CNC-bewerking van aluminium onderdelen

In dit artikel bespreken we de bewerkingsprocessen (draaien, frezen, afwerking), hulpmiddelen, parameters en uitdagingen die betrokken zijn bij de CNC-bewerking van aluminium en aluminiumlegeringen. We analyseren ook de eigenschappen van aluminium en de legeringen die het meest worden gebruikt bij CNC-bewerkingen, evenals hun toepassingsgebieden in verschillende industriële sectoren.

Rapid prototyping of aluminum alloy parts

If you are interested in CNC machining aluminum, you can request a quote for your parts here.

Aluminum is one of the most widely used materials today. In werkelijkheid, aluminum is only surpassed by steel in terms of frequency of use in CNC machining. This is mainly due to the excellent machinability of aluminum.

In its pure form, the chemical element aluminum is soft, malleable, non-magnetic and has a silvery-white appearance. Echter, the element aluminum is not only used in its pure form. Aluminum is normally used in conjunction with various elements such as manganese, copper and magnesium to produce hundreds of aluminum alloys with various, significantly improved properties. The most common aluminum alloys and their respective designations in the various standards can be found here.
Figuur 1: Pure aluminum
Benefits of using aluminum for CNC machined components
Although there are many different aluminum alloys with different properties, all aluminum alloys have the same essential properties.

Machinability
Aluminum can be shaped and machined using a variety of different methods. It can be cut quickly and easily with the help of processing machines because it is soft and has high machinability. It is also cheaper than steel and requires less machining. These properties are of great benefit to the cutting machine operator and the customer. In aanvulling, aluminum is less deformed during machining due to its high machinability. This leads to higher accuracy, omdat CNC-machines hogere toleranties kunnen bereiken.
Sterkte-gewichtsverhouding
De dichtheid van aluminium is ongeveer een derde van de dichtheid van staal. Aluminium is dus relatief licht. Ondanks zijn lage gewicht, aluminium is erg sterk. Deze combinatie van hoge sterkte en laag gewicht wordt beschreven door de sterkte-gewichtsverhouding. De hoge sterkte-gewichtsverhouding maakt aluminium tot een voordelig materiaal voor componenten in diverse industriële sectoren, zoals de auto- en ruimtevaartindustrie.
Corrosieweerstand
Aluminium is kras- en corrosiebestendig onder typische maritieme en atmosferische omstandigheden. Deze eigenschappen kunnen worden verbeterd door te anodiseren. Het moet worden opgemerkt, Echter, dat de corrosieweerstand varieert met het type aluminium. Echter, de meest voorkomende aluminiumsoorten die bij CNC-bewerkingen worden gebruikt, hebben de hoogste weerstand.

Behavior at low temperatures
Most materials tend to lose some of their beneficial properties at temperatures below zero. Bijvoorbeeld, both carbon steel and rubber become brittle at low temperatures. In tegenstelling tot, aluminum remains soft, malleable and strong even at very low temperatures.
Electric conductivity
The electrical conductivity of pure aluminum at room temperature is 36.7 million Siemens per meter. Although aluminum alloys can have lower conductivities than pure aluminum, they are conductive enough to be used as electrical components. Aan de andere kant, aluminum is unsuitable if a high electrical conductivity of the manufactured component is undesirable.
Recyclability
Since CNC machining is a subtractive manufacturing process, a lot of chips and therefore a lot of material waste occur during machining. Aluminium is zeer geschikt voor recycling, d.w.z. relatief weinig energie, Er zijn inspanningen en kosten nodig om aluminium te recyclen. Dit maakt het ook een voordelig materiaal in termen van het vermijden van materiaalverspilling. Dit maakt aluminium ook een milieuvriendelijker materiaal bij CNC-bewerkingen.
Anodiseren
Het anodiseerproces is een oppervlaktebewerkingsproces dat de slijtvastheid en corrosieweerstand van een materiaal verbetert. Aluminium is geschikt voor het anodiseerproces. Dit proces maakt het ook gemakkelijker om de vervaardigde aluminium componenten te kleuren.

CNC-frezen van aluminium onderdelen

Populaire aluminiumlegeringen voor CNC-bewerking
In onze ervaring, het volgende 5 soorten aluminium worden het meest gebruikt bij CNC-bewerking.

