Aluminium untuk Material Pemesinan CNC
Aluminium adalah salah satu material yang paling banyak diolah dengan mesin saat ini. Bahkan, proses pemesinan CNC aluminium berada di urutan kedua setelah baja dalam hal frekuensi pelaksanaan. Hal ini terutama disebabkan oleh kemampuan pemesinannya yang sangat baik.
Dalam bentuk paling murni, unsur kimia aluminium bersifat lunak, ulet, non-magnetik, dan berwarna putih keperakan. Namun, unsur ini tidak hanya digunakan dalam bentuk murni. Aluminium biasanya dipadukan dengan berbagai unsur seperti mangan, tembaga, dan magnesium untuk membentuk ratusan paduan aluminium dengan berbagai sifat yang jauh lebih baik.
Artikel ini membahas proses, alat, parameter, dan tantangan yang terkait dengan pemesinan CNC aluminium dan paduannya. Artikel ini juga membahas sifat-sifat aluminium, paduan paling populer yang digunakan dalam pemesinan CNC, serta aplikasi aluminium di berbagai industri.
machinability
Aluminium mudah dibentuk, dikerjakan, dan diproses menggunakan berbagai proses. Aluminium dapat dipotong dengan cepat dan mudah oleh mesin perkakas karena lunak dan mudah terkelupas. Selain itu, aluminium lebih murah dan membutuhkan daya yang lebih sedikit untuk diproses dibandingkan baja. Karakteristik ini sangat menguntungkan baik bagi operator mesin maupun pelanggan yang memesan komponen tersebut. Lebih lanjut, kemampuan aluminium untuk diproses dengan baik berarti aluminium kurang mengalami deformasi selama pengerjaan. Hal ini menghasilkan akurasi yang lebih tinggi karena memungkinkan mesin CNC mencapai toleransi yang lebih tinggi.
Rasio Kekuatan terhadap Berat
Aluminium memiliki kepadatan sekitar sepertiga dari baja. Hal ini membuatnya relatif ringan. Meskipun ringan, aluminium memiliki kekuatan yang sangat tinggi. Kombinasi kekuatan dan bobot ringan ini disebut sebagai rasio kekuatan terhadap berat material. Rasio kekuatan terhadap berat aluminium yang tinggi membuatnya cocok untuk komponen yang dibutuhkan di beberapa industri seperti industri otomotif dan kedirgantaraan.
Ketahanan Korosi
Aluminium tahan gores dan tahan korosi dalam kondisi laut dan atmosfer umum. Anda dapat meningkatkan sifat-sifat ini dengan anodisasi. Penting untuk dicatat bahwa ketahanan terhadap korosi bervariasi pada berbagai jenis aluminium. Namun, jenis aluminium yang paling sering diproses dengan mesin CNC memiliki ketahanan paling tinggi.
Kinerja pada Suhu Rendah
Sebagian besar material cenderung kehilangan beberapa sifat yang diinginkan pada suhu di bawah nol derajat. Misalnya, baja karbon dan karet menjadi rapuh pada suhu rendah. Aluminium, sebaliknya, mempertahankan kelembutan, keuletan, dan kekuatannya pada suhu yang sangat rendah.
Konduktivitas listrik
Konduktivitas listrik aluminium murni sekitar 37.7 juta siemens per meter pada suhu ruangan. Meskipun paduan aluminium mungkin memiliki konduktivitas yang lebih rendah daripada aluminium murni, konduktivitasnya cukup untuk digunakan dalam komponen listrik. Di sisi lain, aluminium akan menjadi material yang tidak cocok jika konduktivitas listrik bukanlah karakteristik yang diinginkan dari suatu bagian yang dikerjakan dengan mesin.
Dapat didaur ulang
Karena merupakan proses manufaktur subtraktif, proses pemesinan CNC menghasilkan sejumlah besar serpihan, yang merupakan bahan limbah. Aluminium sangat mudah didaur ulang, yang berarti membutuhkan energi, upaya, dan biaya yang relatif rendah untuk didaur ulang. Hal ini menjadikannya pilihan yang lebih disukai bagi mereka yang ingin mendapatkan kembali pengeluaran atau mengurangi pemborosan material. Selain itu, aluminium juga merupakan material yang lebih ramah lingkungan untuk diproses.
