Alumini per a materials de mecanitzat CNC
L'alumini és un dels materials més mecanitzats disponibles avui dia. De fet, els processos de mecanitzat CNC d'alumini són els segons després de l'acer pel que fa a la freqüència d'execució. Això es deu principalment a la seva excel·lent maquinabilitat.
En la seva forma més pura, l'element químic alumini és tou, dúctil, no magnètic i d'aspecte blanc platejat. Tanmateix, l'element no només s'utilitza en forma pura. L'alumini se sol aliar amb diversos elements com el manganès, el coure i el magnesi per formar centenars d'aliatges d'alumini amb diverses propietats significativament millorades.
Aquest article explora els processos, les eines, els paràmetres i els reptes que implica el mecanitzat CNC d'alumini i els seus aliatges. També analitza les propietats de l'alumini, els aliatges més populars utilitzats en el mecanitzat CNC, així com l'aplicació de l'alumini en diverses indústries.
Maquinabilitat
L'alumini es forma, es treballa i es mecanitza fàcilment mitjançant una varietat de processos. Es pot tallar ràpida i fàcilment amb màquines-eina perquè és tou i s'estella fàcilment. També és menys costós i requereix menys potència per mecanitzar que l'acer. Aquestes característiques són d'immensos beneficis tant per al maquinista com per al client que demana la peça. A més, la bona maquinabilitat de l'alumini significa que es deforma menys durant el mecanitzat. Això condueix a una major precisió, ja que permet a les màquines CNC aconseguir toleràncies més altes.
Relació força-pes
L'alumini té aproximadament un terç de la densitat de l'acer. Això el fa relativament lleuger. Malgrat el seu pes lleuger, l'alumini té una resistència molt alta. Aquesta combinació de resistència i pes lleuger es descriu com la relació resistència-pes dels materials. L'alta relació resistència-pes de l'alumini el fa favorable per a peces necessàries en diverses indústries com ara l'automoció i l'aeroespacial.
Resistència a la corrosió
L'alumini és resistent a les ratllades i a la corrosió en condicions marines i atmosfèriques comunes. Podeu millorar aquestes propietats mitjançant l'anodització. És important tenir en compte que la resistència a la corrosió varia en els diferents graus d'alumini. Tanmateix, els graus mecanitzats amb CNC més regularment tenen la major resistència.
Rendiment a baixes temperatures
La majoria de materials tendeixen a perdre algunes de les seves propietats desitjables a temperatures sota zero. Per exemple, tant els acers al carboni com el cautxú es tornen fràgils a baixes temperatures. L'alumini, al seu torn, conserva la seva suavitat, ductilitat i resistència a temperatures molt baixes.
Conductivitat elèctrica
La conductivitat elèctrica de l'alumini pur és d'uns 37.7 milions de siemens per metre a temperatura ambient. Tot i que els aliatges d'alumini poden tenir conductivitats més baixes que l'alumini pur, són prou conductors perquè les seves peces es puguin utilitzar en components elèctrics. D'altra banda, l'alumini seria un material inadequat si la conductivitat elèctrica no és una característica desitjable d'una peça mecanitzada.
Reciclabilitat
Com que és un procés de fabricació subtractiu, els processos de mecanitzat CNC generen un gran nombre d'encenalls, que són materials de rebuig. L'alumini és altament reciclable, la qual cosa significa que requereix relativament poca energia, esforç i cost per reciclar-lo. Això el fa preferible per a aquells que volen recuperar la despesa o reduir el malbaratament de materials. També fa que l'alumini sigui un material més respectuós amb el medi ambient per mecanitzar.
Potencial d'anodització
L'anodització, que és un procediment d'acabat superficial que augmenta la resistència al desgast i la corrosió d'un material, és fàcil d'aconseguir en l'alumini. Aquest procés també facilita l'afegit de color a les peces d'alumini mecanitzades.
Aliatges d'alumini populars per al mecanitzat CNC
Segons la nostra experiència a Xometry, els següents 5 graus d'alumini són un dels més utilitzats per al mecanitzat CNC.
