CNC İşleme Malzemeleri için Alüminyum
Alüminyum, günümüzde en çok işlenen malzemelerden biridir. Aslında, alüminyum CNC işleme süreçleri, uygulama sıklığı açısından çelikten sonra ikinci sırada yer almaktadır. Bunun başlıca nedeni, mükemmel işlenebilirliğidir.
En saf haliyle alüminyum kimyasal elementi yumuşak, bükülebilir, manyetik olmayan ve gümüşi beyaz renktedir. Ancak element sadece saf halde kullanılmaz. Alüminyum genellikle manganez, bakır ve magnezyum gibi çeşitli elementlerle alaşımlanarak, önemli ölçüde geliştirilmiş özelliklere sahip yüzlerce alüminyum alaşımı oluşturulur.
Bu makale, alüminyum ve alaşımlarının CNC işlenmesinde kullanılan süreçleri, aletleri, parametreleri ve zorlukları incelemektedir. Ayrıca alüminyumun özelliklerini, CNC işlemede kullanılan en popüler alaşımları ve alüminyumun çeşitli endüstrilerdeki uygulamalarını da ele almaktadır.
işlenebilirlik
Alüminyum, çeşitli işlemler kullanılarak kolayca şekillendirilebilir, işlenebilir ve talaş kaldırılabilir. Yumuşak olması ve kolayca yonga haline gelmesi nedeniyle takım tezgahlarıyla hızlı ve kolay bir şekilde kesilebilir. Ayrıca çeliğe göre daha ucuzdur ve işlenmesi için daha az güç gerektirir. Bu özellikler hem işleme operatörü hem de parçayı sipariş eden müşteri için büyük avantajlar sağlar. Dahası, alüminyumun iyi işlenebilirliği, işleme sırasında daha az deforme olması anlamına gelir. Bu da CNC makinelerinin daha yüksek toleranslara ulaşmasına olanak tanıdığı için daha yüksek doğruluk sağlar.
Güç-Ağırlık Oranı
Alüminyumun yoğunluğu çeliğin yaklaşık üçte biri kadardır. Bu da onu nispeten hafif kılar. Hafifliğine rağmen, alüminyum çok yüksek bir mukavemete sahiptir. Mukavemet ve hafifliğin bu kombinasyonu, malzemelerin mukavemet-ağırlık oranı olarak tanımlanır. Alüminyumun yüksek mukavemet-ağırlık oranı, otomotiv ve havacılık gibi çeşitli sektörlerde ihtiyaç duyulan parçalar için onu avantajlı kılar.
Korozyon Direnci
Alüminyum, yaygın deniz ve atmosferik koşullarda çizilmeye ve korozyona karşı dayanıklıdır. Anodizasyon işlemiyle bu özellikleri daha da artırabilirsiniz. Korozyona karşı direncin farklı alüminyum kalitelerinde değiştiğini belirtmek önemlidir. Bununla birlikte, en sık CNC işlenmiş kaliteler en yüksek dirence sahiptir.
Düşük Sıcaklıklarda Performans
Çoğu malzeme, sıfırın altındaki sıcaklıklarda istenen özelliklerinin bir kısmını kaybetme eğilimindedir. Örneğin, hem karbon çelikleri hem de kauçuk düşük sıcaklıklarda kırılgan hale gelir. Alüminyum ise çok düşük sıcaklıklarda yumuşaklığını, sünekliğini ve mukavemetini korur.
Elektiriksel iletkenlik
Saf alüminyumun elektriksel iletkenliği oda sıcaklığında yaklaşık 37.7 milyon siemens/metre'dir. Alüminyum alaşımlarının iletkenlikleri saf alüminyumdan daha düşük olsa da, parçalarının elektrik bileşenlerinde kullanılabilmesi için yeterince iletkendirler. Öte yandan, elektriksel iletkenlik işlenmiş bir parçanın istenen bir özelliği değilse, alüminyum uygun bir malzeme olmaz.
Yeniden işlemden
CNC işleme, talaş kaldırma yöntemiyle yapıldığı için çok sayıda talaş üretir; bu talaşlar atık malzemedir. Alüminyum yüksek oranda geri dönüştürülebilir bir malzemedir, yani geri dönüşümü nispeten düşük enerji, çaba ve maliyet gerektirir. Bu da, harcamalarını geri kazanmak veya malzeme israfını azaltmak isteyenler için tercih edilebilir bir malzeme olmasını sağlar. Ayrıca alüminyumu, işlenmesi daha çevre dostu bir malzeme haline getirir.
