Alumīnijs CNC apstrādes materiāliem
Alumīnijs ir viens no mūsdienās visvairāk apstrādātajiem materiāliem. Faktiski alumīnija CNC apstrādes procesi ir otrajā vietā pēc tērauda izpildes biežuma ziņā. Galvenokārt tas ir saistīts ar tā izcilo apstrādājamību.
Tīrākajā veidā ķīmiskais elements alumīnijs ir mīksts, elastīgs, nemagnētisks un pēc izskata sudrabaini balts. Tomēr elements netiek izmantots tikai tīrā veidā. Alumīnijs parasti tiek leģēts ar dažādiem elementiem, piemēram, mangānu, varu un magniju, veidojot simtiem alumīnija sakausējumu ar dažādām ievērojami uzlabotām īpašībām.
Šajā rakstā ir aplūkoti alumīnija un tā sakausējumu CNC apstrādes procesi, instrumenti, parametri un izaicinājumi. Tajā ir aplūkotas arī alumīnija, kas ir vispopulārākie CNC apstrādē izmantotie sakausējumi, īpašības, kā arī alumīnija pielietojums dažādās nozarēs.
Apstrādājamība
Alumīniju var viegli formēt, apstrādāt un mehāniski apstrādāt, izmantojot dažādus procesus. To var ātri un vienkārši griezt ar darbgaldiem, jo tas ir mīksts un viegli šķembas. Tas ir arī lētāks un tā apstrādei nepieciešams mazāk enerģijas nekā tēraudam. Šīs īpašības sniedz milzīgas priekšrocības gan mehāniķim, gan klientam, kas pasūta detaļu. Turklāt alumīnija labā apstrādājamība nozīmē, ka tas apstrādes laikā mazāk deformējas. Tas nodrošina lielāku precizitāti, jo ļauj CNC mašīnām sasniegt lielākas pielaides.
Spēka un svara attiecība
Alumīnija blīvums ir aptuveni trešdaļa no tērauda blīvuma. Tas padara to relatīvi vieglu. Neskatoties uz vieglo svaru, alumīnijam ir ļoti augsta izturība. Šo izturības un vieglā svara kombināciju raksturo kā materiālu stiprības un svara attiecību. Alumīnija augstā stiprības un svara attiecība padara to labvēlīgu detaļām, kas nepieciešamas vairākās nozarēs, piemēram, autobūves un kosmosa rūpniecībā.
Izturība pret koroziju
Alumīnijs ir izturīgs pret skrāpējumiem un koroziju parastos jūras un atmosfēras apstākļos. Šīs īpašības var uzlabot, anodējot. Ir svarīgi atzīmēt, ka izturība pret koroziju dažādām alumīnija kategorijām atšķiras. Tomēr vislielākā izturība ir tām kategorijām, kuras visbiežāk apstrādā ar CNC.
Veiktspēja zemā temperatūrā
Lielākā daļa materiālu mēdz zaudēt dažas no savām vēlamajām īpašībām temperatūrā zem nulles. Piemēram, gan oglekļa tērauds, gan gumija zemā temperatūrā kļūst trausli. Savukārt alumīnijs ļoti zemā temperatūrā saglabā savu maigumu, plastiskumu un izturību.
Elektriskā vadītspēja
Tīra alumīnija elektrovadītspēja istabas temperatūrā ir aptuveni 37.7 miljoni sīmenu uz metru. Lai gan alumīnija sakausējumiem var būt zemāka vadītspēja nekā tīram alumīnijam, tie ir pietiekami vadoši, lai to detaļas varētu izmantot elektriskās detaļās. No otras puses, alumīnijs būtu nepiemērots materiāls, ja elektrovadītspēja nav vēlama apstrādātas detaļas īpašība.
Pārstrādājamība
Tā kā CNC apstrādes process ir subtraktīvs, rodas liels skaits skaidu, kas ir atkritumi. Alumīnijs ir ļoti pārstrādājams, kas nozīmē, ka tā pārstrādei nepieciešams salīdzinoši maz enerģijas, pūļu un izmaksu. Tas padara to par vēlamāku materiālu tiem, kas vēlas atgūt izdevumus vai samazināt materiālu izšķērdēšanu. Tas arī padara alumīniju par videi draudzīgāku materiālu apstrādei.
