Alumínium CNC megmunkáló anyagokhoz
Az alumínium az egyik leggyakrabban megmunkált anyag napjainkban. Valójában az alumínium CNC megmunkálási folyamatai a második helyen állnak az acél után a végrehajtás gyakoriságát tekintve. Ez főként a kiváló megmunkálhatóságának köszönhető.
Legtisztább formájában az alumínium kémiai elem puha, képlékeny, nem mágneses és ezüstfehér megjelenésű. Az elemet azonban nem csak tiszta formájában használják. Az alumíniumot általában különféle elemekkel, például mangánnal, rézzel és magnéziummal ötvözik, így több száz alumíniumötvözetet hoznak létre, amelyek jelentősen javított tulajdonságokkal rendelkeznek.
Ez a cikk az alumínium és ötvözeteinek CNC megmunkálásával járó folyamatokat, eszközöket, paramétereket és kihívásokat vizsgálja. Emellett tárgyalja az alumínium, a CNC megmunkálásban használt legnépszerűbb ötvözetek tulajdonságait, valamint az alumínium különböző iparágakban való alkalmazását.
megmunkálhatósága
Az alumínium könnyen alakítható, megmunkálható és megmunkálható különféle eljárásokkal. Gyorsan és könnyen vágható szerszámgépekkel, mivel puha és könnyen forgácsolódik. Olcsóbb is, és kevesebb energiát igényel a megmunkálásához, mint az acél. Ezek a tulajdonságok óriási előnyökkel járnak mind a gépész, mind az alkatrészt megrendelő ügyfél számára. Továbbá az alumínium jó megmunkálhatósága azt jelenti, hogy a megmunkálás során kevésbé deformálódik. Ez nagyobb pontossághoz vezet, mivel lehetővé teszi a CNC gépek számára a nagyobb tűréshatárok elérését.
Erő-súly arány
Az alumínium sűrűsége körülbelül egyharmada az acélénak. Ez viszonylag könnyűvé teszi. Könnyű súlya ellenére az alumínium nagyon nagy szilárdságú. A szilárdság és a kis súly ezen kombinációját az anyagok szilárdság-tömeg arányának nevezik. Az alumínium magas szilárdság-tömeg aránya előnyössé teszi számos iparágban, például az autóiparban és a repülőgépiparban szükséges alkatrészekhez.
Korróziós ellenállás
Az alumínium karcálló és korrózióálló a szokásos tengeri és légköri körülmények között. Ezeket a tulajdonságokat eloxálással fokozhatja. Fontos megjegyezni, hogy a korrózióállóság az alumínium különböző minőségeinél változó. A leggyakrabban CNC-megmunkált minőségek azonban a legnagyobb ellenállással rendelkeznek.
Teljesítmény alacsony hőmérsékleten
A legtöbb anyag hajlamos elveszíteni néhány kívánatos tulajdonságát nulla fok alatti hőmérsékleten. Például mind a szénacélok, mind a gumi rideggé válnak alacsony hőmérsékleten. Az alumínium viszont nagyon alacsony hőmérsékleten megőrzi puhaságát, képlékenységét és szilárdságát.
Elektromos vezetőképesség
A tiszta alumínium elektromos vezetőképessége szobahőmérsékleten körülbelül 37.7 millió siemens méterenként. Bár az alumíniumötvözetek vezetőképessége alacsonyabb lehet, mint a tiszta alumíniumé, elég vezetőképesek ahhoz, hogy alkatrészeiket elektromos alkatrészekben használják. Másrészt az alumínium nem lenne megfelelő anyag, ha az elektromos vezetőképesség nem kívánatos tulajdonsága a megmunkált alkatrésznek.
Újrafeldolgozhatóság
Mivel ez egy kivonó gyártási folyamat, a CNC megmunkálási folyamatok nagyszámú forgácsot termelnek, amelyek hulladékanyagok. Az alumínium könnyen újrahasznosítható, ami azt jelenti, hogy viszonylag kevés energiát, erőfeszítést és költséget igényel újrahasznosítása. Ez előnyösebbé teszi azok számára, akik meg akarják térülni a kiadásaikat, vagy csökkenteni szeretnék az anyagpazarlást. Emellett környezetbarátabb anyaggá is teszi az alumíniumot a megmunkálás szempontjából.
