Aluminyo para sa mga Materyales ng CNC Machining
Ang aluminyo ay isa sa mga materyales na pinakamadaling makinahin na makukuha ngayon. Sa katunayan, ang mga proseso ng pagma-machining ng aluminyo gamit ang CNC ay pangalawa lamang sa bakal sa mga tuntunin ng dalas ng pagpapatupad. Pangunahin na ito ay dahil sa mahusay nitong kakayahang makinahin.
Sa pinakadalisay nitong anyo, ang elementong kemikal na aluminyo ay malambot, malapot, hindi magnetiko, at kulay pilak-puti ang anyo. Gayunpaman, ang elemento ay hindi lamang ginagamit sa purong anyo. Ang aluminyo ay karaniwang hinahaluan ng iba't ibang elemento tulad ng manganese, tanso at magnesiyo upang bumuo ng daan-daang haluang metal na aluminyo na may iba't ibang makabuluhang pinahusay na mga katangian.
Tinatalakay ng artikulong ito ang mga proseso, kagamitan, parametro, at mga hamong kaakibat ng CNC machining ng aluminum at mga haluang metal nito. Tinatalakay din nito ang mga katangian ng aluminum, ang pinakasikat na mga haluang metal na ginagamit sa CNC machining, pati na rin ang aplikasyon ng aluminum sa iba't ibang industriya.
Kakayahang magamit
Ang aluminyo ay madaling mabuo, maproseso, at mamakinang gamit ang iba't ibang proseso. Maaari itong mabilis at madaling putulin gamit ang mga makinang pangkamay dahil ito ay malambot at madaling mapunit. Mas mura rin ito at nangangailangan ng mas kaunting lakas sa pagmakinang kaysa sa bakal. Ang mga katangiang ito ay may napakalaking benepisyo kapwa sa machinist at sa kostumer na nag-oorder ng bahagi. Bukod pa rito, ang mahusay na kakayahang mamakinang ng aluminyo ay nangangahulugan na mas kaunti ang nababago nito habang nagma-machining. Ito ay humahantong sa mas mataas na katumpakan dahil pinapayagan nito ang mga makinang CNC na makamit ang mas mataas na tolerance.
Lakas-sa-timbang Ratio
Ang aluminyo ay halos isang-katlo ng densidad ng bakal. Dahil dito, medyo magaan ito. Sa kabila ng magaan nitong timbang, ang aluminyo ay may napakataas na lakas. Ang kombinasyong ito ng lakas at magaan na timbang ay inilalarawan bilang ang ratio ng lakas-sa-timbang ng mga materyales. Ang mataas na ratio ng lakas-sa-timbang ng aluminyo ay ginagawa itong kanais-nais para sa mga piyesang kinakailangan sa ilang industriya tulad ng mga industriya ng automotive at aerospace.
Kaagnasan paglaban
Ang aluminyo ay matibay sa gasgas at kalawang sa mga karaniwang kondisyon sa dagat at atmospera. Maaari mong mapahusay ang mga katangiang ito sa pamamagitan ng anodizing. Mahalagang tandaan na ang resistensya sa kalawang ay nag-iiba sa iba't ibang grado ng aluminyo. Gayunpaman, ang mga grado na madalas na ginagawa sa CNC ang may pinakamaraming resistensya.
Pagganap sa Mababang Temperatura
Karamihan sa mga materyales ay may posibilidad na mawala ang ilan sa kanilang mga kanais-nais na katangian sa mga temperaturang sub-zero. Halimbawa, ang mga carbon steel at goma ay parehong nagiging malutong sa mababang temperatura. Ang aluminyo naman ay nananatiling lambot, ductility, at lakas nito sa napakababang temperatura.
Kondaktibiti sa kuryente
Ang electrical conductivity ng purong aluminum ay humigit-kumulang 37.7 milyong siemens kada metro sa temperatura ng silid. Bagama't ang mga aluminum alloy ay maaaring may mas mababang conductivity kaysa sa purong aluminum, ang mga ito ay sapat na conductive para magamit ang kanilang mga bahagi sa mga electrical component. Sa kabilang banda, ang aluminum ay hindi magiging isang hindi angkop na materyal kung ang electrical conductivity ay hindi isang kanais-nais na katangian ng isang makinang bahagi.
Recyclable
Dahil ito ay isang proseso ng subtractive manufacturing, ang mga proseso ng CNC machining ay nakakabuo ng maraming chips, na mga basurang materyales. Ang aluminyo ay lubos na nare-recycle na nangangahulugang nangangailangan ito ng medyo mababang enerhiya, pagsisikap, at gastos upang i-recycle. Ginagawa nitong mas mainam ito para sa mga gustong makabawi sa gastos o mabawasan ang pag-aaksaya ng materyal. Ginagawa rin nitong mas environment-friendly na materyal ang aluminyo para sa makina.