EN AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Denominacions alternatives: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Aquest aliatge d'alumini té el coure com a principal element d'aliatge (4-5%) del coure. És un aliatge de ferri curt que és durador, lleuger, altament funcional i té les mateixes propietats mecàniques elevades que l'AW 2030. També és adequat per a roscat, tractament tèrmic i mecanitzat d'alta velocitat. Totes aquestes propietats fan que l'EN AW 2007 s'utilitzi àmpliament en la producció de peces de màquines, perns, femelles de reblons, cargols i barres roscades. Tanmateix, aquest grau d'alumini té baixa soldabilitat i baixa resistència a la corrosió; per tant, es recomana dur a terme una anodització protectora després del mecanitzat de la peça.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Designacions alternatives: 3.3547; Aliatge 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
L'AW 5083 és conegut pel seu excel·lent rendiment en entorns severs. Conté magnesi i petites traces de crom i manganès. Aquest grau té una resistència molt alta a la corrosió tant en entorns químics com marins. De tots els aliatges no tractables tèrmicament, l'AW 5080 té la resistència més alta; una propietat que conserva fins i tot després de la soldadura. Tot i que aquest aliatge no s'ha d'utilitzar en aplicacions amb temperatures superiors a 65 °C, destaca en aplicacions a baixa temperatura.
A causa del seu conjunt de propietats desitjables, l'AW 5080 s'utilitza en nombroses aplicacions, com ara equips criogènics, aplicacions marines, equips a pressió, aplicacions químiques, construccions soldades i carrosseries de vehicles.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Designacions alternatives: 3.3535; Aliatge 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
En ser un aliatge d'alumini-magnesi forjat amb el percentatge més alt d'alumini, l'AW 5754 es pot laminar, forjar i extrudir. Tampoc és tractable tèrmicament i es pot treballar en fred per augmentar la seva resistència, però amb una ductilitat més baixa. A més, aquest aliatge té una excel·lent resistència a la corrosió i una alta resistència. Tenint en compte aquestes propietats, és comprensible que l'AW 5754 sigui un dels graus d'alumini mecanitzats per CNC més populars. Normalment s'utilitza en estructures soldades, aplicacions de paviments, equips de pesca, carrosseries de vehicles, processament d'aliments i reblons.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Designacions alternatives: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Aquest és un aliatge d'alumini forjat que conté magnesi i silici. És tractable tèrmicament i té una resistència mitjana, bona soldabilitat i bona conformabilitat. També és molt resistent a la corrosió; una propietat que es pot millorar encara més mitjançant l'anoditzat. L'EN AW 6060 s'utilitza sovint en la construcció, el processament d'aliments, els equips mèdics i l'enginyeria de l'automoció.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Designacions alternatives: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
El zinc és el principal element d'aliatge en aquest grau d'alumini. Tot i que l'EN AW 7075 té una maquinabilitat mitjana, unes propietats de conformació en fred deficients i no és adequat ni per a la soldadura, té una alta relació resistència-densitat, una excel·lent resistència als ambients atmosfèrics i marins i una resistència comparable a alguns aliatges d'acer. Aquest aliatge s'utilitza en una gamma molt àmplia d'aplicacions, com ara quadres de parapents i bicicletes, equips d'escalada en roca, armament i fabricació d'eines de motlle.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Designacions alternatives: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Aquest aliatge conté magnesi i silici com a principals elements d'aliatge amb traces de coure. Amb una resistència a la tracció de 180 MPa, és un aliatge d'alta resistència i és molt adequat per a estructures amb càrregues elevades com ara bastides, vagons de ferrocarril, màquines i peces aeroespacials.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Designacions alternatives: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Normalment format per laminació i extrusió, aquest aliatge té una resistència mitjana amb molt bona soldabilitat i conductivitat tèrmica. Té una alta resistència a la corrosió sota tensió. Té una resistència a la tracció que oscil·la entre els 140 i els 330 MPa. S'utilitza molt en la construcció i els contenidors en alta mar.
Processos de mecanitzat CNC d'alumini
Podeu mecanitzar l'alumini mitjançant diversos processos de mecanitzat CNC disponibles avui dia. Alguns d'aquests processos són els següents.
Tornejat CNC
En les operacions de tornejat CNC, la peça gira, mentre que l'eina de tall d'un sol punt roman estacionària al llarg del seu eix. Depenent de la màquina, la peça o l'eina de tall realitza un moviment d'avanç l'una contra l'altra per aconseguir l'eliminació de material.
CNC fresat
Les operacions de fresat CNC són les més utilitzades en el mecanitzat de peces d'alumini. Aquestes operacions impliquen la rotació d'un tall multipunt al llarg del seu eix, mentre la peça roman estacionària al llarg del seu propi eix. L'acció de tall i posteriorment l'eliminació de material s'aconsegueix mitjançant el moviment d'avanç de la peça, l'eina de tall o tots dos combinats. Aquest moviment es pot dur a terme al llarg de múltiples eixos.
