Aluminium untuk Bahan Pemesinan CNC
Aluminium merupakan salah satu bahan yang paling banyak dimesin pada masa kini. Malah, proses pemesinan CNC aluminium berada di tempat kedua selepas keluli dari segi kekerapan pelaksanaan. Ini terutamanya disebabkan oleh kebolehmesinannya yang sangat baik.
Dalam bentuk paling tulennya, unsur kimia aluminium lembut, mulur, tidak magnet, dan berwarna putih keperakan. Walau bagaimanapun, unsur ini bukan sahaja digunakan dalam bentuk tulen. Aluminium biasanya dialoi dengan pelbagai unsur seperti mangan, kuprum dan magnesium untuk membentuk beratus-ratus aloi aluminium dengan pelbagai sifat yang dipertingkatkan dengan ketara.
Artikel ini meneroka proses, alat, parameter dan cabaran yang terlibat dalam pemesinan CNC aluminium dan aloinya. Ia juga membincangkan sifat-sifat aluminium, aloi paling popular yang digunakan dalam pemesinan CNC, serta aplikasi aluminium dalam pelbagai industri.
Kemampuan mesin
Aluminium mudah dibentuk, dikerjakan dan dimesin menggunakan pelbagai proses. Ia boleh dipotong dengan cepat dan mudah oleh mesin kerana ia lembut dan mudah pecah. Ia juga lebih murah dan memerlukan kuasa yang lebih sedikit untuk dimesin berbanding keluli. Ciri-ciri ini memberi manfaat yang besar kepada jurumesin dan pelanggan yang memesan bahagian tersebut. Tambahan pula, kebolehmesinan aluminium yang baik bermakna ia kurang berubah bentuk semasa pemesinan. Ini membawa kepada ketepatan yang lebih tinggi kerana ia membolehkan mesin CNC mencapai toleransi yang lebih tinggi.
Nisbah Kekuatan kepada berat
Aluminium adalah kira-kira satu pertiga daripada ketumpatan keluli. Ini menjadikannya agak ringan. Walaupun ringan, aluminium mempunyai kekuatan yang sangat tinggi. Gabungan kekuatan dan ringan ini digambarkan sebagai nisbah kekuatan kepada berat bahan. Nisbah kekuatan kepada berat aluminium yang tinggi menjadikannya sesuai untuk bahagian yang diperlukan dalam beberapa industri seperti industri automotif dan aeroangkasa.
Rintangan kakisan
Aluminium tahan calar dan tahan kakisan dalam keadaan marin dan atmosfera yang biasa. Anda boleh meningkatkan sifat-sifat ini dengan menganodkan. Penting untuk diperhatikan bahawa rintangan terhadap kakisan berbeza-beza dalam gred aluminium yang berbeza. Walau bagaimanapun, gred mesin CNC yang paling kerap mempunyai rintangan yang paling tinggi.
Prestasi pada Suhu Rendah
Kebanyakan bahan cenderung kehilangan beberapa sifat yang diingini pada suhu di bawah sifar. Contohnya, keluli karbon dan getah menjadi rapuh pada suhu rendah. Aluminium pula mengekalkan kelembutan, kemuluran dan kekuatannya pada suhu yang sangat rendah.
Kekonduksian Elektrik
Kekonduksian elektrik aluminium tulen adalah kira-kira 37.7 juta siemens per meter pada suhu bilik. Walaupun aloi aluminium mungkin mempunyai kekonduksian yang lebih rendah daripada aluminium tulen, ia cukup konduktif untuk digunakan dalam komponen elektrik. Sebaliknya, aluminium akan menjadi bahan yang tidak sesuai jika kekonduksian elektrik bukanlah ciri yang diingini bagi bahagian yang dimesin.
Kitar semula
Memandangkan ia merupakan proses pembuatan subtraktif, proses pemesinan CNC menghasilkan sejumlah besar cip, yang merupakan bahan buangan. Aluminium sangat boleh dikitar semula yang bermaksud ia memerlukan tenaga, usaha dan kos yang agak rendah untuk dikitar semula. Ini menjadikannya lebih disukai oleh mereka yang ingin menampung perbelanjaan atau mengurangkan pembaziran bahan. Ia juga menjadikan aluminium bahan yang lebih mesra alam untuk mesin.
