Alumini kwa Vifaa vya Uchakataji wa CNC
Alumini ni mojawapo ya vifaa vilivyotengenezwa kwa mashine nyingi zaidi vinavyopatikana leo. Kwa kweli, michakato ya uchakataji wa alumini CNC ni ya pili baada ya chuma kwa suala la masafa ya utekelezaji. Hasa hii ni kutokana na uwezo wake bora wa uchakataji.
Katika umbo lake safi kabisa, kipengele cha kemikali cha alumini ni laini, chenye umbo la ductile, kisicho na sumaku, na chenye mwonekano wa fedha-nyeupe. Hata hivyo, kipengele hicho hakitumiki tu katika umbo lake safi. Alumini kwa kawaida huchanganywa na vipengele mbalimbali kama vile manganese, shaba na magnesiamu ili kuunda mamia ya aloi za alumini zenye sifa mbalimbali zilizoboreshwa kwa kiasi kikubwa.
Makala haya yanachunguza michakato, zana, vigezo, na changamoto zinazohusika katika usindikaji wa alumini na aloi zake kwa kutumia CNC. Pia yanajadili sifa za alumini, aloi maarufu zinazotumika katika utengenezaji wa CNC, pamoja na matumizi ya alumini katika tasnia mbalimbali.
Uwezo
Alumini huundwa, hufanyiwa kazi, na hutengenezwa kwa urahisi kwa kutumia michakato mbalimbali. Inaweza kukatwa haraka na kwa urahisi na vifaa vya mashine kwa sababu ni laini na hupasuka kwa urahisi. Pia ni ghali kidogo na inahitaji nguvu kidogo kwa mashine kuliko chuma. Sifa hizi zina faida kubwa kwa fundi mitambo na mteja anayeagiza sehemu hiyo. Zaidi ya hayo, uwezo mzuri wa alumini kutengeneza unamaanisha kuwa haina umbo zuri wakati wa utengenezaji. Hii inasababisha usahihi wa juu kwani inaruhusu mashine za CNC kufikia uvumilivu wa hali ya juu.
Uwiano wa Nguvu-kwa-uzito
Alumini ni takriban theluthi moja ya msongamano wa chuma. Hii inafanya iwe nyepesi kiasi. Licha ya uzani wake mwepesi, alumini ina nguvu nyingi sana. Mchanganyiko huu wa nguvu na uzito mwepesi unaelezewa kama uwiano wa nguvu-kwa-uzito wa vifaa. Uwiano wa nguvu-kwa-uzito wa juu wa alumini hufanya iwe bora kwa sehemu zinazohitajika katika tasnia kadhaa kama vile tasnia ya magari na anga za juu.
Upinzani wa kutu
Alumini hustahimili mikwaruzo na hustahimili kutu katika hali ya kawaida ya baharini na angahewa. Unaweza kuboresha sifa hizi kwa kuongeza mafuta kwenye alumini. Ni muhimu kutambua kwamba upinzani dhidi ya kutu hutofautiana katika daraja tofauti za alumini. Hata hivyo, daraja za kawaida za mashine za CNC ndizo zenye upinzani mkubwa zaidi.
Utendaji kwa Halijoto ya Chini
Nyenzo nyingi huwa zinapoteza baadhi ya sifa zao zinazohitajika katika halijoto ya chini ya sifuri. Kwa mfano, vyuma vya kaboni na mpira huwa brittle katika halijoto ya chini. Alumini, kwa upande wake, huhifadhi ulaini wake, udukivu, na nguvu katika halijoto ya chini sana.
Hali ya Umeme
Upitishaji umeme wa alumini safi ni takriban siemens milioni 37.7 kwa mita kwenye halijoto ya kawaida. Ingawa aloi za alumini zinaweza kuwa na upitishaji mdogo kuliko alumini safi, zina upitishaji wa kutosha kwa sehemu zake kupata matumizi katika vipengele vya umeme. Kwa upande mwingine, alumini itakuwa nyenzo isiyofaa ikiwa upitishaji umeme si sifa inayohitajika ya sehemu iliyotengenezwa kwa mashine.
Upyaji upya
Kwa kuwa ni mchakato wa utengenezaji unaotumia mbinu ya kupunguza matumizi, michakato ya uchakataji wa CNC hutoa idadi kubwa ya chipsi, ambazo ni nyenzo taka. Alumini inaweza kutumika tena kwa urahisi, ikimaanisha inahitaji nishati, juhudi, na gharama ndogo ili kuchakata tena. Hii inafanya iwe bora kwa wale wanaotaka kurejesha matumizi au kupunguza upotevu wa nyenzo. Pia hufanya alumini kuwa nyenzo rafiki kwa mazingira zaidi kwa mashine.
