Aluminij za CNC obradu materijala
Aluminij je jedan od najčešće obrađenih materijala danas. U stvari, CNC obrada aluminija je druga po učestalosti izvođenja, odmah iza čelika. To je uglavnom zbog njegove odlične obradivosti.
U svom najčistijem obliku, hemijski element aluminij je mekan, duktilan, nemagnetičan i srebrno-bijelog izgleda. Međutim, element se ne koristi samo u čistom obliku. Aluminij se obično legira s raznim elementima kao što su mangan, bakar i magnezij, formirajući stotine aluminijskih legura s različitim značajno poboljšanim svojstvima.
Ovaj članak istražuje procese, alate, parametre i izazove povezane s CNC obradom aluminija i njegovih legura. Također se razmatraju svojstva aluminija, najpopularnijih legura koje se koriste u CNC obradi, kao i primjena aluminija u raznim industrijama.
Obradljivost
Aluminij se lako oblikuje, obrađuje i mašinski obrađuje korištenjem različitih procesa. Može se brzo i lako rezati alatnim mašinama jer je mekan i lako se krhotina. Također je jeftiniji i zahtijeva manje snage za obradu od čelika. Ove karakteristike su od ogromne koristi i za mašiniste i za kupca koji naručuje dio. Nadalje, dobra obradivost aluminija znači da se manje deformiše tokom obrade. To dovodi do veće tačnosti jer omogućava CNC mašinama da postignu veće tolerancije.
Odnos snage i težine
Aluminij ima otprilike trećinu gustoće čelika. To ga čini relativno laganim. Uprkos maloj težini, aluminij ima vrlo visoku čvrstoću. Ova kombinacija čvrstoće i male težine opisuje se kao odnos čvrstoće i težine materijala. Visok odnos čvrstoće i težine aluminija čini ga povoljnim za dijelove potrebne u nekoliko industrija, kao što su automobilska i vazduhoplovna industrija.
Otpor koroziji
Aluminij je otporan na ogrebotine i koroziju u uobičajenim morskim i atmosferskim uvjetima. Ova svojstva možete poboljšati eloksiranjem. Važno je napomenuti da otpornost na koroziju varira kod različitih vrsta aluminija. Međutim, vrste koje se najčešće obrađuju CNC mašinama imaju najveću otpornost.
Performanse na niskim temperaturama
Većina materijala ima tendenciju da izgubi neka od svojih poželjnih svojstava na temperaturama ispod nule. Na primjer, i ugljični čelici i guma postaju krhki na niskim temperaturama. Aluminij, sa svoje strane, zadržava svoju mekoću, duktilnost i čvrstoću na vrlo niskim temperaturama.
Električna provodljivost
Električna provodljivost čistog aluminija iznosi oko 37.7 miliona siemensa po metru na sobnoj temperaturi. Iako legure aluminija mogu imati nižu provodljivost od čistog aluminija, one su dovoljno provodljive da se njihovi dijelovi mogu koristiti u električnim komponentama. S druge strane, aluminij bi bio neodgovarajući materijal ako električna provodljivost nije poželjna karakteristika obrađenog dijela.
Mogućnost recikliranja
Budući da se radi o subtraktivnom proizvodnom procesu, CNC obrada generira veliki broj strugotina, koje su otpadni materijali. Aluminij se lako reciklira, što znači da je za recikliranje potrebno relativno malo energije, truda i troškova. Zbog toga je poželjniji za one koji žele nadoknaditi troškove ili smanjiti otpad materijala. Također, aluminij je ekološki prihvatljiviji materijal za obradu.
Potencijal anodizacije
Anodizacija, postupak završne obrade površine koji povećava otpornost materijala na habanje i koroziju, lako se postiže kod aluminija. Ovaj proces također olakšava dodavanje boje obrađenim aluminijskim dijelovima.
Popularne aluminijske legure za CNC obradu
Iz našeg iskustva u Xometryju, sljedećih 5 vrsta aluminija su među najčešće korištenim za CNC obradu.