Potensyal ng Anodasyon
Ang anodisation, na isang pamamaraan ng pagtatapos ng ibabaw na nagpapataas ng resistensya sa pagkasira at kalawang ng isang materyal, ay madaling makamit sa aluminyo. Ginagawang mas madali rin ng prosesong ito ang pagdaragdag ng kulay sa mga makinang bahagi ng aluminyo.
Mga sikat na Aluminum Alloys para sa CNC Machining
Batay sa aming karanasan sa Xometry, ang sumusunod na 5 grado ng aluminyo ay isa sa mga pinakamadalas na ginagamit para sa CNC machining.
EN AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Mga alternatibong pagtatalaga: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Ang haluang metal na aluminyo na ito ay may tanso bilang pangunahing elemento ng haluang metal (4-5%). Ito ay isang maikli at basag na haluang metal na matibay, magaan, lubos na magagamit, at may parehong mataas na mekanikal na katangian gaya ng AW 2030. Angkop din ito para sa pag-thread, heat treatment, at high-speed machining. Ang lahat ng mga katangiang ito ang dahilan kung bakit malawakang ginagamit ang EN AW 2007 sa paggawa ng mga bahagi ng makina, bolt, rivet, nuts, turnilyo, at mga sinulid na bar. Gayunpaman, ang grado ng aluminyo na ito ay may mababang weldability at mababang resistensya sa kalawang; kaya naman inirerekomenda na magsagawa ng protective anodising pagkatapos ng part machining.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Mga alternatibong designasyon: 3.3547; Alloy 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
Ang AW 5083 ay kilala sa mahusay nitong pagganap sa mga matitinding kapaligiran. Naglalaman ito ng magnesium at maliliit na bakas ng chromium at manganese. Ang gradong ito ay may napakataas na resistensya sa kalawang sa parehong kemikal at marine na kapaligiran. Sa lahat ng mga non-heat treatable alloys, ang AW 5080 ang may pinakamataas na lakas; isang katangian na napananatili nito kahit na pagkatapos ng welding. Bagama't hindi dapat gamitin ang alloy na ito sa mga aplikasyon na may temperaturang mas mataas sa 65°C, ito ay mahusay sa mga aplikasyon na mababa ang temperatura.
Dahil sa mga kanais-nais na katangian nito, ang AW 5080 ay ginagamit sa maraming aplikasyon kabilang ang mga kagamitang cryogenic, mga aplikasyon sa pandagat, kagamitan sa presyon, mga aplikasyong kemikal, mga konstruksyong hinang, at mga katawan ng sasakyan.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Mga alternatibong katawagan: 3.3535; Haluang metal 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
Bilang isang wrought aluminum-magnesium alloy na may pinakamataas na porsyento ng aluminum, ang AW 5754 ay maaaring igulong, i-forge, at i-extrude. Hindi rin ito maaaring i-heat-treat at maaaring i-cold-work upang mapataas ang lakas nito, ngunit may mas mababang ductility. Bukod pa rito, ang alloy na ito ay may mahusay na resistensya sa kalawang at may mataas na lakas. Kung isasaalang-alang ang mga katangiang ito, mauunawaan na ang AW 5754 ay isa sa mga pinakasikat na CNC machined aluminum grade. Karaniwan itong ginagamit sa mga welded na istruktura, mga aplikasyon sa sahig, kagamitan sa pangingisda, mga katawan ng sasakyan, pagproseso ng pagkain, at mga rivet.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Mga alternatibong designasyon: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Ito ay isang wrought aluminum alloy na naglalaman ng magnesium at silicon. Ito ay heat-treated at may katamtamang lakas, mahusay na weldability, at mahusay na formability. Ito rin ay lubos na lumalaban sa kalawang; isang katangian na maaaring mapabuti pa sa pamamagitan ng anodising. Ang EN AW 6060 ay kadalasang ginagamit sa konstruksyon, pagproseso ng pagkain, kagamitang medikal, at inhinyeriya ng sasakyan.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Mga alternatibong katawagan: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Ang zinc ang pangunahing elemento ng haluang metal sa gradong ito ng aluminyo. Bagama't ang EN AW 7075 ay may katamtamang kakayahang makinahin, mahinang katangian ng pagbuo ng malamig, at hindi angkop para sa parehong hinang at paghihinang; mayroon itong mataas na ratio ng lakas-sa-densidad, mahusay na resistensya sa mga kapaligirang atmospera at dagat, at lakas na maihahambing sa ilang haluang metal na bakal. Ang haluang metal na ito ay ginagamit sa napakalawak na hanay ng mga aplikasyon kabilang ang mga frame ng hang glider at bisikleta, kagamitan sa pag-akyat sa bato, armas, at paggawa ng mga kagamitan sa hulmahan.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Mga alternatibong pagtatalaga: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Ang haluang metal na ito ay naglalaman ng magnesium at silicon bilang pangunahing elemento ng haluang metal na may kaunting tanso. Taglay ang tensile strength na 180Mpa, ito ay isang high strength alloy at angkop para sa mga istrukturang may mataas na karga tulad ng mga scaffold, riles ng tren, makina at mga piyesa ng aerospace.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Mga alternatibong katawagan: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Karaniwang nabubuo sa pamamagitan ng pagulong at pag-extrude, ang haluang metal na ito ay may katamtamang lakas na may napakahusay na kakayahang i-weld at thermal conductivity. Mayroon itong mataas na resistensya sa stress corrosion cracking. Mayroon itong tensile strength na mula 140 – 330MPa. Malawak itong ginagamit sa konstruksyon at mga lalagyan sa laot.