Uwezo wa Anodiation
Anodizing, ambayo ni utaratibu wa kumalizia uso unaoongeza uchakavu na upinzani wa kutu wa nyenzo, ni rahisi kufikia katika alumini. Mchakato huu pia hurahisisha kuongeza rangi kwenye sehemu za alumini zilizotengenezwa kwa mashine.
Aloi Maarufu za Alumini kwa Uchimbaji wa CNC
Kutokana na uzoefu wetu katika Xometry, daraja 5 zifuatazo za alumini ni mojawapo ya zinazotumika sana kwa ajili ya uchakataji wa CNC.
EN AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Majina mbadala: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Aloi hii ya alumini ina shaba kama kipengele chake kikuu cha aloi (4-5%) ya shaba. Ni aloi yenye vipande vifupi ambayo ni ya kudumu, nyepesi, inayofanya kazi sana, na ina sifa sawa za kiufundi kama AW 2030. Pia inafaa kwa ajili ya kuzungusha nyuzi, matibabu ya joto, na usindikaji wa kasi ya juu. Sifa hizi zote hufanya EN AW 2007 itumike sana katika utengenezaji wa sehemu za mashine, boliti, nati za rivets, skrubu, na baa zenye nyuzi. Hata hivyo, daraja hili la alumini lina uwezo mdogo wa kulehemu na upinzani mdogo wa kutu; kwa hivyo inashauriwa kufanya anodizing ya kinga baada ya usindikaji wa sehemu.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Majina mbadala: 3.3547; Aloi 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083 inajulikana kwa utendaji wake bora katika mazingira magumu. Ina magnesiamu na chembechembe ndogo za kromiamu na manganese. Daraja hili lina upinzani mkubwa sana dhidi ya kutu katika mazingira ya kemikali na baharini. Kati ya aloi zote zisizotibiwa kwa joto, AW 5080 ina nguvu ya juu zaidi; sifa ambayo huhifadhi hata baada ya kulehemu. Ingawa aloi hii haipaswi kutumika katika matumizi yenye halijoto ya juu kuliko 65°C, inafanikiwa zaidi katika matumizi ya halijoto ya chini.
Kutokana na seti yake ya sifa zinazohitajika, AW 5080 hutumika katika matumizi mengi ikiwa ni pamoja na vifaa vya cryogenic, matumizi ya baharini, vifaa vya shinikizo, matumizi ya kemikali, miundo ya svetsade, na miili ya magari.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Majina mbadala: 3.3535; Aloi 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Kwa kuwa ni aloi ya alumini-magnesiamu iliyotengenezwa kwa chuma yenye asilimia kubwa zaidi ya alumini, AW 5754 inaweza kuviringishwa, kutengenezwa, na kutolewa nje. Pia haiwezi kutibiwa kwa joto na inaweza kutengenezwa kwa baridi ili kuongeza nguvu yake, lakini kwa unyumbufu mdogo. Zaidi ya hayo, aloi hii ina upinzani bora dhidi ya kutu na ina nguvu kubwa. Kwa kuzingatia sifa hizi, inaeleweka kwamba AW 5754 ni mojawapo ya daraja maarufu zaidi za alumini iliyotengenezwa kwa mashine ya CNC. Kwa kawaida hutumika katika miundo iliyounganishwa, matumizi ya sakafu, vifaa vya uvuvi, miili ya magari, usindikaji wa chakula, na rivets.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Majina mbadala: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Hii ni aloi ya alumini iliyotengenezwa kwa magnesiamu na silikoni. Inaweza kutibiwa kwa joto na ina nguvu ya wastani, uwezo mzuri wa kulehemu, na umbo zuri. Pia inastahimili kutu sana; sifa ambayo inaweza kuboreshwa zaidi kupitia anodizing. EN AW 6060 mara nyingi hutumika katika ujenzi, usindikaji wa chakula, vifaa vya matibabu, na uhandisi wa magari.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Majina mbadala: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Zinki ndiyo kipengele kikuu cha uunganishaji katika daraja hili la alumini. Ingawa EN AW 7075 ina uwezo wa wastani wa kutengeneza, sifa duni za kutengeneza baridi, na haifai kwa kulehemu na kuunganishwa; ina uwiano wa juu wa nguvu-kwa-uzito, upinzani bora kwa mazingira ya anga na baharini, na nguvu inayolingana na baadhi ya aloi za chuma. Aloi hii hutumika katika matumizi mbalimbali ikiwa ni pamoja na fremu za kuteleza na baiskeli, vifaa vya kupanda miamba, silaha, na utengenezaji wa vifaa vya ukungu.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Majina mbadala: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Aloi hii ina magnesiamu na silikoni kama vipengele vyake vikuu vya aloi pamoja na kiasi kidogo cha shaba. Kwa nguvu ya mkunjo ya 180Mpa, hii ni aloi yenye nguvu nyingi na inafaa sana kwa miundo iliyojaa sana kama vile viunzi, mabasi ya reli, sehemu za mashine na anga za juu.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Majina mbadala: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Kwa kawaida huundwa kwa kuviringisha na kutoa, aloi hii ina nguvu ya wastani na uwezo mzuri wa kulehemu na upitishaji joto. Ina upinzani mkubwa wa kuvunjika kwa kutu. Ina nguvu ya mvutano inayoanzia 140 - 330MPa. Inatumika sana katika ujenzi wa pwani na vyombo.
