Алуминијум за ЦНЦ машинске материјале
Алуминијум је један од најчешће обрађиваних материјала данас. У ствари, CNC обрада алуминијума је на другом месту, одмах после челика, по учесталости извршавања. То је углавном због његове одличне обрадивости.
У свом најчистијем облику, хемијски елемент алуминијум је мекан, дуктилан, немагнетан и сребрнобелог изгледа. Међутим, елемент се не користи само у чистом облику. Алуминијум се обично легира са разним елементима као што су манган, бакар и магнезијум, формирајући стотине легура алуминијума са различитим значајно побољшаним својствима.
Овај чланак истражује процесе, алате, параметре и изазове који се јављају код CNC обраде алуминијума и његових легура. Такође се разматрају својства алуминијума, најпопуларнијих легура које се користе у CNC обради, као и примена алуминијума у различитим индустријама.
Преглед садржаја
ТогглеПредности коришћења алуминијума за ЦНЦ обрађене делове
Иако постоје бројне легуре алуминијума са различитим степеном својстава, постоје основна својства која се примењују на скоро све легуре алуминијума.
Обрадљивост
Алуминијум се лако обликује, обрађује и машински обрађује коришћењем различитих процеса. Може се брзо и лако сећи машинским алатима јер је мекан и лако се крњи. Такође је јефтинији и захтева мање снаге за обраду од челика. Ове карактеристике су од огромне користи и за машинисту и за купца који наручује део. Штавише, добра обрадивост алуминијума значи да се мање деформише током обраде. То доводи до веће тачности јер омогућава CNC машинама да постигну веће толеранције.
Однос снаге и тежине
Алуминијум је отприлике трећине густине челика. Због тога је релативно лаган. Упркос својој малој тежини, алуминијум има веома високу чврстоћу. Ова комбинација чврстоће и мале тежине описује се као однос чврстоће и тежине материјала. Висок однос чврстоће и тежине алуминијума чини га повољним за делове потребне у неколико индустрија, као што су аутомобилска и ваздухопловна индустрија.
Отпорност на корозију
Алуминијум је отпоран на гребање и корозију у уобичајеним морским и атмосферским условима. Ова својства можете побољшати анодизирањем. Важно је напоменути да се отпорност на корозију разликује код различитих врста алуминијума. Међутим, врсте које се најчешће обрађују на CNC машини имају највећу отпорност.
Перформансе на ниским температурама
Већина материјала има тенденцију да изгуби нека од својих пожељних својстава на температурама испод нуле. На пример, и угљенични челици и гума постају крти на ниским температурама. Алуминијум, заузврат, задржава своју мекоћу, дуктилност и чврстоћу на веома ниским температурама.
Електрична проводљивост
Електрична проводљивост чистог алуминијума је око 37.7 милиона сименса по метру на собној температури. Иако легуре алуминијума могу имати нижу проводљивост од чистог алуминијума, оне су довољно проводљиве да би се њихови делови могли користити у електричним компонентама. С друге стране, алуминијум би био непогодан материјал ако електрична проводљивост није пожељна карактеристика обрађеног дела.
Рециклабилност
Пошто је у питању субтрактивни производни процес, CNC процеси обраде генеришу велики број струготина, које су отпадни материјали. Алуминијум се може рециклирати, што значи да је за рециклажу потребно релативно мало енергије, труда и трошкова. Због тога је пожељнији за оне који желе да надокнаде трошкове или смање расипање материјала. Такође, алуминијум је еколошки прихватљивији материјал за машинску обраду.
Потенцијал анодизације
Анодизација, поступак завршне обраде површине који повећава отпорност материјала на хабање и корозију, лако се постиже код алуминијума. Овај процес такође олакшава додавање боје обрађеним алуминијумским деловима.
Популарне алуминијумске легуре за ЦНЦ обраду
Из нашег искуства у Xometry-ју, следећих 5 врста алуминијума су једне од најчешће коришћених за CNC обраду.
ЕН АВ-2007 / 3.1645 / АлЦуМгПб
Алтернативне ознаке: 3.1645; ЕН 573-3; АлЦу4ПбМгМн.
