Aliuminis CNC apdirbimo medžiagoms
Aliuminis yra viena iš labiausiai apdirbamų medžiagų šiandien. Tiesą sakant, aliuminio CNC apdirbimo procesai pagal atlikimo dažnumą yra antri po plieno. Daugiausia dėl puikaus apdirbamumo.
Gryniausia forma cheminis elementas aliuminis yra minkštas, kalingas, nemagnetinis ir sidabriškai baltos spalvos. Tačiau elementas naudojamas ne tik gryna forma. Aliuminis paprastai legiruojamas su įvairiais elementais, tokiais kaip manganas, varis ir magnis, ir taip susidaro šimtai aliuminio lydinių, pasižyminčių įvairiomis, žymiai pagerintomis savybėmis.
Šiame straipsnyje nagrinėjami aliuminio ir jo lydinių CNC apdirbimo procesai, įrankiai, parametrai ir iššūkiai. Taip pat aptariamos aliuminio, populiariausių CNC apdirbime naudojamų lydinių, savybės, taip pat aliuminio pritaikymas įvairiose pramonės šakose.
Apdirbamumas
Aliuminis lengvai formuojamas, apdirbamas ir mechaniškai apdirbamas naudojant įvairius procesus. Jį galima greitai ir lengvai pjaustyti staklėmis, nes jis minkštas ir lengvai skyla. Jis taip pat pigesnis ir jam apdirbti reikia mažiau energijos nei plienui. Šios savybės yra labai naudingos tiek mechanikui, tiek detalę užsakančiam klientui. Be to, geras aliuminio apdirbamumas reiškia, kad jis mažiau deformuojasi apdirbimo metu. Tai lemia didesnį tikslumą, nes CNC staklės leidžia pasiekti didesnius tolerancijos nuokrypius.
Jėgos ir svorio santykis
Aliuminio tankis sudaro maždaug trečdalį plieno tankio. Dėl to jis yra gana lengvas. Nepaisant mažo svorio, aliuminis yra labai stiprus. Šis stiprumo ir mažo svorio derinys apibūdinamas kaip medžiagų stiprumo ir svorio santykis. Dėl didelio aliuminio stiprumo ir svorio santykio jis palankus detalėms, reikalingoms keliose pramonės šakose, pavyzdžiui, automobilių ir aviacijos bei kosmoso pramonėje.
Atsparumas korozijai
Aliuminis yra atsparus įbrėžimams ir korozijai įprastomis jūrinėmis ir atmosferos sąlygomis. Šias savybes galite pagerinti anoduodami. Svarbu atkreipti dėmesį, kad atsparumas korozijai skiriasi priklausomai nuo aliuminio rūšies. Tačiau dažniausiai CNC apdirbamos rūšys yra atspariausios.
Našumas esant žemai temperatūrai
Dauguma medžiagų linkusios prarasti kai kurias pageidaujamas savybes esant žemesnei nei nulio temperatūrai. Pavyzdžiui, tiek anglinis plienas, tiek guma tampa trapūs žemoje temperatūroje. Savo ruožtu aliuminis išlaiko savo minkštumą, tąsumą ir stiprumą labai žemoje temperatūroje.
Elektrinis laidumas
Gryno aliuminio elektrinis laidumas kambario temperatūroje yra apie 37.7 milijono simenų metrui. Nors aliuminio lydinių laidumas gali būti mažesnis nei gryno aliuminio, jie yra pakankamai laidūs, kad jų dalys būtų naudojamos elektros komponentuose. Kita vertus, aliuminis būtų netinkama medžiaga, jei elektrinis laidumas nėra pageidautina apdirbtos detalės savybė.
Perdirbamumas
Kadangi tai yra subtraktyvus gamybos procesas, CNC apdirbimo procesai sukuria daug drožlių, kurios yra atliekos. Aliuminis yra labai perdirbamas, o tai reiškia, kad jo perdirbimui reikia palyginti mažai energijos, pastangų ir sąnaudų. Dėl to jis yra labiau pageidaujamas tiems, kurie nori susigrąžinti išlaidas arba sumažinti medžiagų švaistymą. Tai taip pat daro aliuminį ekologiškesne medžiaga apdirbimui.
