Aluminij za CNC obradu materijala
Aluminij je jedan od najčešće obrađenih materijala danas. Zapravo, CNC obrada aluminija je druga po učestalosti izvođenja, odmah iza čelika. To je uglavnom zbog njegove izvrsne obradivosti.
U svom najčišćem obliku, kemijski element aluminij je mekan, duktilan, nemagnetičan i srebrnobijelog izgleda. Međutim, element se ne koristi samo u čistom obliku. Aluminij se obično legira s raznim elementima poput mangana, bakra i magnezija kako bi se stvorile stotine aluminijevih legura s različitim značajno poboljšanim svojstvima.
Ovaj članak istražuje procese, alate, parametre i izazove povezane s CNC obradom aluminija i njegovih legura. Također se raspravlja o svojstvima aluminija, najpopularnijih legura koje se koriste u CNC obradi, kao i o primjeni aluminija u raznim industrijama.
obradivost
Aluminij se lako oblikuje, obrađuje i strojno obrađuje pomoću raznih procesa. Može se brzo i jednostavno rezati alatnim strojevima jer je mekan i lako se krhotina. Također je jeftiniji i zahtijeva manje snage za obradu od čelika. Ove karakteristike su od goleme koristi i za strojara i za kupca koji naručuje dio. Nadalje, dobra obradivost aluminija znači da se manje deformira tijekom obrade. To dovodi do veće točnosti jer omogućuje CNC strojevima postizanje većih tolerancija.
Omjer čvrstoće i težine
Aluminij ima otprilike trećinu gustoće čelika. To ga čini relativno laganim. Unatoč maloj težini, aluminij ima vrlo visoku čvrstoću. Ova kombinacija čvrstoće i male težine opisuje se kao omjer čvrstoće i težine materijala. Visok omjer čvrstoće i težine aluminija čini ga povoljnim za dijelove potrebne u nekoliko industrija, kao što su automobilska i zrakoplovna industrija.
Otpornost na koroziju
Aluminij je otporan na ogrebotine i koroziju u uobičajenim morskim i atmosferskim uvjetima. Ta svojstva možete poboljšati eloksiranjem. Važno je napomenuti da otpornost na koroziju varira kod različitih vrsta aluminija. Međutim, vrste koje se najčešće CNC obrađuju imaju najveću otpornost.
Izvedba na niskim temperaturama
Većina materijala gubi neka od svojih poželjnih svojstava na temperaturama ispod nule. Na primjer, i ugljični čelici i guma postaju krhki na niskim temperaturama. Aluminij, pak, zadržava svoju mekoću, duktilnost i čvrstoću na vrlo niskim temperaturama.
Električna provodljivost
Električna vodljivost čistog aluminija iznosi oko 37.7 milijuna siemensa po metru na sobnoj temperaturi. Iako aluminijske legure mogu imati nižu vodljivost od čistog aluminija, one su dovoljno vodljive da se njihovi dijelovi mogu koristiti u električnim komponentama. S druge strane, aluminij bi bio neprikladan materijal ako električna vodljivost nije poželjna karakteristika strojno obrađenog dijela.
Mogućnost recikliranja
Budući da se radi o subtraktivnom proizvodnom procesu, CNC obrada generira veliku količinu 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 onima 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, vrlo funkcionalna i ima ista visoka mehanička svojstva kao i AW 2030. Također je prikladna za narezivanje navoja, toplinsku obradu i brzu strojnu obradu. Sva ta svojstva čine EN AW 2007 široko korištenom u proizvodnji strojnih dijelova, vijaka, zakovica, matica i navojnih šipki. Međutim, ova vrsta aluminija ima nisku zavarljivost i nisku otpornost na koroziju; stoga se preporučuje zaštitna eloksiranje nakon strojne 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 izvrsnim performansama u teškim uvjetima. Sadrži magnezij i male tragove kroma i mangana. Ova vrsta ima vrlo visoku otpornost na koroziju u kemijskim i morskim uvjetima. Od svih legura koje se ne mogu toplinski 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, izvrsna je u primjenama na niskim temperaturama.