Mga Proseso ng Pagmamakina ng CNC na Aluminyo
Maaari kang magmina ng aluminyo sa pamamagitan ng ilan sa mga proseso ng CNC machining na magagamit ngayon. Ang ilan sa mga prosesong ito ay ang mga sumusunod.
CNC Turning
Sa mga operasyon ng pag-ikot gamit ang CNC, ang workpiece ay umiikot, habang ang single-point cutting tool ay nananatiling nakatigil sa axis nito. Depende sa makina, alinman sa workpiece o ang cutting tool ang nagsasagawa ng feed motion laban sa isa pa upang makamit ang pag-aalis ng materyal.
CNC Milling
Ang mga operasyon ng CNC Milling ang pinakakaraniwang ginagamit sa pagma-machining ng mga bahaging aluminyo. Ang mga operasyong ito ay kinabibilangan ng pag-ikot ng isang multi-point cutting sa kahabaan ng axis nito, habang ang workpiece ay nananatiling nakatigil sa kahabaan ng sarili nitong axis. Ang aksyon sa pagputol at kasunod na pag-aalis ng materyal ay nakakamit sa pamamagitan ng feed motion ng alinman sa workpiece, ng cutting tool, o pareho ng pinagsamang mga ito. Ang paggalaw na ito ay maaaring isagawa sa maraming axis.
Pagbubulsa
Kilala rin bilang pocket milling, ang pocketing ay isang uri ng CNC milling kung saan ang isang guwang na bulsa ay minamakina sa isang bahagi.
Takip
Ang facing sa machining ay kinabibilangan ng paglikha ng patag na cross-sectional area sa ibabaw ng isang workpiece sa pamamagitan ng face turning o face milling.
Pag-drill ng CNC
Ang CNC Drilling ay ang proseso ng paggawa ng butas sa isang workpiece. Sa operasyong ito, ang isang multi-point rotating cutting tool na may partikular na laki ay gumagalaw sa isang tuwid na linya patayo sa ibabaw na pagbubutas, sa gayon ay epektibong lumilikha ng butas.
Mga Kagamitan para sa Pagmamakina ng Aluminyo
Mayroong ilang mga salik na nakakaimpluwensya sa pagpili ng isang kasangkapan para sa aluminum CNC machining.
Disenyo ng tool
Mayroong iba't ibang aspeto ng heometriya ng isang kagamitan na nakakatulong sa kahusayan nito sa pagma-machining ng aluminum. Isa na rito ang bilang ng plauta nito. Upang maiwasan ang kahirapan sa pag-alis ng chip sa matataas na bilis, ang mga cutting tool para sa aluminum CNC machining ay dapat mayroong 2-3 plauta. Ang mas maraming bilang ng plauta ay nagreresulta sa mas maliliit na chip valley. Ito ay magiging sanhi ng pagkabara ng malalaking chip na nalilikha ng mga aluminum alloy. Kapag mababa ang puwersa ng paggupit at ang chip clearance ay mahalaga sa proseso, dapat kang gumamit ng 2 plauta. Para sa perpektong balanse ng chip clearance at lakas ng kagamitan, gumamit ng 3 plauta.
