CNC-bearbetning av aluminiumdelar

I den här artikeln kommer vi att diskutera bearbetningsprocesserna (vändning, fräsning, efterbehandling), verktyg, parametrar och utmaningar vid CNC-bearbetning av aluminium och aluminiumlegeringar. Vi analyserar även egenskaperna hos aluminium och de legeringar som oftast används vid CNC-bearbetning, samt deras användningsområden inom olika industrisektorer.

Snabb prototypframställning av delar av aluminiumlegering

Om du är intresserad av CNC-bearbetning av aluminium, du kan begära en offert för dina delar här.

Aluminium är ett av de mest använda materialen idag. Faktiskt, aluminium överträffas endast av stål när det gäller användningsfrekvens vid CNC-bearbetning. Detta beror främst på den utmärkta bearbetbarheten hos aluminium.

I sin rena form, det kemiska elementet aluminium är mjukt, formbar, icke-magnetisk och har ett silvervitt utseende. dock, elementet aluminium används inte bara i sin rena form. Aluminium används normalt tillsammans med olika grundämnen som mangan, koppar och magnesium för att producera hundratals aluminiumlegeringar med olika, väsentligt förbättrade egenskaper. De vanligaste aluminiumlegeringarna och deras respektive beteckningar i de olika standarderna finns här.
Figur 1: Ren aluminium
Fördelar med att använda aluminium för CNC-bearbetade komponenter
Även om det finns många olika aluminiumlegeringar med olika egenskaper, alla aluminiumlegeringar har samma väsentliga egenskaper.

Bearbetningsbarhet
Aluminium kan formas och bearbetas med en mängd olika metoder. Den kan skäras snabbt och enkelt med hjälp av bearbetningsmaskiner eftersom den är mjuk och har hög skärbarhet. Det är också billigare än stål och kräver mindre bearbetning. Dessa egenskaper är till stor nytta för skärmaskinsoperatören och kunden. Dessutom, aluminium deformeras mindre under bearbetning på grund av dess höga bearbetbarhet. Detta leder till högre noggrannhet, eftersom CNC-maskiner kan uppnå högre toleranser.
Styrka till viktförhållande
Aluminiumets densitet är ungefär en tredjedel av stålets densitet. Så aluminium är relativt lätt. Trots sin låga vikt, aluminium är mycket starkt. Denna kombination av hög hållfasthet och låg vikt beskrivs av styrka-till-vikt-förhållandet. Dess höga hållfasthet-till-vikt-förhållande gör aluminium till ett fördelaktigt material för komponenter inom olika industrisektorer, såsom fordons- och flygindustrin.
Korrosionsbeständighet
Aluminium är rep- och korrosionsbeständigt under typiska marina och atmosfäriska förhållanden. Dessa egenskaper kan förbättras genom anodisering. Det bör noteras, dock, att korrosionsbeständigheten varierar med typen av aluminium. dock, de vanligaste typerna av aluminium som används vid CNC-bearbetning har det högsta motståndet.

Beteende vid låga temperaturer
De flesta material tenderar att förlora några av sina fördelaktiga egenskaper vid temperaturer under noll. Till exempel, både kolstål och gummi blir spröda vid låga temperaturer. I kontrast, aluminium förblir mjukt, formbar och stark även vid mycket låga temperaturer.
Elektrisk ledningsförmåga
Den elektriska ledningsförmågan hos rent aluminium vid rumstemperatur är 36.7 miljoner Siemens per meter. Även om aluminiumlegeringar kan ha lägre ledningsförmåga än rent aluminium, de är tillräckligt ledande för att användas som elektriska komponenter. Å andra sidan, aluminium är olämpligt om en hög elektrisk ledningsförmåga hos den tillverkade komponenten är oönskad.
Återvinningsbarhet
Eftersom CNC-bearbetning är en subtraktiv tillverkningsprocess, mycket spån och därför mycket materialspill uppstår vid bearbetning. Aluminium lämpar sig väl för återvinning, dvs. relativt lite energi, ansträngning och kostnader krävs för att återvinna aluminium. Detta gör det också till ett fördelaktigt material när det gäller att undvika slöseri med material. Detta gör också aluminium till ett mer miljövänligt material vid CNC-bearbetning.
Anodisering
Anodiseringsprocessen är en ytbehandlingsprocess som förbättrar slitstyrkan och korrosionsbeständigheten hos ett material. Aluminium är lämpligt för anodiseringsprocessen. Denna process gör det också lättare att färga de tillverkade aluminiumkomponenterna.