Zbog svojih poželjnih svojstava, AW 5080 se koristi u brojnim primjenama, uključujući kriogenu opremu, pomorske primjene, opremu pod tlakom, kemijske 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 aluminijsko-magnezijeva legura s najvećim postotkom aluminija, AW 5754 se može valjati, kovati i ekstrudirati. Također se ne može toplinski obrađivati i može se hladno obrađivati radi povećanja čvrstoće, ali uz nižu duktilnost. Osim toga, ova legura ima izvrsnu 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 kovana aluminijska legura koja sadrži magnezij i silicij. Termički se obrađuje i ima prosječnu čvrstoću, dobru zavarljivost i dobru oblikovljivost. Također je vrlo otporna na koroziju; svojstvo koje se može dodatno poboljšati eloksiranjem. EN AW 6060 često se 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 prikladan za zavarivanje i lemljenje; ima visok omjer čvrstoće i gustoće, izvrsnu otpornost na atmosferske i morske uvjete te čvrstoću usporedivu s nekim čeličnim legurama. Ova se legura koristi u vrlo širokom rasponu primjena, uključujući okvire zmajeva i bicikala, opremu za penjanje po stijenama, oružje i izradu alata za kalupe.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Alternativne oznake: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Ova legura sadrži magnezij i silicij kao glavne legirajuće elemente s tragovima bakra. S vlačnom čvrstoćom od 180 MPa, ovo je legura visoke čvrstoće i vrlo je pogodna za visoko opterećene konstrukcije poput skela, željezničkih vagona, dijelova strojeva i zrakoplovne industrije.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Alternativne oznake: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Obično se formira valjanjem i ekstruzijom, ova legura ima srednju čvrstoću s vrlo dobrom zavarivošću i toplinskom vodljivošću. Ima visoku otpornost na pucanje od korozije pod naponom. Ima vlačnu čvrstoću u rasponu od 140 do 330 MPa. Često se koristi u offshore gradnji i kontejnerima.
Procesi CNC obrade aluminija
Aluminij možete obrađivati brojnim CNC procesima obrade koji su danas dostupni. Neki od tih procesa su sljedeći.
CNC okretanje
Kod CNC tokarerskih operacija, obradak se okreće, dok alat za rezanje s jednom točkom ostaje nepomičan duž svoje osi. Ovisno o stroju, ili obradak ili alat za rezanje izvršavaju pomicanje jedan protiv drugoga kako bi se postiglo uklanjanje materijala.
CNC glodanje
CNC glodanje se najčešće koristi u obradi aluminijskih dijelova. Ove operacije uključuju rotaciju višetočkovnog reznog elementa duž svoje osi, dok obradak ostaje nepomičan duž vlastite osi. Rezanje i potom uklanjanje materijala postiže se pomicanjem obradka, alata za rezanje ili oboje zajedno. Ovo gibanje se može izvoditi duž više osi.
džep
Također poznato kao glodanje džepova, džepiranje je oblik CNC glodanja u kojem se u dijelu izrađuje šuplji džep.
Suočavanje
Čeona obrada u strojnoj obradi uključuje stvaranje ravnog poprečnog presjeka na površini obratka putem čeonog tokarenja ili čeonog glodanja.
CNC bušenje
CNC bušenje je proces izrade rupe u obratku. U ovoj operaciji, višetočkovni rotirajući alat za rezanje određene veličine kreće se u ravnoj liniji okomito na površinu koja se buši, čime se učinkovito stvara rupa.
Alati za obradu aluminija
Postoji nekoliko čimbenika koji utječu na odabir alata za CNC obradu aluminija.
Dizajn alata
Postoje različiti aspekti geometrije alata koji doprinose njegovoj učinkovitosti pri obradi aluminija. Jedan od njih je broj žljebova. Kako bi se spriječile poteškoće u odvodu strugotine pri velikim brzinama, alati za CNC obradu aluminija trebali bi 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.
Kut zavojnice
Kut spirale je kut između središnje linije alata i ravne linije tangente duž rezne oštrice. To je važna značajka alata za rezanje. Iako veći kut spirale brže uklanja strugotine s dijela, povećava trenje i toplinu tijekom rezanja. To može uzrokovati zavarivanje strugotina na površinu alata tijekom brze CNC obrade aluminija. S druge strane, manji kut spirale proizvodi manje topline, ali možda neće učinkovito uklanjati strugotine. Za obradu aluminija, kut spirale od 35° ili 40° prikladan je za grubu obradu, dok je kut spirale od 45° najbolji za završnu obradu.
Kut zazora
Kut zazora je još jedan važan faktor za pravilan rad alata. Preveliki kut uzrokovao bi zabijanje alata u obratak i vibriranje. S druge strane, premali kut uzrokovao bi trenje između alata i obratka. Kutovi zazora između 6° i 10° najbolji su za CNC obradu aluminija.
Materijal alata
Karbid je preferirani materijal za alate za rezanje koji se koriste u CNC obradi aluminija. Budući da je aluminij mekan za rezanje, ono što je važno kod alata za rezanje aluminija nije tvrdoća, već sposobnost zadržavanja oštre oštrice. Ta sposobnost prisutna je kod alata od karbida i ovisi o dva faktora, veličini zrna karbida i omjeru veziva. Dok veća veličina zrna rezultira tvrđim materijalom, manja veličina zrna jamči čvršći i otporniji materijal na udarce, što je zapravo svojstvo koje nam je potrebno. Manja zrna zahtijevaju kobalt kako bi se postigla fino zrnata struktura i čvrstoća materijala.