EN AW 2007
Alternatieve namen: 3.1645; IN 573-3; AlCu4PbMgMn.

Deze aluminiumlegering bevat koper als belangrijkste legeringselement (4-5% koper). Het is een legering met korte spanen die licht is, durable, highly functional and has the same mechanical properties as AW 2030. It is also suitable for thread cutting, heat treatment and high speed machining. All these properties make EN AW 2007 a widely used material in the manufacture of components, bolts, schroeven, nuts, rivets and threaded rods. Echter, this type of aluminum has poor weldability and corrosion resistance; It is therefore advisable to use protective anodizing after the component has been manufactured.

EN AW 5083
Alternatieve namen: 3.3547; Alloy 5083; IN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7

AW 5083 is known for its excellent performance in harsh conditions. It contains magnesium and traces of chromium and manganese. This variety has a very high resistance to corrosion in chemical and marine environments. AW 5080 has the highest strength of all non-heat-treatable alloys; a property that it receives even after welding. While this alloy should not be used for applications with temperatures above 65 ° C, it has excellent performance in low temperature applications.

Because of its range of beneficial properties, AW 5080 is used for a wide variety of applications including cryogenic systems, marine applications, pressure systems, chemical applications, welded structures and vehicle bodies.

Surface finishing of aluminum alloy parts

EN AW 5754
Alternatieve namen: 3.3535; Alloy 5754; IN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.

As an aluminum-magnesium kneading material with the highest percentage of aluminum, AW 5754 can be rolled, forged and extruded. It is not heat treatable and can be cold worked to increase strength at the expense of formability. In aanvulling, this alloy is excellent in corrosion resistance and has high strength. With these properties, it is not surprising that AW 5754 is een van de meest gebruikte aluminiumsoorten bij CNC-bewerking. Het wordt vaak gebruikt in gelaste constructies, vloeren, visspullen, carrosserieën van voertuigen, klinknagels, en in de voedselverwerking.

EN AW 6061
Alternatieve namen: 3.3206; ISO 6361; VS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5

Dit is een smeedlegering die magnesium en silicium bevat. Het is hittebehandelbaar en heeft een gemiddelde sterkte, goede lasbaarheid en goede vervormbaarheid. In aanvulling, het heeft een zeer hoge corrosieweerstand; een eigenschap die kan worden verbeterd door te anodiseren. EN AW 6060 wordt veel gebruikt in de bouw, voedselverwerking, medische technologie en autotechnologie.

EN AW 7075
Alternatieve namen: 3.4365; UNS-A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Het belangrijkste legeringselement van dit type aluminium is zink. Hoewel EN AW 7075 heeft een gemiddelde bewerkbaarheid, slechte koudvervormingseigenschappen en is ongeschikt voor lassen of hardsolderen, het heeft een hoge sterkte-gewichtsverhouding, uitstekende weerstand tegen atmosferische en maritieme omgevingen, en sterkte vergelijkbaar met sommige staallegeringen. Deze legering wordt in een zeer breed scala aan toepassingen gebruikt – van deltavliegers, fietsframes, klimuitrusting en wapens tot de constructie van productiewerktuigen.

Gedraaide delen van aluminiumlegering

CNC-bewerkingsproces voor aluminium
Aluminium kan worden bewerkt met behulp van veel van de CNC-processen die tegenwoordig beschikbaar zijn. We hebben een aantal van deze procedures op een rij gezet:
Draaien
Bij CNC-bewerkingsprocessen, het werkstuk roteert terwijl het éénpuntssnijgereedschap langs zijn as stationair blijft. Afhankelijk van de gebruikte machine, óf het werkstuk óf het snijgereedschap voert een aanvoerbeweging uit om het materiaal te verwijderen.

Lees meer over onze CNC-draaidiensten.
Frezen
Freesprocessen zijn de meest gebruikte methoden bij het bewerken van aluminium onderdelen. These methods consist of rotating a multipoint cutting tool along its axis while the workpiece remains stationary along its own axis. The cutting action and subsequent material removal is achieved by a feed movement of the workpiece or the cutting tool, or a combination of both. This movement can take place along several axes.

Find out more about our CNC milling services.
Pocket milling
Pocket milling, also known as pocketing, is a CNC milling method in which a hollow pocket is milled into a component.

