Alumiinium CNC-töötlusmaterjalide jaoks
Alumiinium on tänapäeval üks enim töödeldavaid materjale. Tegelikult on alumiiniumi CNC-töötlusprotsessid teostamise sageduse poolest terase järel teisel kohal. Peamiselt on see tingitud suurepärasest töödeldavusest.
Oma puhtaimal kujul on keemiline element alumiinium pehme, painduv, mittemagnetiline ja välimuselt hõbevalge. Kuid elementi ei kasutata ainult puhtal kujul. Alumiiniumi legeeritakse tavaliselt erinevate elementidega, nagu mangaan, vask ja magneesium, moodustades sadu alumiiniumisulameid, millel on mitmesugused oluliselt paremad omadused.
See artikkel uurib alumiiniumi ja selle sulamite CNC-töötlemisega seotud protsesse, tööriistu, parameetreid ja väljakutseid. Samuti käsitletakse alumiiniumi, mis on CNC-töötlemises kasutatavate populaarseimate sulamite omadused, omadusi ja alumiiniumi rakendusi erinevates tööstusharudes.
Töödeldavus
Alumiiniumi on lihtne vormida, töödelda ja mehaanida mitmesuguste protsesside abil. Seda saab tööpinkidega kiiresti ja lihtsalt lõigata, kuna see on pehme ja hakkab kergesti hakkima. See on ka odavam ja nõuab vähem energiat kui teras. Need omadused on tohutuks eeliseks nii masinaehitajale kui ka tellijale. Lisaks tähendab alumiiniumi hea mehaanilisus seda, et see deformeerub töötlemise ajal vähem. See viib suurema täpsuseni, kuna see võimaldab CNC-masinatel saavutada suuremaid tolerantse.
Tugevuse ja kaalu suhe
Alumiiniumi tihedus on umbes kolmandik terase tihedusest. See teeb selle suhteliselt kergeks. Vaatamata kergusele on alumiiniumil väga suur tugevus. Seda tugevuse ja kerge kaalu kombinatsiooni kirjeldatakse materjalide tugevuse ja kaalu suhtena. Alumiiniumi kõrge tugevuse ja kaalu suhe muudab selle soodsaks osade jaoks, mida on vaja mitmes tööstusharus, näiteks auto- ja lennundustööstuses.
Korrosioonikindlust
Alumiinium on kriimustuskindel ja korrosioonikindel tavalistes mere- ja atmosfääritingimustes. Neid omadusi saab parandada anodeerimisega. Oluline on märkida, et korrosioonikindlus on eri alumiiniumiklasside puhul erinev. Kõige sagedamini CNC-töödeldud klassidel on aga kõige suurem vastupidavus.
Jõudlus madalatel temperatuuridel
Enamik materjale kipub miinuskraadidel kaotama osa oma soovitavatest omadustest. Näiteks muutuvad nii süsinikterased kui ka kumm madalatel temperatuuridel hapraks. Alumiinium omakorda säilitab oma pehmuse, venivuse ja tugevuse väga madalatel temperatuuridel.
Elektrijuhtivus
Puhta alumiiniumi elektrijuhtivus on toatemperatuuril umbes 37.7 miljonit siemenit meetri kohta. Kuigi alumiiniumisulamitel võib olla madalam juhtivus kui puhtal alumiiniumil, on nad piisavalt juhtivad, et nende osi saaks kasutada elektrilistes komponentides. Teisest küljest oleks alumiinium sobimatu materjal, kui elektrijuhtivus ei ole töödeldud detaili soovitav omadus.
Taaskasutatavus
Kuna tegemist on lahutava tootmisprotsessiga, tekitab CNC-töötlusprotsess suure hulga laaste, mis on jäätmematerjalid. Alumiinium on väga taaskasutatav, mis tähendab, et selle taaskasutamiseks on vaja suhteliselt vähe energiat, pingutust ja kulusid. See teeb selle eelistatumaks neile, kes soovivad kulusid tagasi teenida või materjali raiskamist vähendada. See muudab alumiiniumi ka keskkonnasõbralikumaks materjaliks töötlemiseks.