Potensi Anodisasi
Anodisasi, yaitu prosedur penyelesaian permukaan yang meningkatkan ketahanan aus dan korosi suatu material, mudah dilakukan pada aluminium. Proses ini juga mempermudah penambahan warna pada bagian aluminium yang telah diolah.
Paduan Aluminium Populer untuk Pemesinan CNC
Berdasarkan pengalaman kami di Xometry, 5 jenis aluminium berikut ini adalah yang paling sering digunakan untuk pemesinan CNC.
EN AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Penamaan alternatif: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Paduan aluminium ini memiliki tembaga sebagai unsur paduan utamanya (4-5%). Ini adalah paduan yang mudah diproses, tahan lama, ringan, sangat fungsional, dan memiliki sifat mekanik yang sama tingginya dengan AW 2030. Paduan ini juga cocok untuk pembuatan ulir, perlakuan panas, dan pemesinan kecepatan tinggi. Semua sifat ini membuat EN AW 2007 banyak digunakan dalam produksi komponen mesin, baut, paku keling, mur, sekrup, dan batang berulir. Namun, jenis aluminium ini memiliki kemampuan pengelasan dan ketahanan korosi yang rendah; oleh karena itu, disarankan untuk melakukan anodisasi pelindung setelah pemesinan komponen.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Penamaan alternatif: 3.3547; Paduan 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 terkenal karena kinerjanya yang sangat baik di lingkungan yang keras. Paduan ini mengandung magnesium dan sejumlah kecil kromium dan mangan. Paduan ini memiliki ketahanan korosi yang sangat tinggi baik di lingkungan kimia maupun kelautan. Dari semua paduan yang tidak dapat diolah panas, AW 5080 memiliki kekuatan tertinggi; sifat yang tetap terjaga bahkan setelah pengelasan. Meskipun paduan ini tidak boleh digunakan dalam aplikasi dengan suhu lebih tinggi dari 65°C, paduan ini unggul dalam aplikasi suhu rendah.
Karena memiliki serangkaian sifat yang diinginkan, AW 5080 digunakan dalam berbagai aplikasi termasuk peralatan kriogenik, aplikasi kelautan, peralatan bertekanan, aplikasi kimia, konstruksi las, dan bodi kendaraan.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Penamaan alternatif: 3.3535; Paduan 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Sebagai paduan aluminium-magnesium tempa dengan persentase aluminium tertinggi, AW 5754 dapat digulung, ditempa, dan diekstrusi. Paduan ini juga tidak dapat diolah panas dan dapat dikerjakan dingin untuk meningkatkan kekuatannya, tetapi dengan daktilitas yang lebih rendah. Selain itu, paduan ini memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dan kekuatan yang tinggi. Dengan mempertimbangkan sifat-sifat ini, dapat dipahami bahwa AW 5754 adalah salah satu jenis aluminium yang paling populer untuk pemesinan CNC. Paduan ini biasanya digunakan dalam struktur las, aplikasi lantai, peralatan memancing, bodi kendaraan, pengolahan makanan, dan paku keling.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Penamaan alternatif: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Ini adalah paduan aluminium tempa yang mengandung magnesium dan silikon. Paduan ini dapat diolah panas dan memiliki kekuatan rata-rata, kemampuan pengelasan yang baik, dan kemampuan pembentukan yang baik. Paduan ini juga sangat tahan terhadap korosi; sifat yang dapat ditingkatkan lebih lanjut melalui anodisasi. EN AW 6060 sering digunakan dalam konstruksi, pengolahan makanan, peralatan medis, dan teknik otomotif.