CNC machining of aluminum alloy parts

Face turning and face milling
In machine processing, facing / milling is the creation of a flat cross-sectional area on the surface of a workpiece by turning / frezen.
Drilling
Drilling is the process of creating a hole in a workpiece. In this process, een meerpunts roterend snijgereedschap van een bepaalde grootte beweegt in een rechte lijn, loodrecht op het te bewerken oppervlak, effectief een gat creëren.

Gereedschappen voor aluminiumverwerking
Bij de keuze van gereedschappen voor CNC-bewerking spelen veel verschillende factoren een rol.
Gereedschap ontwerp
Verschillende geometrische aspecten van een gereedschap dragen bij aan de effectiviteit op het gebied van aluminiumbewerking. Eén daarvan is het aantal snijkanten. Om problemen bij het verwijderen van spanen bij hoge snelheden te voorkomen, de snijgereedschappen voor aluminium CNC-bewerking zouden moeten hebben 2-3 snijkanten. Een hoger aantal snijkanten leidt tot kleinere spanenruimtes. Hierdoor komen de grote spanen van de aluminiumlegeringen vast te zitten. Wanneer de snijkrachten laag zijn en spaanafvoer een grote zorg van het proces is, er moeten twee snijkanten worden gebruikt. Er kunnen drie snijkanten worden gebruikt voor de perfecte balans tussen spaanafvoer en gereedschapssterkte.
Helix-hoek
De spiraalhoek is de hoek tussen de middellijn van een gereedschap en een rechte raaklijn langs de snijkant. Terwijl een hoge spiraalhoek spanen snel verwijdert, dit verhoogt ook de wrijving en de warmteontwikkeling tijdens de bewerking. Dit kan ertoe leiden dat spanen aan het gereedschapsoppervlak lassen tijdens CNC-bewerkingen van aluminium met hoge snelheid. Een kleinere spiraalhoek resulteert in minder warmteontwikkeling, maar het is mogelijk dat de chips niet effectief kunnen worden verwijderd. Bij het bewerken van aluminium, een schuine hoek van 35 ° of 40 ° is geschikt voor ruwe toepassingen, terwijl een hoek van 45 ° is geschikt voor afwerkingswerkzaamheden.
Vrije hoek
De vrije hoek is een andere belangrijke factor voor het goed functioneren van gereedschap. An excessively large angle would cause the tool to dig into the component and rattle back and forth. Aan de andere kant, angles that are too small can lead to high friction between the tool and the workpiece. Clearance angles between 6 ° and 10 ° are particularly suitable for CNC machining of aluminum.

Aluminum die casting

Tool material
Tungsten carbide is the preferred material for cutting tools used in CNC aluminum machining. Since aluminum is very soft and easy to cut, the decisive factor in a cutting tool for aluminum is not the hardness, but the ability to obtain a razor-sharp edge. This ability is present in cemented carbide tools and depends on two factors, the cemented carbide grain size and the proportion of binder. While a larger grain size results in a harder material, een kleinere korrelgrootte garandeert een taaier resultaat, slagvaster materiaal dat precies de eigenschap is die we nodig hebben. Kleinere korrels hebben kobalt nodig om de fijne korrelstructuur en sterkte van het materiaal te bereiken.

Echter, kobalt reageert met aluminium bij hoge temperaturen en vormt een snijkantopbouw van aluminium op het gereedschapsoppervlak. De sleutel is om een ​​hardmetalen gereedschap met de juiste hoeveelheid kobalt te gebruiken (2-20%) om deze reactie te minimaliseren met behoud van de vereiste sterkte. Wolfraamcarbide gereedschappen zijn over het algemeen beter geschikt om de hoge snelheden van CNC-aluminiumbewerking te weerstaan ​​dan stalen gereedschappen. Naast het gereedschapsmateriaal, de coating van het gereedschap is een belangrijke factor in de snijefficiëntie van het gereedschap.