CNC fräsning av aluminiumdetaljer

Populära aluminiumlegeringar för CNC-bearbetning
Enligt vår erfarenhet, det följande 5 typer av aluminium används oftast vid CNC-bearbetning.

OCH AW 2007
Alternativa namn: 3.1645; I 573-3; AlCu4PbMgMn.

Denna aluminiumlegering innehåller koppar som huvudlegeringselement (4-5% koppar). Det är en kortspånig legering som är lätt, hållbar, mycket funktionell och har samma mekaniska egenskaper som AW 2030. Den är även lämplig för gängskärning, heat treatment and high speed machining. All these properties make EN AW 2007 a widely used material in the manufacture of components, bolts, skruvar, nuts, rivets and threaded rods. dock, this type of aluminum has poor weldability and corrosion resistance; It is therefore advisable to use protective anodizing after the component has been manufactured.

OCH AW 5083
Alternativa namn: 3.3547; Alloy 5083; I 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.

På grund av dess utbud av fördelaktiga egenskaper, AW 5080 används för en mängd olika applikationer inklusive kryogena system, marina tillämpningar, trycksystem, kemiska tillämpningar, svetsade strukturer och fordonskarosser.

Ytbehandling av delar av aluminiumlegering

OCH AW 5754
Alternativa namn: 3.3535; Alloy 5754; I 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.

Som ett aluminium-magnesium knådningsmaterial med den högsta andelen aluminium, AW 5754 kan rullas, smidda och extruderade. Den är inte värmebehandlingsbar och kan kallbearbetas för att öka styrkan på bekostnad av formbarheten. Dessutom, denna legering är utmärkt i korrosionsbeständighet och har hög hållfasthet. Med dessa egenskaper, det är inte förvånande att AW 5754 är en av de mest använda typerna av aluminium inom CNC-bearbetning. Det används ofta i svetsade strukturer, golv, fiskeutrustning, fordonskarosser, nitar, och inom livsmedelsförädling.

OCH AW 6061
Alternativa namn: 3.3206; ISO 6361; US A96060; ASTM B 221; AlMgSi0,5

Detta är en smideslegering som innehåller magnesium och kisel. Den är värmebehandlingsbar och har medelstyrka, god svetsbarhet och god formbarhet. Dessutom, den har en mycket hög korrosionsbeständighet; en egenskap som kan förbättras genom anodisering. OCH AW 6060 används i stor utsträckning inom konstruktion, Livsmedelsbearbetning, medicinteknik och fordonsteknik.

OCH AW 7075
Alternativa namn: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.
Det huvudsakliga legeringselementet i denna typ av aluminium är zink. Även om EN AW 7075 har genomsnittlig bearbetbarhet, dåliga kallformningsegenskaper och är olämplig för svetsning eller lödning, den har ett högt förhållande mellan styrka och vikt, utmärkt motståndskraft mot atmosfäriska och marina miljöer, och hållfasthet jämförbar med vissa stållegeringar. Denna legering används i ett mycket brett spektrum av applikationer – från hängglidare, cykelramar, klätterutrustning och vapen till konstruktion av tillverkningsverktyg.

Svarvade delar av aluminiumlegering

CNC-bearbetningsprocess för aluminium
Aluminium kan bearbetas med många av de CNC-processer som finns tillgängliga idag. Vi har listat några av dessa procedurer:
Vändning
I CNC-bearbetningsprocesser, arbetsstycket roterar medan enpunktsskärverktyget förblir stationärt längs sin axel. Beroende på vilken maskin som används, antingen arbetsstycket eller skärverktyget utför en matningsrörelse för att avlägsna materialet.

Läs mer om våra CNC-svarvningstjänster.
Fräsning
Fräsprocesser är de mest använda metoderna vid bearbetning av aluminiumkomponenter. Dessa metoder består av att rotera ett flerpunktsskärverktyg längs sin axel medan arbetsstycket förblir stationärt längs sin egen axel. Skärningsåtgärden och efterföljande materialborttagning uppnås genom en matningsrörelse av arbetsstycket eller skärverktyget, eller en kombination av båda. Denna rörelse kan ske längs flera axlar.

Läs mer om våra CNC-fräsningstjänster.
Fickfräsning
Fickfräsning, även känd som pocketing, är en CNC-fräsmetod där en ihålig ficka fräss in i en komponent.