EN AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Alternativne oznake: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Ova aluminijska legura sadrži bakar kao glavni legirajući element (4-5%) bakra. To je legura s kratkim strugotinama koja je izdržljiva, lagana, visoko funkcionalna i ima ista visoka mehanička svojstva kao AW 2030. Također je pogodna za narezivanje navoja, termičku obradu i brzu mašinsku obradu. Sva ova svojstva čine EN AW 2007 široko korištenom u proizvodnji strojnih dijelova, vijaka, zakovica, matica, vijaka i navojnih šipki. Međutim, ova vrsta aluminija ima nisku zavarljivost i nisku otpornost na koroziju; stoga se preporučuje zaštitna eloksiranje nakon mašinske obrade dijela.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Alternativne oznake: 3.3547; Legura 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 je poznata po svojim odličnim performansama u teškim okruženjima. Sadrži magnezijum i male tragove hroma i mangana. Ova klasa ima vrlo visoku otpornost na koroziju u hemijskim i morskim okruženjima. Od svih legura koje se ne mogu termički obraditi, AW 5080 ima najveću čvrstoću; svojstvo koje zadržava čak i nakon zavarivanja. Iako se ova legura ne bi trebala koristiti u primjenama s temperaturama višim od 65°C, ona se ističe u primjenama na niskim temperaturama.
Zbog svojih poželjnih svojstava, AW 5080 se koristi u brojnim primjenama, uključujući kriogenu opremu, pomorske primjene, opremu pod pritiskom, hemijske primjene, zavarene konstrukcije i karoserije vozila.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Alternativne oznake: 3.3535; Legura 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Budući da je kovana legura aluminija i magnezija s najvećim postotkom aluminija, AW 5754 se može valjati, kovati i ekstrudirati. Također se ne može termički obrađivati i može se hladno obrađivati radi povećanja čvrstoće, ali uz nižu duktilnost. Osim toga, ova legura ima odličnu otpornost na koroziju i visoku čvrstoću. S obzirom na ova svojstva, razumljivo je da je AW 5754 jedna od najpopularnijih CNC obrađenih vrsta aluminija. Obično se koristi u zavarenim konstrukcijama, podnim primjenama, ribarskoj opremi, karoserijama vozila, preradi hrane i zakovicama.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Alternativne oznake: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Ovo je kovano aluminijumska legura koja sadrži magnezijum i silicijum. Termički se obrađuje i ima prosječnu čvrstoću, dobru zavarljivost i dobru oblikovljivost. Također je vrlo otporna na koroziju; svojstvo koje se može dodatno poboljšati anodizacijom. EN AW 6060 se često koristi u građevinarstvu, preradi hrane, medicinskoj opremi i automobilskoj industriji.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Alternativne oznake: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Cink je primarni legirajući element u ovoj vrsti aluminija. Iako EN AW 7075 ima prosječnu obradivost, slaba svojstva hladnog oblikovanja i nije pogodan za zavarivanje i lemljenje; ima visok odnos čvrstoće i gustoće, odličnu otpornost na atmosferske i morske uvjete, te čvrstoću usporedivu s nekim čeličnim legurama. Ova legura se koristi u vrlo širokom rasponu primjena, uključujući okvire za jedrilice i bicikle, opremu za penjanje po stijenama, oružje i proizvodnju alata za kalupe.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Alternativne oznake: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Ova legura sadrži magnezij i silicijum kao glavne legirajuće elemente, uz tragove bakra. Sa zateznom čvrstoćom od 180 MPa, ovo je legura visoke čvrstoće i vrlo je pogodna za visoko opterećene konstrukcije kao što su skele, željeznički vagoni, dijelovi za mašine i vazduhoplovstvo.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Alternativne oznake: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Ova legura, koja se obično formira valjanjem i ekstruzijom, ima srednju čvrstoću s vrlo dobrom zavarljivošću i toplinskom provodljivošću. Ima visoku otpornost na pucanje pod naponom i koroziju. Ima zateznu čvrstoću u rasponu od 140 do 330 MPa. Često se koristi u offshore izgradnji i izgradnji kontejnera.
CNC procesi obrade aluminija
Aluminij možete obrađivati pomoću brojnih CNC procesa obrade koji su danas dostupni. Neki od tih procesa su sljedeći.
CNC okretanje
Kod CNC tokarskih operacija, obradak se okreće, dok alat za rezanje s jednom točkom ostaje nepomičan duž svoje ose. U zavisnosti od mašine, ili obradak ili alat za rezanje vrše pomicanje jedno na drugo kako bi se postiglo uklanjanje materijala.
CNC glodanje
CNC glodanje se najčešće koristi u obradi aluminijskih dijelova. Ove operacije uključuju rotaciju višetočkovnog reznog alata duž svoje ose, dok radni komad ostaje nepomičan duž svoje ose. Rezanje, a potom i uklanjanje materijala, postiže se kretanjem pogonskog komada, alata za rezanje ili oboje zajedno. Ovo kretanje se može izvoditi duž više osa.