Potensi Anodisasi
Anodisasi, iaitu prosedur kemasan permukaan yang meningkatkan rintangan haus dan kakisan sesuatu bahan, mudah dicapai dalam aluminium. Proses ini juga memudahkan penambahan warna pada bahagian aluminium yang dimesin.
Aloi Aluminium Popular untuk Pemesinan CNC
Daripada pengalaman kami di Xometry, 5 gred aluminium berikut adalah antara yang paling kerap digunakan untuk pemesinan CNC.
EN AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Penamaan alternatif: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Aloi aluminium ini mempunyai kuprum sebagai elemen pengaloi utamanya (4-5%) daripada kuprum. Ia merupakan aloi berpecah pendek yang tahan lama, ringan, sangat berfungsi dan mempunyai sifat mekanikal tinggi yang sama seperti AW 2030. Ia juga sesuai untuk penguliran, rawatan haba dan pemesinan berkelajuan tinggi. Semua sifat ini menjadikan EN AW 2007 digunakan secara meluas dalam pengeluaran bahagian mesin, bolt, rivet, nat, skru dan bar berulir. Walau bagaimanapun, gred aluminium ini mempunyai kebolehkimpalan yang rendah dan rintangan kakisan yang rendah; oleh itu, adalah disyorkan untuk menjalankan anodisasi pelindung selepas pemesinan bahagian.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Penamaan alternatif: 3.3547; Aloi 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 terkenal dengan prestasi cemerlangnya dalam persekitaran yang teruk. Ia mengandungi magnesium dan sedikit kromium dan mangan. Gred ini mempunyai rintangan kakisan yang sangat tinggi dalam persekitaran kimia dan marin. Daripada semua aloi yang tidak boleh dirawat haba, AW 5080 mempunyai kekuatan tertinggi; satu sifat yang dikekalkan walaupun selepas kimpalan. Walaupun aloi ini tidak boleh digunakan dalam aplikasi dengan suhu lebih tinggi daripada 65°C, ia cemerlang dalam aplikasi suhu rendah.
Disebabkan oleh set ciri-ciri yang diingini, AW 5080 digunakan dalam pelbagai aplikasi termasuk peralatan kriogenik, aplikasi marin, peralatan tekanan, aplikasi kimia, pembinaan kimpalan dan badan kenderaan.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Penamaan alternatif: 3.3535; Aloi 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Sebagai aloi aluminium-magnesium tempa dengan peratusan aluminium tertinggi, AW 5754 boleh digulung, ditempa dan diekstrusi. Ia juga tidak boleh dirawat haba dan boleh diproses sejuk untuk meningkatkan kekuatannya, tetapi pada kemuluran yang lebih rendah. Di samping itu, aloi ini mempunyai rintangan kakisan yang sangat baik dan mempunyai kekuatan yang tinggi. Memandangkan sifat-sifat ini, dapat difahami bahawa AW 5754 adalah salah satu gred aluminium mesin CNC yang paling popular. Ia biasanya digunakan dalam struktur kimpalan, aplikasi lantai, peralatan memancing, badan kenderaan, pemprosesan makanan dan rivet.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Penamaan alternatif: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Ini ialah aloi aluminium tempa yang mengandungi magnesium dan silikon. Ia boleh dirawat haba dan mempunyai kekuatan purata, kebolehkimpalan yang baik dan kebolehbentukan yang baik. Ia juga sangat tahan terhadap kakisan; satu sifat yang boleh diperbaiki lagi melalui anodisasi. EN AW 6060 sering digunakan dalam pembinaan, pemprosesan makanan, peralatan perubatan dan kejuruteraan automotif.