Anodeerimise potentsiaal
Anodeerimine, mis on pinnaviimistlusprotseduur, mis suurendab materjali kulumis- ja korrosioonikindlust, on alumiiniumis lihtne saavutada. See protsess lihtsustab ka töödeldud alumiiniumdetailidele värvi lisamist.
Populaarsed alumiiniumisulamid CNC-töötluseks
Meie kogemuse põhjal Xometrys on järgmised 5 alumiiniumiklassi CNC-töötlemisel ühed enimkasutatavad.
ET AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Alternatiivsed nimetused: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Selle alumiiniumisulami peamine legeerelement (4-5%) on vask. See on lühikese laastuga sulam, mis on vastupidav, kerge, väga funktsionaalne ja millel on samad head mehaanilised omadused kui AW 2030-l. See sobib ka keermestamiseks, kuumtöötluseks ja kiireks töötlemiseks. Kõik need omadused muudavad EN AW 2007 laialdaselt kasutatavaks masinaosade, poltide, neetide, mutrite, kruvide ja keermestatud varraste tootmisel. Sellel alumiiniumiklassil on aga madal keevitatavus ja madal korrosioonikindlus; seetõttu on pärast detailide töötlemist soovitatav läbi viia kaitseanodeerimine.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Alternatiivsed nimetused: 3.3547; Sulam 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 on tuntud oma suurepärase toimivuse poolest karmides keskkondades. See sisaldab magneesiumi ning vähesel määral kroomi ja mangaani. Sellel klassil on väga kõrge korrosioonikindlus nii keemilises kui ka merekeskkonnas. Kõigist mittekuumtöödeldavatest sulamitest on AW 5080-l suurim tugevus; omadus, mida see säilitab ka pärast keevitamist. Kuigi seda sulamit ei tohiks kasutada rakendustes, mille temperatuur on üle 65 °C, sobib see suurepäraselt madala temperatuuriga rakendustesse.
Tänu oma soovitavatele omadustele kasutatakse AW 5080 paljudes rakendustes, sealhulgas krüogeensetes seadmetes, merenduses, surveseadmetes, keemiatööstuses, keevitatud konstruktsioonides ja sõidukikeredes.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Alternatiivsed nimetused: 3.3535; Sulam 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Kuna AW 5754 on sepistatud alumiiniumi-magneesiumisulam, milles on kõrgeim alumiiniumisisaldus, saab seda valtsida, sepistada ja ekstrudeerida. See ei ole ka kuumtöödeldav ja seda saab tugevuse suurendamiseks külmtöödelda, kuid madalama venivusega. Lisaks on sellel sulamil suurepärane korrosioonikindlus ja kõrge tugevus. Neid omadusi arvestades on mõistetav, et AW 5754 on üks populaarsemaid CNC-töödeldud alumiiniumisorte. Seda kasutatakse tavaliselt keevitatud konstruktsioonides, põrandakattematerjalides, kalastusvarustuses, sõidukikeredes, toiduainete töötlemisel ja neetides.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Alternatiivsed nimetused: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
See on magneesiumi ja räni sisaldav sepistatud alumiiniumisulam. See on kuumtöödeldav ning keskmise tugevusega, hea keevitatavusega ja hea vormitavusega. Samuti on see väga korrosioonikindel; omadus, mida saab anodeerimise abil veelgi parandada. EN AW 6060 kasutatakse sageli ehituses, toiduainetetööstuses, meditsiiniseadmetes ja autotööstuses.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Alternatiivsed nimetused: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Tsink on selle alumiiniumiklassi peamine legeerelement. Kuigi EN AW 7075-l on keskmine töödeldavus, halvad külmvormimisomadused ja see ei sobi nii keevitamiseks kui ka jootmiseks, on sellel kõrge tugevuse ja tiheduse suhe, suurepärane vastupidavus atmosfääri- ja merekeskkonnale ning tugevus, mis on võrreldav mõnede terasulamidega. Seda sulamit kasutatakse väga laias valikus rakendustes, sealhulgas deltaplaanide ja jalgrataste raamide, ronimisvarustuse, relvade ja vormimistööriistade tootmisel.