Međutim, kobalt reagira s aluminijem na visokim temperaturama, stvarajući naslage aluminija na površini alata. Ključno je koristiti karbidni alat s pravom količinom kobalta (2-20%), kako bi se ta reakcija svela na minimum, a istovremeno održala potrebna čvrstoća. Alati od karbida obično su u stanju bolje podnijeti velike brzine povezane s CNC obradom aluminija od čeličnih alata.
Osim materijala alata, premaz alata važan je čimbenik učinkovitosti rezanja alata. ZrN (cirkonijev nitrid), TiB2 (titanov diborid) i dijamantni premazi su neki od prikladnih premaza za alate koji se koriste u CNC obradi aluminija.
Feedovi i brzine
Brzina rezanja je brzina kojom se alat za rezanje okreće. Aluminij može podnijeti vrlo velike brzine rezanja, stoga brzina rezanja aluminijskih legura ovisi o ograničenjima stroja koji se koristi. 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. Točna korištena brzina varira ovisno o aluminijskoj leguri i promjeru alata.
Brzina pomaka je udaljenost koju se obradak ili alat pomiče po okretu alata. Korišteni pomak ovisi o željenoj završnoj obradi, čvrstoći i krutosti obradka. Grubi rezovi zahtijevaju pomak od 0.15 do 2.03 mm/okr., dok završni rezovi zahtijevaju pomak od 0.05 do 0.15 mm/okr.
Tekućina za rezanje
Unatoč obradivosti aluminija, nikada ga ne režite na suho jer to potiče stvaranje nakupina na rubovima. Prikladne tekućine za rezanje za CNC obradu aluminija su emulzije topljivih ulja i mineralna ulja. Izbjegavajte tekućine za rezanje koje sadrže klor ili aktivni sumpor jer ti elementi mrljaju aluminij.
Procesi nakon strojne obrade
Nakon strojne obrade aluminijskog dijela, postoje određeni postupci koje možete provesti kako biste poboljšali fizičke, mehaničke i estetske značajke dijela. Najčešći postupci su sljedeći.
Pjeskarenje perlicama i pijeskom
Pjeskarenje staklenim kuglicama je završni postupak u estetske svrhe. U ovom postupku, obrađeni dio se pjeskari sitnim staklenim kuglicama pomoću pištolja pod visokim tlakom zraka, učinkovito uklanjajući materijal i osiguravajući glatku površinu. Aluminiju daje satenski ili mat izgled. Glavni parametri procesa za pjeskarenje staklenim kuglicama su veličina staklenih kuglica i količina korištenog tlaka zraka. Koristite ovaj postupak samo kada dimenzijske tolerancije dijela nisu kritične.
Ostali postupci završne obrade uključuju poliranje i bojanje.
Premazivanje
To uključuje premazivanje aluminijskog dijela drugim materijalom poput cinka, nikla i kroma. To se radi kako bi se poboljšali procesi izrade dijelova i može se postići elektrokemijskim procesima.
Anodiziranje
Anodizacija je elektrokemijski proces u kojem se aluminijski dio umače u otopinu razrijeđene sumporne kiseline, a električni napon se primjenjuje na katodu i anodu. Ovaj proces učinkovito pretvara izložene površine dijela u tvrdi, električno nereaktivni premaz aluminijevog oksida. Gustoća i debljina stvorenog premaza ovisi o konzistenciji otopine, vremenu anodizacije i električnoj struji. Anodizaciju možete provesti i za bojanje dijela.
Powder Coating
Proces praškastog premazivanja uključuje premazivanje dijela polimernim prahom u boji pomoću elektrostatskog pištolja za prskanje. Dio se zatim ostavlja da se stvrdne na temperaturi od 200°C. Praškasto premazivanje poboljšava čvrstoću i otpornost na habanje, koroziju i udarce.
Toplinska obrada
Dijelovi izrađeni od toplinski obradivih aluminijskih legura mogu se toplinski obraditi 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 neophodni u nekoliko industrija, uključujući sljedeće:
- zračno-kosmički prostor: zbog visokog omjera čvrstoće i težine, nekoliko zrakoplovnih dijelova izrađeno je od strojno obrađenog aluminija;
- AutokućeSlično kao u zrakoplovnoj industriji, nekoliko dijelova poput osovina i drugih komponenti u automobilskoj industriji izrađeno je od aluminija;
- ElektričnaZbog visoke električne vodljivosti, CNC obrađeni aluminijski dijelovi često se koriste kao elektroničke komponente u električnim uređajima;
- Hrana/Farmaceutika: budući da ne reagiraju s većinom organskih tvari, aluminijski dijelovi igraju važnu ulogu u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji;
- Sportske aktivnostiAluminij se često koristi za izradu sportske opreme poput bejzbol palica i sportskih zviždaljki;
- KriogenikaSposobnost aluminija da zadrži svoja mehanička svojstva na temperaturama ispod nule čini aluminijske dijelove poželjnim za kriogene primjene.