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Penamaan alternatif: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Zink merupakan unsur pengaloi utama dalam gred aluminium ini. Walaupun EN AW 7075 mempunyai kebolehmesinan yang sederhana, sifat pembentukan sejuk yang lemah, dan tidak sesuai untuk kimpalan dan pematerian; ia mempunyai nisbah kekuatan-kepada-ketumpatan yang tinggi, rintangan yang sangat baik terhadap persekitaran atmosfera dan marin, dan kekuatan yang setanding dengan beberapa aloi keluli. Aloi ini digunakan dalam pelbagai aplikasi termasuk peluncur gantung dan rangka basikal, peralatan panjat tebing, persenjataan, dan pembuatan alat acuan.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Penamaan alternatif: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Aloi ini mengandungi magnesium dan silikon sebagai unsur pengaloi utamanya dengan sedikit kuprum. Dengan kekuatan tegangan 180Mpa, ini merupakan aloi kekuatan tinggi dan sangat sesuai untuk struktur yang sangat bermuatan seperti perancah, koc rel, mesin dan bahagian aeroangkasa.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Penamaan alternatif: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Biasanya dibentuk melalui penggelek dan penyemperitan, aloi ini mempunyai kekuatan sederhana dengan kebolehkimpalan dan kekonduksian terma yang sangat baik. Ia mempunyai rintangan keretakan kakisan tegasan yang tinggi. Ia mempunyai kekuatan tegangan yang berkisar antara 140 – 330MPa. Ia banyak digunakan dalam pembinaan luar pesisir dan kontena.
Proses Pemesinan CNC Aluminium
Anda boleh memesin aluminium melalui beberapa proses pemesinan CNC yang terdapat pada hari ini. Antara proses ini adalah seperti berikut.
Turning CNC
Dalam operasi putaran CNC, benda kerja berputar, manakala alat pemotong titik tunggal kekal pegun di sepanjang paksinya. Bergantung pada mesin, sama ada benda kerja atau alat pemotong menjalankan gerakan suapan terhadap yang lain untuk mencapai penyingkiran bahan.
CNC Milling
Operasi Pengilangan CNC adalah yang paling biasa digunakan dalam pemesinan bahagian aluminium. Operasi ini melibatkan putaran pemotongan berbilang titik di sepanjang paksinya, manakala bahan kerja kekal pegun di sepanjang paksinya sendiri. Tindakan pemotongan dan seterusnya penyingkiran bahan dicapai melalui gerakan suapan sama ada bahan kerja, alat pemotong, atau kedua-duanya digabungkan. Gerakan ini boleh dilakukan di sepanjang berbilang paksi.
Poket
Juga dikenali sebagai pengilangan poket, poket ialah satu bentuk pengilangan CNC di mana poket berongga dimesin pada sesuatu bahagian.
Menghadapi
Proses facing dalam pemesinan melibatkan penghasilan luas keratan rentas yang rata pada permukaan benda kerja melalui sama ada putaran muka atau pengilangan muka.
Penggerudian CNC
Penggerudian CNC ialah proses membuat lubang pada benda kerja. Dalam operasi ini, alat pemotong berputar berbilang titik dengan saiz tertentu bergerak dalam garis lurus serenjang dengan permukaan yang hendak digerudi, sekali gus menghasilkan lubang dengan berkesan.
Alat untuk Pemesinan Aluminium
Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi pemilihan alat untuk pemesinan CNC aluminium.
Reka Bentuk Alat
Terdapat pelbagai aspek geometri alat yang menyumbang kepada kecekapannya dalam pemesinan aluminium. Salah satunya ialah kiraan serulingnya. Untuk mengelakkan kesukaran dalam pemindahan cip pada kelajuan tinggi, alat pemotong untuk pemesinan CNC aluminium harus mempunyai 2-3 seruling. Bilangan seruling yang lebih tinggi menghasilkan lembah cip yang lebih kecil. Ini akan menyebabkan cip besar yang dihasilkan oleh aloi aluminium tersekat. Apabila daya pemotongan rendah dan kelegaan cip adalah penting untuk proses tersebut, anda harus menggunakan 2 seruling. Untuk keseimbangan sempurna antara kelegaan cip dan kekuatan alat, gunakan 3 seruling.