Michakato ya Uchakataji wa Alumini CNC
Unaweza kutengeneza alumini kwa kutumia michakato kadhaa ya uchakataji wa CNC inayopatikana leo. Baadhi ya michakato hii ni kama ifuatavyo.
Kubadili CNC
Katika shughuli za kugeuza CNC, kipini cha kazi huzunguka, huku kifaa cha kukata chenye ncha moja kikibaki kimesimama kando ya mhimili wake. Kulingana na mashine, kipini cha kazi au kifaa cha kukata hufanya mwendo wa kulisha dhidi ya kingine ili kufikia kuondolewa kwa nyenzo.
CNC Milling
Shughuli za kusaga za CNC ndizo zinazotumika sana katika uchakataji wa sehemu za alumini. Shughuli hizi zinahusisha mzunguko wa kukata kwa nukta nyingi kando ya mhimili wake, huku kipako cha kazi kikibaki kimesimama kando ya mhimili wake. Kitendo cha kukata na hatimaye kuondoa nyenzo hupatikana kwa mwendo wa kulisha wa kipako cha kazi, kifaa cha kukata, au vyote viwili kwa pamoja. Mwendo huu unaweza kufanywa kwa kutumia shoka nyingi.
Malipo
Pia inajulikana kama kusaga mfukoni, kusaga mfukoni ni aina ya kusaga kwa CNC ambapo mfukoni wenye mashimo hutengenezwa kwa sehemu.
Inakabiliwa
Kukabiliana katika uchakataji kunahusisha kuunda eneo tambarare la sehemu nzima kwenye uso wa kipande cha kazi kupitia kugeuza uso au kusaga uso.
Kuchimba visima CNC
Kuchimba kwa CNC ni mchakato wa kutengeneza shimo kwenye kipande cha kazi. Katika operesheni hii, kifaa cha kukata chenye ncha nyingi cha ukubwa fulani husogea kwa mstari ulionyooka kwenye uso unaotakiwa kutobolewa, na hivyo kutengeneza shimo kwa ufanisi.
Zana za Kutengeneza Alumini
Kuna mambo kadhaa yanayoathiri uteuzi wa kifaa cha uchakataji wa alumini CNC.
Ubunifu wa zana
Kuna vipengele tofauti vya jiometri ya zana vinavyochangia ufanisi wake katika utengenezaji wa alumini. Mojawapo ya haya ni idadi yake ya filimbi. Ili kuzuia ugumu wa uokoaji wa chips kwa kasi ya juu, vifaa vya kukata kwa ajili ya utengenezaji wa alumini CNC vinapaswa kuwa na filimbi 2-3. Idadi kubwa ya filimbi husababisha mabonde madogo ya chips. Hii itasababisha chips kubwa zinazozalishwa na aloi za alumini kukwama. Wakati nguvu za kukata ziko chini na nafasi ya chips ni muhimu kwa mchakato, unapaswa kutumia filimbi 2. Kwa usawa kamili wa nafasi ya chips na nguvu ya chombo, tumia filimbi 3.