Anodavimo potencialas
Anodavimas – tai aliuminio paviršiaus apdailos procedūra, padidinanti medžiagos atsparumą dilimui ir korozijai, kurią lengva atlikti. Šis procesas taip pat palengvina apdirbtų aliuminio detalių dažymą.
Populiarūs aliuminio lydiniai, skirti CNC apdirbimui
Remiantis mūsų patirtimi „Xometry“, šios 5 aliuminio rūšys yra vienos iš dažniausiai naudojamų CNC apdirbimui.
LT AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Alternatyvūs pavadinimai: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Šio aliuminio lydinio pagrindinis legiruojantis elementas (4–5 %) yra varis. Tai trumpai skaldytas lydinys, patvarus, lengvas, labai funkcionalus ir pasižymi tokiomis pačiomis puikiomis mechaninėmis savybėmis kaip ir AW 2030. Jis taip pat tinka sriegimui, terminiam apdorojimui ir greitam apdirbimui. Dėl visų šių savybių EN AW 2007 plačiai naudojamas mašinų dalių, varžtų, kniedžių, veržlių, sraigtų ir srieginių strypų gamyboje. Tačiau ši aliuminio rūšis pasižymi mažu suvirinamumu ir mažu atsparumu korozijai, todėl po detalių apdirbimo rekomenduojama atlikti apsauginį anodavimą.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Alternatyvūs pavadinimai: 3.3547; 5083 lydinys; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 yra žinomas dėl puikių eksploatacinių savybių atšiauriomis sąlygomis. Jame yra magnio ir nedideli chromo bei mangano pėdsakai. Ši rūšis pasižymi labai dideliu atsparumu korozijai tiek cheminėje, tiek jūrinėje aplinkoje. Iš visų termiškai neapdorojamų lydinių AW 5080 pasižymi didžiausiu stiprumu; ši savybė išlieka net ir po suvirinimo. Nors šio lydinio negalima naudoti aukštesnėje nei 65 °C temperatūroje, jis puikiai tinka naudoti žemoje temperatūroje.
Dėl savo pageidaujamų savybių rinkinio AW 5080 naudojamas įvairiose srityse, įskaitant kriogeninę įrangą, jūrų laivyną, slėginę įrangą, chemines medžiagas, suvirintas konstrukcijas ir transporto priemonių kėbulus.
LT AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Alternatyvūs pavadinimai: 3.3535; 5754 lydinys; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Kadangi AW 5754 yra kalimo būdu pagamintas aliuminio ir magnio lydinys, kuriame yra didžiausias aliuminio procentas, jį galima valcuoti, kalinti ir ekstruduoti. Jis taip pat nėra termiškai apdorojamas ir gali būti šaltai apdirbtas, siekiant padidinti jo stiprumą, tačiau jo tąsumas yra mažesnis. Be to, šis lydinys pasižymi puikiu atsparumu korozijai ir dideliu stiprumu. Atsižvelgiant į šias savybes, suprantama, kad AW 5754 yra viena populiariausių CNC apdirbamų aliuminio rūšių. Paprastai jis naudojamas suvirintose konstrukcijose, grindų dangose, žvejybos įrangoje, transporto priemonių kėbuluose, maisto perdirbime ir kniedėse.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Alternatyvūs pavadinimai: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Tai magnio ir silicio turintis kaltinis aliuminio lydinys. Jis yra termiškai apdorojamas, pasižymi vidutiniu stiprumu, geru suvirinamumu ir formavimu. Jis taip pat yra labai atsparus korozijai; šią savybę galima dar labiau pagerinti anoduojant. EN AW 6060 dažnai naudojamas statybose, maisto perdirbime, medicinos įrangoje ir automobilių inžinerijoje.