Eloksal Potansiyeli
Alüminyumda, malzemenin aşınma ve korozyon direncini artıran bir yüzey işleme yöntemi olan anotlama işlemi kolayca gerçekleştirilebilir. Bu işlem aynı zamanda işlenmiş alüminyum parçalara renk eklemeyi de kolaylaştırır.
CNC İşleme için Popüler Alüminyum Alaşımları
Xometry'deki deneyimimize göre, aşağıdaki 5 alüminyum kalitesi CNC işleme için en sık kullanılanlar arasındadır.
EN AW-2007 / 3.1645 / AlCuMgPb
Alternatif adlandırmalar: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.
Bu alüminyum alaşımının ana alaşım elementi bakırdır (%4-5). Dayanıklı, hafif, yüksek fonksiyonel ve AW 2030 ile aynı yüksek mekanik özelliklere sahip, kısa taneli bir alaşımdır. Ayrıca diş açma, ısıl işlem ve yüksek hızlı işleme için de uygundur. Tüm bu özellikler, EN AW 2007'nin makine parçaları, cıvatalar, perçinler, somunlar, vidalar ve dişli çubukların üretiminde yaygın olarak kullanılmasını sağlar. Bununla birlikte, bu alüminyum kalitesinin kaynaklanabilirliği ve korozyon direnci düşüktür; bu nedenle parça işlendikten sonra koruyucu anotlama yapılması önerilir.
EN AW-5083 / 3.3547 / Al-Mg4,5Mn
Alternatif adlandırmalar: 3.3547; Alaşım 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7
AW 5083, zorlu ortamlardaki mükemmel performansı ile ünlüdür. Magnezyum ve az miktarda krom ve manganez içerir. Bu kalite, hem kimyasal hem de deniz ortamlarında korozyona karşı çok yüksek dirence sahiptir. Isıl işlem görmeyen tüm alaşımlar arasında AW 5080 en yüksek mukavemete sahiptir; bu özelliği kaynak işleminden sonra bile korur. Bu alaşım 65°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda kullanılmamalıdır, ancak düşük sıcaklık uygulamalarında mükemmel performans gösterir.
AW 5080, sahip olduğu arzu edilen özellikler sayesinde kriyojenik ekipmanlar, denizcilik uygulamaları, basınçlı ekipmanlar, kimyasal uygulamalar, kaynaklı yapılar ve araç gövdeleri de dahil olmak üzere çok sayıda uygulamada kullanılmaktadır.
EN AW 5754 / 3.3535 / Al-Mg3
Alternatif adlandırmalar: 3.3535; Alaşım 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.
En yüksek alüminyum yüzdesine sahip işlenmiş bir alüminyum-magnezyum alaşımı olan AW 5754, haddelenebilir, dövülebilir ve ekstrüde edilebilir. Ayrıca ısıl işlem görmez ve mukavemetini artırmak için soğuk işleme tabi tutulabilir, ancak bu durumda sünekliği azalır. Ek olarak, bu alaşım mükemmel korozyon direncine ve yüksek mukavemete sahiptir. Bu özellikler göz önüne alındığında, AW 5754'ün en popüler CNC işlenmiş alüminyum kalitelerinden biri olması anlaşılabilir. Tipik olarak kaynaklı yapılarda, zemin uygulamalarında, balıkçılık ekipmanlarında, araç gövdelerinde, gıda işlemede ve perçinlerde kullanılır.
EN AW-6060 / 3.3206 / Al-MgSi
Alternatif adlandırmalar: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5
Bu, magnezyum ve silikon içeren işlenmiş bir alüminyum alaşımıdır. Isıl işlem görebilir ve ortalama mukavemete, iyi kaynaklanabilirliğe ve iyi şekillendirilebilirliğe sahiptir. Ayrıca korozyona karşı oldukça dirençlidir; bu özellik anotlama yoluyla daha da geliştirilebilir. EN AW 6060 genellikle inşaat, gıda işleme, tıbbi ekipman ve otomotiv mühendisliğinde kullanılır.