Ова легура алуминијума садржи бакар као главни легирајући елемент (4-5%) бакра. То је легура са кратким струготинама која је издржљива, лагана, веома функционална и има иста висока механичка својства као AW 2030. Такође је погодна за нарезивање навоја, термичку обраду и брзу машинску обраду. Сва ова својства чине EN AW 2007 широко коришћеном у производњи машинских делова, вијака, закиваца, навртки, шрафова и навојних шипки. Међутим, ова врста алуминијума има ниску заварљивост и ниску отпорност на корозију; стога се препоручује заштитна анодизација након обраде дела.
ЕН АВ-5083 / 3.3547 / Ал-Мг4,5Мн
Алтернативне ознаке: 3.3547; Легура 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 је позната по својим одличним перформансама у тешким условима окружења. Садржи магнезијум и мале трагове хрома и мангана. Ова класа има веома високу отпорност на корозију у хемијским и морским срединама. Од свих легура које се не могу термички обрађивати, AW 5080 има највећу чврстоћу; својство које задржава чак и након заваривања. Иако се ова легура не сме користити у применама са температурама вишим од 65°C, она се истиче у применама на ниским температурама.
Због свог скупа пожељних својстава, AW 5080 се користи у бројним применама, укључујући криогену опрему, поморске примене, опрему под притиском, хемијске примене, заварене конструкције и каросерије возила.
ЕН АВ 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Алтернативне ознаке: 3.3535; Легура 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Као ковани легура алуминијума и магнезијума са највећим процентом алуминијума, AW 5754 се може ваљати, ковати и екструдирати. Такође се не може термички обрађивати и може се хладно обрађивати ради повећања чврстоће, али са мањом дуктилношћу. Поред тога, ова легура има одличну отпорност на корозију и високу чврстоћу. Узимајући у обзир ова својства, разумљиво је да је AW 5754 једна од најпопуларнијих врста алуминијума обрађених CNC машином. Обично се користи у завареним конструкцијама, подним облогама, риболовној опреми, каросеријама возила, преради хране и заковицама.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Алтернативне ознаке: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Ово је легура кованог алуминијума која садржи магнезијум и силицијум. Термички се обрађује и има просечну чврстоћу, добру заварљивост и добру обликовност. Такође је веома отпорна на корозију; својство које се може додатно побољшати анодизацијом. EN AW 6060 се често користи у грађевинарству, преради хране, медицинској опреми и аутомобилској индустрији.
ЕН АВ-7075 / 3.4365 / Ал-Зн6МгЦу
Алтернативне ознаке: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Цинк је главни легирајући елемент у овој врсти алуминијума. Иако EN AW 7075 има просечну обрадивост, лоша својства хладног обликовања и није погодан ни за заваривање ни за лемљење; има висок однос чврстоће и густине, одличну отпорност на атмосферске и морске услове и чврстоћу упоредиву са неким челичним легурама. Ова легура се користи у веома широком спектру примена, укључујући рамове за змајеве и бицикле, опрему за пењање по стенама, оружје и производњу алата за калупе.
ЕН АВ-6061 / 3.3211 / Ал-Мг1СиЦу
Алтернативне ознаке: 3.3211, УНС А96061, А6061, Ал-Мг1СиЦу.
Ова легура садржи магнезијум и силицијум као главне легирајуће елементе, са траговима бакра. Са затезном чврстоћом од 180 Mpa, ово је легура високе чврстоће и веома је погодна за високо оптерећене конструкције као што су скеле, железнички вагони, делови машина и ваздухопловства.
ЕН АВ-6082 / 3.2315 / Ал-Си1Мг
Алтернативне ознаке: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Ова легура, која се обично формира ваљањем и екструзијом, има средњу чврстоћу са веома добром заварљивошћу и топлотном проводљивошћу. Има високу отпорност на пуцање под напоном и корозију. Има затезну чврстоћу која се креће од 140 до 330 MPa. У великој мери се користи у изградњи на отвореном мору и контејнерима.
Процеси обраде алуминијума на CNC машини
Алуминијум можете обрађивати бројним ЦНЦ процесима обраде који су данас доступни. Неки од тих процеса су следећи.