Angu ya Helix
Pembe ya heliksi ni pembe kati ya mstari wa katikati wa kifaa na mstari ulionyooka kando ya ukingo wa kukata. Ni sifa muhimu ya vifaa vya kukata. Ingawa pembe ya heliksi ya juu huondoa chipsi kutoka kwa sehemu haraka zaidi, huongeza msuguano na joto wakati wa kukata. Hii inaweza kusababisha chipsi kulehemu kwenye uso wa kifaa wakati wa usindikaji wa alumini CNC wa kasi ya juu. Pembe ya heliksi ya chini, kwa upande mwingine, hutoa joto kidogo lakini inaweza isiondoe chipsi kwa ufanisi. Kwa utengenezaji wa alumini, pembe ya heliksi ya 35° au 40° inafaa kwa matumizi ya kukanyaga, huku pembe ya heliksi ya 45° ikiwa bora zaidi kwa kumalizia.
Pembe ya Kusafisha
Pembe ya uwazi ni jambo lingine muhimu kwa utendakazi mzuri wa kifaa. Pembe kubwa kupita kiasi ingesababisha kifaa kuchimba ndani ya kazi na kutoa gumzo. Kwa upande mwingine, pembe ndogo sana ingesababisha msuguano kati ya kifaa na kazi. Pembe za uwazi kati ya 6° na 10° ndizo bora zaidi kwa ajili ya uchakataji wa alumini CNC.
Nyenzo ya Zana
Kabidi ni nyenzo inayopendelewa zaidi kwa ajili ya vifaa vya kukata vinavyotumika katika uchakataji wa alumini CNC. Kwa sababu alumini ni kukata laini, muhimu katika kifaa cha kukata alumini si ugumu, bali uwezo wa kudumisha makali makali ya wembe. Uwezo huu upo katika vifaa vya kabidi na inategemea mambo mawili, ukubwa wa chembe za kabidi na uwiano wa binder. Ingawa ukubwa mkubwa wa chembe husababisha nyenzo ngumu zaidi, ukubwa mdogo wa chembe huhakikisha nyenzo ngumu na inayostahimili athari ambayo kwa kweli ndiyo sifa tunayohitaji. Chembe ndogo zinahitaji kobalti ili kufikia muundo wa chembe laini na nguvu ya nyenzo.
Hata hivyo, kobalti humenyuka na alumini katika halijoto ya juu, na kutengeneza ukingo uliojengwa wa alumini kwenye uso wa kifaa. Jambo la msingi ni kutumia kifaa cha karabidi chenye kiwango sahihi cha kobalti (2-20%), ili kupunguza athari hii, huku bado ikidumisha nguvu inayohitajika. Vifaa vya karabidi kwa kawaida vinaweza kustahimili vyema kuliko vifaa vya Chuma, kasi ya juu inayohusiana na usindikaji wa alumini CNC.
Mbali na nyenzo za zana, mipako ya zana ni jambo muhimu katika ufanisi wa kukata zana. ZrN (Zirconium Nitride), TiB2 (Titanium di-Boride), na mipako kama almasi ni baadhi ya mipako inayofaa kwa zana zinazotumika katika uchakataji wa alumini CNC.
Milisho na Kasi
Kasi ya kukata ni kasi ambayo kifaa cha kukata huzunguka. Alumini inaweza kuhimili kasi ya juu sana ya kukata hivyo kasi ya kukata kwa aloi za alumini inategemea mipaka ya mashine inayotumika. Kasi inapaswa kuwa ya juu kadri inavyofaa katika uchakataji wa alumini CNC, kwani hii inapunguza uwezekano wa kuundwa kwa kingo zilizojengwa, huokoa muda, hupunguza kupanda kwa joto katika sehemu hiyo, huboresha kuvunjika kwa chip, na huboresha umaliziaji. Kasi halisi inayotumika hutofautiana kulingana na aloi ya alumini na kipenyo cha kifaa.
Kiwango cha kulisha ni umbali ambao kipande cha kazi au kifaa husogea kwa kila mzunguko wa kifaa. Kulisha kunakotumika hutegemea umaliziaji unaohitajika, nguvu, na ugumu wa kipande cha kazi. Kukata vibaya kunahitaji kulisha kwa 0.15 hadi 2.03 mm/rev huku kukata kwa kumalizia kunahitaji kulisha kwa 0.05 hadi 0.15 mm/rev.
Maji ya Kukata
Licha ya uwezo wake wa kutengeneza, usikate alumini kavu kwani hii inakuza uundaji wa kingo zilizojikusanya. Vimiminika vinavyofaa vya kukata kwa ajili ya usindikaji wa alumini CNC ni emulsions za mafuta mumunyifu na mafuta ya madini. Epuka vimiminika vya kukata vyenye klorini au salfa inayofanya kazi kwani vipengele hivi vinatia madoa alumini.