Eloxálási potenciál
Az eloxálás, amely egy felületkezelési eljárás, amely növeli az anyag kopás- és korrózióállóságát, könnyen megvalósítható alumínium esetében. Ez az eljárás megkönnyíti a megmunkált alumínium alkatrészek színezését is.
Népszerű alumíniumötvözetek CNC megmunkáláshoz
Az Xometry-nél szerzett tapasztalataink alapján a következő 5 alumíniumminőség a CNC megmunkáláshoz leggyakrabban használtak közé tartozik.
HU AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Alternatív megnevezések: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Ennek az alumíniumötvözetnek a fő ötvözőeleme (4-5%) a réz. Rövid forgácsú ötvözet, amely tartós, könnyű, rendkívül funkcionális, és ugyanolyan kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, mint az AW 2030. Alkalmas menetvágásra, hőkezelésre és nagysebességű megmunkálásra is. Mindezek a tulajdonságok teszik az EN AW 2007-et széles körben használtá gépalkatrészek, csavarok, szegecsek, anyák, csavarok és menetes rudak gyártásában. Ennek az alumíniumminőségnek azonban alacsony a hegeszthetősége és alacsony a korrózióállósága; ezért az alkatrészek megmunkálása után ajánlott védő eloxálást végezni.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Alternatív megnevezések: 3.3547; 5083 ötvözet; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
Az AW 5083 kiváló teljesítményéről ismert zord környezetben. Magnéziumot és kis mennyiségű krómot és mangánt tartalmaz. Ez a minőség nagyon jól ellenáll a korróziónak mind kémiai, mind tengeri környezetben. Az összes nem hőkezelhető ötvözet közül az AW 5080 rendelkezik a legnagyobb szilárdsággal; ezt a tulajdonságot hegesztés után is megőrzi. Bár ezt az ötvözetet nem szabad 65°C-nál magasabb hőmérsékleten használni, alacsony hőmérsékleten kiválóan teljesít.
Kívánatos tulajdonságainak köszönhetően az AW 5080-at számos alkalmazásban használják, beleértve a kriogén berendezéseket, a tengeri alkalmazásokat, a nyomástartó berendezéseket, a vegyipari alkalmazásokat, a hegesztett szerkezeteket és a járműkarosszériákat.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Alternatív megnevezések: 3.3535; 5754 ötvözet; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Mivel az AW 5754 egy kovácsolt alumínium-magnézium ötvözet, amelynek legmagasabb az alumíniumtartalma, hengerelhető, kovácsolható és extrudálható. Nem hőkezelhető, és hidegalakítható a szilárdsága növelése érdekében, de alacsonyabb képlékenységgel. Ezenkívül ez az ötvözet kiváló korrózióállósággal és nagy szilárdsággal rendelkezik. Ezeket a tulajdonságokat figyelembe véve érthető, hogy az AW 5754 az egyik legnépszerűbb CNC-megmunkált alumíniumminőség. Tipikusan hegesztett szerkezetekben, padlóburkolatokban, horgászfelszerelésekben, járműkarosszériákban, élelmiszer-feldolgozásban és szegecsekben használják.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Alternatív megnevezések: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Ez egy magnézium- és szilíciumtartalmú alakítható alumíniumötvözet. Hőkezelhető, átlagos szilárdsággal, jó hegeszthetőséggel és jó alakíthatósággal rendelkezik. Emellett rendkívül ellenálló a korrózióval szemben; ez a tulajdonság eloxálással még tovább javítható. Az EN AW 6060-at gyakran használják az építőiparban, az élelmiszer-feldolgozásban, az orvosi berendezésekben és az autóiparban.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Alternatív megnevezések: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