CNC-bearbetning av aluminiumlegeringar

Plansvarvning och planfräsning
I maskinbearbetning, vända mot / fräsning är skapandet av en plan tvärsnittsarea på ytan av ett arbetsstycke genom svarvning / fräsning.
Borrning
Borrning är processen att skapa ett hål i ett arbetsstycke. I denna process, ett flerpunkts roterande skärverktyg av en viss storlek rör sig i en rak linje, vinkelrätt mot ytan som ska bearbetas, effektivt skapa ett hål.

Verktyg för aluminiumbearbetning
Många olika faktorer spelar roll vid val av verktyg för CNC-bearbetning.
Verktygsdesign
Olika geometriaspekter hos ett verktyg bidrar till effektiviteten vad gäller aluminiumbearbetning. En av dem är antalet skäreggar. För att undvika svårigheter med att ta bort chips vid höga hastigheter, skärverktygen för aluminium CNC-bearbetning bör ha 2-3 skärkanter. Ett högre antal skär leder till mindre spånfack. Detta gör att de stora spånen i aluminiumlegeringarna fastnar. När skärkrafterna är låga och spånevakueringen är ett stort problem i processen, två skäreggar ska användas. Tre skäreggar kan användas för den perfekta balansen mellan spånevakuering och verktygsstyrka.
Helixvinkel
Helixvinkeln är vinkeln mellan ett verktygs mittlinje och en rak tangentlinje längs skäreggen. Medan en hög spiralvinkel tar bort spån snabbt, detta ökar också friktionen och värmeutvecklingen under bearbetning. Detta kan få spån att svetsa fast på verktygsytan under höghastighets CNC-bearbetning av aluminium. En mindre spiralvinkel resulterar i mindre värmeutveckling, men den kanske inte kan ta bort markerna effektivt. Vid bearbetning av aluminium, en avfasningsvinkel på 35 ° eller 40 ° är lämplig för grova applikationer, medan en vinkel på 45 ° är lämplig för efterarbete.
Frigångsvinkel
Frigångsvinkeln är en annan viktig faktor för ett verktygs korrekta funktion. En alltför stor vinkel skulle få verktyget att gräva in i komponenten och skramla fram och tillbaka. Å andra sidan, för små vinklar kan leda till hög friktion mellan verktyget och arbetsstycket. Gråvinklar mellan 6 ° och 10 ° är särskilt lämpliga för CNC-bearbetning av aluminium.

Pressgjutning av aluminium

Verktygsmaterial
Volframkarbid är det föredragna materialet för skärverktyg som används vid CNC-aluminiumbearbetning. Eftersom aluminium är väldigt mjukt och lätt att skära, den avgörande faktorn i ett skärverktyg för aluminium är inte hårdheten, men förmågan att få en knivskarp kant. Denna förmåga finns i hårdmetallverktyg och beror på två faktorer, hårdmetallkornstorleken och andelen bindemedel. Medan en större kornstorlek resulterar i ett hårdare material, en mindre kornstorlek garanterar en segare, mer slagtåligt material som är precis den egenskap vi behöver. Mindre korn kräver kobolt för att uppnå materialets finkorniga struktur och styrka.

dock, kobolt reagerar med aluminium vid höga temperaturer och bildar en uppbyggd kant av aluminium på verktygsytan. Nyckeln är att använda ett hårdmetallverktyg med rätt mängd kobolt (2-20%) för att minimera denna reaktion samtidigt som den erforderliga styrkan bibehålls. Volframkarbidverktyg är i allmänhet bättre lämpade att motstå de höga hastigheterna för CNC-aluminiumbearbetning än stålverktyg. Förutom verktygsmaterialet, beläggningen av verktyget är en viktig faktor för verktygets skäreffektivitet.

ZrN (zirkoniumnitrid), TiB2 (titanborid) och diamantliknande beläggningar är några av de lämpliga verktygsbeläggningarna för CNC-bearbetning av aluminium.
Matningar och hastigheter
Skärhastigheten är den hastighet med vilken skärverktyget roterar. Eftersom aluminium tål mycket höga skärhastigheter, skärhastigheten för aluminiumlegeringar beror på applikationsgränserna för den använda maskinen. Som med CNC aluminiumbearbetning, hastigheten ska vara så hög som möjligt, då detta minskar risken för uppbyggda kanter, sparar tid, minimerar temperaturökningen i komponenten, förbättrar spånbrytningen och förbättrar ytfinishen. Den exakta arbetshastigheten beror på aluminiumlegeringen och verktygets diameter.