Anodācijas potenciāls
Anodēšana, kas ir virsmas apstrādes procedūra, kura palielina materiāla izturību pret nodilumu un koroziju, ir viegli panākama alumīnijā. Šis process arī atvieglo krāsas pievienošanu apstrādātām alumīnija detaļām.
Populāri alumīnija sakausējumi CNC apstrādei
No mūsu pieredzes uzņēmumā Xometry, šīs 5 alumīnija markas ir vienas no visbiežāk izmantotajām CNC apstrādē.
LV AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Alternatīvi apzīmējumi: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Šī alumīnija sakausējuma galvenais leģējošais elements (4–5 %) ir varš. Tas ir īsšķeldots sakausējums, kas ir izturīgs, viegls, ļoti funkcionāls un kam ir tādas pašas augstas mehāniskās īpašības kā AW 2030. Tas ir piemērots arī vītņošanai, termiskai apstrādei un ātrgaitas apstrādei. Visas šīs īpašības padara EN AW 2007 plaši izmantojamu mašīnu detaļu, skrūvju, kniežu, uzgriežņu, skrūvju un vītņoto stieņu ražošanā. Tomēr šai alumīnija klasei ir zema metināmība un zema izturība pret koroziju; tāpēc pēc detaļu apstrādes ieteicams veikt aizsarganodēšanu.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Alternatīvi apzīmējumi: 3.3547; Sakausējums 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 ir pazīstams ar savu izcilo veiktspēju skarbos apstākļos. Tas satur magniju un nelielu hroma un mangāna daudzumu. Šai klasei ir ļoti augsta izturība pret koroziju gan ķīmiskajā, gan jūras vidē. No visiem termiski neapstrādājamiem sakausējumiem AW 5080 ir visaugstākā izturība; īpašība, ko tas saglabā pat pēc metināšanas. Lai gan šo sakausējumu nevajadzētu izmantot lietojumos, kuros temperatūra pārsniedz 65°C, tas izceļas ar labu veiktspēju zemā temperatūrā.
Pateicoties vēlamajām īpašībām, AW 5080 tiek izmantots daudzās lietojumprogrammās, tostarp kriogēnās iekārtās, jūras lietojumos, spiediena iekārtās, ķīmiskajos pielietojumos, metinātās konstrukcijās un transportlīdzekļu virsbūvēs.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Alternatīvi apzīmējumi: 3.3535; Sakausējums 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Tā kā AW 5754 ir kalts alumīnija-magnija sakausējums ar visaugstāko alumīnija procentuālo daudzumu, to var velmēt, kalt un ekstrudēt. Tas arī nav termiski apstrādājams un to var auksti apstrādāt, lai palielinātu tā izturību, bet ar zemāku plastiskumu. Turklāt šim sakausējumam ir lieliska izturība pret koroziju un augsta izturība. Ņemot vērā šīs īpašības, ir saprotams, ka AW 5754 ir viena no populārākajām CNC apstrādātā alumīnija markām. To parasti izmanto metinātās konstrukcijās, grīdas segumos, makšķerēšanas aprīkojumā, transportlīdzekļu virsbūvēs, pārtikas pārstrādē un kniedēs.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Alternatīvi apzīmējumi: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Šis ir magniju un silīciju saturošs kaltas alumīnija sakausējums. Tas ir termiski apstrādājams, tam ir vidēja izturība, laba metināmība un laba formējamība. Tas ir arī ļoti izturīgs pret koroziju; šo īpašību var vēl vairāk uzlabot, anodējot. EN AW 6060 bieži izmanto būvniecībā, pārtikas pārstrādē, medicīnas iekārtās un autobūves nozarē.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Alternatīvi apzīmējumi: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Cinks ir galvenais leģējošais elements šajā alumīnija kategorijā. Lai gan EN AW 7075 ir vidēja apstrādājamība, sliktas aukstās formēšanas īpašības un tas nav piemērots gan metināšanai, gan lodēšanai, tam ir augsta stiprības un blīvuma attiecība, lieliska izturība pret atmosfēras un jūras vidi, un izturība ir salīdzināma ar dažiem tērauda sakausējumiem. Šo sakausējumu izmanto ļoti plašā pielietojumu klāstā, tostarp deltaplānu un velosipēdu rāmjos, klinšu kāpšanas aprīkojumā, ieročos un veidņu instrumentu ražošanā.