A cink az alumínium ezen minőségi változatának elsődleges ötvözőeleme. Bár az EN AW 7075 átlagos megmunkálhatósággal, gyenge hidegalakíthatósággal rendelkezik, és nem alkalmas mind hegesztésre, mind forrasztásra, magas a szilárdság-sűrűség aránya, kiválóan ellenáll a légköri és tengeri környezetnek, és szilárdsága összehasonlítható egyes acélötvözetekkel. Ezt az ötvözetet nagyon széles körben alkalmazzák, beleértve a sárkányrepülő és kerékpárvázakat, sziklamászó felszereléseket, fegyvereket és öntőformák gyártását.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Alternatív megnevezések: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Ez az ötvözet fő ötvözőelemei magnézium és szilícium, valamint nyomokban rezet tartalmaz. 180 MPa szakítószilárdságával nagy szilárdságú ötvözet, és kiválóan alkalmas nagy terhelésű szerkezetekhez, például állványzatokhoz, vasúti kocsikhoz, gép- és repülőgépipari alkatrészekhez.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Alternatív megnevezések: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Ez az ötvözet, amelyet jellemzően hengerléssel és extrudálással alakítanak ki, közepes szilárdságú, nagyon jó hegeszthetőséggel és hővezető képességgel rendelkezik. Nagy a feszültségkorrózióval és repedéssel szembeni ellenállása. Szakítószilárdsága 140 és 330 MPa között mozog. Széles körben alkalmazzák tengeri építkezésekben és konténerekben.
Alumínium CNC megmunkálási folyamatok
Az alumíniumot számos, ma elérhető CNC megmunkálási eljárással megmunkálhatja. Ezek közül néhány a következő.
CNC esztergálás
CNC esztergálási műveletek során a munkadarab forog, miközben az egypontos forgácsolószerszám mozdulatlanul marad a tengelye mentén. A géptől függően vagy a munkadarab, vagy a forgácsolószerszám hajt végre előtolási mozgást a másikkal szemben az anyagleválasztás elérése érdekében.
CNC
A CNC marási műveletek a leggyakrabban használt módszerek az alumínium alkatrészek megmunkálásában. Ezek a műveletek egy többpontos forgácsolóelem forgatását foglalják magukban a tengelye körül, miközben a munkadarab a saját tengelye körül mozdulatlan marad. A forgácsolási műveletet és az azt követő anyageltávolítást a munkadarab, a vágószerszám vagy mindkettő együttes előtolásos mozgása éri el. Ez a mozgás több tengely mentén is végrehajtható.
Zsebesítés
Zsebmarásként is ismert, a zsebmarás a CNC marás egy formája, amelynek során egy üreges zsebet munkálnak meg egy alkatrészben.
Szembenézés
A homlokmegmunkálás során a munkadarab felületén sík keresztmetszeti területet hoznak létre homlokesztergálás vagy homlokmarás segítségével.
CNC fúrás
A CNC fúrás egy furat készítésének folyamata egy munkadarabban. Ennél a műveletnél egy adott méretű, több ponton forgó vágószerszám egyenes vonalban mozog, merőlegesen a fúrandó felületre, ezáltal gyakorlatilag furatot hoz létre.
Szerszámok alumínium megmunkálásához
Számos tényező befolyásolja az alumínium CNC megmunkálásához szükséges szerszám kiválasztását.
Szerszámtervezés
A szerszámgeometriának különböző aspektusai járulnak hozzá az alumínium megmunkálásának hatékonyságához. Ezek egyike a hornyok száma. A nagy sebességnél jelentkező forgácseltávolítási nehézségek elkerülése érdekében az alumínium CNC megmunkálásához használt forgácsolószerszámoknak 2-3 horonnyal kell rendelkezniük. A nagyobb hornyok száma kisebb forgácsvölgyeket eredményez. Ez az alumíniumötvözetek által termelt nagy forgácsok elakadásához vezet. Ha a forgácsolási erők alacsonyak, és a forgácstávolság kritikus fontosságú a folyamat szempontjából, akkor 2 hornyot kell használni. A forgácstávolság és a szerszám szilárdsága közötti tökéletes egyensúly érdekében 3 hornyot kell használni.