EN AW-7075 / 3.4365 / Al-Zn6MgCu
Alternatif adlandırmalar: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Çinko, bu alüminyum kalitesindeki ana alaşım elementidir. EN AW 7075 ortalama işlenebilirliğe, zayıf soğuk şekillendirme özelliklerine sahip olup hem kaynak hem de lehimleme için uygun olmasa da; yüksek mukavemet-yoğunluk oranına, atmosferik ve deniz ortamlarına karşı mükemmel dirence ve bazı çelik alaşımlarıyla karşılaştırılabilir bir mukavemete sahiptir. Bu alaşım, yamaç paraşütü ve bisiklet çerçeveleri, kaya tırmanışı ekipmanları, silahlar ve kalıp aletleri imalatı dahil olmak üzere çok geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılmaktadır.
EN AW-6061 / 3.3211 / Al-Mg1SiCu
Alternatif adlandırmalar: 3.3211, UNS A96061, A6061, Al-Mg1SiCu.
Bu alaşım, ana alaşım elementleri olarak magnezyum ve silisyum içerir ve eser miktarda bakır da barındırır. 180 MPa çekme dayanımıyla, iskeleler, demiryolu vagonları, makine ve havacılık parçaları gibi yüksek yüke maruz kalan yapılar için oldukça uygundur.
EN AW-6082 / 3.2315 / Al-Si1Mg
Alternatif adlandırmalar: 3.2315, UNS A96082, A-SGM0,7, Al-Si1Mg.
Genellikle haddeleme ve ekstrüzyon yoluyla üretilen bu alaşım, çok iyi kaynaklanabilirlik ve ısı iletkenliğine sahip orta mukavemetli bir malzemedir. Yüksek gerilme korozyonu çatlama direncine sahiptir. Çekme mukavemeti 140 – 330 MPa arasında değişmektedir. Açık deniz inşaatlarında ve konteynerlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Alüminyum CNC İşleme Süreçleri
Günümüzde mevcut olan birçok CNC işleme yöntemiyle alüminyum işleyebilirsiniz. Bu yöntemlerden bazıları şunlardır:
CNC Torna
CNC tornalama işlemlerinde, iş parçası dönerken, tek noktalı kesici takım kendi ekseni etrafında sabit kalır. Makineye bağlı olarak, malzeme kaldırma işlemini gerçekleştirmek için iş parçası veya kesici takım birbirine karşı ilerleme hareketi yapar.
CNC Freze
CNC frezeleme işlemleri, alüminyum parçaların işlenmesinde en yaygın kullanılan işlemlerdir. Bu işlemler, iş parçası kendi ekseni etrafında sabit kalırken, çok noktalı bir kesici takımın kendi ekseni etrafında dönmesini içerir. Kesme işlemi ve ardından malzeme kaldırma, iş parçasının, kesici takımın veya her ikisinin birlikte ilerleme hareketiyle sağlanır. Bu hareket, birden fazla eksen boyunca gerçekleştirilebilir.
cebe
Cep frezeleme olarak da bilinen cep frezeleme, bir parçanın içine içi boş bir cep açılması işlemidir ve bu işlem CNC frezelemenin bir şeklidir.
Karşı
İşlemede yüzey düzeltme, iş parçasının yüzeyinde yüzey tornalama veya yüzey frezeleme yoluyla düz bir kesit alanı oluşturmayı içerir.
CNC Delme
CNC delme, bir iş parçasında delik açma işlemidir. Bu işlemde, belirli bir boyuttaki çok noktalı dönen kesici takım, delinecek yüzeye dik bir düz çizgide hareket ederek etkili bir şekilde delik oluşturur.
Alüminyum İşleme Aletleri
Alüminyum CNC işleme için takım seçimini etkileyen çeşitli faktörler vardır.
Araç Tasarımı
Alüminyum işleme verimliliğine katkıda bulunan takım geometrisinin farklı yönleri vardır. Bunlardan biri de yiv sayısıdır. Yüksek hızlarda talaş tahliyesinde zorluk yaşanmaması için, alüminyum CNC işleme için kullanılan kesici takımların 2-3 yivli olması gerekir. Daha fazla yiv sayısı, daha küçük talaş çukurlarına neden olur. Bu da alüminyum alaşımlarından üretilen büyük talaşların sıkışmasına yol açar. Kesme kuvvetlerinin düşük olduğu ve talaş temizliğinin işlem için kritik olduğu durumlarda 2 yiv kullanılmalıdır. Talaş temizliği ve takım mukavemeti arasında mükemmel bir denge için 3 yiv kullanılmalıdır.
