Aluminium, metal nieżelazny, jest trzecim najliczniejszym pierwiastkiem (8.23%) w skorupie ziemskiej. Hans Orsted był pierwszym, który wyizolował go w 1827 roku. Chociaż nie jest tak stary w porównaniu do metali żelaznych, jest popularnym wyborem w różnych gałęziach przemysłu ze względu na swoją wytrzymałość, odporność na korozję i, co najważniejsze, lekkość.
W środowiskach o wysokim ryzyku, takich jak Aerospace oraz motoryzacyjny produkcja, precyzja jest najważniejsza. Każdy gram i dokładny wymiar może mieć wpływ na ogólną wydajność i efektywność. Dlatego aluminium musi przejść przez skrupulatne procesy obróbki CNC, aby spełnić te rygorystyczne standardy.
W tym szczegółowym przewodniku wyjaśniono proces obróbki CNC aluminium, stopy aluminium najlepiej nadające się do obróbki skrawaniem oraz główne zastosowania części aluminiowych obrabianych CNC.
Obróbka CNC aluminium: Procesy i wyposażenie
Obróbka CNC aluminium odnosi się do użycia skomputeryzowanego sprzętu (maszyn CNC) do cięcia i kształtowania arkuszy aluminiowych z ekstremalną precyzją. Typowe maszyny stosowane w tym celu to:
Frezarki CNC
frezowanie CNC maszyny wykorzystują obrotowe narzędzie tnące do cięcia, kształtowania i usuwania materiału z przedmiotu obrabianego. Narzędzie ma elastyczność poruszania się w wielu osiach (X, Y i Z), aby uzyskać pożądany kształt i wymiary. 3- do 5-osiowe CNC są powszechne w przypadku frezowania aluminium.
Takie maszyny są idealne do tworzenia szczegółowych powierzchni, rowków i skomplikowanych kształtów – tych wymaganych w motoryzacji i lotnictwie. Do operacji frezowania używa się obrotowych narzędzi skrawających (frezów palcowych, frezów czołowych i frezów kulowych).
Centra tokarskie CNC
In Toczenie CNC, nieruchomy przedmiot obrabiany przesuwa się po obracającym się przedmiocie obrabianym, nadając mu kształt. To kształtowanie jest głównie przeznaczone do symetrycznych, cylindrycznych części aluminiowych, takich jak pręty, wały i elementy złączne. Jednopunktowe narzędzie tnące jest używane do przycinania powierzchni i zmniejszania średnicy.
Wycinarki laserowe CNC
Wycinarka laserowa CNC wykorzystuje wiązkę światła o dużej mocy (laser) do odparowania powierzchni metalu i wykonania ostrego cięcia. W przeciwieństwie do narzędzi mechanicznych, rozmiar plamki wiązki laserowej jest cienki jak włos i zapewnia bardzo precyzyjne ostre cięcia. Jednak grubość cięcia jest ograniczona.
Oprócz cięcia, narzędzia te mogą znakować i grawerować aluminium. Dlatego idealnymi zastosowaniami są urządzenia znakujące w elektronice i innych gałęziach przemysłu.
Przecinaki wodne
Przecinarka strumieniowa wykorzystuje strumień wody pod wysokim ciśnieniem, zmieszany z cząsteczkami ściernymi, aby przeciąć materiały. Nie wywołuje ona naprężeń cieplnych w materiale, zachowując właściwości mechaniczne aluminium.
Strumień wody jest wykorzystywany do cięcia grubszych płyt aluminiowych i jest preferowany w sytuacjach, w których konieczne jest uniknięcie odkształceń termicznych.
Dlaczego warto wybrać aluminium do produkcji części CNC?