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Alternatyvūs pavadinimai: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Cinkas yra pagrindinis šios aliuminio rūšies legiruojantis elementas. Nors EN AW 7075 pasižymi vidutiniu apdirbamumu, prastomis šaltojo formavimo savybėmis ir netinka nei suvirinimui, nei litavimui, jis pasižymi dideliu stiprumo ir tankio santykiu, puikiu atsparumu atmosferos ir jūros aplinkai, o stiprumas prilygsta kai kurių plieno lydinių stiprumui. Šis lydinys naudojamas labai įvairiose srityse, įskaitant sklandytuvų ir dviračių rėmus, laipiojimo įrangą, ginklus ir liejimo įrankių gamybą.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Alternatyvūs pavadinimai: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Šiame lydinyje pagrindiniai legiruojantys elementai yra magnis ir silicis, o vario pėdsakai. Dėl 180 MPa tempiamojo stiprio tai yra didelio stiprumo lydinys, labai tinkantis labai apkrautoms konstrukcijoms, tokioms kaip pastoliai, geležinkelio vagonai, mašinų ir kosmoso dalys.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Alternatyvūs pavadinimai: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Šis lydinys, paprastai formuojamas valcavimo ir ekstruzijos būdu, pasižymi vidutinio stiprumo, labai geru suvirinamumu ir šilumos laidumu. Jis pasižymi dideliu atsparumu įtempių korozijai ir įtrūkimams. Jo tempiamasis stipris svyruoja nuo 140 iki 330 MPa. Jis plačiai naudojamas jūrinėse statybose ir konteineriuose.
Aliuminio CNC apdirbimo procesai
Aliuminį galite apdirbti naudodami daugybę šiandien prieinamų CNC apdirbimo procesų. Kai kurie iš šių procesų yra šie.
CNC tekinimas
CNC tekinimo operacijose ruošinys sukasi, o vieno taško pjovimo įrankis nejuda išilgai savo ašies. Priklausomai nuo staklių, ruošinys arba pjovimo įrankis atlieka padavimo judesį kito atžvilgiu, kad būtų pašalinta medžiaga.
CNC frezavimas
CNC frezavimo operacijos yra dažniausiai naudojamos aliuminio detalių apdirbimui. Šios operacijos apima daugiataškio pjovimo sukimąsi išilgai savo ašies, o ruošinys nejuda išilgai savo ašies. Pjovimo veiksmas ir vėlesnis medžiagos pašalinimas atliekami ruošinio, pjovimo įrankio arba abiejų kartu tiekiamu judesiu. Šis judesys gali būti atliekamas išilgai kelių ašių.
Kišenės
Kišenių frezavimas, dar žinomas kaip kišenių frezavimas, yra CNC frezavimo forma, kai detalėje išfrezuojama tuščiavidurė kišenė.
Prieš
Apdirbimas apdirbant paviršių apima plokščio skerspjūvio ploto sukūrimą ruošinio paviršiuje atliekant tekinimą arba frezavimą.
CNC gręžimas
CNC gręžimas – tai skylės gręžimo ruošinyje procesas. Šios operacijos metu tam tikro dydžio daugiataškis besisukantis pjovimo įrankis juda tiesia linija, statmena gręžiamam paviršiui, taip efektyviai sukurdamas skylę.
Aliuminio apdirbimo įrankiai
Yra keletas veiksnių, turinčių įtakos aliuminio CNC apdirbimo įrankio pasirinkimui.
Įrankių dizainas
Yra įvairių įrankio geometrijos aspektų, kurie prisideda prie jo efektyvumo apdirbant aliuminį. Vienas iš jų yra jo griovelių skaičius. Siekiant išvengti sunkumų šalinant drožles dideliu greičiu, aliuminio CNC apdirbimo įrankiai turėtų turėti 2–3 griovelius. Didesnis griovelių skaičius lemia mažesnius drožlių įdubimus. Dėl to didelės aliuminio lydinių susidarančios drožlės gali įstrigti. Kai pjovimo jėgos yra mažos ir drožlių tarpas yra labai svarbus procesui, turėtumėte naudoti 2 griovelius. Norint pasiekti tobulą drožlių tarpo ir įrankio tvirtumo pusiausvyrą, naudokite 3 griovelius.