Butxaca
També conegut com a fresat de butxaques, el fresat de butxaques és una forma de fresat CNC en què es mecanitza una butxaca buida en una peça.
Davant
El refrentat en el mecanitzat implica la creació d'una àrea de secció transversal plana a la superfície d'una peça mitjançant tornejat frontal o fresat frontal.
Perforació CNC
El trepat CNC és el procés de fer un forat en una peça de treball. En aquesta operació, una eina de tall rotativa de diversos punts d'una mida determinada es mou en línia recta perpendicular a la superfície que s'ha de perforar, creant així un forat de manera efectiva.
Eines per al mecanitzat d'alumini
Hi ha diversos factors que influeixen en la selecció d'una eina per al mecanitzat CNC d'alumini.
Disseny d'eines
Hi ha diferents aspectes de la geometria d'una eina que contribueixen a la seva eficiència en el mecanitzat d'alumini. Un d'aquests és el nombre de canals. Per evitar dificultats en l'evacuació de ferritja a altes velocitats, les eines de tall per al mecanitzat CNC d'alumini han de tenir 2-3 canals. Un nombre més elevat de canals resulta en valls de ferritja més petites. Això farà que les ferritges grans produïdes pels aliatges d'alumini s'encallin. Quan les forces de tall són baixes i l'allunyament de ferritja és crític per al procés, hauríeu d'utilitzar 2 canals. Per a un equilibri perfecte entre l'allunyament de ferritja i la resistència de l'eina, utilitzeu 3 canals.
Angle de l'hèlix
L'angle de l'hèlix és l'angle entre la línia central d'una eina i una línia recta tangent al llarg del tall. És una característica important de les eines de tall. Mentre que un angle d'hèlix més alt elimina les encenalls d'una peça més ràpidament, augmenta la fricció i la calor durant el tall. Això pot fer que les encenalls es soldin a la superfície de l'eina durant el mecanitzat CNC d'alumini d'alta velocitat. Un angle d'hèlix més baix, en canvi, produeix menys calor però pot no eliminar les encenalls de manera eficaç. Per al mecanitzat d'alumini, un angle d'hèlix de 35° o 40° és adequat per a aplicacions de desbast, mentre que un angle d'hèlix de 45° és millor per a l'acabat.
Angle de seguretat
L'angle de separació és un altre factor important per al correcte funcionament d'una eina. Un angle excessivament gran faria que l'eina s'enfonsés a la peça i fes vibrar. D'altra banda, un angle massa petit causaria fricció entre l'eina i la peça. Els angles de separació entre 6° i 10° són els millors per al mecanitzat CNC d'alumini.
Material de l'eina
El carbur és el material preferit per a les eines de tall utilitzades en el mecanitzat CNC d'alumini. Com que l'alumini és de tall suau, el que és important en una eina de tall per a l'alumini no és la duresa, sinó la capacitat de retenir un tall afilat com una navalla. Aquesta capacitat és present en les eines de carbur i depèn de dos factors: la mida del gra de carbur i la relació d'aglomerant. Mentre que una mida de gra més gran resulta en un material més dur, una mida de gra més petita garanteix un material més resistent i resistent als impactes, que és en realitat la propietat que necessitem. Els grans més petits requereixen cobalt per aconseguir l'estructura de gra fi i la resistència del material.
Tanmateix, el cobalt reacciona amb l'alumini a altes temperatures, formant una vora acumulada d'alumini a la superfície de l'eina. La clau és utilitzar una eina de carbur amb la quantitat adequada de cobalt (2-20%) per tal de minimitzar aquesta reacció, tot mantenint la resistència necessària. Les eines de carbur solen suportar millor que les eines d'acer les altes velocitats associades al mecanitzat CNC d'alumini.
A més del material de l'eina, el recobriment de l'eina és un factor important en l'eficiència de tall de l'eina. El ZrN (nitrur de zirconi), el TiB2 (diborur de titani) i els recobriments tipus diamant són alguns recobriments adequats per a les eines utilitzades en el mecanitzat CNC d'alumini.
Alimentacions i velocitats
La velocitat de tall és la velocitat a la qual gira l'eina de tall. L'alumini pot suportar una velocitat de tall molt alta, per tant, la velocitat de tall per als aliatges d'alumini depèn dels límits de la màquina que s'utilitza. La velocitat ha de ser tan alta com sigui pràctic en el mecanitzat CNC d'alumini, ja que això redueix la possibilitat de formació de vores acumulades, estalvia temps, minimitza l'augment de temperatura a la peça, millora la ruptura de la ferridura i millora l'acabat. La velocitat exacta utilitzada varia segons l'aliatge d'alumini i el diàmetre de l'eina.