Helix Szög
A hélixszög a szerszám középvonala és a vágóél mentén húzott egyenes érintője közötti szög. Ez a forgácsolószerszámok fontos jellemzője. Míg a nagyobb hélixszög gyorsabban távolítja el a forgácsokat az alkatrészről, a forgácsolás során növeli a súrlódást és a hőt. Ez ahhoz vezethet, hogy a forgácsok a szerszám felületéhez hegednek nagysebességű alumínium CNC megmunkálás során. Egy alacsonyabb hélixszög ezzel szemben kevesebb hőt termel, de előfordulhat, hogy nem távolítja el hatékonyan a forgácsokat. Alumínium megmunkálásakor a 35°-os vagy 40°-os hélixszög alkalmas nagyoló megmunkálásokhoz, míg a 45°-os hélixszög a legjobb a simításhoz.
Kiürülési szög
A hátszög egy másik fontos tényező a szerszám megfelelő működéséhez. A túl nagy szög a szerszám bemélyedését és rezgést okozhat. Másrészt a túl kicsi szög súrlódást okozhat a szerszám és a munkadarab között. A 6° és 10° közötti hátszögek a legjobbak az alumínium CNC megmunkálásához.
Szerszám Anyaga
A keményfém az alumínium CNC-megmunkálásában használt vágószerszámok előnyben részesített anyaga. Mivel az alumínium lágy forgácsolással rendelkezik, az alumínium vágószerszámában nem a keménység a fontos, hanem az, hogy megtartsa a borotvaéles élét. Ez a képesség a keményfém szerszámokban megvan, és két tényezőtől függ: a keményfém szemcsemérettől és a kötőanyag arányától. Míg a nagyobb szemcseméret keményebb anyagot eredményez, a kisebb szemcseméret szívósabb, ütésállóbb anyagot garantál, ami valójában a szükséges tulajdonság. A kisebb szemcsékhez kobalt szükséges a finomszemcsés szerkezet és az anyag szilárdságának eléréséhez.
A kobalt azonban magas hőmérsékleten reakcióba lép az alumíniummal, és alumínium éllerakódást képez a szerszám felületén. A kulcs a megfelelő kobalttartalmú (2-20%) keményfém szerszám használata, hogy minimalizáljuk ezt a reakciót, miközben megőrizzük a szükséges szilárdságot. A keményfém szerszámok jellemzően jobban bírják az alumínium CNC megmunkálásával járó nagy sebességeket, mint az acél szerszámok.
A szerszámanyag mellett a szerszámbevonat is fontos tényező a szerszámvágási hatékonyságban. A ZrN (cirkónium-nitrid), a TiB2 (titán-diborid) és a gyémántszerű bevonatok alkalmasak az alumínium CNC megmunkálásához használt szerszámok bevonataira.
Táplálékok és sebességek
A forgácsolási sebesség az a sebesség, amellyel a vágószerszám forog. Az alumínium nagyon nagy forgácsolási sebességet bír ki, ezért az alumíniumötvözetek forgácsolási sebessége a használt gép korlátaitól függ. A sebességnek a lehető legmagasabbnak kell lennie az alumínium CNC megmunkálásakor, mivel ez csökkenti az élrátétek kialakulásának lehetőségét, időt takarít meg, minimalizálja az alkatrész hőmérséklet-emelkedését, javítja a forgácstörést és javítja a kidolgozást. A pontos használt sebesség az alumíniumötvözettől és a szerszám átmérőjétől függ.
Az előtolási sebesség az a távolság, amelyet a munkadarab vagy a szerszám a szerszám egy fordulata alatt megtesz. Az alkalmazott előtolás a kívánt felületminőségtől, a munkadarab szilárdságától és merevségétől függ. A durva megmunkáláshoz 0.15–2.03 mm/fordulat, míg a simító megmunkáláshoz 0.05–0.15 mm/fordulat előtolás szükséges.