Sraigtinis kampas
Spiralės kampas yra kampas tarp įrankio centrinės linijos ir tiesios linijos liestinės išilgai pjovimo briaunos. Tai svarbi pjovimo įrankių savybė. Nors didesnis spiralės kampas greičiau pašalina drožles iš detalės, jis padidina trintį ir šilumą pjovimo metu. Dėl to drožlės gali privirti prie įrankio paviršiaus atliekant didelio greičio aliuminio CNC apdirbimą. Kita vertus, mažesnis spiralės kampas sukuria mažiau šilumos, bet drožlės gali būti nepašalinamos efektyviai. Apdirbant aliuminį, 35° arba 40° spiralės kampas tinka grubiam apdirbimui, o 45° spiralės kampas geriausiai tinka apdailai.
Klirenso kampas
Nuožulnumo kampas yra dar vienas svarbus įrankio tinkamo veikimo veiksnys. Per didelis kampas sukeltų įrankio įsmigimą į ruošinį ir vibravimą. Kita vertus, per mažas kampas sukeltų trintį tarp įrankio ir ruošinio. Aliuminio CNC apdirbimui geriausiai tinka 6°–10° nuožulnumo kampai.
Įrankio medžiaga
Karbidas yra pageidaujama medžiaga pjovimo įrankiams, naudojamiems aliuminio CNC apdirbime. Kadangi aliuminis pjauna švelniai, aliuminio pjovimo įrankyje svarbiausia ne kietumas, o gebėjimas išlaikyti aštrų kraštą. Ši savybė būdinga karbido įrankiams ir priklauso nuo dviejų veiksnių: karbido grūdelių dydžio ir rišiklio santykio. Didesnis grūdelių dydis lemia kietesnę medžiagą, o mažesnis grūdelių dydis garantuoja tvirtesnę, atsparesnę smūgiams medžiagą, o tai iš tikrųjų yra savybė, kurios mums reikia. Mažesniems grūdams reikia kobalto, kad būtų pasiekta smulkiagrūdė struktūra ir medžiagos stiprumas.
Tačiau aukštoje temperatūroje kobaltas reaguoja su aliuminiu ir ant įrankio paviršiaus susidaro aliuminio sankaupos. Svarbiausia naudoti karbido įrankį su tinkamu kobalto kiekiu (2–20 %), kad būtų sumažinta ši reakcija ir išlaikomas reikiamas stiprumas. Karbido įrankiai paprastai geriau nei plieniniai įrankiai atlaiko didelius greičius, susijusius su aliuminio CNC apdirbimu.
Be įrankio medžiagos, svarbus įrankio pjovimo efektyvumo veiksnys yra įrankio danga. ZrN (cirkonio nitridas), TiB2 (titano diboridas) ir deimanto pavidalo dangos yra tinkamos dangos įrankiams, naudojamiems aliuminio CNC apdirbime.
Tiekimas ir greitis
Pjovimo greitis yra greitis, kuriuo sukasi pjovimo įrankis. Aliuminis gali atlaikyti labai didelį pjovimo greitį, todėl aliuminio lydinių pjovimo greitis priklauso nuo naudojamos mašinos ribų. Greitis turėtų būti kuo didesnis, kiek tai įmanoma atliekant aliuminio CNC apdirbimą, nes tai sumažina briaunų sankaupų susidarymo galimybę, taupo laiką, sumažina detalės temperatūros kilimą, pagerina drožlių lūžimą ir apdailą. Tikslus naudojamas greitis priklauso nuo aliuminio lydinio ir įrankio skersmens.
Pastūma – tai atstumas, kuriuo ruošinys arba įrankis juda per vieną įrankio apsisukimą. Naudojama pastūma priklauso nuo norimo apdailos rezultato, ruošinio stiprumo ir standumo. Grubiam pjūviui reikia 0.15–2.03 mm/aps., o apdailos pjūviui – 0.05–0.15 mm/aps.