Aluminium jest najliczniej występującym metalem w skorupie ziemskiej. I ma wszystkie pożądane cechy, które spełniają większość naszych potrzeb produktowych:
Wysoki stosunek wytrzymałości do masy
Aluminium jest znane ze swojej lekkości, ale może pochwalić się jednym z najwyższych współczynników wytrzymałości do masy wśród materiałów inżynieryjnych. Ta cecha jest cenna w krytycznych zastosowaniach, takich jak lotnictwo i motoryzacja, gdzie trzeba zmniejszyć masę bez uszczerbku dla wytrzymałości.
Doskonała obrabialność
Każdy metal wymaga pewnej formy cięcia i kształtowania przez maszyny. W tym aspekcie aluminium zachowuje się dobrze. Jest miękkie i stosunkowo łatwiejsze w obróbce, ponieważ łatwo się odpryskuje. Ponadto zajmuje mniej czasu, co z kolei obniża koszty obróbki.
Odporność na korozję
W przeciwieństwie do metali żelaznych, które rdzewieją z powodu tworzenia się warstwy tlenkowej, wiele gatunków aluminium jest z natury odpornych na korozję. Jednak ta tendencja różni się w zależności od serii. Seria 6061 jest dobrze postrzegana ze względu na swoją odporność. Natomiast stopy aluminium zawierające miedź są mniej odporne na korozję.
Przewodnictwo elektryczne
Na wykresie przewodnictwa powszechnie stosowanych metali przemysłowych, czyste aluminium wypada tuż poniżej miedzi. Zgodnie z IACS, miedziane przewodność mieści się w zakresie od 58 do 62 milionów S/m, podczas gdy czyste aluminium wynosi od 35 do 38 milionów S/m. Wartości dla żelaza, stali węglowej i stali nierdzewnej wynoszą odpowiednio 10, 7 i 1.5. Jednak stopy aluminium są mniej przewodzące.
Potencjał anodowania
Anodowanie aluminium jest wyjątkową zaletą, szczególnie gdy wymagana jest trwałość i estetyka. Anodowanie nie tylko zwiększa odporność aluminium na korozję, ale także umożliwia barwienie, co może być korzystne dla produktów konsumenckich.
Recykling
Według International Aluminum Institute, 75% wyprodukowanego aluminium jest nadal w użyciu. Co więcej, około 30 milionów ton aluminium jest poddawane recyklingowi rocznie, co zmniejsza potrzebę produkcji aluminium pierwotnego. Ten wysoki wskaźnik recyklingu podkreśla rolę aluminium jako zrównoważonego wyboru materiału.
Popularne serie aluminium do obróbki CNC
Zgodnie z systemem International Alloy Designation wszystkie elementy stopu metali są reprezentowane przez 4 cyfry, które definiują metal rdzeniowy i obecne stopy. Alfabet po nazwie serii oznacza proces obróbki powierzchni.
Aluminium występuje zazwyczaj w 7 różnych seriach, zaczynając od 1000 do 7000. Zaczyna się od czystego standardowego aluminium, a następnie przechodzi w stopy. Dostępny jest również gatunek 8000 z pierwiastkami ziem rzadkich, ale jest on mniej powszechny.
Seria 1xxx – Czysty aluminium
Ta seria jest najczystsza, składa się z 99% lub więcej aluminium. Posiada wszystkie wrodzone cechy aluminium; doskonałą odporność na korozję i wysoką przewodność elektryczną i cieplną. Dlatego jej powszechne zastosowania to zbiorniki chemiczne i rurociągi.
Wytrzymałość na rozciąganie tych stopów mieści się w przedziale od 69 do 186 MPa. Stopy serii 1xxx można spawać, ale nie można ich poddawać obróbce cieplnej.
Seria 2xxx – stopy Al-Copper
Dodatek miedzi poprawia aspekt obróbki i wytrzymałość na rozciąganie, zwiększając ją do 420 MPa. Jest ona głównie stosowana w przemyśle lotniczym, gdzie jej wysoka wytrzymałość w różnych temperaturach jest kluczowa, chociaż często wymaga powłok dla lepszej odporności na korozję.