ЦНЦ стругање
Код CNC стругања, радни предмет се ротира, док алат за сечење са једним врхом остаје непокретан дуж своје осе. У зависности од машине, или радни предмет или алат за сечење врше померање једно према другом како би се постигло уклањање материјала.
ЦНЦ-глодање
CNC глодање је најчешће коришћено у обради алуминијумских делова. Ове операције укључују ротацију вишетачкастог реза дуж своје осе, док радни предмет остаје непокретан дуж своје осе. Акција сечења, а затим и уклањање материјала, постиже се померањем радног предмета, алата за сечење или оба комада заједно. Ово кретање се може изводити дуж више оса.
Поцкетинг
Такође познато као глодање џепова, џепирање је облик ЦНЦ глодања у којем се шупљи џеп обрађује у делу.
Суочавање
Обрада чеоним стругом или чеоним глодањем подразумева стварање равног попречног пресека на површини радног предмета.
ЦНЦ бушење
CNC бушење је процес прављења рупе у радном предмету. У овој операцији, вишетачка ротирајућа алатка за сечење одређене величине креће се праволинијски нормално на површину која се буши, чиме се ефикасно ствара рупа.
Алати за обраду алуминијума
Постоји неколико фактора који утичу на избор алата за ЦНЦ обраду алуминијума.
Дизајн алата
Постоје различити аспекти геометрије алата који доприносе његовој ефикасности у обради алуминијума. Један од њих је број његових жлебова. Да би се спречиле потешкоће у одвођењу струготине при великим брзинама, алати за сечење алуминијума на ЦНЦ машини требало би да имају 2-3 жлеба. Већи број жлебова резултира мањим удубљењима струготине. То ће довести до заглављивања великих струготина које производе легуре алуминијума. Када су силе резања мале и одвођење струготине је критично за процес, требало би да користите 2 жлеба. За савршену равнотежу између одвођења струготине и чврстоће алата, користите 3 жлеба.
Хелик Англе
Угао спирале је угао између централне линије алата и праве линије тангенте дуж резне ивице. То је важна карактеристика алата за резање. Иако већи угао спирале брже уклања струготину са дела, он повећава трење и топлоту током сечења. То може довести до тога да се струготина завари за површину алата током брзе ЦНЦ обраде алуминијума. С друге стране, мањи угао спирале производи мање топлоте, али можда неће ефикасно уклањати струготину. За обраду алуминијума, угао спирале од 35° или 40° је погодан за грубу обраду, док је угао спирале од 45° најбољи за завршну обраду.
Угао клиренса
Угао завртња је још један важан фактор за правилно функционисање алата. Прекомерно велики угао би проузроковао да се алат зарива у радни предмет и вибрира. С друге стране, премали угао би изазвао трење између алата и радног предмета. Углови завртња између 6° и 10° су најбољи за CNC обраду алуминијума.
Материјал алата
Карбид је пожељан материјал за алате за резање који се користе у CNC обради алуминијума. Пошто је алуминијум мекан за резање, оно што је важно код алата за резање алуминијума није тврдоћа, већ способност задржавања оштре ивице. Ова способност је присутна код карбидних алата и зависи од два фактора, величине зрна карбида и односа везива. Док већа величина зрна резултира тврђим материјалом, мања величина зрна гарантује чвршћи, отпорнији на ударце материјал, што је заправо својство које нам је потребно. Мањим зрнима је потребан кобалт да би се постигла финозрна структура и чврстоћа материјала.
Међутим, кобалт реагује са алуминијумом на високим температурама, формирајући наслаге алуминијума на површини алата. Кључно је користити карбидни алат са одговарајућом количином кобалта (2-20%), како би се ова реакција свела на минимум, а да се и даље одржи потребна чврстоћа. Карбидни алати су обично у стању да боље издрже велике брзине повезане са CNC обрадом алуминијума од челичних алата.
Поред материјала алата, премаз алата је важан фактор у ефикасности резања алата. ZrN (цирконијум нитрид), TiB2 (титанијум диборид) и премази слични дијаманту су неки од погодних премаза за алате који се користе у CNC обради алуминијума.