Sudut Heliks
Sudut heliks ialah sudut antara garis tengah alat dan garis lurus tangen di sepanjang mata pemotong. Ia merupakan ciri penting alat pemotong. Walaupun sudut heliks yang lebih tinggi menanggalkan serpihan daripada bahagian dengan lebih cepat, ia meningkatkan geseran dan haba semasa pemotongan. Ini boleh menyebabkan serpihan dikimpal pada permukaan alat semasa pemesinan CNC aluminium berkelajuan tinggi. Sebaliknya, sudut heliks yang lebih rendah menghasilkan kurang haba tetapi mungkin tidak menanggalkan serpihan dengan berkesan. Untuk pemesinan aluminium, sudut heliks 35° atau 40° sesuai untuk aplikasi pengasaran, manakala sudut heliks 45° adalah yang terbaik untuk kemasan.
Sudut Kelegaan
Sudut kelegaan merupakan satu lagi faktor penting untuk fungsi alat yang betul. Sudut yang terlalu besar akan menyebabkan alat tersebut menggali ke dalam kerja dan bergesel. Sebaliknya, sudut yang terlalu kecil akan menyebabkan geseran antara alat dan kerja. Sudut kelegaan antara 6° dan 10° adalah yang terbaik untuk pemesinan CNC aluminium.
Bahan Alatan
Karbida merupakan bahan pilihan untuk alat pemotong yang digunakan dalam pemesinan CNC aluminium. Oleh kerana aluminium adalah pemotongan lembut, apa yang penting dalam alat pemotong untuk aluminium bukanlah kekerasan, tetapi keupayaan untuk mengekalkan mata yang tajam. Keupayaan ini terdapat dalam alat karbida dan ia bergantung kepada dua faktor, saiz butiran karbida dan nisbah pengikat. Walaupun saiz butiran yang lebih besar menghasilkan bahan yang lebih keras, saiz butiran yang lebih kecil menjamin bahan yang lebih tahan lasak dan lebih tahan hentaman yang sebenarnya merupakan sifat yang kita perlukan. Butiran yang lebih kecil memerlukan kobalt untuk mencapai struktur butiran halus dan kekuatan bahan.
Walau bagaimanapun, kobalt bertindak balas dengan aluminium pada suhu tinggi, membentuk tepi aluminium yang terkumpul pada permukaan alat. Kuncinya adalah menggunakan alat karbida dengan jumlah kobalt yang betul (2-20%), untuk meminimumkan tindak balas ini, sambil mengekalkan kekuatan yang diperlukan. Alat karbida biasanya mampu bertahan lebih baik daripada alat Keluli, iaitu kelajuan tinggi yang berkaitan dengan pemesinan CNC aluminium.
Selain bahan alat, salutan alat merupakan faktor penting dalam kecekapan pemotongan alat. ZrN (Zirkonium Nitrida), TiB2 (Titanium di-Borida), dan salutan seperti berlian adalah beberapa salutan yang sesuai untuk alat yang digunakan dalam pemesinan CNC aluminium.
Suapan dan Kelajuan
Kelajuan pemotongan ialah kelajuan putaran alat pemotong. Aluminium boleh menahan kelajuan pemotongan yang sangat tinggi, justeru kelajuan pemotongan untuk aloi aluminium bergantung pada had mesin yang digunakan. Kelajuan tersebut hendaklah setinggi yang praktikal dalam pemesinan CNC aluminium, kerana ini mengurangkan kemungkinan pembentukan tepi yang terbina, menjimatkan masa, meminimumkan kenaikan suhu pada bahagian tersebut, meningkatkan kerosakan cip dan meningkatkan kemasan. Kelajuan tepat yang digunakan berbeza-beza mengikut aloi aluminium dan diameter alat.
Kadar suapan ialah jarak benda kerja atau alat bergerak setiap pusingan alat. Suapan yang digunakan bergantung pada kemasan yang diingini, kekuatan dan ketegaran benda kerja. Potongan kasar memerlukan suapan 0.15 hingga 2.03 mm/rev manakala potongan kemasan memerlukan suapan 0.05 hingga 0.15mm/rev.