Seria 3xxx – stopy Al-Mangan
Ta seria zwiększa wytrzymałość mechaniczną poprzez dodanie manganu. Mają one umiarkowaną wytrzymałość na rozciąganie od 110 do 290 MPa i są również podatne na obróbkę na gorąco. Typowe zastosowania to opakowania żywności, naczynia kuchenne i zastosowania blachy.
Seria 4xxx – stop Al-Silicon
Seria 4000 charakteryzuje się zawartością krzemu, który obniża temperaturę topnienia i poprawia płynność w stanie stopionym, dzięki czemu lepiej nadaje się do zastosowań odlewniczych. Jej główne zastosowania to okładziny, wypełniacze spawalnicze i wytłaczanie architektoniczne.
Seria 5xxx – stop Al-Magnez
Magnez, główny pierwiastek stopowy, zapewnia tej serii wysoką wytrzymałość i doskonałą odporność na korozję. Stopy są dość odporne na alkalia i łatwo spawalne, co czyni je idealnymi do zastosowań morskich. Członek serii, stop 5083, wyróżnia się odpornością na wodę morską i narażenie na działanie chemikaliów.
Seria 6xxx – stop Al-Magnez-Krzem
Ta seria jest znana ze swojej formowalności, spawalności i odporności na korozję. Mogą być poddawane dowolnej obróbce cieplnej w celu uzyskania pożądanych właściwości. Stop 6061 to dość popularna nazwa (również opłacalna), stosowana w rowerach elektrycznych, łodziach i ramach ciężarówek.
Seria 7xxx – stop Al-Zinc
Najmocniejsza w ofercie, ta seria jest stopowana głównie cynkiem i jest preferowana w przemyśle lotniczym i sportowym ze względu na wyjątkowy stosunek wytrzymałości do masy i odporność na naprężenia. Stopy można spawać, ale należy zachować szczególną ostrożność.
Popularne stopy aluminium do obróbki CNC
| Stopy aluminium | Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) **(Wartości przybliżone) | Typowe zastosowania |
| Aluminium 2007 | 270-400 | Części maszyn, śruby, nity, nakrętki, wkręty, pręty gwintowane. |
| Aluminium 2024 | 250-400 | Elementy konstrukcyjne dla przemysłu lotniczego. |
| Aluminium 5052 | 170-305 | Środowiska morskie, zbiorniki paliwa samochodowego, znaki drogowe. |
| Aluminium 5083 | 270-345 | Sprzęt kriogeniczny, zastosowania morskie, urządzenia ciśnieniowe, zastosowania chemiczne, konstrukcje spawane. |
| Aluminium 5754 | 190-240 | Konstrukcje spawane, podłogi, sprzęt wędkarski, nadwozia samochodowe, przetwórstwo żywności, nity. |
| Aluminium 6060 | 190 | Budownictwo, przetwórstwo żywności, sprzęt medyczny, inżynieria motoryzacyjna. |
| Aluminium 6061 | 180 - 270 | Konstrukcje o dużym obciążeniu, rusztowania, wagony kolejowe, części maszyn, zastosowania ogólne. |
| Aluminium 6063 | 180 | Zastosowania architektoniczne, ramy okienne, ramy drzwiowe, dachy |
| Aluminium 6082 | 290 | Budownictwo offshore, kontenery |
| Aluminium 7075 | 500-572 | Ramy rowerowe, sprzęt wspinaczkowy, broń, produkcja narzędzi formujących, zaawansowane zastosowania inżynieryjne |
** Są to tylko przybliżone wartości. Dokładne wartości zależą od procesu obróbki; Skonsultuj się z producentem, aby uzyskać dokładne wartości.
