CNC өңдеу материалдарына арналған алюминий
Алюминий бүгінгі таңда ең көп өңделетін материалдардың бірі болып табылады. Шын мәнінде, алюминийді CNC өңдеу процестері орындалу жиілігі бойынша болаттан кейінгі екінші орында. Бұл негізінен оның керемет өңдеу мүмкіндігіне байланысты.
Таза түрінде алюминий химиялық элементі жұмсақ, иілгіш, магнитті емес және күмістей ақ түсті болады. Дегенмен, бұл элемент тек таза түрінде ғана қолданылмайды. Алюминий әдетте марганец, мыс және магний сияқты әртүрлі элементтермен қорытпаланып, әртүрлі айтарлықтай жақсартылған қасиеттері бар жүздеген алюминий қорытпаларын түзеді.
Бұл мақалада алюминий мен оның қорытпаларын CNC өңдеу процестері, құралдары, параметрлері және қиындықтары қарастырылады. Сондай-ақ, CNC өңдеуде қолданылатын ең танымал қорытпалар болып табылатын алюминийдің қасиеттері, сондай-ақ алюминийдің әртүрлі салаларда қолданылуы талқыланады.
Машиналық қабілеттілік
Алюминий әртүрлі процестерді қолдана отырып оңай қалыптастырылады, өңделеді және өңделеді. Оны станоктармен тез және оңай кесуге болады, себебі ол жұмсақ және оңай сынады. Сондай-ақ, ол арзанырақ және болатқа қарағанда өңдеу үшін аз қуат қажет. Бұл сипаттамалар механик үшін де, бөлшекті тапсырыс беруші үшін де үлкен пайда әкеледі. Сонымен қатар, алюминийдің жақсы өңделуі оның өңдеу кезінде аз деформацияланатынын білдіреді. Бұл CNC станоктарына жоғары төзімділікке қол жеткізуге мүмкіндік беретіндіктен, дәлдіктің жоғарылауына әкеледі.
Күштің салмаққа қатынасы
Алюминий болаттың тығыздығының шамамен үштен бір бөлігін құрайды. Бұл оны салыстырмалы түрде жеңіл етеді. Жеңіл салмағына қарамастан, алюминий өте жоғары беріктікке ие. Беріктік пен жеңіл салмақтың бұл үйлесімі материалдардың беріктік пен салмақ қатынасы ретінде сипатталады. Алюминийдің беріктік пен салмақ қатынасының жоғары болуы оны автомобиль және аэроғарыш өнеркәсібі сияқты бірнеше салаларда қажетті бөлшектер үшін қолайлы етеді.
Коррозияға төзімділік
Алюминий теңіз және атмосфералық жағдайларда сызаттарға және коррозияға төзімді. Бұл қасиеттерді анодтау арқылы жақсартуға болады. Әр түрлі алюминий маркаларында коррозияға төзімділік әртүрлі болатынын ескеру маңызды. Дегенмен, ең жиі CNC өңделетін маркалар ең жоғары төзімділікке ие.
Төмен температуралардағы өнімділік
Көптеген материалдар нөлден төмен температурада кейбір қажетті қасиеттерін жоғалтуға бейім. Мысалы, көміртекті болаттар да, резеңке де төмен температурада сынғыш болады. Алюминий, өз кезегінде, өте төмен температурада өзінің жұмсақтығын, иілгіштігін және беріктігін сақтайды.
Электр өткізгіштік
Таза алюминийдің электр өткізгіштігі бөлме температурасында метріне шамамен 37.7 миллион сименді құрайды. Алюминий қорытпаларының өткізгіштігі таза алюминийге қарағанда төмен болуы мүмкін болса да, олар бөлшектерінің электрлік компоненттерде қолданылуы үшін жеткілікті өткізгіштікке ие. Екінші жағынан, егер электр өткізгіштігі өңделген бөлшектің қалаулы сипаттамасы болмаса, алюминий жарамсыз материал болып табылады.
Қайта өңдеуге жарамдылық
Бұл субтрактивті өндіріс процесі болғандықтан, CNC өңдеу процестері қалдық материалдар болып табылатын көптеген чиптерді шығарады. Алюминий жоғары деңгейде қайта өңделеді, яғни оны қайта өңдеу салыстырмалы түрде аз энергия, күш және шығынды қажет етеді. Бұл оны шығындарды өтегісі келетін немесе материал шығынын азайтқысы келетіндер үшін қолайлы етеді. Сондай-ақ, бұл алюминийді өңдеу үшін экологиялық таза материалға айналдырады.