Džepiranje
Također poznato kao glodanje džepova, džepiranje je oblik CNC glodanja u kojem se šuplji džep obrađuje u dijelu.
Suočiti
Čeona obrada u mašinskoj obradi uključuje stvaranje ravnog poprečnog presjeka na površini obratka putem čeonog tokarenja ili čeonog glodanja.
CNC bušenje
CNC bušenje je proces izrade rupe u radnom komadu. U ovoj operaciji, višekraki rotirajući alat za rezanje određene veličine kreće se u pravoj liniji okomito na površinu koja se buši, čime se efektivno stvara rupa.
Alati za obradu aluminija
Postoji nekoliko faktora koji utiču na odabir alata za CNC obradu aluminija.
Dizajn alata
Postoje različiti aspekti geometrije alata koji doprinose njegovoj efikasnosti u obradi aluminija. Jedan od njih je broj njegovih žljebova. Kako bi se spriječile poteškoće u odvođenju strugotine pri velikim brzinama, alati za rezanje aluminija CNC obradom trebaju imati 2-3 žljebova. Veći broj žljebova rezultira manjim udubljenjima za strugotine. To će uzrokovati zaglavljivanje velikih strugotina koje proizvode aluminijske legure. Kada su sile rezanja niske i uklanjanje strugotine je ključno za proces, trebali biste koristiti 2 žljebova. Za savršenu ravnotežu uklanjanja strugotine i čvrstoće alata, koristite 3 žljebova.
Helix Angle
Ugao spirale je ugao između središnje linije alata i prave tangente duž rezne ivice. To je važna karakteristika alata za rezanje. Dok veći ugao spirale brže uklanja strugotine sa dijela, on povećava trenje i toplinu tokom rezanja. To može uzrokovati da se strugotine zavare za površinu alata tokom brze CNC obrade aluminija. S druge strane, manji ugao spirale proizvodi manje topline, ali možda neće efikasno uklanjati strugotine. Za obradu aluminija, ugao spirale od 35° ili 40° je pogodan za grubu obradu, dok je ugao spirale od 45° najbolji za završnu obradu.
Ugao klirensa
Ugao zazora je još jedan važan faktor za pravilno funkcionisanje alata. Preveliki ugao bi uzrokovao da se alat zarije u obradak i vibrira. S druge strane, premali ugao bi uzrokovao trenje između alata i obradka. Uglovi zazora između 6° i 10° su najbolji za CNC obradu aluminija.
Materijal alata
Karbid je preferirani materijal za alate za rezanje koji se koriste u CNC obradi aluminija. Budući da se aluminij meko reže, ono što je važno kod alata za rezanje aluminija nije tvrdoća, već sposobnost zadržavanja oštre ivice. Ova sposobnost je prisutna kod karbidnih alata i zavisi od dva faktora, veličine zrna karbida i omjera veziva. Dok veća veličina zrna rezultira tvrđim materijalom, manja veličina zrna garantuje žilaviji, otporniji materijal na udarce, što je zapravo svojstvo koje nam je potrebno. Manja zrna zahtijevaju kobalt da bi se postigla fina struktura zrna i čvrstoća materijala.
Međutim, kobalt reaguje s aluminijem na visokim temperaturama, formirajući naslage aluminija na površini alata. Ključno je koristiti karbidni alat s pravom količinom kobalta (2-20%), kako bi se ova reakcija svela na minimum, a istovremeno održala potrebna čvrstoća. Alati od karbida obično su u stanju bolje izdržati velike brzine povezane s CNC obradom aluminija od čeličnih alata.
Pored materijala alata, premaz alata je važan faktor u efikasnosti rezanja alata. ZrN (cirkonijum nitrid), TiB2 (titanijum diborid) i dijamantski premazi su neki od pogodnih premaza za alate koji se koriste u CNC obradi aluminijuma.
Feeds and Speeds
Brzina rezanja je brzina kojom se alat za rezanje okreće. Aluminij može podnijeti vrlo velike brzine rezanja, stoga brzina rezanja za aluminijske legure ovisi o ograničenjima korištene mašine. Brzina bi trebala biti što veća kod CNC obrade aluminija, jer to smanjuje mogućnost stvaranja nakupina na rubovima, štedi vrijeme, minimizira porast temperature u dijelu, poboljšava lom strugotine i poboljšava završnu obradu. Tačna korištena brzina varira ovisno o aluminijskoj leguri i prečniku alata.