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Penamaan alternatif: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Seng adalah unsur paduan utama dalam jenis aluminium ini. Meskipun EN AW 7075 memiliki kemampuan pemesinan rata-rata, sifat pembentukan dingin yang buruk, dan tidak cocok untuk pengelasan dan penyolderan; namun, ia memiliki rasio kekuatan terhadap kepadatan yang tinggi, ketahanan yang sangat baik terhadap lingkungan atmosfer dan laut, serta kekuatan yang sebanding dengan beberapa paduan baja. Paduan ini digunakan dalam berbagai aplikasi yang sangat luas, termasuk rangka paralayang dan sepeda, peralatan panjat tebing, persenjataan, dan pembuatan cetakan.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Penamaan alternatif: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Paduan ini mengandung magnesium dan silikon sebagai unsur paduan utama dengan sejumlah kecil tembaga. Dengan kekuatan tarik 180 MPa, ini adalah paduan berkekuatan tinggi dan sangat cocok untuk struktur yang menerima beban tinggi seperti perancah, gerbong kereta api, komponen mesin dan pesawat terbang.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Penamaan alternatif: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Biasanya dibentuk melalui proses penggulungan dan ekstrusi, paduan ini memiliki kekuatan sedang dengan kemampuan pengelasan dan konduktivitas termal yang sangat baik. Paduan ini memiliki ketahanan terhadap retak korosi tegangan yang tinggi. Kekuatan tariknya berkisar antara 140 – 330 MPa. Paduan ini banyak digunakan dalam konstruksi lepas pantai dan kontainer.
Proses Pemesinan CNC Aluminium
Anda dapat mengolah aluminium dengan sejumlah proses pemesinan CNC yang tersedia saat ini. Beberapa proses tersebut adalah sebagai berikut.
CNC Pembubutan
Dalam operasi pembubutan CNC, benda kerja berputar, sementara alat potong satu titik tetap diam di sepanjang sumbunya. Tergantung pada mesinnya, benda kerja atau alat potong melakukan gerakan umpan terhadap yang lain untuk mencapai penghilangan material.
CNC Milling
Operasi penggilingan CNC adalah yang paling umum digunakan dalam pengerjaan komponen aluminium. Operasi ini melibatkan rotasi alat potong multi-titik di sepanjang sumbunya, sementara benda kerja tetap diam di sepanjang sumbunya sendiri. Aksi pemotongan dan selanjutnya penghilangan material dicapai melalui gerakan umpan benda kerja, alat potong, atau kombinasi keduanya. Gerakan ini dapat dilakukan di sepanjang beberapa sumbu.
Mengantongi
Juga dikenal sebagai pocket milling, pocketing adalah bentuk penggilingan CNC di mana rongga berongga dibuat pada suatu bagian.
Menghadapi
Proses perataan permukaan dalam permesinan melibatkan pembuatan area penampang datar pada permukaan benda kerja melalui pembubutan permukaan atau penggilingan permukaan.
Pengeboran CNC
Pengeboran CNC adalah proses pembuatan lubang pada benda kerja. Dalam operasi ini, alat potong berputar multi-titik dengan ukuran tertentu bergerak dalam garis lurus tegak lurus terhadap permukaan yang akan dibor, sehingga secara efektif menciptakan lubang.
Alat untuk Pemesinan Aluminium
Ada beberapa faktor yang memengaruhi pemilihan alat untuk pemesinan CNC aluminium.
Desain Alat
Ada berbagai aspek geometri alat yang berkontribusi pada efisiensinya dalam pemesinan aluminium. Salah satunya adalah jumlah alurnya. Untuk mencegah kesulitan dalam evakuasi serpihan pada kecepatan tinggi, alat potong untuk pemesinan CNC aluminium harus memiliki 2-3 alur. Jumlah alur yang lebih tinggi menghasilkan lembah serpihan yang lebih kecil. Ini akan menyebabkan serpihan besar yang dihasilkan oleh paduan aluminium tersangkut. Ketika gaya pemotongan rendah dan pembersihan serpihan sangat penting untuk proses tersebut, Anda harus menggunakan 2 alur. Untuk keseimbangan sempurna antara pembersihan serpihan dan kekuatan alat, gunakan 3 alur.
