Materiale din aluminiu pentru prelucrarea CNC
Aluminiul este unul dintre cele mai prelucrate materiale disponibile astăzi. De fapt, procesele de prelucrare CNC a aluminiului sunt pe locul doi după oțel în ceea ce privește frecvența de execuție. Acest lucru se datorează în principal excelentei sale prelucrabilități.
În forma sa cea mai pură, elementul chimic aluminiu este moale, ductil, nemagnetic și are un aspect alb-argintiu. Cu toate acestea, elementul nu este utilizat doar în formă pură. Aluminiul este de obicei aliat cu diverse elemente precum mangan, cupru și magneziu pentru a forma sute de aliaje de aluminiu cu diverse proprietăți semnificativ îmbunătățite.
Acest articol explorează procesele, uneltele, parametrii și provocările implicate în prelucrarea CNC a aluminiului și a aliajelor sale. De asemenea, discută proprietățile aluminiului, cele mai populare aliaje utilizate în prelucrarea CNC, precum și aplicațiile aluminiului în diverse industrii.
Prelucrabilitate
Aluminiul este ușor de format, prelucrat și prelucrat folosind o varietate de procese. Poate fi tăiat rapid și ușor cu mașinile-unelte, deoarece este moale și se așchiază ușor. De asemenea, este mai puțin costisitor și necesită mai puțină putere de prelucrare decât oțelul. Aceste caracteristici sunt extrem de avantajoase atât pentru mecanic, cât și pentru clientul care comandă piesa. În plus, prelucrabilitatea bună a aluminiului înseamnă că se deformează mai puțin în timpul prelucrării. Acest lucru duce la o precizie mai mare, deoarece permite mașinilor CNC să atingă toleranțe mai mari.
Raport putere-greutate
Aluminiul are aproximativ o treime din densitatea oțelului. Acest lucru îl face relativ ușor. În ciuda greutății sale reduse, aluminiul are o rezistență foarte mare. Această combinație de rezistență și greutate redusă este descrisă ca raportul rezistență-greutate al materialelor. Raportul ridicat rezistență-greutate al aluminiului îl face favorabil pentru piese necesare în mai multe industrii, cum ar fi industria auto și aerospațială.
Rezistența la coroziune
Aluminiul este rezistent la zgârieturi și la coroziune în condiții marine și atmosferice comune. Puteți îmbunătăți aceste proprietăți prin anodizare. Este important de reținut că rezistența la coroziune variază în funcție de diferitele clase de aluminiu. Cu toate acestea, clasele prelucrate cel mai frecvent prin CNC au cea mai mare rezistență.
Performanță la temperaturi scăzute
Majoritatea materialelor tind să-și piardă o parte din proprietățile dorite la temperaturi sub zero grade. De exemplu, atât oțelurile carbon, cât și cauciucul devin fragile la temperaturi scăzute. Aluminiul, la rândul său, își păstrează moliciunea, ductilitatea și rezistența la temperaturi foarte scăzute.
Conductivitate electrică
Conductivitatea electrică a aluminiului pur este de aproximativ 37.7 milioane de siemens pe metru la temperatura camerei. Deși aliajele de aluminiu pot avea conductivități mai mici decât aluminiul pur, acestea sunt suficient de conductive pentru ca piesele lor să fie utilizate în componentele electrice. Pe de altă parte, aluminiul ar fi un material nepotrivit dacă conductivitatea electrică nu este o caracteristică dorită a unei piese prelucrate.
Reciclabilitate
Deoarece este un proces de fabricație subtractiv, procesele de prelucrare CNC generează un număr mare de așchii, care sunt materiale reziduale. Aluminiul este ușor reciclabil, ceea ce înseamnă că necesită un consum relativ redus de energie, efort și costuri pentru reciclare. Acest lucru îl face preferabil pentru cei care doresc să își recupereze cheltuielile sau să reducă risipa de materiale. De asemenea, face ca aluminiul să fie un material mai ecologic pentru prelucrare.
Potențial de anodizare
Anodizarea, o procedură de finisare a suprafeței care crește rezistența la uzură și coroziune a unui material, este ușor de realizat în aluminiu. Acest proces facilitează, de asemenea, adăugarea de culoare pieselor prelucrate din aluminiu.
Aliaje de aluminiu populare pentru prelucrarea CNC
Din experiența noastră la Xometry, următoarele 5 clase de aluminiu sunt printre cele mai des utilizate pentru prelucrarea CNC.