Kluczowe zagadnienia przy obróbce CNC aluminium
Przy stosowaniu aluminium należy pamiętać o kilku kwestiach technicznych:
Materiał narzędzia
Aluminium jest miękkie, więc wymaga twardego narzędzia tnącego, takiego jak węglik spiekany. W narzędziach węglikowych struktura ziarna ma również pierwszorzędne znaczenie. A obecność kobaltu pomaga uzyskać tę drobną strukturę. Jednak kobalt, gdy reaguje z aluminium, powoduje nagromadzenie się gumy na narzędziu. Dlatego w przypadku narzędzi węglikowych preferowany jest optymalny stosunek 2 do 20%.
Oprócz tego powłoka również ma znaczenie. Frezy z diamentem, dwuborkiem tytanu (TiB2) i azotkiem cyrkonu (ZrN).
Projektowanie i orientacja narzędzi
Frezy trzpieniowe mają rowki – ich liczba decyduje o łatwości obróbki. Zaleca się 2-3 rowki; dwa rowki zapewniają optymalny odstęp wiórowy, podczas gdy trzy rowki równoważą odstęp wiórowy z wytrzymałością narzędzia.
Kąt linii śrubowej i kąt przyłożenia są również krytyczne: kąt linii śrubowej 35° lub 40° jest skuteczny w przypadku obróbki zgrubnej, a kąt 45° jest lepszy w przypadku obróbki wykańczającej. Kąty przyłożenia powinny wynosić od 6° do 10°.
Szybkość i prędkość podawania
Prędkość skrawania odnosi się do prędkości obrotowej narzędzia tnącego. Należy ją wybrać w oparciu o rodzaj stopu aluminium. Zasadniczo zaleca się wyższą prędkość skrawania, aby uniknąć narastania krawędzi i zmniejszyć wytwarzanie ciepła.
Prędkość posuwu to prędkość przesuwania narzędzia. Prędkości te różnią się w zależności od wymaganego wykończenia; cięcia zgrubne mogą wykorzystywać posuw od 0.15 do 2.00 mm/obr., podczas gdy cięcia wykończeniowe mogą wykorzystywać posuw od 0.05 do 0.20 mm/obr.
Płyn do cięcia
Cięcie aluminium na sucho jest katastrofalne ze względu na tworzenie się narostów na krawędziach. Używaj nierozcieńczonych olejów mineralnych i unikaj płynów zawierających aktywną siarkę lub chlor, ponieważ mogą one plamić aluminium.
Części aluminiowe: techniki wykończeniowe
Powierzchnia metalowa jest podatna na rdzę lub korozję, jeśli nie jest wykończona. Podobnie aluminium przechodzi pewne techniki wykończeniowe, które służą jedynie celom ochronnym, ale także dodają element estetyczny.
PiaskowanieING
Piaskowanie polega na nadmuchiwaniu drobnych cząstek piasku z dużą prędkością na powierzchnię aluminium za pomocą sprężonego powietrza. Proces ten oczyszcza powierzchnię, usuwając wszelkie zanieczyszczenia lub pozostałości i tworzy jednolitą, matową teksturę. Jest to przydatne do przygotowania metalu do dalszego wykańczania lub uzyskania określonego wyglądu powierzchni.
Anodowanie
Anodowanie to proces elektrochemiczny, który zagęszcza naturalną warstwę tlenku na powierzchni części aluminiowych. Dodana warstwa poprawia odporność na korozję, zwiększa twardość powierzchni i umożliwia barwienie aluminium.
Malowanie proszkowe
Malowanie proszkowe polega na nakładaniu suchego proszku na aluminium. Następnie jest on utwardzany pod wpływem ciepła, tworząc cienką warstwę. Ta powłoka jest wytrzymała, ochronna i dostępna w wielu kolorach. Wykończenie powierzchni jest wysokiej jakości i lepsze niż w przypadku standardowej farby.