LV AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Alternatīvi apzīmējumi: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Šis sakausējums satur magniju un silīciju kā galvenos leģējošos elementus ar nelielu vara daudzumu. Ar stiepes izturību 180 MPa tas ir augstas izturības sakausējums un ir ļoti piemērots ļoti noslogotām konstrukcijām, piemēram, sastatnēm, dzelzceļa vagoniem, mašīnu un kosmosa detaļām.
LV AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Alternatīvi apzīmējumi: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Parasti ar velmēšanas un ekstrūzijas metodi veidotajam sakausējumam ir vidēja izturība ar ļoti labu metināmību un siltumvadītspēju. Tam ir augsta izturība pret sprieguma korozijas plaisāšanu. Tā stiepes izturība ir no 140 līdz 330 MPa. To plaši izmanto jūras konstrukcijās un konteineros.
Alumīnija CNC apstrādes procesi
Alumīniju var apstrādāt, izmantojot vairākus mūsdienās pieejamos CNC apstrādes procesus. Daži no šiem procesiem ir šādi.
CNC virpošana
CNC virpošanas operācijās sagatave rotē, kamēr viena punkta griezējinstruments paliek nekustīgs ap savu asi. Atkarībā no mašīnas, vai nu sagatave, vai griezējinstruments veic padeves kustību pret otru, lai panāktu materiāla noņemšanu.
CNC frēzēšana
CNC frēzēšanas operācijas visbiežāk izmanto alumīnija detaļu apstrādē. Šīs operācijas ietver daudzpunktu griešanas rotāciju pa savu asi, kamēr sagatave paliek nekustīga pa savu asi. Griešanas darbība un sekojoša materiāla noņemšana tiek panākta ar sagataves, griezējinstrumenta vai abu kombinētu padeves kustību. Šo kustību var veikt pa vairākām asīm.
Kabatas veidošana
Kabatu veidošana, kas pazīstama arī kā kabatu frēzēšana, ir CNC frēzēšanas veids, kurā detaļā tiek apstrādāta doba kabata.
Saskaroties
Virsapstrāde ietver plakana šķērsgriezuma laukuma izveidi uz sagataves virsmas, izmantojot vai nu virsapstrādi, vai virsapfrēzēšanu.
CNC urbšana
CNC urbšana ir cauruma veidošanas process sagatavē. Šajā darbībā noteikta izmēra daudzpunktu rotējošs griezējinstruments pārvietojas taisnā līnijā perpendikulāri urbjamai virsmai, tādējādi efektīvi izveidojot caurumu.
Alumīnija apstrādes instrumenti
Alumīnija CNC apstrādes instrumenta izvēli ietekmē vairāki faktori.
Instrumentu dizains
Instrumenta ģeometrijai ir dažādi aspekti, kas ietekmē tā efektivitāti alumīnija apstrādē. Viens no tiem ir tā rievu skaits. Lai novērstu grūtības ar skaidu izvadīšanu lielā ātrumā, alumīnija CNC apstrādes griezējinstrumentiem jābūt ar 2–3 rievām. Lielāks rievu skaits rada mazākas skaidu ielejas. Tas izraisīs lielo, alumīnija sakausējumu radīto skaidu iesprūšanu. Ja griešanas spēki ir mazi un skaidu klīrenss ir kritiski svarīgs procesam, jāizmanto 2 rievas. Lai panāktu perfektu skaidu klīrensa un instrumenta izturības līdzsvaru, izmantojiet 3 rievas.