EN AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Denumiri alternative: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Acest aliaj de aluminiu are cuprul ca principal element de aliere (4-5%). Este un aliaj cu așchii scurte, durabil, ușor, extrem de funcțional și cu aceleași proprietăți mecanice ridicate ca AW 2030. De asemenea, este potrivit pentru filetare, tratament termic și prelucrare de mare viteză. Toate aceste proprietăți fac ca EN AW 2007 să fie utilizat pe scară largă în producția de piese de mașini, șuruburi, nituri, piulițe, șuruburi și bare filetate. Cu toate acestea, acest tip de aluminiu are o sudabilitate scăzută și o rezistență scăzută la coroziune; prin urmare, se recomandă efectuarea unei anodizări protectoare după prelucrarea pieselor.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Denumiri alternative: 3.3547; Aliaj 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 este renumit pentru performanțele sale excelente în medii severe. Conține magneziu și urme mici de crom și mangan. Această calitate are o rezistență foarte mare la coroziune atât în medii chimice, cât și marine. Dintre toate aliajele netratabile termic, AW 5080 are cea mai mare rezistență; o proprietate pe care o păstrează chiar și după sudare. Deși acest aliaj nu ar trebui utilizat în aplicații cu temperaturi mai mari de 65°C, excelează în aplicații la temperaturi scăzute.
Datorită setului său de proprietăți dorite, AW 5080 este utilizat în numeroase aplicații, inclusiv echipamente criogenice, aplicații marine, echipamente sub presiune, aplicații chimice, construcții sudate și caroserii de vehicule.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Denumiri alternative: 3.3535; Aliaj 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Fiind un aliaj de aluminiu-magneziu forjat cu cel mai mare procent de aluminiu, AW 5754 poate fi laminat, forjat și extrudat. De asemenea, nu este tratabil termic și poate fi prelucrat la rece pentru a-i crește rezistența, dar la o ductilitate mai mică. În plus, acest aliaj are o rezistență excelentă la coroziune și o rezistență ridicată. Având în vedere aceste proprietăți, este de înțeles că AW 5754 este una dintre cele mai populare clase de aluminiu prelucrat CNC. Este de obicei utilizat în structuri sudate, aplicații pentru pardoseli, echipamente de pescuit, caroserii de vehicule, procesarea alimentelor și nituri.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Denumiri alternative: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Acesta este un aliaj de aluminiu forjat care conține magneziu și siliciu. Este tratabil termic și are o rezistență medie, o sudabilitate bună și o formabilitate bună. De asemenea, este foarte rezistent la coroziune; o proprietate care poate fi îmbunătățită și mai mult prin anodizare. EN AW 6060 este adesea utilizat în construcții, procesarea alimentelor, echipamente medicale și inginerie auto.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Denumiri alternative: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Zincul este principalul element de aliere din acest tip de aluminiu. Deși EN AW 7075 are o prelucrabilitate medie, proprietăți slabe de formare la rece și nu este potrivit atât pentru sudare, cât și pentru lipire, are un raport rezistență-densitate ridicat, o rezistență excelentă la mediile atmosferice și marine și o rezistență comparabilă cu unele aliaje de oțel. Acest aliaj este utilizat într-o gamă foarte largă de aplicații, inclusiv cadre pentru deltaplane și biciclete, echipamente de alpinism, armament și fabricarea sculelor pentru matrițe.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Denumiri alternative: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Acest aliaj conține magneziu și siliciu ca principale elemente de aliere, cu urme de cupru. Cu o rezistență la tracțiune de 180 MPa, acesta este un aliaj de înaltă rezistență și este foarte potrivit pentru structuri supuse unor încărcări mari, cum ar fi schele, vagoane de cale ferată, mașini și piese aerospațiale.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Denumiri alternative: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Format de obicei prin laminare și extrudare, acest aliaj are o rezistență medie, cu sudabilitate și conductivitate termică foarte bune. Are o rezistență ridicată la fisurarea prin coroziune sub tensiune. Are o rezistență la tracțiune cuprinsă între 140 și 330 MPa. Este utilizat intens în construcții offshore și containere.
Procese de prelucrare CNC a aluminiului
Puteți prelucra aluminiul printr-o serie de procese de prelucrare CNC disponibile astăzi. Câteva dintre aceste procese sunt următoarele.
Strunjire CNC
În operațiunile de strunjire CNC, piesa de prelucrat se rotește, în timp ce scula așchietoare cu un singur punct rămâne staționară de-a lungul axei sale. În funcție de mașină, fie piesa de prelucrat, fie scula așchietoare efectuează o mișcare de avans una față de cealaltă pentru a realiza îndepărtarea materialului.
frezare CNC
Operațiunile de frezare CNC sunt cele mai frecvent utilizate în prelucrarea pieselor din aluminiu. Aceste operațiuni implică rotirea unei așchii în mai multe puncte de-a lungul axei sale, în timp ce piesa de prelucrat rămâne staționară de-a lungul propriei axe. Acțiunea de așchiere și ulterior îndepărtarea materialului se realizează prin mișcarea de avans fie a piesei de prelucrat, fie a sculei așchietoare, fie a ambelor combinate. Această mișcare poate fi efectuată de-a lungul mai multor axe.