Анодизация потенциалы
Алюминийде материалдың тозуға және коррозияға төзімділігін арттыратын беттік өңдеу процедурасы болып табылатын анодтау оңай жүзеге асырылады. Бұл процесс сонымен қатар өңделген алюминий бөлшектеріне түс қосуды жеңілдетеді.
CNC өңдеуге арналған танымал алюминий қорытпалары
Xometry компаниясындағы тәжірибемізге сүйенсек, келесі 5 алюминий маркасы CNC өңдеу үшін ең жиі қолданылатындардың бірі болып табылады.
EN AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Балама белгілеулер: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Бұл алюминий қорытпасының негізгі легирлеуші элементі (4-5%) ретінде мыс қолданылады. Бұл берік, жеңіл, жоғары функционалды және AW 2030 сияқты жоғары механикалық қасиеттерге ие қысқа сынықтары бар қорытпа. Ол сондай-ақ бұрандаларды кесуге, термиялық өңдеуге және жоғары жылдамдықты өңдеуге жарамды. Осы қасиеттердің барлығы EN AW 2007-ні машина бөлшектерін, болттарды, шегелеу гайкаларын, бұрандаларды және бұрандалы шыбықтарды өндіруде кеңінен қолдануға мүмкіндік береді. Дегенмен, бұл алюминий маркасының дәнекерленуі төмен және коррозияға төзімділігі төмен; сондықтан бөлшектерді өңдеуден кейін қорғаныс анодтауын жүргізу ұсынылады.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Балама белгілеулер: 3.3547; 5083 қорытпасы; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 қатал ортада тамаша жұмыс істеуімен танымал. Оның құрамында магний және хром мен марганецтің аздаған іздері бар. Бұл марка химиялық және теңіз ортасында коррозияға өте жоғары төзімділікке ие. Барлық термиялық өңдеуге жатпайтын қорытпалардың ішінде AW 5080 ең жоғары беріктікке ие; бұл қасиет ол дәнекерлеуден кейін де сақталады. Бұл қорытпаны 65°C-тан жоғары температурада қолдануға болмайды, бірақ ол төмен температурада қолдануға өте ыңғайлы.
AW 5080 өзінің бірқатар қажетті қасиеттеріне байланысты криогендік жабдықтарда, теңізде, қысыммен жұмыс істейтін жабдықтарда, химиялық заттарда, дәнекерленген конструкцияларда және көлік кузовтарында қолданылады.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Балама белгілеулер: 3.3535; Қорытпа 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Алюминийдің ең жоғары пайызы бар соғылған алюминий-магний қорытпасы болғандықтан, AW 5754 илемдеуге, соғуға және экструзияға болады. Ол сондай-ақ термиялық өңдеуге жатпайды және беріктігін арттыру үшін суық өңдеуге болады, бірақ икемділігі төмен. Сонымен қатар, бұл қорытпа коррозияға тамаша төзімділікке ие және жоғары беріктікке ие. Осы қасиеттерді ескере отырып, AW 5754 ең танымал CNC өңделген алюминий маркаларының бірі екені түсінікті. Ол әдетте дәнекерленген конструкцияларда, еден төсеуде, балық аулау жабдықтарында, көлік кузовтарында, тамақ өңдеуде және тойтармаларда қолданылады.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Балама белгілеулер: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Бұл магний мен кремний бар алюминий қорытпасы. Ол термиялық өңдеуге жарамды және орташа беріктікке, жақсы дәнекерлеуге және жақсы пішіндеуге ие. Ол сондай-ақ коррозияға өте төзімді; бұл қасиетті анодтау арқылы одан әрі жақсартуға болады. EN AW 6060 көбінесе құрылыста, тамақ өңдеуде, медициналық жабдықтарда және автомобиль жасауда қолданылады.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Балама белгілеулер: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Мырыш - алюминийдің осы сортындағы негізгі қорытпалау элементі. EN AW 7075 орташа өңдеуге қабілетті, суықтай қалыптастыру қасиеттері нашар және дәнекерлеуге де, дәнекерлеуге де жарамсыз болса да; оның беріктік-тығыздық қатынасы жоғары, атмосфералық және теңіз орталарына тамаша төзімділігі және кейбір болат қорытпаларымен салыстыруға болатын беріктігі бар. Бұл қорытпа дельтаплан және велосипед рамалары, жартасқа өрмелеу жабдықтары, қару-жарақ және қалып құралдарын өндіруді қоса алғанда, өте кең ауқымды қолданбаларда қолданылады.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Балама белгілеулер: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Бұл қорытпаның құрамында мыстың іздік мөлшері бар магний мен кремнийдің негізгі қоспа элементтері бар. Созылу беріктігі 180 МПа болатын бұл жоғары беріктіктегі қорытпа және құрылыс құрылыстары, рельс вагондары, машина және аэроғарыш бөлшектері сияқты жоғары жүктемелі құрылымдарға өте қолайлы.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Балама белгілеулер: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Әдетте илемдеу және экструзия арқылы жасалған бұл қорытпа орташа беріктікке, өте жақсы дәнекерленуге және жылу өткізгіштікке ие. Оның кернеуге төзімділігі жоғары, коррозияға төзімділігі жоғары. Созылу беріктігі 140-330 МПа аралығында. Ол теңіз құрылыстарында және контейнерлерде кеңінен қолданылады.