Wyzwania w obróbce aluminium
Mimo że aluminium jest miękkie i lekkie, jego obróbka wiąże się z pewnymi wyjątkowymi wyzwaniami:
Nagromadzenie się dziąseł
Aluminium ma niską temperaturę topnienia (660°C) – ciepło tarcia wytwarzane podczas cięcia lub szlifowania może powodować zmiękczenie metalu i przywieranie do narzędzia tnącego, co powoduje efekt „gumowania”. Aby temu zaradzić, zaleca się stosowanie frezów z twardego węglika spiekanego wraz z ciągłym smarowaniem za pomocą mgły etanolowej.
Wyższe koszty, wyższe ryzyko
Aluminium jest droższe od wielu innych powszechnie występujących metali, więc koszty wymiany/naprawy uszkodzonych części są znacznie wyższe.
Ryzyko zanieczyszczenia
Po wystawieniu na działanie atmosfery aluminium tworzy warstwę tlenku, która może być szkodliwa, jeśli nie zostanie usunięta przed spawaniem lub obróbką. Ta warstwa tlenku może prowadzić do niedoskonałości i porowatości w produkcie końcowym.
Kosztorysowanie obróbki CNC aluminium
Koszt jest krytycznym czynnikiem w obróbce, szczególnie w przypadku produkcji na dużą skalę. Oto główne koszty związane z cyklem życia produktu aluminiowego:
- Koszt surowca:Cena aluminium różni się w zależności od grubości, gatunku i rozmiaru materiału. Aby uzyskać przybliżoną ocenę, rozważ powszechny stop aluminium 6061. Jego cena wynosi 12 i 15 dolarów za funt.
- Koszt obróbki: Koszty operacyjne maszyn różnią się w zależności od ich możliwości. W przypadku maszyny CNC 3-osiowej cena wynosi od 25 do 30 dolarów za godzinę. W przypadku bardziej zaawansowanych maszyn CNC 5-osiowych koszt mieści się w przedziale od 40 do 50 dolarów za godzinę.
- Koszt narzędzia:Narzędzie węglikowe używane do obróbki aluminium kosztuje około 2 do 5 dolarów za sztukę.
Zastosowania części aluminiowych maszyn CNC
Aluminium jest jednym z najczęściej używanych metali w przemyśle ze względu na swoje korzystne właściwości i łatwość obróbki. Tabela 1 przedstawia zastosowania aluminium w głównych codziennych sektorach.
| Branża | Określone zastosowania | stopnie aluminium |
| Motoryzacja | Elementy silnika (tłoki, cylindry) | 4032, 2618 |
| Transmisja i struktura | 6061, 7075 | |
| Lotnictwo | Ramy konstrukcyjne samolotów | 2024, 7075 |
| Elementy przekładni | 7075, 2024 | |
| Elementy złączne i okucia | 7075, 6061 | |
| Elektronika | Radiatory do zarządzania ciepłem | 6063, 1100 |
| Obudowy do urządzeń elektronicznych | 5052, 6061 | |
| Komponenty do złączy i przełączników | 6061, 2024 | |
| Żywność i opakowania | Komponenty maszyn do przetwórstwa spożywczego | 6061, 5052 |
| Części maszyn pakujących | 6061, 5052 | |
| Formy do pakowania żywności | 3003, 6061 |
Dodaj RichConn dla potrzeb obróbki CNC aluminium
Masz projekt, który obejmuje obróbkę aluminium lub potrzebujesz niestandardowych części aluminiowych? Wybierz RichConnUsługi obróbki CNC aluminium. Zajmujemy się fachowo wszystkimi seriami stopów aluminium.
Nasz zespół, z dziesiątkami lat doświadczenia, jest gotowy poprowadzić Cię od pierwszego kroku do końcowej produkcji. Dzięki najnowocześniejszej infrastrukturze i najnowszemu sprzętowi CNC dostarczamy wysokiej jakości, standaryzowane produkty wydajniej i szybciej. Skontaktuj się z nami dziś i omówmy, w jaki sposób możemy wesprzeć Twój projekt obróbki CNC.
