Prelucrare CNC a pieselor din aluminiu
Prelucrarea CNC a pieselor din aluminiu este unul dintre cele mai practicate procese de fabricație din industria modernă, valorificând excelenta prelucrabilitate, greutatea redusă și proprietățile mecanice versatile ale aluminiului. Acest proces implică îndepărtarea materialului din stocul de aluminiu folosind instrumente de tăiere controlate de computer-pentru a produce componente de precizie pentru aplicații, de la electronice de larg consum până la structuri aerospațiale.
Caracteristicile materialelor și prelucrabilitatea
Aluminiul prezintă o prelucrabilitate excepțională în comparație cu majoritatea metalelor de inginerie. Duritatea sa relativ scăzută reduce forțele de tăiere și uzura sculei, permițând rate mari de îndepărtare a materialului. Conductivitatea termică a aluminiului este de aproximativ trei ori mai mare decât cea a oțelului, care disipează eficient căldura din zona de tăiere și reduce deteriorarea termică atât a sculei, cât și a piesei de prelucrat. Cu toate acestea, aceeași proprietate poate provoca sudarea așchiilor pe suprafețele sculei dacă sunt utilizați parametrii de tăiere incorecți sau aplicarea inadecvată a lichidului de răcire. Modulul scăzut de elasticitate al aluminiului are ca rezultat o deformare mai mare sub forțele de tăiere, necesitând o fixare atentă a lucrărilor și strategii de traseu sculei pentru elementele cu pereți-subțiri. Materialul tinde să producă așchii continue, ductile, care pot forma panglici lungi, dacă nu se utilizează o geometrie adecvată de rupere a așchiilor.
Aliajele obișnuite de aluminiu pentru prelucrarea CNC includ 6061-T6, care oferă un echilibru excelent între rezistență, rezistență la coroziune și prelucrabilitate pentru aplicații structurale generale. 7075-T6 oferă un raport superior rezistență-la-greutate pentru componente aerospațiale și de înaltă performanță. 2024-T4 oferă o bună rezistență la oboseală și o rezistență superioară la coroziune pentru structura aeronavei și la coroziune{9}3} formabilitatea pentru aplicații marine și chimice. Aliajele turnate precum A356 și A380 sunt utilizate pentru componente care necesită geometrii complexe și o bună turnabilitate, urmată de prelucrare de precizie.
Selectarea sculelor de tăiere
Sculele din carbură sunt preferate pentru prelucrarea aluminiului datorită capacității lor de a menține muchiile ascuțite la viteze mari de tăiere. Carbura neacoperită este adesea superioară sculelor acoperite pentru aluminiu, deoarece acoperirile pot crește frecarea și promovează formarea-de muchii. Suprafețele uneltelor lustruite sau șlefuite special reduc aderența materialului. Sculele cu acoperire cu diamant-oferă o rezistență excepțională la uzură pentru aliajele de aluminiu turnate cu-cu conținut ridicat de siliciu, care sunt abrazive pentru carbura convențională.
Geometriile sculelor necesită optimizare specifică pentru aluminiu. Unghiurile de greblare pozitive ridicate între 15 și 25 de grade reduc forțele de tăiere și promovează fluxul de așchii departe de piesa de prelucrat. Unghiurile de degajare mari previn frecarea și reduc generarea de căldură. Canalele largi, foarte lustruite, cu spațiu amplu pentru așchii, găzduiesc așchiile voluminoase produse la rate mari de îndepărtare. Muchiile tăietoare ascuțite cu șlefuire sau pregătire minimă a muchiei sunt esențiale; o margine ușor rotunjită poate îmbunătăți efectiv performanța prin reducerea formării de bavuri în unele aplicații de finisare.
Strategii cu parametrii de tăiere
Prelucrarea aluminiului utilizează în mod obișnuit viteze mari de așchiere, cuprinse între 300 și 1000 de metri pe minut pentru operațiunile de degroșare, cu viteze de finisare depășind uneori 2000 de metri pe minut pe fusurile cu viteză mare-. Vitezele de avans sunt în general agresive, cu avansuri per-dinte de 0,1 până la 0,3 milimetri comune pentru frezarea finală. Adâncimea de tăiere ar trebui să utilizeze toată lungimea canelului atunci când este posibil, în special în cazul traseelor moderne de scule de înaltă eficiență-. Combinația dintre viteză mare și avans mare produce ratele caracteristice ridicate de îndepărtare a materialului care fac ca prelucrarea aluminiului să fie atractivă din punct de vedere economic.
Evacuarea așchiilor este critică datorită volumului mare de material îndepărtat. Sistemele de răcire prin-unelte sau de suflare cu aer sunt frecvent necesare, în special în operațiunile cu buzunare și cavități adânci. Fluid de răcire la presiune și volum ridicate ajută la curățarea așchiilor din zona de tăiere și previne tăierea. Unele aplicații beneficiază de lubrifiere în cantitate minimă sau chiar de prelucrare uscată atunci când căile de evacuare a așchiilor sunt deschise și vitezele de tăiere sunt moderate.
