъй като алуминият е мек материал за рязане, важното при един режещ инструмент за алуминий не е твърдостта, а способността му да задържа остър като бръснач ръб. Тази способност е налична при карбидните инструменти и зависи от два фактора: размер на карбидните зърна и съотношение на свързващото вещество. Докато по-големият размер на зърната води до по-твърд материал, по-малкият размер на зърната гарантира по-твърд и по-устойчив на удар материал, което всъщност е свойството, от което се нуждаем. По-малките зърна изискват кобалт, за да се постигне финозърнеста структура и здравина на материала.
Кобалтът обаче реагира с алуминия при високи температури, образувайки алуминиев налеп върху повърхността на инструмента. Ключът е да се използва карбидният инструмент с правилното количество кобалт (2-20%), за да се сведе до минимум тази реакция, като същевременно се запази необходимата якост. Карбидните инструменти обикновено са в състояние да издържат по-добре от стоманените инструменти на високите скорости, свързани с CNC обработката на алуминий.
В допълнение към материала на инструмента, покритието на инструмента е важен фактор за ефективността на рязане на инструмента. ZrN (циркониев нитрид), TiB2 (титанов диборид) и диамантоподобни покрития са някои подходящи покрития за инструменти, използвани при CNC обработка на алуминий.
Захранвания и скорости
Скоростта на рязане е скоростта, с която се върти режещият инструмент. Алуминият може да издържи на много висока скорост на рязане, следователно скоростта на рязане на алуминиеви сплави зависи от ограниченията на използваната машина. Скоростта трябва да бъде възможно най-висока при CNC обработка на алуминий, тъй като това намалява възможността за образуване на натрупвания по ръбовете, спестява време, минимизира повишаването на температурата в детайла, подобрява счупването на стружките и подобрява довършителната обработка. Точната използвана скорост варира в зависимост от алуминиевата сплав и диаметъра на инструмента.
Скоростта на подаване е разстоянието, което детайлът или инструментът изминава за едно завъртане на инструмента. Използваното подаване зависи от желания завършек, здравината и твърдостта на детайла. Грубото рязане изисква подаване от 0.15 до 2.03 мм/оборот, докато чистовото рязане изисква подаване от 0.05 до 0.15 мм/оборот.
Режеща течност
Въпреки обработваемостта му, никога не режете алуминий на сухо, тъй като това насърчава образуването на натрупвания по ръбовете. Подходящите режещи течности за CNC обработка на алуминий са емулсии на разтворими масла и минерални масла. Избягвайте режещи течности, които съдържат хлор или активна сяра, тъй като тези елементи оцветяват алуминия.
Процеси след машинна обработка
След обработка на алуминиев детайл, има определени процеси, които можете да извършите, за да подобрите физическите, механичните и естетическите характеристики на детайла. Най-разпространените процеси са следните.
Пясъкоструене и струене с пясък
Бластирането с мъниста е процес на довършителни работи с естетически цели. При този процес обработената част се бластира с малки стъклени мъниста, използвайки пистолет с високо налягане на въздуха, като по този начин се отстранява ефективно материалът и се осигурява гладка повърхност. Това придава на алуминия сатенено или матово покритие. Основните параметри на процеса за бластиране с мъниста са размерът на стъклените мъниста и количеството използвано въздушно налягане. Използвайте този процес само когато размерните допуски на дадена част не са критични.
Други довършителни процеси включват полиране и боядисване.
слой
Това включва покриване на алуминиева част с друг материал, като цинк, никел и хром. Това се прави, за да се подобрят процесите на производство на частите и може да се постигне чрез електрохимични процеси.
Анодиране
Анодирането е електрохимичен процес, при който алуминиева част се потапя в разтвор на разредена сярна киселина и през катода и анода се прилага електрическо напрежение. Този процес ефективно превръща откритите повърхности на частта в твърдо, електрически нереактивно покритие от алуминиев оксид. Плътността и дебелината на създаденото покритие зависят от консистенцията на разтвора, времето за анодиране и електрическия ток. Можете също да извършите анодиране, за да оцветите частта.
прахово покритие
Процесът на прахово боядисване включва покриване на детайл с цветен полимерен прах, използвайки електростатичен пистолет за пръскане. След това детайлът се оставя да се втвърди при температура от 200°C. Праховото боядисване подобрява здравината и устойчивостта на износване, корозия и удар.
Топлинна обработка
Частите, изработени от термообработваеми алуминиеви сплави, могат да бъдат подложени на термична обработка за подобряване на механичните им свойства.
Приложения на CNC обработени алуминиеви части в индустрията
Както бе посочено по-рано, алуминиевите сплави имат редица желани свойства. Следователно, CNC обработените алуминиеви части са незаменими в няколко индустрии, включително следните:
- космически: поради високото си съотношение якост-тегло, няколко авиационни фитинга са изработени от обработен алуминий;
- Автомобилни новиниподобно на аерокосмическата индустрия, няколко части, като например валове и други компоненти в автомобилната индустрия, са изработени от алуминий;
- Електрически: с висока електрическа проводимост, CNC обработените алуминиеви части често се използват като електронни компоненти в електрически уреди;
- Храна/фармацевтикаТъй като не реагират с повечето органични вещества, алуминиевите части играят важна роля в хранително-вкусовата и фармацевтичната промишленост;
- Спортни стокиАлуминият често се използва за направата на спортна екипировка, като бейзболни бухалки и спортни свирки;
- физика на ниските температуриСпособността на алуминия да запазва механичните си свойства при температури под нулата прави алуминиевите части желани за криогенни приложения.