Vágófolyadék
Megmunkálhatósága ellenére soha ne vágjon alumíniumot szárazon, mivel ez elősegíti az élrátétek kialakulását. Az alumínium CNC megmunkálásához megfelelő vágófolyadékok az oldható olajos emulziók és az ásványi olajok. Kerülje a klórt vagy aktív ként tartalmazó vágófolyadékokat, mivel ezek az elemek foltot hagyhatnak az alumíniumon.
Utómegmunkálási folyamatok
Egy alumínium alkatrész megmunkálása után bizonyos eljárások végezhetők az alkatrész fizikai, mechanikai és esztétikai tulajdonságainak javítása érdekében. A legelterjedtebb eljárások a következők.
Gyöngy- és homokfúvás
A szemcseszórás egy esztétikai célokat szolgáló felületkezelési eljárás. Ennél az eljárásnál a megmunkált alkatrészt apró üveggyöngyökkel szemcseszórják nagynyomású levegőpisztollyal, ami hatékonyan eltávolítja az anyagot és sima felületet biztosít. Az alumíniumnak szatén vagy matt felületet ad. A szemcseszórás fő folyamatparaméterei az üveggyöngyök mérete és a használt légnyomás mértéke. Ezt az eljárást csak akkor alkalmazza, ha az alkatrész mérettűrése nem kritikus.
Egyéb felületkezelési eljárások közé tartozik a polírozás és a festés.
Bevonat
Ez egy alumínium alkatrész bevonását jelenti egy másik anyaggal, például cinkkel, nikkellel és krómmal. Ezt az alkatrészgyártási folyamatok javítása érdekében teszik, és elektrokémiai eljárásokkal is elérhető.
Eloxálás
Az eloxálás egy elektrokémiai folyamat, amelynek során egy alumínium alkatrészt hígított kénsavoldatba mártanak, majd elektromos feszültséget kapcsolnak a katódra és az anódra. Ez a folyamat hatékonyan átalakítja az alkatrész szabadon lévő felületeit kemény, elektromosan nem reaktív alumínium-oxid bevonattá. A létrehozott bevonat sűrűsége és vastagsága az oldat állagától, az eloxálási időtől és az elektromos áramtól függ. Az eloxálást az alkatrész színezésére is elvégezheti.
Porszórás
A porbevonási eljárás során egy alkatrészt színes polimer porral vonnak be elektrosztatikus szórópisztoly segítségével. Az alkatrészt ezután 200°C-on hagyják kikeményedni. A porbevonás javítja a szilárdságot, valamint a kopás-, korrózió- és ütésállóságot.
Hőkezelés
A hőkezelhető alumíniumötvözetekből készült alkatrészek hőkezelésnek vethetők alá mechanikai tulajdonságaik javítása érdekében.
CNC megmunkált alumínium alkatrészek alkalmazása az iparban
Amint azt korábban említettük, az alumíniumötvözetek számos kívánatos tulajdonsággal rendelkeznek. Ezért a CNC-megmunkált alumínium alkatrészek nélkülözhetetlenek számos iparágban, beleértve a következőket:
- légtérmagas szilárdság-tömeg aránya miatt számos repülőgép-szerelvényt megmunkált alumíniumból készítenek;
- AutóipariA repülőgépiparhoz hasonlóan az autóiparban is számos alkatrész, például tengelyek és egyéb alkatrészek készülnek alumíniumból;
- ElektromosA CNC-vel megmunkált alumínium alkatrészeket gyakran használják elektronikus alkatrészként elektromos készülékekben, mivel nagy elektromos vezetőképességgel rendelkeznek;
- Élelmiszer/Gyógyszer: mivel a legtöbb szerves anyaggal nem reagálnak, az alumínium alkatrészek fontos szerepet játszanak az élelmiszer- és gyógyszeriparban;
- SportAz alumíniumot gyakran használják sporteszközök, például baseballütők és sportsípok gyártásához;
- CryogenicsAz alumínium azon képessége, hogy fagypont alatti hőmérsékleten is megőrzi mechanikai tulajdonságait, kívánatossá teszi az alumínium alkatrészeket kriogén alkalmazásokhoz.