Spirāles leņķis
Spirālveida leņķis ir leņķis starp instrumenta centra līniju un taisnu pieskari griešanas malai. Tā ir svarīga griezējinstrumentu īpašība. Lai gan lielāks spirālveida leņķis ātrāk noņem skaidas no detaļas, tas palielina berzi un siltumu griešanas laikā. Tas var izraisīt skaidu piemetināšanos pie instrumenta virsmas alumīnija CNC apstrādes laikā ar lielu ātrumu. Savukārt mazāks spirālveida leņķis rada mazāk siltuma, bet var neefektīvi noņemt skaidas. Alumīnija apstrādei rupjai apstrādei ir piemērots 35° vai 40° spirālveida leņķis, savukārt apdarei vislabāk ir piemērots 45° spirālveida leņķis.
Klīrensa leņķis
Klīrensa leņķis ir vēl viens svarīgs faktors instrumenta pareizai darbībai. Pārāk liels leņķis izraisītu instrumenta iegrimšanu sagatavē un vibrāciju. Savukārt pārāk mazs leņķis izraisītu berzi starp instrumentu un sagatavi. Alumīnija CNC apstrādei vislabāk ir klīrensa leņķi no 6° līdz 10°.
Instrumenta materiāls
Karbīds ir vēlamais materiāls griezējinstrumentiem, ko izmanto alumīnija CNC apstrādē. Tā kā alumīnijs ir mīkstas griešanas materiāls, alumīnija griezējinstrumentā svarīga nav cietība, bet gan spēja saglabāt asu malu. Šī spēja piemīt karbīda instrumentiem, un tā ir atkarīga no diviem faktoriem: karbīda graudu izmēra un saistvielas attiecības. Lai gan lielāks graudu izmērs nodrošina cietāku materiālu, mazāks graudu izmērs garantē izturīgāku un triecienizturīgāku materiālu, kas patiesībā ir īpašība, kas mums nepieciešama. Mazākiem graudiem ir nepieciešams kobalts, lai sasniegtu smalkgraudainu struktūru un materiāla izturību.
Tomēr augstā temperatūrā kobalts reaģē ar alumīniju, veidojot alumīnija nogulsnes uz instrumenta virsmas. Galvenais ir izmantot karbīda instrumentu ar pareizu kobalta daudzumu (2–20%), lai līdz minimumam samazinātu šo reakciju, vienlaikus saglabājot nepieciešamo izturību. Karbīda instrumenti parasti labāk nekā tērauda instrumenti iztur lielos ātrumus, kas saistīti ar alumīnija CNC apstrādi.
Papildus instrumentu materiālam, instrumentu pārklājums ir svarīgs faktors instrumentu griešanas efektivitātē. ZrN (cirkonija nitrīds), TiB2 (titāna diborīds) un dimantam līdzīgi pārklājumi ir daži piemēroti pārklājumi instrumentiem, ko izmanto alumīnija CNC apstrādē.
Padeves un ātrumi
Griešanas ātrums ir ātrums, ar kādu griežas griezējinstruments. Alumīnijs var izturēt ļoti lielu griešanas ātrumu, tāpēc alumīnija sakausējumu griešanas ātrums ir atkarīgs no izmantojamās mašīnas ierobežojumiem. Ātrumam jābūt pēc iespējas lielākam, veicot alumīnija CNC apstrādi, jo tas samazina malu uzkrāšanās iespējamību, ietaupa laiku, samazina detaļas temperatūras paaugstināšanos, uzlabo skaidu lūšanu un apdari. Precīzs izmantotais ātrums atšķiras atkarībā no alumīnija sakausējuma un instrumenta diametra.
Padeves ātrums ir attālums, kādā sagatave vai instruments pārvietojas vienā instrumenta apgriezienā. Izmantotā padeve ir atkarīga no vēlamās apdares, sagataves izturības un stingrības. Rupjai griešanai nepieciešama padeve no 0.15 līdz 2.03 mm/apgr., savukārt apdares griešanai nepieciešama padeve no 0.05 līdz 0.15 mm/apgr.