Алюминийден жасалған CNC өңдеу процестері
Сіз алюминийді бүгінгі таңда қолжетімді бірқатар CNC өңдеу процестерімен өңдей аласыз. Бұл процестердің кейбіреулері келесідей.
CNC бұрылу
CNC токарлық операцияларында дайындама айналады, ал бір нүктелі кескіш құрал өз осі бойымен қозғалмайтын күйде қалады. Машинаға байланысты, материалды кетіру үшін дайындама немесе кескіш құрал бір-біріне қарсы беру қозғалысын жүзеге асырады.
CNC Фрезерлеу
Алюминий бөлшектерін өңдеуде ең көп қолданылатын CNC фрезерлеу операциялары болып табылады. Бұл операциялар көп нүктелі кескіштің өз осі бойымен айналуын қамтиды, ал дайындама өз осі бойымен қозғалмайды. Кесу әрекеті және кейіннен материалды алып тастау дайындаманың, кесу құралының немесе екеуінің де біріктірілген беру қозғалысы арқылы жүзеге асырылады. Бұл қозғалыс бірнеше ось бойымен орындалуы мүмкін.
Қалталар
Қалта фрезерлеу деп те аталатын, қалтаға фрезерлеу - бұл бөлшектегі қуыс қалта өңделетін CNC фрезерлеу түрі.
Қарсыласу
Өңдеу кезінде беттеу бетті өңдеу немесе бетті фрезерлеу арқылы дайындаманың бетінде тегіс көлденең қима жасауды қамтиды.
CNC бұрғылау
CNC бұрғылау - дайындамада тесік жасау процесі. Бұл операцияда белгілі бір өлшемдегі көп нүктелі айналмалы кескіш құрал бұрғыланатын бетке перпендикуляр түзу сызық бойымен қозғалады, осылайша тиімді түрде тесік жасайды.
Алюминий өңдеуге арналған құралдар
Алюминийден жасалған CNC өңдеуге арналған құралды таңдауға әсер ететін бірнеше факторлар бар.
Құрал дизайны
Алюминий өңдеудегі тиімділігіне ықпал ететін құрал геометриясының әртүрлі аспектілері бар. Солардың бірі - оның флейта саны. Жоғары жылдамдықта жоңқаларды эвакуациялаудағы қиындықтарды болдырмау үшін алюминийді CNC өңдеуге арналған кескіш құралдарда 2-3 флейта болуы керек. Флейталардың көп саны жоңқа ойықтарының кішіреюіне әкеледі. Бұл алюминий қорытпаларынан алынған үлкен жоңқалардың тұрып қалуына әкеледі. Кесу күштері аз болғанда және жоңқа саңылауы процесс үшін маңызды болғанда, сіз 2 флейта пайдалануыңыз керек. Жоңқа саңылауы мен құрал беріктігінің тамаша тепе-теңдігі үшін 3 флейта пайдаланыңыз.