Helix Angle
Ang anggulo ng helix ay ang anggulo sa pagitan ng gitnang linya ng isang kasangkapan at ng isang tuwid na linya na padaplis sa gilid ng pagputol. Ito ay isang mahalagang katangian ng mga kagamitan sa paggupit. Bagama't mas mabilis na natatanggal ng mas mataas na anggulo ng helix ang mga piraso mula sa isang bahagi, pinapataas nito ang alitan at init habang nagpuputol. Maaari itong maging sanhi ng pag-weld ng mga piraso sa ibabaw ng kasangkapan habang nagma-machining gamit ang high-speed aluminum CNC. Sa kabilang banda, ang mas mababang anggulo ng helix ay nakakagawa ng mas kaunting init ngunit maaaring hindi epektibong matanggal ang mga piraso. Para sa pagma-machining ng aluminyo, ang 35° o 40° na anggulo ng helix ay angkop para sa mga aplikasyon ng roughing, habang ang anggulo ng helix na 45° ay pinakamainam para sa pagtatapos.
Anggulo ng Clearance
Ang anggulo ng clearance ay isa pang mahalagang salik para sa wastong paggana ng isang kagamitan. Ang labis na malaking anggulo ay magiging sanhi ng paglubog ng kagamitan sa pinaghirapan at pag-ugoy. Sa kabilang banda, ang napakaliit na anggulo ay magiging sanhi ng friction sa pagitan ng kagamitan at ng pinaghirapan. Ang mga anggulo ng clearance sa pagitan ng 6° at 10° ay pinakamainam para sa aluminum CNC machining.
Materyal ng Tool
Ang karbida ang ginustong materyal para sa mga cutting tool na ginagamit sa aluminum CNC machining. Dahil ang aluminum ay malambot na cutting tool, ang mahalaga sa isang cutting tool para sa aluminum ay hindi ang katigasan, kundi ang kakayahang mapanatili ang matalas na talim. Ang kakayahang ito ay naroroon sa mga carbide tool at ito ay nakasalalay sa dalawang salik, ang laki ng butil ng carbide at ang binder ratio. Bagama't ang mas malaking laki ng butil ay nagreresulta sa mas matigas na materyal, ang mas maliit na laki ng butil ay ginagarantiyahan ang mas matibay at mas matibay sa impact na materyal na siyang katangiang kailangan natin. Ang mas maliliit na butil ay nangangailangan ng cobalt upang makamit ang pinong istraktura ng butil at ang lakas ng materyal.
Gayunpaman, ang cobalt ay tumutugon sa aluminyo sa mataas na temperatura, na bumubuo ng naipon na gilid ng aluminyo sa ibabaw ng kagamitan. Ang susi ay ang paggamit ng carbide tool na may tamang dami ng cobalt (2-20%), upang mabawasan ang reaksyong ito, habang pinapanatili pa rin ang kinakailangang lakas. Ang mga carbide tool ay karaniwang mas nakakatagal kaysa sa mga steel tool, ang matataas na bilis na nauugnay sa aluminum CNC machining.
Bukod sa materyal ng kagamitan, ang patong ng kagamitan ay isang mahalagang salik sa kahusayan sa pagputol ng kagamitan. Ang ZrN (Zirconium Nitride), TiB2 (Titanium di-Boride), at mga patong na parang diyamante ay ilan sa mga angkop na patong para sa mga kagamitang ginagamit sa aluminum CNC machining.
Mga Feed at Bilis
Ang bilis ng paggupit ay ang bilis ng pag-ikot ng cutting tool. Kayang tiisin ng aluminum ang napakataas na bilis ng paggupit kaya ang bilis ng paggupit para sa mga aluminum alloy ay nakadepende sa limitasyon ng makinang ginagamit. Ang bilis ay dapat na kasingtaas ng praktikal sa aluminum CNC machining, dahil binabawasan nito ang posibilidad ng pagbuo ng mga nakaumbok na gilid, nakakatipid ng oras, nakakabawas sa pagtaas ng temperatura sa bahagi, nagpapabuti ng pagkabasag ng chip, at nagpapabuti sa pagtatapos. Ang eksaktong bilis na ginagamit ay nag-iiba depende sa aluminum alloy at sa diameter ng tool.
Ang feed rate ay ang distansya na ginagalaw ng workpiece o tool sa bawat pag-ikot ng tool. Ang feed na gagamitin ay depende sa ninanais na finish, lakas, at tigas ng workpiece. Ang mga rough cut ay nangangailangan ng feed na 0.15 hanggang 2.03 mm/rev habang ang mga finishing cut ay nangangailangan ng feed na 0.05 hanggang 0.15mm/rev.