Griešanas šķidrums
Neskatoties uz alumīnija apstrādājamību, nekad negrieziet to sausā veidā, jo tas veicina malu nosēdumu veidošanos. Alumīnija CNC apstrādei piemēroti griešanas šķidrumi ir šķīstošo eļļu emulsijas un minerāleļļas. Izvairieties no griešanas šķidrumiem, kas satur hloru vai aktīvo sēru, jo šie elementi var iekrāsot alumīniju.
Pēcapstrādes procesi
Pēc alumīnija detaļas apstrādes ir noteikti procesi, ko var veikt, lai uzlabotu detaļas fizikālās, mehāniskās un estētiskās īpašības. Visizplatītākie procesi ir šādi.
Lodīšu un smilšu strūklošana
Lodīšu strūklošana ir apdares process estētiskiem nolūkiem. Šajā procesā apstrādāto detaļu apstrādā ar sīkām stikla lodītēm, izmantojot augsta spiediena gaisa pistoli, efektīvi noņemot materiālu un nodrošinot gludu virsmu. Tas piešķir alumīnijam satīna vai matētu apdari. Galvenie lodīšu strūklošanas procesa parametri ir stikla lodīšu izmērs un izmantotā gaisa spiediena daudzums. Izmantojiet šo procesu tikai tad, ja detaļas izmēru pielaides nav kritiskas.
Citi apdares procesi ietver pulēšanu un krāsošanu.
Pārklājums
Tas ietver alumīnija detaļas pārklāšanu ar citu materiālu, piemēram, cinku, niķeli un hromu. Tas tiek darīts, lai uzlabotu detaļu apstrādes procesus, un to var panākt, izmantojot elektroķīmiskus procesus.
Anodēšana
Anodēšana ir elektroķīmisks process, kurā alumīnija detaļa tiek iegremdēta atšķaidītas sērskābes šķīdumā, un katodam un anodam tiek pielikts elektriskais spriegums. Šis process efektīvi pārveido detaļas atklātās virsmas cietā, elektriski nereaģējošā alumīnija oksīda pārklājumā. Izveidotā pārklājuma blīvums un biezums ir atkarīgs no šķīduma konsistences, anodēšanas laika un elektriskās strāvas. Anodēšanu var veikt arī, lai krāsotu detaļu.
pulvera pārklājums
Pulverkrāsošanas process ietver detaļas pārklāšanu ar krāsainu polimēru pulveri, izmantojot elektrostatisko smidzināšanas pistoli. Pēc tam detaļa tiek atstāta sacietēt 200 °C temperatūrā. Pulverkrāsošana uzlabo izturību un izturību pret nodilumu, koroziju un triecieniem.
Termiskā apstrāde
No termiski apstrādājamiem alumīnija sakausējumiem izgatavotas detaļas var tikt termiski apstrādātas, lai uzlabotu to mehāniskās īpašības.
CNC apstrādātu alumīnija detaļu pielietojums rūpniecībā
Kā jau minēts iepriekš, alumīnija sakausējumiem piemīt vairākas vēlamas īpašības. Tādēļ CNC apstrādātas alumīnija detaļas ir neaizstājamas vairākās nozarēs, tostarp šādās:
- Aerospacepateicoties augstajai izturības un svara attiecībai, vairākas lidmašīnu detaļas ir izgatavotas no apstrādāta alumīnija;
- Automobiļulīdzīgi kā kosmosa rūpniecībā, vairākas detaļas, piemēram, vārpstas un citas sastāvdaļas autobūves nozarē, ir izgatavotas no alumīnija;
- elektrībasCNC apstrādātas alumīnija detaļas, kurām ir augsta elektrovadītspēja, bieži tiek izmantotas kā elektroniskas sastāvdaļas elektroierīcēs;
- Pārtika/farmācija: tā kā alumīnija detaļas nereaģē ar lielāko daļu organisko vielu, tām ir svarīga loma pārtikas un farmācijas rūpniecībā;
- SportsAlumīniju bieži izmanto sporta aprīkojuma, piemēram, beisbola nūju un sporta svilpju, izgatavošanai;
- KriogēniAlumīnija spēja saglabāt savas mehāniskās īpašības temperatūrā zem nulles padara alumīnija detaļas vēlamas kriogēnām vajadzībām.