Helix бұрышы
Спираль бұрышы - құралдың ортаңғы сызығы мен кесу жиегі бойымен түзу сызықтың жанама арасындағы бұрыш. Бұл кесу құралдарының маңызды ерекшелігі. Спираль бұрышының жоғары болуы бөлшектерден жаңқаларды тезірек кетірсе де, кесу кезінде үйкеліс пен қызуды арттырады. Бұл жоғары жылдамдықты алюминий CNC өңдеу кезінде жаңқалардың құрал бетіне дәнекерленуіне әкелуі мүмкін. Екінші жағынан, төменгі спираль бұрышы аз жылу шығарады, бірақ жаңқаларды тиімді кетірмеуі мүмкін. Алюминий өңдеу үшін 35° немесе 40° спираль бұрышы кедір-бұдырлы өңдеуге жарамды, ал әрлеу үшін 45° спираль бұрышы ең жақсы болып табылады.
Тазалау бұрышы
Саңылау бұрышы құралдың дұрыс жұмыс істеуінің тағы бір маңызды факторы болып табылады. Тым үлкен бұрыш құралдың жұмысқа еніп, дірілдеуіне әкеледі. Екінші жағынан, тым кішкентай бұрыш құрал мен жұмыс арасында үйкеліс тудырады. Алюминий CNC өңдеу үшін 6° және 10° аралығындағы саңылау бұрыштары ең жақсы болып табылады.
Құрал материалы
Карбид - алюминийді CNC өңдеуде қолданылатын кесу құралдары үшін ең қолайлы материал. Алюминий жұмсақ кесу болғандықтан, алюминийге арналған кесу құралында маңыздысы - қаттылық емес, өткір жиекті сақтау қабілеті. Бұл қабілет карбид құралдарында бар және ол екі факторға, карбид түйіршігінің өлшеміне және байланыстырушы заттың қатынасына байланысты. Үлкен түйіршік өлшемі қатты материалға әкелсе, кішірек түйіршік өлшемі бізге қажет қасиет болып табылатын берік, соққыға төзімді материалды қамтамасыз етеді. Кішірек түйіршіктер ұсақ түйіршік құрылымына және материалдың беріктігіне жету үшін кобальтты қажет етеді.
Дегенмен, кобальт алюминиймен жоғары температурада әрекеттесіп, құрал бетінде алюминийдің жиналған жиегін түзеді. Ең бастысы, қажетті беріктікті сақтай отырып, бұл реакцияны азайту үшін кобальттың дұрыс мөлшері (2-20%) бар карбидті құралды пайдалану. Карбидті құралдар әдетте алюминий CNC өңдеуімен байланысты жоғары жылдамдықтарға болат құралдарға қарағанда жақсы төтеп бере алады.
Құрал материалынан басқа, құрал жабыны құралды кесу тиімділігінде маңызды фактор болып табылады. ZrN (цирконий нитриді), TiB2 (титан дибориді) және гауһар тәрізді жабындар алюминий CNC өңдеуінде қолданылатын құралдарға жарамды жабындардың бірі болып табылады.
Арналар және жылдамдықтар
Кесу жылдамдығы - кескіш құралдың айналу жылдамдығы. Алюминий өте жоғары кесу жылдамдығына төтеп бере алады, сондықтан алюминий қорытпаларының кесу жылдамдығы пайдаланылатын машинаның шектеулеріне байланысты. Жылдамдық алюминий CNC өңдеуінде мүмкіндігінше жоғары болуы керек, себебі бұл жиналған жиектердің пайда болу мүмкіндігін азайтады, уақытты үнемдейді, бөлшектегі температураның көтерілуін азайтады, жоңқаның сынуын жақсартады және өңдеуді жақсартады. Қолданылатын нақты жылдамдық алюминий қорытпасы мен құралдың диаметріне байланысты өзгереді.
Беру жылдамдығы - дайындаманың немесе құралдың құралдың бір айналымына жүретін қашықтығы. Қолданылатын беріліс қажетті өңдеуге, дайындаманың беріктігіне және қаттылығына байланысты. Ірі кесулер 0.15-тен 2.03 мм/айн дейін берілісті қажет етеді, ал әрлеу кесулері 0.05-тен 0.15 мм/айн дейін берілісті қажет етеді.