Helezon açısı
Helis açısı, bir takımın merkez çizgisi ile kesici kenar boyunca teğet olan düz bir çizgi arasındaki açıdır. Kesici takımların önemli bir özelliğidir. Daha yüksek bir helis açısı, talaşları parçadan daha hızlı uzaklaştırırken, kesme sırasında sürtünmeyi ve ısıyı artırır. Bu, yüksek hızlı alüminyum CNC işleme sırasında talaşların takım yüzeyine yapışmasına neden olabilir. Öte yandan, daha düşük bir helis açısı daha az ısı üretir, ancak talaşları etkili bir şekilde uzaklaştırmayabilir. Alüminyum işleme için, kaba işleme uygulamalarında 35° veya 40° helis açısı uygundur, ince işleme için ise 45° helis açısı en iyisidir.
boşluk açısı
Takımın düzgün çalışması için bir diğer önemli faktör de boşluk açısıdır. Aşırı büyük bir açı, takımın iş parçasına saplanmasına ve titreşime neden olur. Öte yandan, çok küçük bir açı ise takım ile iş parçası arasında sürtünmeye yol açar. Alüminyum CNC işleme için 6° ile 10° arasındaki boşluk açıları en iyisidir.
Alet Malzemesi
Alüminyum CNC işlemede kullanılan kesici takımlar için tercih edilen malzeme karbürdür. Alüminyum yumuşak bir malzeme olduğundan, alüminyum için kesici takımda önemli olan sertlik değil, jilet gibi keskin bir kenarı koruyabilme yeteneğidir. Bu yetenek karbür takımlarda mevcuttur ve iki faktöre bağlıdır: karbür tane boyutu ve bağlayıcı oranı. Daha büyük tane boyutu daha sert bir malzeme sağlarken, daha küçük tane boyutu daha dayanıklı, darbelere karşı daha dirençli bir malzeme sağlar ki bu da aslında ihtiyacımız olan özelliktir. Daha küçük taneler, ince tane yapısını ve malzemenin mukavemetini elde etmek için kobalt gerektirir.
Ancak kobalt, yüksek sıcaklıklarda alüminyum ile reaksiyona girerek takım yüzeyinde alüminyumdan oluşan bir kenar oluşturur. Bu reaksiyonu en aza indirirken gerekli mukavemeti korumak için doğru miktarda kobalt ( %2-20) içeren bir karbür takım kullanmak önemlidir. Karbür takımlar, alüminyum CNC işleme ile ilişkili yüksek hızlara genellikle çelik takımlardan daha iyi dayanabilir.
Takım malzemesine ek olarak, takım kaplaması da takım kesme verimliliğinde önemli bir faktördür. ZrN (Zirkonyum Nitrür), TiB2 (Titanyum di-Borür) ve elmas benzeri kaplamalar, alüminyum CNC işlemede kullanılan takımlar için uygun kaplamalardan bazılarıdır.
Beslemeler ve Hızlar
Kesme hızı, kesici takımın dönme hızıdır. Alüminyum çok yüksek kesme hızlarına dayanabilir, bu nedenle alüminyum alaşımları için kesme hızı, kullanılan makinenin sınırlarına bağlıdır. Hız, alüminyum CNC işlemede mümkün olduğunca yüksek olmalıdır, çünkü bu, talaş birikme olasılığını azaltır, zamandan tasarruf sağlar, parçadaki sıcaklık artışını en aza indirir, talaş kırılmasını iyileştirir ve yüzey kalitesini artırır. Kullanılan kesin hız, alüminyum alaşımına ve takım çapına göre değişir.
İlerleme hızı, iş parçasının veya takımın takımın her devri başına kat ettiği mesafedir. Kullanılan ilerleme hızı, istenen yüzey kalitesine, iş parçasının mukavemetine ve rijitliğine bağlıdır. Kaba kesimler için 0.15 ila 2.03 mm/dev ilerleme hızı gerekirken, ince kesimler için 0.05 ila 0.15 mm/dev ilerleme hızı gerekir.