Buzunare
Cunoscută și sub denumirea de frezare a buzunarelor, prelucrarea buzunarelor este o formă de frezare CNC în care se prelucrează un buzunar gol într-o piesă.
Cu care se confruntă
Fațarea în prelucrare implică crearea unei zone a secțiunii transversale plane pe suprafața unei piese de prelucrat fie prin strunjire frontală, fie prin frezare frontală.
Foraj CNC
Găurirea CNC este procesul de realizare a unei găuri într-o piesă de prelucrat. În această operațiune, o sculă așchietoare rotativă în mai multe puncte, de o anumită dimensiune, se mișcă în linie dreaptă perpendiculară pe suprafața care urmează să fie găurită, creând astfel efectiv o gaură.
Scule pentru prelucrarea aluminiului
Există mai mulți factori care influențează alegerea unei scule pentru prelucrarea CNC a aluminiului.
Proiectare scule
Există diferite aspecte ale geometriei unei scule care contribuie la eficiența sa în prelucrarea aluminiului. Unul dintre acestea este numărul de caneluri. Pentru a preveni dificultățile de evacuare a așchiilor la viteze mari, sculele așchietoare pentru prelucrarea CNC a aluminiului ar trebui să aibă 2-3 caneluri. Un număr mai mare de caneluri are ca rezultat văi de așchie mai mici. Acest lucru va face ca așchiile mari produse de aliajele de aluminiu să se blocheze. Când forțele de așchiere sunt scăzute și distanța dintre așchii este critică pentru proces, ar trebui să utilizați 2 caneluri. Pentru un echilibru perfect între distanța dintre așchii și rezistența sculei, utilizați 3 caneluri.
Unghiul Helix
Unghiul elicei este unghiul dintre linia centrală a unei scule și o tangentă dreaptă de-a lungul muchiei așchietoare. Este o caracteristică importantă a sculelor așchietoare. În timp ce un unghi al elicei mai mare îndepărtează așchiile de pe o piesă mai rapid, crește frecarea și căldura în timpul așchierii. Acest lucru poate determina sudarea așchiilor pe suprafața sculei în timpul prelucrării CNC a aluminiului de mare viteză. Un unghi al elicei mai mic, pe de altă parte, produce mai puțină căldură, dar este posibil să nu îndepărteze așchiile eficient. Pentru prelucrarea aluminiului, un unghi al elicei de 35° sau 40° este potrivit pentru aplicațiile de degroșare, în timp ce un unghi al elicei de 45° este cel mai potrivit pentru finisare.
Unghi de degajare
Unghiul de acțiune este un alt factor important pentru funcționarea corectă a unei scule. Un unghi excesiv de mare ar face ca scula să se afunde în piesa de prelucrat și să vibreze. Pe de altă parte, un unghi prea mic ar provoca frecare între sculă și piesa de prelucrat. Unghiurile de acțiune între 6° și 10° sunt cele mai bune pentru prelucrarea CNC a aluminiului.
Materialul sculei
Carbura este materialul preferat pentru sculele așchietoare utilizate în prelucrarea CNC a aluminiului. Deoarece aluminiul se așchează ușor, ceea ce este important într-o sculă așchietoare pentru aluminiu nu este duritatea, ci capacitatea de a păstra o muchie ascuțită ca briciul. Această capacitate este prezentă în sculele din carbură și depinde de doi factori: dimensiunea granulelor de carbură și raportul liantului. În timp ce o dimensiune mai mare a granulelor duce la un material mai dur, o dimensiune mai mică a granulelor garantează un material mai dur, mai rezistent la impact, care este de fapt proprietatea de care avem nevoie. Granulele mai mici necesită cobalt pentru a obține structura granulară fină și rezistența materialului.
Totuși, cobaltul reacționează cu aluminiul la temperaturi ridicate, formând o muchie acumulată de aluminiu pe suprafața sculei. Cheia este utilizarea unei scule din carbură cu cantitatea potrivită de cobalt (2-20%), pentru a minimiza această reacție, menținând în același timp rezistența necesară. Sculele din carbură sunt de obicei capabile să reziste mai bine decât sculele din oțel la vitezele mari asociate cu prelucrarea CNC a aluminiului.
Pe lângă materialul sculei, acoperirea sculei este un factor important în eficiența așchierii sculelor. ZrN (nitrură de zirconiu), TiB2 (diborură de titan) și acoperirile de tip diamant sunt câteva acoperiri adecvate pentru sculele utilizate în prelucrarea CNC a aluminiului.