Cecair Pemotongan
Walaupun boleh dimesin, jangan sekali-kali memotong aluminium sehingga kering kerana ini menggalakkan pembentukan tepi yang terkumpul. Cecair pemotong yang sesuai untuk pemesinan CNC aluminium ialah emulsi minyak larut dan minyak mineral. Elakkan cecair pemotong yang mengandungi klorin atau sulfur aktif kerana unsur-unsur ini mengotorkan aluminium.
Proses selepas pemesinan
Selepas memesin bahagian aluminium, terdapat proses tertentu yang boleh anda lakukan untuk meningkatkan ciri fizikal, mekanikal dan estetik bahagian tersebut. Proses yang paling meluas adalah seperti berikut.
Peletupan Manik dan Pasir
Peletupan manik merupakan proses kemasan untuk tujuan estetik. Dalam proses ini, bahagian yang dimesin diletupkan dengan manik kaca kecil menggunakan pistol udara bertekanan tinggi, yang berkesan menanggalkan bahan dan memastikan permukaan yang licin. Ia memberikan aluminium kemasan satin atau matte. Parameter proses utama untuk peletupan manik ialah saiz manik kaca dan jumlah tekanan udara yang digunakan. Hanya gunakan proses ini apabila toleransi dimensi sesuatu bahagian tidak kritikal.
Proses kemasan lain termasuk penggilapan dan pengecatan.
Coating
Ini melibatkan salutan bahagian aluminium dengan bahan lain seperti zink, nikel dan krom. Ini dilakukan untuk menambah baik proses bahagian dan boleh dicapai melalui proses elektrokimia.
Anodising
Anodisasi ialah proses elektrokimia di mana bahagian aluminium dicelupkan ke dalam larutan asid sulfurik yang dicairkan, dan voltan elektrik dikenakan merentasi katod dan anod. Proses ini secara berkesan menukar permukaan bahagian yang terdedah kepada salutan aluminium oksida yang keras dan tidak reaktif secara elektrik. Ketumpatan dan ketebalan salutan yang terhasil bergantung pada konsistensi larutan, masa anodisasi dan arus elektrik. Anda juga boleh menjalankan anodisasi untuk mewarnakan bahagian.
Salutan serbuk
Proses salutan serbuk melibatkan salutan bahagian dengan serbuk polimer berwarna, menggunakan pistol semburan elektrostatik. Bahagian tersebut kemudiannya dibiarkan mengeras pada suhu 200°C. Salutan serbuk meningkatkan kekuatan dan rintangan terhadap haus, kakisan dan hentaman.
Rawatan haba
Bahagian yang diperbuat daripada aloi aluminium yang boleh dirawat haba mungkin menjalani rawatan haba untuk meningkatkan sifat mekanikalnya.
Aplikasi Bahagian Aluminium Mesin CNC dalam Industri
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, aloi aluminium mempunyai beberapa sifat yang diingini. Oleh itu, bahagian aluminium yang dimesin CNC sangat diperlukan dalam beberapa industri, termasuk yang berikut:
- Aeroangkasa: disebabkan oleh nisbah kekuatan-kepada-beratnya yang tinggi, beberapa kelengkapan pesawat diperbuat daripada aluminium mesin;
- Automotif: sama seperti industri aeroangkasa, beberapa bahagian seperti aci dan komponen lain dalam industri automotif diperbuat daripada aluminium;
- Electrical: mempunyai kekonduksian elektrik yang tinggi, bahagian aluminium mesin CNC sering digunakan sebagai komponen elektronik dalam peralatan elektrik;
- Makanan/FarmaseutikalOleh kerana ia tidak bertindak balas dengan kebanyakan bahan organik, bahagian aluminium memainkan peranan penting dalam industri makanan dan farmaseutikal;
- Sukan: aluminium sering digunakan untuk membuat peralatan sukan seperti kayu pemukul besbol dan wisel sukan;
- CryogenicsKeupayaan aluminium untuk mengekalkan sifat mekanikalnya pada suhu di bawah sifar menjadikan bahagian aluminium diingini untuk aplikasi kriogenik.