ET AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Alternatiivsed nimetused: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
See sulam sisaldab peamiste legeerelementidena magneesiumi ja räni ning vase jälgi. Tõmbetugevusega 180 MPa on see ülitugev sulam ja sobib väga hästi suure koormusega konstruktsioonide, näiteks tellingute, raudteevagunite, masina- ja lennundusdetailide jaoks.
ET AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Alternatiivsed nimetused: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Tavaliselt valtsimise ja ekstrusiooni teel valmistatud sulam on keskmise tugevusega, väga hea keevitatavuse ja soojusjuhtivusega. Sellel on kõrge pingekorrosioonikindlus ja pragunemise vastupidavus. Selle tõmbetugevus on vahemikus 140–330 MPa. Seda kasutatakse laialdaselt avamerekonstruktsioonides ja konteinerites.
Alumiiniumi CNC-töötlusprotsessid
Alumiiniumi saab töödelda mitmete tänapäeval saadaolevate CNC-töötlusprotsesside abil. Mõned neist protsessidest on järgmised.
CNC treimine
CNC-treioperatsioonidel pöörleb toorik, samal ajal kui ühepunktiline lõikeriist jääb oma telje suhtes paigale. Sõltuvalt masinast sooritab kas toorik või lõikeriist materjali eemaldamiseks teise vastu etteandeliikumise.
CNC freesimine
CNC-freesimisoperatsioonid on alumiiniumdetailide töötlemisel kõige sagedamini kasutatavad. Need operatsioonid hõlmavad mitmepunktilise lõike pöörlemist mööda oma telge, samal ajal kui toorik jääb paigal oma telje suunas. Lõiketoiming ja sellele järgnev materjali eemaldamine saavutatakse kas tooriku, lõikeriista või mõlema kombineeritud etteande liikumisega. Seda liikumist saab teostada mööda mitut telge.
Tasku
Tuntud ka kui taskufreesimine, on taskute freesimine CNC-freesimise vorm, mille puhul töödeldakse detaili õõnes tasku.
Vastamisi
Mehaaniline töötlemine hõlmab tooriku pinnale tasase ristlõikepinna loomist kas pindtreimise või -freesimise teel.
CNC puurimine
CNC-puurimine on protsess, mille käigus puuritakse toorikusse auk. Selle toimingu käigus liigub teatud suurusega mitmepunktiline pöörlev lõikeriist sirgjooneliselt puuritava pinnaga risti, luues seeläbi sisuliselt augu.
Alumiiniumi töötlemise tööriistad
Alumiiniumi CNC-töötlemiseks tööriista valikut mõjutavad mitmed tegurid.
Tööriista kujundus
Tööriista geomeetrial on erinevaid aspekte, mis aitavad kaasa selle efektiivsusele alumiiniumi töötlemisel. Üks neist on soonte arv. Et vältida raskusi laastu eemaldamisel suurtel kiirustel, peaksid alumiiniumi CNC-töötlemise lõikeriistadel olema 2-3 soont. Suurem soonte arv põhjustab väiksemaid laastuorgusid. See põhjustab alumiiniumisulamite tekitatud suurte laastude kinnijäämise. Kui lõikejõud on väikesed ja laastuvahe on protsessi jaoks kriitilise tähtsusega, tuleks kasutada 2 soont. Laastuvahe ja tööriista tugevuse ideaalse tasakaalu saavutamiseks kasutage 3 soont.