Akışkanı kesmek
İşlenebilirliğine rağmen, alüminyumu asla kuru olarak kesmeyin, çünkü bu talaş birikmesine neden olur. Alüminyum CNC işleme için uygun kesme sıvıları çözünebilir yağ emülsiyonları ve mineral yağlardır. Klor veya aktif kükürt içeren kesme sıvılarından kaçının, çünkü bu elementler alüminyumu lekelendirir.
İşleme Sonrası İşlemler
Alüminyum bir parçanın işlenmesinden sonra, parçanın fiziksel, mekanik ve estetik özelliklerini geliştirmek için uygulanabilecek bazı işlemler vardır. En yaygın işlemler şunlardır:
Boncuk ve Kumlama
Kumlama, estetik amaçlı bir yüzey işleme yöntemidir. Bu işlemde, işlenmiş parça, yüksek basınçlı bir hava tabancası kullanılarak küçük cam boncuklarla püskürtülür; bu da malzemeyi etkili bir şekilde uzaklaştırarak pürüzsüz bir yüzey sağlar. Alüminyuma saten veya mat bir görünüm kazandırır. Kumlama işleminin temel parametreleri, cam boncukların boyutu ve kullanılan hava basıncı miktarıdır. Bu işlem yalnızca parçanın boyut toleranslarının kritik olmadığı durumlarda kullanılmalıdır.
Diğer son işlem süreçleri arasında cilalama ve boyama yer alır.
Kaplama
Bu işlem, alüminyum bir parçanın çinko, nikel ve krom gibi başka bir malzeme ile kaplanmasını içerir. Parçanın işleme süreçlerini iyileştirmek için yapılır ve elektrokimyasal işlemler yoluyla gerçekleştirilebilir.
eloksal
Anodizasyon, alüminyum bir parçanın seyreltilmiş sülfürik asit çözeltisine daldırıldığı ve katot ile anot arasına elektrik voltajı uygulandığı elektrokimyasal bir işlemdir. Bu işlem, parçanın açıkta kalan yüzeylerini sert, elektriksel olarak reaktif olmayan bir alüminyum oksit kaplamaya dönüştürür. Oluşturulan kaplamanın yoğunluğu ve kalınlığı, çözeltinin kıvamına, anodizasyon süresine ve elektrik akımına bağlıdır. Anodizasyon ayrıca bir parçayı renklendirmek için de uygulanabilir.
Toz kaplama
Toz boyama işlemi, bir parçanın elektrostatik püskürtme tabancası kullanılarak renkli polimer tozu ile kaplanmasını içerir. Parça daha sonra 200°C sıcaklıkta kürlenmeye bırakılır. Toz boyama, mukavemeti ve aşınmaya, korozyona ve darbelere karşı direnci artırır.
Isı tedavisi
Isıl işlem görebilen alüminyum alaşımlarından yapılan parçalar, mekanik özelliklerini iyileştirmek için ısıl işleme tabi tutulabilir.
Endüstriyel Alanlarda CNC İşlenmiş Alüminyum Parçaların Uygulamaları
Daha önce de belirtildiği gibi, alüminyum alaşımları bir dizi arzu edilen özelliğe sahiptir. Bu nedenle, CNC işlenmiş alüminyum parçalar, aşağıdakiler de dahil olmak üzere birçok sektörde vazgeçilmezdir:
- UzayYüksek mukavemet-ağırlık oranı nedeniyle, birçok uçak parçası işlenmiş alüminyumdan üretilmektedir;
- OtomotivHavacılık ve uzay endüstrisine benzer şekilde, otomotiv endüstrisinde de şaftlar ve diğer bileşenler gibi birçok parça alüminyumdan üretilmektedir;
- ElectricalYüksek elektrik iletkenliğine sahip olan CNC işlenmiş alüminyum parçalar, genellikle elektrikli ev aletlerinde elektronik bileşen olarak kullanılır;
- Gıda/İlaçAlüminyum parçalar, çoğu organik maddeyle reaksiyona girmediği için gıda ve ilaç endüstrilerinde önemli roller oynar;
- SporAlüminyum genellikle beyzbol sopaları ve spor düdükleri gibi spor ekipmanlarının yapımında kullanılır;
- KriyojenikAlüminyumun sıfırın altındaki sıcaklıklarda mekanik özelliklerini koruyabilme yeteneği, alüminyum parçaları kriyojenik uygulamalar için cazip hale getirir.