Pjovimo skystis
Nepaisant apdirbamumo, niekada nepjaukite aliuminio sausai, nes tai skatina briaunų sankaupų susidarymą. Tinkami pjovimo skysčiai aliuminio CNC apdirbimui yra tirpių aliejų emulsijos ir mineralinės alyvos. Venkite pjovimo skysčių, kurių sudėtyje yra chloro arba aktyviosios sieros, nes šie elementai palieka aliuminio dėmes.
Po apdirbimo procesai
Apdirbus aliuminio detalę, galima atlikti tam tikrus procesus, siekiant pagerinti detalės fizines, mechanines ir estetines savybes. Dažniausiai pasitaikantys procesai yra šie.
Karoliukų ir smėliasrove
Sraigtinis valymas yra estetinis apdailos procesas. Šio proceso metu apdirbta detalė yra apdorojama mažais stiklo karoliukais, naudojant aukšto slėgio oro pistoletą, efektyviai pašalinant medžiagą ir užtikrinant lygų paviršių. Aliuminiui suteikiamas satininis arba matinis paviršius. Pagrindiniai granuliavimo proceso parametrai yra stiklo karoliukų dydis ir naudojamo oro slėgio kiekis. Šį procesą naudokite tik tada, kai detalės matmenų tolerancijos nėra svarbios.
Kiti apdailos procesai apima poliravimą ir dažymą.
danga
Tai apima aliuminio detalės padengimą kita medžiaga, pavyzdžiui, cinku, nikeliu ir chromu. Tai daroma siekiant pagerinti detalių gamybos procesus ir gali būti pasiekta elektrocheminiais procesais.
Anodavimas
Anodavimas yra elektrocheminis procesas, kurio metu aliuminio detalė panardinama į praskiestos sieros rūgšties tirpalą, o katodui ir anodui taikoma elektros įtampa. Šis procesas efektyviai paverčia atvirus detalės paviršius kieta, elektrai nereaktyvia aliuminio oksido danga. Sukurtos dangos tankis ir storis priklauso nuo tirpalo konsistencijos, anodavimo laiko ir elektros srovės. Anodavimą taip pat galite atlikti, norėdami nudažyti detalę.
Miltelinis dažymas
Miltelinio dažymo procesas apima detalės padengimą spalvotais polimeriniais milteliais, naudojant elektrostatinį purškimo pistoletą. Tada detalė kietėja 200 °C temperatūroje. Miltelinis dažymas pagerina stiprumą ir atsparumą dilimui, korozijai ir smūgiams.
Karščio gydymas
Iš termiškai apdorojamų aliuminio lydinių pagamintos detalės gali būti termiškai apdorojamos, siekiant pagerinti jų mechanines savybes.
CNC apdirbtų aliuminio dalių pritaikymas pramonėje
Kaip minėta anksčiau, aliuminio lydiniai pasižymi daugybe pageidaujamų savybių. Todėl CNC apdirbtos aliuminio dalys yra būtinos keliose pramonės šakose, įskaitant šias:
- Aviacijadėl didelio stiprumo ir svorio santykio kelios orlaivių jungiamosios detalės yra pagamintos iš apdirbto aliuminio;
- Automobiliaipanašiai kaip aviacijos ir kosmoso pramonėje, kelios dalys, pavyzdžiui, velenai ir kiti automobilių pramonės komponentai, yra gaminami iš aliuminio;
- elektrosDėl didelio laidumo elektrai CNC apdirbtos aliuminio dalys dažnai naudojamos kaip elektroniniai komponentai elektros prietaisuose;
- Maistas / FarmacijaKadangi aliuminio dalys nereaguoja su dauguma organinių medžiagų, jos atlieka svarbų vaidmenį maisto ir farmacijos pramonėje;
- Sportasaliuminis dažnai naudojamas gaminant sporto įrangą, pavyzdžiui, beisbolo lazdas ir sportinius švilpukus;
- KryogenikaAliuminio gebėjimas išlaikyti mechanines savybes esant žemesnei nei nulio temperatūrai daro aliuminio detales pageidautinas kriogeninėms reikmėms.