Феедс анд Спеедс
Брзина резања је брзина којом се алат за резање окреће. Алуминијум може да издржи веома велике брзине резања, па брзина резања за легуре алуминијума зависи од ограничења машине која се користи. Брзина треба да буде што је могуће већа код CNC обраде алуминијума, јер то смањује могућност стварања наслага на ивицама, штеди време, минимизира пораст температуре у делу, побољшава ломљење струготине и побољшава завршну обраду. Тачна брзина која се користи варира у зависности од легуре алуминијума и пречника алата.
Брзина померања је удаљеност коју обрадак или алат прелази по обртају алата. Коришћена брзина померања зависи од жељене завршне обраде, чврстоће и крутости обрадка. Грубо сечење захтева померање од 0.15 до 2.03 мм/окретају, док завршно сечење захтева померање од 0.05 до 0.15 мм/окретају.
Цуттинг Флуид
Упркос обрадивости, никада не сеците алуминијум на суво јер то подстиче стварање наслага на ивицама. Одговарајуће течности за резање за CNC обраду алуминијума су емулзије растворљивих уља и минерална уља. Избегавајте течности за резање које садрже хлор или активни сумпор јер ови елементи остављају мрље на алуминијуму.
Процеси после обраде
Након машинске обраде алуминијумског дела, постоје одређени процеси које можете спровести како бисте побољшали физичке, механичке и естетске карактеристике дела. Најраспрострањенији процеси су следећи.
Чишћење перлицама и песком
Чишћење перлицама је процес завршне обраде у естетске сврхе. У овом процесу, обрађени део се чишће ситним стакленим перлицама помоћу пиштоља под високим притиском ваздуха, ефикасно уклањајући материјал и обезбеђујући глатку површину. Алуминијуму даје сатенски или мат изглед. Главни параметри процеса за чишћење перлицама су величина стаклених перлица и количина коришћеног ваздушног притиска. Користите овај процес само када димензионалне толеранције дела нису критичне.
Остали поступци завршне обраде укључују полирање и фарбање.
премазивање
Ово подразумева премазивање алуминијумског дела другим материјалом као што су цинк, никл и хром. Ово се ради ради побољшања процеса производње делова и може се постићи електрохемијским процесима.
Анодизирање
Анодирање је електрохемијски процес у коме се алуминијумски део урања у раствор разблажене сумпорне киселине, а електрични напон се примењује преко катоде и аноде. Овај процес ефикасно претвара изложене површине дела у тврд, електрично нереактиван премаз алуминијум оксида. Густина и дебљина створеног премаза зависе од конзистенције раствора, времена анодизације и електричне струје. Анодирање можете извршити и да бисте обојили део.
Прахом
Процес прашкастог премазивања подразумева премазивање дела полимерним прахом у боји, коришћењем електростатичког пиштоља за прскање. Део се затим оставља да се стврдне на температури од 200°C. Прашкасто премазивање побољшава чврстоћу и отпорност на хабање, корозију и ударце.
Термичка обрада
Делови направљени од термички обрадивих легура алуминијума могу се подвргнути термичкој обради ради побољшања њихових механичких својстава.
Примене CNC обрађених алуминијумских делова у индустрији
Као што је раније речено, легуре алуминијума имају бројна пожељна својства. Стога су делови од алуминијума обрађени CNC машином неопходни у неколико индустрија, укључујући следеће:
- ваздушно-космички просторЗбог високог односа чврстоће и тежине, неколико авионских фитинга је направљено од машински обрађеног алуминијума;
- аутомобилскиСлично као у ваздухопловној индустрији, неколико делова као што су вратила и друге компоненте у аутомобилској индустрији направљено је од алуминијума;
- Електрична: због високе електричне проводљивости, делови од алуминијума обрађени CNC машином се често користе као електронске компоненте у електричним уређајима;
- Фоод/Пхармацеутицал: пошто не реагују са већином органских супстанци, алуминијумски делови играју важну улогу у прехрамбеној и фармацеутској индустрији;
- спортскиалуминијум се често користи за израду спортске опреме као што су бејзбол палице и спортске звиждуљке;
- ЦриогеницсСпособност алуминијума да задржи своја механичка својства на температурама испод нуле чини алуминијумске делове пожељним за криогене примене.