Sudut Helix
Sudut heliks adalah sudut antara garis tengah alat dan garis lurus yang menyinggung sepanjang tepi pemotong. Ini merupakan fitur penting dari alat potong. Meskipun sudut heliks yang lebih besar menghilangkan serpihan dari suatu bagian lebih cepat, hal itu meningkatkan gesekan dan panas selama pemotongan. Ini dapat menyebabkan serpihan menempel pada permukaan alat selama pemesinan CNC aluminium kecepatan tinggi. Di sisi lain, sudut heliks yang lebih kecil menghasilkan lebih sedikit panas tetapi mungkin tidak menghilangkan serpihan secara efektif. Untuk pemesinan aluminium, sudut heliks 35° atau 40° cocok untuk aplikasi pengasaran, sedangkan sudut heliks 45° paling baik untuk penyelesaian akhir.
Sudut Izin
Sudut bebas (clearance angle) adalah faktor penting lainnya untuk berfungsinya alat dengan baik. Sudut yang terlalu besar akan menyebabkan alat menancap ke benda kerja dan menimbulkan getaran. Di sisi lain, sudut yang terlalu kecil akan menyebabkan gesekan antara alat dan benda kerja. Sudut bebas antara 6° dan 10° adalah yang terbaik untuk pemesinan CNC aluminium.
Bahan Alat
Karbida adalah material pilihan untuk alat potong yang digunakan dalam pemesinan CNC aluminium. Karena aluminium mudah dipotong, yang penting dalam alat potong untuk aluminium bukanlah kekerasan, tetapi kemampuan untuk mempertahankan ketajaman mata pisau. Kemampuan ini ada pada alat karbida dan bergantung pada dua faktor, ukuran butir karbida dan rasio pengikat. Meskipun ukuran butir yang lebih besar menghasilkan material yang lebih keras, ukuran butir yang lebih kecil menjamin material yang lebih kuat dan tahan benturan, yang sebenarnya merupakan sifat yang kita butuhkan. Butir yang lebih kecil membutuhkan kobalt untuk mencapai struktur butir halus dan kekuatan material.
Namun, kobalt bereaksi dengan aluminium pada suhu tinggi, membentuk lapisan aluminium yang menumpuk di permukaan alat. Kuncinya adalah menggunakan alat karbida dengan jumlah kobalt yang tepat (2-20%), untuk meminimalkan reaksi ini, sambil tetap mempertahankan kekuatan yang dibutuhkan. Alat karbida biasanya mampu menahan kecepatan tinggi yang terkait dengan pemesinan CNC aluminium lebih baik daripada alat baja.
Selain material perkakas, lapisan perkakas merupakan faktor penting dalam efisiensi pemotongan. ZrN (Zirkonium Nitrida), TiB2 (Titanium di-Borid), dan lapisan mirip intan adalah beberapa lapisan yang cocok untuk perkakas yang digunakan dalam pemesinan CNC aluminium.
Umpan dan Kecepatan
Kecepatan pemotongan adalah kecepatan putaran alat potong. Aluminium dapat menahan kecepatan pemotongan yang sangat tinggi, oleh karena itu kecepatan pemotongan untuk paduan aluminium bergantung pada batasan mesin yang digunakan. Kecepatan harus setinggi mungkin yang praktis dalam pemesinan CNC aluminium, karena ini mengurangi kemungkinan pembentukan tepi yang menumpuk, menghemat waktu, meminimalkan kenaikan suhu pada bagian yang dipotong, meningkatkan pemecahan serpihan, dan meningkatkan hasil akhir. Kecepatan yang tepat yang digunakan bervariasi tergantung pada paduan aluminium dan diameter alat.
Laju pemakanan adalah jarak yang ditempuh benda kerja atau alat per putaran alat. Laju pemakanan yang digunakan bergantung pada hasil akhir yang diinginkan, kekuatan, dan kekakuan benda kerja. Pemotongan kasar membutuhkan laju pemakanan 0.15 hingga 2.03 mm/putaran, sedangkan pemotongan akhir membutuhkan laju pemakanan 0.05 hingga 0.15 mm/putaran.