Heliksi nurk
Spiraalinurk on nurk tööriista keskjoone ja lõikeserva sirgjoonelise puutuja vahel. See on lõikeriistade oluline omadus. Kuigi suurem spiraalinurk eemaldab detaililt laastud kiiremini, suurendab see hõõrdumist ja kuumust lõikamise ajal. See võib põhjustada laastude keevitumist tööriista pinnale alumiiniumi kiire CNC-töötlemise ajal. Väiksem spiraalinurk seevastu tekitab vähem soojust, kuid ei pruugi laastusid tõhusalt eemaldada. Alumiiniumi töötlemiseks sobib 35° või 40° spiraalinurk jämeda töötlemise jaoks, samas kui 45° spiraalinurk on parim viimistlemiseks.
Kliirensi nurk
Tööriista korrektseks toimimiseks on oluline ka vaba nurk. Liiga suur nurk võib põhjustada tööriista sisselõikamist ja vibratsiooni. Liiga väike nurk aga võib põhjustada hõõrdumist tööriista ja tooriku vahel. Alumiiniumi CNC-töötlemiseks sobivad kõige paremini vaba nurk 6° ja 10° vahel.
Tööriista materjal
Alumiiniumi CNC-töötlemisel kasutatavate lõikeriistade eelistatud materjal on karbiid. Kuna alumiinium on pehme lõiketeraga, pole alumiiniumi lõikeriista puhul oluline mitte kõvadus, vaid võime säilitada habemenuga terav serv. See võime on karbiidist tööriistadel olemas ja see sõltub kahest tegurist: karbiiditera suurusest ja sideaine suhtest. Kui suurem terasuurus annab kõvema materjali, siis väiksem terasuurus tagab tugevama ja löögikindlama materjali, mis on tegelikult meie jaoks vajalik omadus. Väiksemad terad vajavad peeneteralise struktuuri ja materjali tugevuse saavutamiseks koobaltit.
Koobalt reageerib aga kõrgel temperatuuril alumiiniumiga, moodustades tööriista pinnale alumiiniumi servakihi. Selle reaktsiooni minimeerimiseks ja vajaliku tugevuse säilitamiseks on oluline kasutada karbiidist tööriista õige koobaltikogusega (2–20%). Karbiidtööriistad taluvad alumiiniumi CNC-töötlemisega seotud suuri kiirusi tavaliselt paremini kui terastööriistad.
Lisaks tööriistamaterjalile on tööriista kate oluline tegur tööriista lõikamise efektiivsuse seisukohalt. ZrN (tsirkooniumnitriid), TiB2 (titaandiboriid) ja teemantkatted on mõned sobivad katted alumiiniumi CNC-töötlemisel kasutatavatele tööriistadele.
Toidud ja kiirused
Lõikekiirus on kiirus, millega lõikeriist pöörleb. Alumiinium talub väga suuri lõikekiirusi, seega sõltub alumiiniumisulamite lõikekiirus kasutatava masina piirangutest. Kiirus peaks olema nii kõrge kui alumiiniumi CNC-töötlemisel praktiliselt võimalik, kuna see vähendab servade kuhjumise tekkimise võimalust, säästab aega, minimeerib detaili temperatuuri tõusu, parandab laastu purunemist ja viimistlust. Täpne kasutatav kiirus varieerub olenevalt alumiiniumisulamist ja tööriista läbimõõdust.
Etteandekiirus on kaugus, mille toorik või tööriist tööriista ühe pöörde kohta liigub. Kasutatav etteandekiirus sõltub soovitud viimistlusest, tooriku tugevusest ja jäikusest. Jämedaks lõikamiseks on vaja etteannet 0.15–2.03 mm/pööre, viimistluslõikamiseks aga 0.05–0.15 mm/pööre.
Lõikamisvedelik
Vaatamata alumiiniumi töödeldavusele ei tohiks seda kunagi kuivalt lõigata, kuna see soodustab servade kuhjumist. Alumiiniumi CNC-töötlemiseks sobivad lõikevedelikud on lahustuvate õlide emulsioonid ja mineraalõlid. Vältige kloori või aktiivset väävlit sisaldavaid lõikevedelikke, kuna need elemendid määrivad alumiiniumi.