Strategii și tehnici de prelucrare
Tehnicile de prelucrare-de mare viteză sunt deosebit de eficiente pentru aluminiu. Aceasta implică utilizarea unor viteze mari ale arborelui cu adâncimi axiale de tăiere relativ uşoare, dar viteze de avans ridicate. Forțele radiale scăzute care rezultă minimizează deformarea și vibrațiile, permițând prelucrarea eficientă a pereților subțiri și a caracteristicilor delicate. Strategiile de frezare trocoidale sau dinamice mențin unghiuri constante de angrenare a sculei, permițând încărcări consistente de așchii și permițând utilizarea lungimii întregii caneluri pentru operațiunile de crestare și buzunare adânci.
Pentru operațiunile de finisare, frezarea în urcare este în general preferată, deoarece produce o finisare mai bună a suprafeței și reduce formarea bavurilor în comparație cu frezarea convențională. Utilizarea morilor cu cap cu bile cu diametru mare-sau a uneltelor cilindrice pentru semi-finisarea și finisarea suprafețelor conturate poate reduce semnificativ timpul de ciclu în comparație cu morile cu bile mici. Prelucrarea în repaus vizează automat materialul netăiat rămas după scule mai mari, asigurând îndepărtarea completă a materialului fără tăierea excesivă a aerului.
Prelucrarea-pereților subțiri necesită o atenție specială din cauza rigidității scăzute a aluminiului. Degroșarea progresivă care lasă material uniform pentru finisare reduce distorsiunea. Secvențele de prelucrare simetrică echilibrează tensiunile interne. Trecerile ușoare de finisare cu scule ascuțite la viteză mare produc un finisaj acceptabil al suprafeței fără deformare excesivă a peretelui. Metodele de prindere a lucrărilor prin vid sau cu adeziv pot oferi un suport uniform pentru componentele subțiri pe care clemele convenționale le-ar distorsiona.
Abordări de reținere a muncii
Menghinele standard ale mașinii cu fețe din aluminiu protejează suprafețele finisate de deteriorarea fălcilor din oțel. Mandrinele cu vid sunt utilizate pe scară largă pentru plăcile plate din aluminiu și componentele din tablă, oferind o forță de strângere uniformă, fără distorsiuni. Dispozitivele pneumatice sau hidraulice permit încărcarea și descărcarea rapidă a cantităților de producție. Fălcile moi prelucrate pentru a se potrivi cu geometria piesei oferă o locație și un sprijin precis. Pentru turnare sau extrudare complexe, dispozitivele personalizate cu știfturi de localizare și plăcuțe de prindere asigură o poziționare repetabilă.
Finisajul suprafeței și considerații de calitate
Prelucrarea aluminiului poate obține finisaje excelente ale suprafeței atunci când sunt utilizați parametri și scule adecvate. Vitezele de finisare la intervalul superior de capacitate cu adâncimi ușoare de tăiere și viteze mari de avans produc adesea suprafețe asemănătoare oglinzii-pe aliaje care nu pot fi-tratabile termic-. Cu toate acestea, formarea-de margini poate degrada finisarea suprafeței dacă vitezele sunt prea mici sau lichidul de răcire este inadecvat. Formarea bavurilor la margini și ieșiri este o provocare persistentă; instrumentele ascuțite, unghiurile adecvate de angajare a tăietorului și procesele de debavurare trebuie gestionate.
Precizia dimensională necesită atenție la dilatarea termică. Coeficientul ridicat de dilatare termică al aluminiului înseamnă că variațiile de temperatură în timpul prelucrării sau între prelucrare și inspecție pot afecta semnificativ dimensiunile măsurate. Temperatura constantă a lichidului de răcire și permiterea pieselor să atingă echilibrul termic înainte de inspecția finală sunt bune practici. Trebuie luată în considerare devierea piesei de la forțele de strângere sau de tăiere, în special pentru secțiunile subțiri.
Post-Operațiuni de prelucrare
Debavurarea este frecvent necesară după prelucrarea aluminiului. Metodele mecanice includ perierea, răsturnarea și sablare cu medii. Debavurarea chimică folosind soluții alcaline poate îndepărta bavurile fine din geometriile complexe. Ruperea marginilor sau teșirea este adesea specificată pentru a preveni muchiile ascuțite și pentru a îmbunătăți siguranța manipulării.
Tratamentele de suprafață îmbunătățesc aspectul și performanța. Anodizarea creează un strat de oxid dur, rezistent la coroziune-disponibil în diferite culori pentru aplicații decorative și funcționale. Stratul de conversie cromat oferă protecție împotriva coroziunii fără modificări dimensionale semnificative. Vopseaua și vopsirea cu pulbere oferă finisaje cosmetice durabile. Pasivarea îmbunătățește rezistența la coroziune pentru anumite compoziții de aliaje.
Aplicații și industrii
Industria aerospațială se bazează în mare măsură pe prelucrarea CNC din aluminiu pentru componentele structurale ale corpului aeronavei, nervurile aripilor, cadrele fuzelajului și mecanismele suprafeței de control, unde raportul rezistență-la-greutate este primordial. Aplicațiile pentru automobile includ blocurile motoare, chiulasele, carcasele transmisiei și componentele suspensiei. Industria electronică produce radiatoare, carcase și componente de șasiu care valorifică conductivitatea termică și proprietățile de ecranare electromagnetică ale aluminiului. Producătorii de echipamente medicale prelucrează aluminiu pentru carcase de instrumente, cadre pentru echipamente de imagistică și componente de instrumente chirurgicale. Produsele de consum variază de la cadre de biciclete și echipamente sportive până la corpuri de cameră și șasiu smartphone.