Сұйықтықты кесу
Өңдеуге жарамдылығына қарамастан, алюминийді ешқашан құрғақ кеспеңіз, себебі бұл жиналған жиектердің пайда болуына ықпал етеді. Алюминий CNC өңдеуіне арналған тиісті кескіш сұйықтықтар - еритін май эмульсиялары және минералды майлар. Хлор немесе белсенді күкірт бар кескіш сұйықтықтардан аулақ болыңыз, себебі бұл элементтер алюминийді бояйды.
Өңдеуден кейінгі процестер
Алюминий бөлшегін өңдегеннен кейін, оның физикалық, механикалық және эстетикалық ерекшеліктерін жақсарту үшін белгілі бір процестерді орындауға болады. Ең кең таралған процестер келесідей.
Моншақтар мен құмды үрлеу
Моншақпен өңдеу - эстетикалық мақсаттар үшін жасалатын әрлеу процесі. Бұл процесте өңделген бөлшек жоғары қысымды ауа пистолетін пайдаланып, ұсақ шыны моншақтармен өңделеді, бұл материалды тиімді түрде кетіреді және тегіс бетті қамтамасыз етеді. Бұл алюминийге атлас немесе күңгірт әрлеу береді. Моншақпен өңдеудің негізгі процесінің параметрлері - шыны моншақтар өлшемі және қолданылатын ауа қысымының мөлшері. Бұл процесті тек бөлшектің өлшемдік төзімділігі маңызды болмаған кезде ғана қолданыңыз.
Басқа әрлеу процестеріне жылтырату және бояу жатады.
жабу
Бұл алюминий бөлшегін мырыш, никель және хром сияқты басқа материалмен жабуды қамтиды. Бұл бөлшектердің өңдеу процестерін жақсарту үшін жасалады және электрохимиялық процестер арқылы қол жеткізілуі мүмкін.
Анодтау
Анодтау - бұл алюминий бөлшегін сұйылтылған күкірт қышқылының ерітіндісіне батыратын және катод пен анодқа электр кернеуі берілетін электрохимиялық процесс. Бұл процесс бөлшектің ашық беттерін қатты, электрлік реактивті емес алюминий оксиді жабынына тиімді түрде айналдырады. Жасалатын жабынның тығыздығы мен қалыңдығы ерітіндінің консистенциясына, анодтау уақытына және электр тогына байланысты. Сіз сондай-ақ бөлшекті бояу үшін анодтауды жүргізе аласыз.
Ұнтақты жабу
Ұнтақпен бояу процесі бөлшекті электростатикалық бүріккіш пистолетті пайдаланып түрлі-түсті полимер ұнтағымен бояуды қамтиды. Содан кейін бөлшек 200°C температурада кебу үшін қалдырылады. Ұнтақпен бояу беріктікті және тозуға, коррозияға және соққыға төзімділікті арттырады.
Термиялық өңдеу
Термиялық өңдеуге болатын алюминий қорытпаларынан жасалған бөлшектер механикалық қасиеттерін жақсарту үшін термиялық өңдеуден өтуі мүмкін.
CNC өңделген алюминий бөлшектерінің өнеркәсіпте қолданылуы
Бұрын айтылғандай, алюминий қорытпалары бірқатар қажетті қасиеттерге ие. Демек, CNC өңделген алюминий бөлшектері келесі салаларды қоса алғанда, бірнеше салада өте қажет:
- аэроғарыштықБеріктік пен салмақтың жоғары қатынасына байланысты бірнеше ұшақ арматурасы өңделген алюминийден жасалған;
- Автокөлікаэроғарыш өнеркәсібіне ұқсас, автомобиль өнеркәсібіндегі біліктер және басқа да компоненттер сияқты бірнеше бөлшектер алюминийден жасалған;
- Электржоғары электр өткізгіштікке ие болғандықтан, CNC өңделген алюминий бөлшектері көбінесе электр құрылғыларында электрондық компоненттер ретінде қолданылады;
- Азық-түлік/фармацевтика: олар көптеген органикалық заттармен әрекеттеспегендіктен, алюминий бөлшектері тамақ және фармацевтика өнеркәсібінде маңызды рөл атқарады;
- Спорталюминий көбінесе бейсбол таяқтары мен спорттық ысқырықтар сияқты спорттық жабдықтарды жасау үшін қолданылады;
- Криогендік заттарАлюминийдің механикалық қасиеттерін нөлден төмен температурада сақтау қабілеті алюминий бөлшектерін криогендік қолдану үшін қолайлы етеді.