Järeltöötlusprotsessid
Pärast alumiiniumdetaili töötlemist on teatud protsessid, mida saab detaili füüsikaliste, mehaaniliste ja esteetiliste omaduste parandamiseks läbi viia. Kõige levinumad protsessid on järgmised.
Helmeste ja liivapritsimine
Klaashelmeste pritsimine on esteetilistel eesmärkidel teostatav viimistlusprotsess. Selle protsessi käigus pritsitakse töödeldud detailile pisikesi klaashelmesi, kasutades kõrgsurveõhupüstolit, mis eemaldab tõhusalt materjali ja tagab sileda pinna. See annab alumiiniumile satiin- või mati viimistluse. Klaashelmeste pritsimise peamised protsessiparameetrid on klaashelmeste suurus ja kasutatava õhurõhu hulk. Kasutage seda protsessi ainult siis, kui detaili mõõtmete tolerantsid ei ole kriitilise tähtsusega.
Muud viimistlusprotsessid hõlmavad poleerimist ja värvimist.
Kate
See hõlmab alumiiniumdetaili katmist mõne muu materjaliga, näiteks tsingi, nikli ja kroomiga. Seda tehakse detailide tootmisprotsesside parandamiseks ja seda saab saavutada elektrokeemiliste protsesside abil.
Anodeerimine
Anodeerimine on elektrokeemiline protsess, mille käigus kastetakse alumiiniumdetail lahjendatud väävelhappe lahusesse ning katoodile ja anoodile rakendatakse elektripinget. See protsess muudab detaili avatud pinnad tõhusalt kõvaks, elektriliselt mittereaktiivseks alumiiniumoksiidkatteks. Moodustunud katte tihedus ja paksus sõltuvad lahuse konsistentsist, anodeerimisajast ja elektrivoolust. Anodeerimist saab teha ka detaili värvimiseks.
Pulbervärvimine
Pulbervärvimisprotsess hõlmab detaili katmist värvilise polümeerpulbriga elektrostaatilise pihustuspüstoli abil. Seejärel jäetakse detail 200 °C juures kõvenema. Pulbervärvimine parandab tugevust ning kulumis-, korrosiooni- ja löögikindlust.
Kuumtöötlus
Kuumtöödeldavatest alumiiniumisulamitest valmistatud osi võib nende mehaaniliste omaduste parandamiseks kuumtöödelda.
CNC-töödeldud alumiiniumdetailide rakendused tööstuses
Nagu varem mainitud, on alumiiniumisulamitel mitmeid soovitavaid omadusi. Seetõttu on CNC-töödeldud alumiiniumdetailid mitmes tööstusharus asendamatud, sealhulgas järgmistes:
- Aerospace: tänu oma kõrgele tugevuse ja kaalu suhtele on mitmed lennukitarvikud valmistatud töödeldud alumiiniumist;
- Automotivesarnaselt lennundustööstusele on mitmed autotööstuse osad, näiteks võllid ja muud komponendid, valmistatud alumiiniumist;
- ElektrilineCNC-töödeldud alumiiniumdetaile, millel on kõrge elektrijuhtivus, kasutatakse sageli elektriseadmete elektroonikakomponentidena;
- Toit/farmaatsiakuna alumiiniumdetailid ei reageeri enamiku orgaaniliste ainetega, mängivad nad olulist rolli toidu- ja farmaatsiatööstuses;
- sportalumiiniumi kasutatakse sageli spordivarustuse, näiteks pesapallikurikate ja spordivilede valmistamiseks;
- KrüogeenidAlumiiniumi võime säilitada oma mehaanilisi omadusi alla nulli temperatuuridel muudab alumiiniumdetailid krüogeensete rakenduste jaoks ihaldusväärseks.