Brzina posmaka je udaljenost koju obradak ili alat pomiče po okretu alata. Korišteni posmak zavisi od željene završne obrade, čvrstoće i krutosti obradka. Grubi rezovi zahtijevaju posmak od 0.15 do 2.03 mm/okret, dok završni rezovi zahtijevaju posmak od 0.05 do 0.15 mm/okret.
Cutting Fluid
Uprkos njegovoj obradivosti, nikada ne režite aluminij na suho jer to potiče stvaranje nakupina na rubovima. Odgovarajuće tekućine za rezanje za CNC obradu aluminija su emulzije topljivih ulja i mineralna ulja. Izbjegavajte tekućine za rezanje koje sadrže hlor ili aktivni sumpor jer ovi elementi mrljaju aluminij.
Procesi nakon obrade
Nakon mašinske obrade aluminijumskog dijela, postoje određeni procesi koje možete provesti kako biste poboljšali fizičke, mehaničke i estetske karakteristike dijela. Najčešći procesi su sljedeći.
Pjeskarenje perlicama i pijeskom
Pjeskarenje staklenim kuglicama je proces završne obrade u estetske svrhe. U ovom procesu, obrađeni dio se pjeskari sitnim staklenim kuglicama pomoću pištolja pod visokim pritiskom zraka, čime se efikasno uklanja materijal i osigurava glatka površina. Aluminiju daje satenski ili mat izgled. Glavni parametri procesa za pjeskarenje staklenim kuglicama su veličina staklenih kuglica i količina korištenog pritiska zraka. Koristite ovaj proces samo kada dimenzijske tolerancije dijela nisu kritične.
Ostali procesi završne obrade uključuju poliranje i farbanje.
premazivanje
Ovo uključuje premazivanje aluminijskog dijela drugim materijalom kao što su cink, nikl i hrom. To se radi kako bi se poboljšali procesi izrade dijelova i može se postići elektrohemijskim procesima.
Anodiziranje
Anodizacija je elektrohemijski proces u kojem se aluminijski dio umače u rastvor razrijeđene sumporne kiseline, a električni napon se primjenjuje preko katode i anode. Ovaj proces efikasno pretvara izložene površine dijela u tvrdi, električno nereaktivni premaz aluminijum oksida. Gustoća i debljina stvorenog premaza zavisi od konzistencije rastvora, vremena anodizacije i električne struje. Anodizaciju možete izvršiti i za bojenje dijela.
Praškasti premaz
Proces nanošenja praškastog premaza uključuje premazivanje dijela polimernim prahom u boji, korištenjem elektrostatičkog pištolja za prskanje. Dio se zatim ostavlja da se stvrdne na temperaturi od 200°C. Praškasti premaz poboljšava čvrstoću i otpornost na habanje, koroziju i udarce.
Termičku obradu
Dijelovi izrađeni od termički obrađenih aluminijskih legura mogu se podvrgnuti termičkoj obradi radi poboljšanja njihovih mehaničkih svojstava.
Primjena CNC obrađenih aluminijskih dijelova u industriji
Kao što je ranije navedeno, aluminijske legure imaju niz poželjnih svojstava. Stoga su CNC obrađeni aluminijski dijelovi nezamjenjivi u nekoliko industrija, uključujući sljedeće:
- AerospaceZbog visokog odnosa čvrstoće i težine, nekoliko dijelova aviona izrađeno je od mašinski obrađenog aluminija;
- AutomotiveSlično kao u vazduhoplovnoj industriji, nekoliko dijelova poput osovina i drugih komponenti u automobilskoj industriji izrađeno je od aluminija;
- ElektričnaZbog visoke električne provodljivosti, CNC obrađeni aluminijski dijelovi se često koriste kao elektroničke komponente u električnim uređajima;
- Food/PharmaceuticalBudući da ne reaguju sa većinom organskih supstanci, aluminijumski delovi igraju važnu ulogu u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji;
- SportskiAluminij se često koristi za izradu sportske opreme kao što su bejzbol palice i sportske zviždaljke;
- KriogenezaSposobnost aluminija da zadrži svoja mehanička svojstva na temperaturama ispod nule čini aluminijske dijelove poželjnim za kriogene primjene.