ZrN (zirkoniumnitride), TiB2 (titanium boride) en diamantachtige coatings zijn enkele van de geschikte gereedschapscoatings voor de CNC-bewerking van aluminium.
Voedingen en snelheden
De snijsnelheid is de snelheid waarmee het snijgereedschap draait. Omdat aluminium bestand is tegen zeer hoge snijsnelheden, de snijsnelheid voor aluminiumlegeringen is afhankelijk van de toepassingslimieten van de gebruikte machine. Zoals bij CNC-aluminiumbewerking, de snelheid moet zo hoog mogelijk zijn, omdat dit de kans op randenopbouw verkleint, bespaart tijd, minimaliseert de temperatuurstijging in het onderdeel, verbetert de spaanbreking en verbetert de oppervlakteafwerking. De exacte werksnelheid is afhankelijk van de aluminiumlegering en de gereedschapsdiameter.

De voeding is de afstand die het werkstuk of gereedschap per omwenteling van het gereedschap verplaatst. De gebruikte voedingssnelheid is afhankelijk van de gewenste oppervlakteafwerking, strength and rigidity of the workpiece. Rough cuts require a feed of 0.15 naar 2.03 mm / rev, while finishing operations require a feed of 0.05 naar 0.15 mm / rev.
Cooling lubricant
Despite its good machinability, aluminum should never be cut dry as this promotes the formation of built-up edges. Suitable cooling lubricants for aluminum CNC machining are soluble oil emulsions and mineral oils. Avoid cooling lubricants that contain chlorine or active sulfur, as these elements pickle aluminum. You can find out more about cooling lubricants here.

CNC machining aluminum alloy cavity

Post-processing processes
After machining an aluminum part, there are certain processes that can be carried out to improve the physical, mechanical and aesthetic properties of the part. The most common methods are listed below.
Pearl blasting – compressed air blasting with solid abrasive
Parelstralen is een afwerkingsproces voor esthetische doeleinden. In this process, het vervaardigde onderdeel wordt gestraald met een krachtige straal perslucht en kleine glasparels, die het materiaal effectief verwijdert en zorgt voor een glad oppervlak. Het geeft aluminium een ​​satijn of mat oppervlak. De belangrijkste procesparameters bij het parelstralen zijn de grootte van de glasparels en de sterkte van de gebruikte luchtdruk. Gebruik deze procedure alleen als de maattoleranties van het onderdeel niet kritisch zijn.

Andere afwerkingsprocessen zijn polijsten en schilderen.
Coating
In this process, het aluminium werkstuk is bekleed met een ander materiaal, bijvoorbeeld zink, nikkel of chroom. Dit wordt gedaan om de functionaliteit van het onderdeel te verbeteren en kan worden bereikt door middel van elektrochemische processen.
Anodiseren
The anodizing process is an electrochemical process in which the aluminum workpiece is placed in a solution of sulfuric acid. An electrical voltage is then applied between the anode and cathode. This process converts the exposed surfaces of the workpiece into an electrically non-reactive aluminum oxide coating. The density and thickness of the coating depends on the composition of the solution, the duration of the anodizing process and the electrical current applied. Anodizing can also be used to color the component.

Aluminum profile

Powder coating
In the powder coating process, the component is coated with a colored polymer powder using an electrostatic spray gun. The part is then cured at a temperature of 200 ° C. The powder coating improves strength and resistance to wear, corrosion and impact.
Heat treatment
Components made from heat-treatable aluminum alloys can be subjected to a heat treatment to improve their mechanical properties.
Applications of CNC-manufactured aluminum components in industry
As mentioned above, aluminum alloys have a number of advantageous properties. This is why CNC-manufactured aluminum components are indispensable in many branches of industry, including:
Aerospace: Due to the high strength-to-weight ratio, many aircraft fittings are made of aluminum.
Automotive industry: similar to the aerospace industry, many components such as axles and other components are made of aluminum.
Electronics: Due to their high electrical conductivity, CNC-manufactured aluminum components are often used as electrical components in electrical devices.
Food and pharmaceutical industry: Since aluminum does not react with most organic substances, aluminium componenten spelen een belangrijke rol in de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie.
Sport: Aluminium wordt veel gebruikt voor het maken van sportartikelen zoals honkbalknuppels en fluitjes.
Lage temperatuur technologie: Vanwege het vermogen van aluminium om zijn mechanische eigenschappen te behouden, zelfs bij temperaturen onder nul, aluminium componenten worden vaak gebruikt in toepassingen bij lage temperaturen.