Pagputol ng Fluid
Sa kabila ng kakayahang makinahin, huwag kailanman gupitin ang aluminyo nang tuyo dahil nakakatulong ito sa pagbuo ng mga nakatambak na gilid. Ang mga angkop na cutting fluid para sa aluminum CNC machining ay mga soluble-oil emulsion at mineral oil. Iwasan ang mga cutting fluid na naglalaman ng chlorine o aktibong sulfur dahil ang mga elementong ito ay nagmamantsa sa aluminyo.
Mga Proseso ng Post-machining
Pagkatapos maproseso ang isang bahaging aluminyo, may ilang mga prosesong maaari mong isagawa upang mapahusay ang pisikal, mekanikal, at estetikong katangian ng bahagi. Ang mga pinakakaraniwang proseso ay ang mga sumusunod.
Bead at Sand Blasting
Ang bead blasting ay isang proseso ng pagtatapos para sa mga layuning pang-estetiko. Sa prosesong ito, ang makinang bahagi ay pinapasabog gamit ang maliliit na glass beads gamit ang isang highly pressurized air gun, na epektibong nag-aalis ng materyal at tinitiyak ang makinis na ibabaw. Nagbibigay ito sa aluminum ng satin o matte finish. Ang mga pangunahing parametro ng proseso para sa bead blasting ay ang laki ng mga glass beads at ang dami ng presyon ng hangin na ginamit. Gamitin lamang ang prosesong ito kapag ang mga dimensional tolerance ng isang bahagi ay hindi kritikal.
Kabilang sa iba pang mga proseso ng pagtatapos ang pagpapakintab at pagpipinta.
patong
Kabilang dito ang pagpapahid ng ibang materyal tulad ng zinc, nickel, at chrome sa isang bahaging aluminyo. Ginagawa ito upang mapabuti ang mga proseso ng mga bahagi at maaaring makamit sa pamamagitan ng mga prosesong elektrokemikal.
Anodising
Ang anodising ay isang prosesong elektrokemikal kung saan ang isang bahaging aluminyo ay inilulubog sa isang solusyon ng diluted sulfuric acid, at isang boltaheng elektrikal ang inilalapat sa cathode at anode. Ang prosesong ito ay epektibong nagko-convert ng mga nakalantad na ibabaw ng bahagi tungo sa isang matigas, electrically non-reactive na aluminum oxide coating. Ang densidad at kapal ng patong na nalilikha ay nakadepende sa consistency ng solusyon, ang oras ng anodising, at ang kuryente. Maaari ka ring magsagawa ng anodising upang kulayan ang isang bahagi.
Powder patong
Ang proseso ng powder coating ay kinabibilangan ng pagpapahid ng polymer powder sa isang bahagi gamit ang electrostatic spray gun. Pagkatapos, ang bahagi ay hinahayaang tumigas sa temperaturang 200°C. Ang powder coating ay nagpapabuti ng lakas at resistensya sa pagkasira, kalawang, at pagtama.
Paggamot sa Heat
Ang mga bahaging gawa sa mga heat-treated aluminum alloys ay maaaring sumailalim sa heat treatment upang mapabuti ang kanilang mga mekanikal na katangian.
Mga Aplikasyon ng mga Bahaging CNC Machined Aluminum sa Industriya
Gaya ng nabanggit kanina, ang mga aluminum alloy ay may ilang kanais-nais na katangian. Kaya naman, ang mga bahaging aluminum na ginagamit sa CNC ay lubhang kailangan sa ilang industriya, kabilang ang mga sumusunod:
- AerospaceDahil sa mataas na ratio ng lakas-sa-timbang nito, maraming kagamitan sa eroplano ang gawa sa makinang aluminyo;
- Automotiw: katulad ng industriya ng aerospace, ilang bahagi tulad ng mga shaft at iba pang mga bahagi sa industriya ng automotive ay gawa sa aluminyo;
- electricalDahil sa mataas na konduktibidad sa kuryente, ang mga bahaging aluminyo na minaninang CNC ay kadalasang ginagamit bilang mga elektronikong bahagi sa mga kagamitang elektrikal;
- Pagkain/PharmaceuticalDahil hindi sila tumutugon sa karamihan ng mga organikong sangkap, ang mga bahagi ng aluminyo ay may mahahalagang papel na ginagampanan sa industriya ng pagkain at parmasyutiko;
- laroAng aluminyo ay kadalasang ginagamit sa paggawa ng mga kagamitang pampalakasan tulad ng mga baseball bat at mga sipol para sa isports;
- CryogenicsAng kakayahan ng aluminyo na mapanatili ang mga mekanikal na katangian nito sa mga temperaturang sub-zero ay ginagawang kanais-nais ang mga bahaging aluminyo para sa mga cryogenic na aplikasyon.