Matningen är den sträcka som arbetsstycket eller verktyget förflyttas per varv av verktyget. Matningshastigheten som används beror på önskad ytfinish, arbetsstyckets styrka och styvhet. Grova snitt kräver en matning av 0.15 till 2.03 mm / varv, medan efterbehandling kräver en matning av 0.05 till 0.15 mm / varv.
Kylande smörjmedel
Trots sin goda bearbetbarhet, aluminium bör aldrig skäras torrt eftersom detta främjar bildandet av uppbyggda kanter. Lämpliga kylsmörjmedel för aluminium CNC-bearbetning är lösliga oljeemulsioner och mineraloljor. Undvik kylsmörjmedel som innehåller klor eller aktivt svavel, eftersom dessa element betar aluminium. Du kan läsa mer om kylsmörjmedel här.

CNC-bearbetning av aluminiumlegering

Efterbearbetningsprocesser
Efter bearbetning av en aluminiumdel, det finns vissa processer som kan utföras för att förbättra det fysiska, delens mekaniska och estetiska egenskaper. De vanligaste metoderna listas nedan.
Pärlblästring – tryckluftsblästring med fast slipmedel
Pärlblästring är en efterbehandlingsprocess för estetiska ändamål. I denna process, den tillverkade komponenten blästras med en stark stråle av tryckluft och små glaspärlor, som effektivt tar bort materialet och säkerställer en slät yta. Det ger aluminium en satin eller matt yta. De viktigaste processparametrarna för pärlblästring är storleken på glaspärlorna och styrkan på det använda lufttrycket. Använd denna procedur endast när delens dimensionella toleranser inte är kritiska.

Andra efterbehandlingsprocesser är polering och målning.
Beläggning
I denna process, aluminiumarbetsstycket är belagt med ett annat material, till exempel zink, nickel eller krom. Detta görs för att förbättra komponentens funktionalitet och kan uppnås genom elektrokemiska processer.
Anodisering
Anodiseringsprocessen är en elektrokemisk process där aluminiumarbetsstycket placeras i en lösning av svavelsyra. En elektrisk spänning appliceras sedan mellan anoden och katoden. Denna process omvandlar arbetsstyckets exponerade ytor till en elektriskt icke-reaktiv aluminiumoxidbeläggning. Beläggningens densitet och tjocklek beror på lösningens sammansättning, varaktigheten av anodiseringsprocessen och den elektriska ström som appliceras. Anodisering kan också användas för att färga komponenten.

Aluminiumprofil

Pulverbeläggning
I pulverlackeringsprocessen, komponenten är belagd med ett färgat polymerpulver med hjälp av en elektrostatisk sprutpistol. Delen härdas sedan vid en temperatur av 200 °C. Pulverlackeringen förbättrar styrkan och motståndskraften mot slitage, korrosion och slag.
Värmebehandling
Komponenter tillverkade av värmebehandlingsbara aluminiumlegeringar kan utsättas för en värmebehandling för att förbättra deras mekaniska egenskaper.
Tillämpningar av CNC-tillverkade aluminiumkomponenter inom industrin
Som nämnts ovan, aluminiumlegeringar har ett antal fördelaktiga egenskaper. Det är därför som CNC-tillverkade aluminiumkomponenter är oumbärliga i många industrigrenar, Inklusive:
Flyg och rymd: Tack vare det höga förhållandet mellan styrka och vikt, många flygplansbeslag är gjorda av aluminium.
Bilindustrin: liknande flygindustrin, många komponenter som axlar och andra komponenter är gjorda av aluminium.
Elektronik: På grund av deras höga elektriska ledningsförmåga, CNC-tillverkade aluminiumkomponenter används ofta som elektriska komponenter i elektriska apparater.
Livsmedels- och läkemedelsindustrin: Eftersom aluminium inte reagerar med de flesta organiska ämnen, aluminiumkomponenter spelar en viktig roll inom livsmedels- och läkemedelsindustrin.
sporter: Aluminium används ofta för att tillverka sportutrustning som basebollträn och visselpipor.
Lågtemperaturteknik: På grund av aluminiumets förmåga att bibehålla sina mekaniska egenskaper även vid temperaturer under noll, aluminiumkomponenter används ofta i lågtemperaturapplikationer.