Fluxuri și viteze
Viteza de așchiere este viteza cu care se rotește scula așchietoare. Aluminiul poate rezista la viteze de așchiere foarte mari, prin urmare, viteza de așchiere pentru aliajele de aluminiu depinde de limitele mașinii utilizate. Viteza trebuie să fie cât mai mare posibil în prelucrarea CNC a aluminiului, deoarece acest lucru reduce posibilitatea formării muchiilor acumulate, economisește timp, minimizează creșterea temperaturii în piesă, îmbunătățește ruperea așchiilor și îmbunătățește finisarea. Viteza exactă utilizată variază în funcție de aliajul de aluminiu și de diametrul sculei.
Viteza de avans este distanța parcursă de piesa de prelucrat sau scula pe rotație a sculei. Avansul utilizat depinde de finisajul dorit, de rezistența și rigiditatea piesei de prelucrat. Așchierile brute necesită un avans de 0.15 până la 2.03 mm/rotație, în timp ce așchierile de finisare necesită un avans de 0.05 până la 0.15 mm/rotație.
Lichid de tăiere
În ciuda prelucrabilității sale, nu tăiați niciodată aluminiul în stare uscată, deoarece acest lucru favorizează formarea muchiilor deformate. Fluidele de tăiere adecvate pentru prelucrarea CNC a aluminiului sunt emulsiile de ulei solubil și uleiurile minerale. Evitați fluidele de tăiere care conțin clor sau sulf activ, deoarece aceste elemente pătează aluminiul.
Procese post-prelucrare
După prelucrarea unei piese din aluminiu, există anumite procese pe care le puteți efectua pentru a îmbunătăți caracteristicile fizice, mecanice și estetice ale piesei. Cele mai răspândite procese sunt următoarele.
Sablare cu bile și nisip
Sablarea cu microperle este un proces de finisare în scopuri estetice. În acest proces, piesa prelucrată este sablată cu microperle de sticlă folosind un pistol cu aer sub presiune ridicată, îndepărtând eficient materialul și asigurând o suprafață netedă. Aceasta conferă aluminiului un finisaj satinat sau mat. Principalii parametri ai procesului de sablare sunt dimensiunea microperlelor de sticlă și cantitatea de aer utilizată. Se utilizează acest proces numai atunci când toleranțele dimensionale ale unei piese nu sunt critice.
Alte procese de finisare includ lustruirea și vopsirea.
înveliș
Aceasta implică acoperirea unei piese din aluminiu cu un alt material, cum ar fi zinc, nichel și crom. Acest lucru se face pentru a îmbunătăți procesele de fabricare a pieselor și poate fi realizat prin procese electrochimice.
Anodizare
Anodizarea este un proces electrochimic în care o piesă de aluminiu este scufundată într-o soluție de acid sulfuric diluat și se aplică o tensiune electrică între catod și anod. Acest proces transformă efectiv suprafețele expuse ale piesei într-un strat dur, nereactiv electric, de oxid de aluminiu. Densitatea și grosimea stratului de acoperire creat depind de consistența soluției, de timpul de anodizare și de curentul electric. De asemenea, puteți efectua anodizarea pentru a colora o piesă.
pulbere de acoperire
Procesul de vopsire în câmp electrostatic implică acoperirea unei piese cu pulbere polimerică colorată, utilizând un pistol de pulverizare electrostatic. Piesa este apoi lăsată să se întărească la o temperatură de 200°C. Vopsirea în câmp electrostatic îmbunătățește rezistența și rezistența la uzură, coroziune și impact.
Tratament termic
Piesele fabricate din aliaje de aluminiu tratabile termic pot fi supuse unui tratament termic pentru a le îmbunătăți proprietățile mecanice.
Aplicații ale pieselor din aluminiu prelucrate CNC în industrie
Așa cum am menționat anterior, aliajele de aluminiu au o serie de proprietăți dorite. Prin urmare, piesele din aluminiu prelucrate CNC sunt indispensabile în mai multe industrii, inclusiv următoarele:
- Industria aerospațialăDatorită raportului ridicat rezistență-greutate, mai multe accesorii pentru aeronave sunt fabricate din aluminiu prelucrat mecanic;
- AutomotiveSimilar industriei aerospațiale, mai multe piese, cum ar fi arborii și alte componente din industria auto, sunt fabricate din aluminiu;
- Electrical Având conductivități electrice ridicate, piesele din aluminiu prelucrate CNC sunt adesea utilizate ca și componente electronice în aparatele electrice;
- Produse alimentare/farmaceuticedeoarece nu reacționează cu majoritatea substanțelor organice, piesele din aluminiu joacă roluri importante în industria alimentară și farmaceutică;
- Sportulaluminiul este adesea folosit pentru fabricarea de echipamente sportive, cum ar fi bâte de baseball și fluiere sportive;
- CriogenieCapacitatea aluminiului de a-și păstra proprietățile mecanice la temperaturi sub zero grade face ca piesele din aluminiu să fie atractive pentru aplicații criogenice.