Cairan Pemotong
Meskipun mudah dikerjakan, jangan pernah memotong aluminium dalam keadaan kering karena hal ini memicu pembentukan penumpukan material pada tepi potongan. Cairan pemotong yang tepat untuk pemesinan CNC aluminium adalah emulsi minyak larut dan minyak mineral. Hindari cairan pemotong yang mengandung klorin atau sulfur aktif karena unsur-unsur ini dapat meninggalkan noda pada aluminium.
Proses pasca-pemesinan
Setelah melakukan pemesinan pada bagian aluminium, ada beberapa proses yang dapat dilakukan untuk meningkatkan fitur fisik, mekanis, dan estetika bagian tersebut. Proses yang paling umum adalah sebagai berikut.
Peledakan Manik dan Pasir
Penyemprotan butiran (bead blasting) adalah proses penyelesaian untuk tujuan estetika. Dalam proses ini, bagian yang telah dikerjakan disemprot dengan butiran kaca kecil menggunakan pistol udara bertekanan tinggi, yang secara efektif menghilangkan material dan memastikan permukaan yang halus. Proses ini memberikan hasil akhir satin atau matte pada aluminium. Parameter proses utama untuk penyemprotan butiran adalah ukuran butiran kaca dan jumlah tekanan udara yang digunakan. Proses ini hanya digunakan jika toleransi dimensi suatu bagian tidak kritis.
Proses penyelesaian lainnya meliputi pemolesan dan pengecatan.
lapisan
Proses ini melibatkan pelapisan bagian aluminium dengan bahan lain seperti seng, nikel, dan kromium. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan proses pembuatan komponen dan dapat dicapai melalui proses elektrokimia.
Anodisasi
Anodisasi adalah proses elektrokimia di mana bagian aluminium dicelupkan ke dalam larutan asam sulfat encer, dan tegangan listrik diterapkan di antara katoda dan anoda. Proses ini secara efektif mengubah permukaan bagian yang terpapar menjadi lapisan oksida aluminium yang keras dan tidak reaktif secara elektrik. Kepadatan dan ketebalan lapisan yang dihasilkan bergantung pada konsistensi larutan, waktu anodisasi, dan arus listrik. Anda juga dapat melakukan anodisasi untuk mewarnai suatu bagian.
powder Coating
Proses pelapisan bubuk melibatkan pelapisan suatu bagian dengan bubuk polimer berwarna, menggunakan pistol semprot elektrostatik. Bagian tersebut kemudian dibiarkan mengering pada suhu 200°C. Pelapisan bubuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan terhadap keausan, korosi, dan benturan.
Perawatan panas
Komponen yang terbuat dari paduan aluminium yang dapat diolah dengan panas dapat menjalani perlakuan panas untuk meningkatkan sifat mekaniknya.
Aplikasi Komponen Aluminium yang Dibuat dengan Mesin CNC di Industri
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, paduan aluminium memiliki sejumlah sifat yang diinginkan. Oleh karena itu, komponen aluminium yang diproses dengan mesin CNC sangat diperlukan di beberapa industri, termasuk yang berikut ini:
- Aerospace: karena rasio kekuatan terhadap beratnya yang tinggi, beberapa perlengkapan pesawat dibuat dari aluminium yang diolah dengan mesin;
- OtomotifSama seperti di industri kedirgantaraan, beberapa bagian seperti poros dan komponen lainnya di industri otomotif terbuat dari aluminium;
- Electrical Karena memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, komponen aluminium yang diproses dengan mesin CNC sering digunakan sebagai komponen elektronik dalam peralatan listrik;
- Makanan/FarmasiKarena tidak bereaksi dengan sebagian besar zat organik, komponen aluminium memainkan peran penting dalam industri makanan dan farmasi;
- OlahragaAluminium sering digunakan untuk membuat peralatan olahraga seperti pemukul bisbol dan peluit olahraga;
- KriogenikKemampuan aluminium untuk mempertahankan sifat mekaniknya pada suhu di bawah nol membuat komponen aluminium diinginkan untuk aplikasi kriogenik.