L'avanç és la distància que es mou la peça o l'eina per revolució de l'eina. L'avanç utilitzat depèn de l'acabat desitjat, la resistència i la rigidesa de la peça. Els talls en desbast requereixen un avanç de 0.15 a 2.03 mm/rev, mentre que els talls d'acabat requereixen un avanç de 0.05 a 0.15 mm/rev.
Fluid de tall
Malgrat la seva maquinabilitat, no talleu mai l'alumini en sec, ja que això afavoreix la formació de vores acumulades. Els fluids de tall adequats per al mecanitzat CNC d'alumini són les emulsions d'oli soluble i els olis minerals. Eviteu els fluids de tall que continguin clor o sofre actiu, ja que aquests elements taquen l'alumini.
Processos post-mecanitzat
Després de mecanitzar una peça d'alumini, hi ha certs processos que podeu dur a terme per millorar les característiques físiques, mecàniques i estètiques de la peça. Els processos més estesos són els següents.
Granallat amb perles i sorra
El granallat amb microesferes és un procés d'acabat amb finalitats estètiques. En aquest procés, la peça mecanitzada es granalla amb petites perles de vidre mitjançant una pistola d'aire a alta pressió, eliminant eficaçment el material i garantint una superfície llisa. Dóna a l'alumini un acabat setinat o mat. Els principals paràmetres del procés per al granallat amb microesferes són la mida de les perles de vidre i la quantitat de pressió d'aire utilitzada. Només s'ha d'utilitzar aquest procés quan les toleràncies dimensionals d'una peça no siguin crítiques.
Altres processos d'acabat inclouen el polit i la pintura.
Revestiment
Això implica recobrir una peça d'alumini amb un altre material com ara zinc, níquel i crom. Això es fa per millorar els processos de fabricació de les peces i es pot aconseguir mitjançant processos electroquímics.
Anoditzar
L'anoditzat és un procés electroquímic en el qual una peça d'alumini es submergeix en una solució d'àcid sulfúric diluït i s'aplica un voltatge elèctric entre el càtode i l'ànode. Aquest procés converteix eficaçment les superfícies exposades de la peça en un recobriment d'òxid d'alumini dur i elèctricament no reactiu. La densitat i el gruix del recobriment creat depenen de la consistència de la solució, el temps d'anoditzat i el corrent elèctric. També podeu dur a terme l'anoditzat per acolorir una peça.
Powder Coating
El procés de recobriment en pols consisteix a recobrir una peça amb pols de polímer de colors, utilitzant una pistola polvoritzadora electrostàtica. A continuació, es deixa que la peça s'endureixi a una temperatura de 200 °C. El recobriment en pols millora la resistència al desgast, la corrosió i l'impacte.
Tractament tèrmic
Les peces fetes d'aliatges d'alumini tractables tèrmicament poden sotmetre's a un tractament tèrmic per millorar les seves propietats mecàniques.
Aplicacions de peces d'alumini mecanitzades per CNC a la indústria
Com s'ha esmentat anteriorment, els aliatges d'alumini tenen diverses propietats desitjables. Per tant, les peces d'alumini mecanitzades per CNC són indispensables en diverses indústries, incloent-hi les següents:
- aeroespaciala causa de la seva alta relació resistència-pes, diversos accessoris per a avions estan fets d'alumini mecanitzat;
- AutomotorDe manera similar a la indústria aeroespacial, diverses peces com ara eixos i altres components de la indústria de l'automòbil estan fetes d'alumini;
- elèctric: amb una alta conductivitat elèctrica, les peces d'alumini mecanitzades per CNC s'utilitzen sovint com a components electrònics en aparells elèctrics;
- Alimentació/Farmacèutica: com que no reaccionen amb la majoria de substàncies orgàniques, les peces d'alumini tenen un paper important en les indústries alimentària i farmacèutica;
- Sports: l'alumini s'utilitza sovint per fabricar equipament esportiu com ara bats de beisbol i xiulets esportius;
- CriogeniaLa capacitat de l'alumini per conservar les seves propietats mecàniques a temperatures sota zero fa que les peces d'alumini siguin desitjables per a aplicacions criogèniques.