Taratibu za baada ya usindikaji
Baada ya kutengeneza sehemu ya alumini, kuna michakato fulani ambayo unaweza kufanya ili kuboresha sifa za kimwili, za kiufundi, na za urembo za sehemu hiyo. Michakato iliyoenea zaidi ni kama ifuatavyo.
Ulipuaji wa Shanga na Mchanga
Ulipuaji wa shanga ni mchakato wa kumalizia kwa madhumuni ya urembo. Katika mchakato huu, sehemu iliyotengenezwa hulipuliwa na shanga ndogo za kioo kwa kutumia bunduki ya hewa yenye shinikizo kubwa, kuondoa nyenzo kwa ufanisi na kuhakikisha uso laini. Huipa alumini umaliziaji wa satin au matte. Vigezo vikuu vya mchakato wa ulipuaji wa shanga ni ukubwa wa shanga za kioo na kiasi cha shinikizo la hewa kinachotumika. Tumia mchakato huu tu wakati uvumilivu wa vipimo vya sehemu si muhimu.
Michakato mingine ya kumalizia ni pamoja na kung'arisha na kupaka rangi.
Coating
Hii inahusisha kupaka sehemu ya alumini na nyenzo nyingine kama vile zinki, nikeli, na kromu. Hii inafanywa ili kuboresha michakato ya sehemu na inaweza kupatikana kupitia michakato ya kielektroniki.
Anodising
Kuongeza uoksi ni mchakato wa kielektroniki ambapo sehemu ya alumini huchovya katika myeyusho wa asidi ya sulfuriki iliyopunguzwa, na volteji ya umeme hutumika kwenye kathodi na anodi. Mchakato huu hubadilisha kwa ufanisi nyuso zilizo wazi za sehemu hiyo kuwa mipako ngumu, isiyo na tendaji ya oksidi ya alumini. Uzito na unene wa mipako inayoundwa inategemea uthabiti wa myeyusho, muda wa kuongeza uoksi, na mkondo wa umeme. Unaweza pia kufanya kuongeza uoksi ili kupaka rangi sehemu.
Poda mipako
Mchakato wa mipako ya unga unahusisha kupaka sehemu kwa rangi ya unga wa polima, kwa kutumia bunduki ya kunyunyizia ya umemetuamo. Kisha sehemu hiyo huachwa ipoe kwenye halijoto ya 200°C. Mipako ya unga huboresha nguvu na upinzani dhidi ya uchakavu, kutu, na mgongano.
Matibabu ya joto
Sehemu zilizotengenezwa kwa aloi za alumini zinazoweza kutibiwa kwa joto zinaweza kufanyiwa matibabu ya joto ili kuboresha sifa zao za kiufundi.
Matumizi ya Sehemu za Alumini za Mashine za CNC katika Viwanda
Kama ilivyoelezwa hapo awali, aloi za alumini zina sifa kadhaa zinazohitajika. Kwa hivyo, sehemu za alumini zinazotengenezwa kwa mashine ya CNC ni muhimu sana katika tasnia kadhaa, ikiwa ni pamoja na zifuatazo:
- Mazingira: kutokana na uwiano wake wa juu wa nguvu-kwa uzito, vifaa kadhaa vya ndege hutengenezwa kwa alumini iliyotengenezwa kwa mashine;
- Michezo: sawa na tasnia ya anga, sehemu kadhaa kama vile shafts na vipengele vingine katika tasnia ya magari hutengenezwa kwa alumini;
- Umeme: ikiwa na upitishaji wa umeme wa hali ya juu, sehemu za alumini zilizotengenezwa kwa mashine za CNC mara nyingi hutumika kama vipengele vya kielektroniki katika vifaa vya umeme;
- Chakula/Dawa: kwa sababu haziguswi na vitu vingi vya kikaboni, sehemu za alumini zina jukumu muhimu katika tasnia ya chakula na dawa;
- Sports: alumini mara nyingi hutumika kutengeneza vifaa vya michezo kama vile vibao vya besiboli na filimbi za michezo;
- Cryogenics: uwezo wa alumini kuhifadhi sifa zake za kiufundi katika halijoto ya chini ya sifuri, hufanya sehemu za alumini kuhitajika kwa matumizi ya cryogenic.