鋁件CNC加工

在這篇文章中，我們將討論機械加工過程 (轉動, 銑削, 精加工), 工具, CNC加工鋁及鋁合金涉及的參數與挑戰. 我們也分析了 CNC 加工中最常用的鋁和合金的特性, 以及它們在各個工業領域的應用領域.

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鋁是當今使用最廣泛的材料之一. 實際上, 就CNC加工中的使用頻率而言，鋁僅次於鋼. 這主要歸功於鋁材優異的機械加工性能.

以其純粹的形式, 化學元素鋁是軟的, 可塑性的, 無磁性，外觀銀白色. 然而, 鋁元素不僅以其純淨形式使用. 鋁通常與錳等各種元素結合使用, 銅和鎂可生產數百種具有各種特性的鋁合金, 顯著改善的性能. 可以在此處找到最常見的鋁合金及其在各種標準中各自的名稱.
數位 1: 純鋁
使用鋁製造 CNC 加工零件的好處
儘管有許多不同的鋁合金具有不同的性能, 所有鋁合金都具有相同的基本特性.

機械加工性
鋁可以使用多種不同的方法來成型和加工. 由於它很軟並且具有很高的可加工性，因此可以在加工機器的幫助下快速輕鬆地進行切割. 它也比鋼便宜並且需要更少的機械加工. 這些特性對於切割機操作員和客戶來說都是非常有利的. 另外, 由於鋁的可加工性高，因此在加工過程中變形較小. 這會帶來更高的準確度, 因為CNC工具機可以實現更高的公差.
強度重量比
鋁的密度約為鋼的三分之一. 所以鋁比較輕. 儘管重量輕, 鋁非常堅固. 這種高強度和低重量的組合透過強度重量比來描述. 其高強度重量比使鋁成為各工業領域部件的有利材料, 例如汽車和航空航天工業.
耐腐蝕性能
鋁在典型的海洋和大氣條件下具有耐刮擦和耐腐蝕的特性. 這些特性可以透過陽極氧化增強. 需要注意的是, 然而, 耐腐蝕性隨鋁的類型而變化. 然而, CNC 加工中最常用的鋁類型具有最高的電阻.

低溫下的行為
大多數材料在低於零度的溫度下往往會失去一些有益的特性. 例如, 碳鋼和橡膠在低溫下都會變脆. 相比之下, 鋁保持柔軟, 即使在非常低的溫度下也具有延展性和強度.
電導率
純鋁在室溫下的電導率為 36.7 每米百萬西門子. 儘管鋁合金的電導率比純鋁低, 它們的導電性足以用作電氣元件. 另一方面, 如果不希望製造的零件具有高導電性，則鋁是不合適的.
可回收性
由於CNC加工是一種減材製造工藝, 加工過程中會產生大量切屑，因此會產生大量材料浪費. 鋁非常適合回收利用, IE. 相對較少的能量, 回收鋁需要努力和成本. 這也使其成為避免材料浪費的有利材料. 這也使得鋁成為CNC加工中更環保的材料.
陽極處理
陽極氧化工藝是提高材料耐磨性和耐腐蝕性的表面處理工藝. 鋁適合陽極氧化工藝. 該工藝也使得製造的鋁部件更容易著色.

鋁件CNC銑削

用於 CNC 加工的熱門鋁合金
根據我們的經驗, 下列 5 CNC 加工中最常用的鋁類型.

和AW 2007
替代名稱: 3.1645; 在 573-3; 鋁銅四鉛鎂錳.

這種鋁合金含有銅作為主要合金元素 (4-5% 銅). 它是一種重量輕的短屑合金, 耐用的, 高功能性並具有與 AW 相同的機械性能 2030. 也適用於螺紋切削, 熱處理和高速加工. 所有這些特性使 EN AW 2007 零件製造中廣泛使用的材料, 螺栓, 螺絲, 堅果, 鉚釘和螺桿. 然而, 此類鋁的焊接性和耐腐蝕性較差; 因此，建議在組件製造完成後使用保護性陽極處理.

和AW 5083
替代名稱: 3.3547; 合金 5083; 在 573-3; 美國A95083; ASTM B209; 鋁鎂4.5Mn0.7

愛華 5083 以其在惡劣條件下的卓越性能而聞名. 它含有鎂以及微量的鉻和錳. 該品種在化學和海洋環境中具有非常高的耐腐蝕性. 愛華 5080 具有所有不可熱處理合金中最高的強度; 即使在焊接後也能獲得的特性. 雖然這種合金不應用於溫度高於 65 °C, 在低溫應用中具有優異的性能.

由於其一系列有益的特性, 愛華 5080 用於多種應用，包括低溫系統, 海洋應用, 壓力系統, 化學應用, 焊接結構和車身.

鋁合金零件表面處理

和AW 5754
替代名稱: 3.3535; 合金 5754; 在 573-3; U21NS A95754; 美國材料試驗協會B 209; 鋁鎂合金.

作為含鋁量最高的鋁鎂混煉材料, 愛華 5754 可以捲起來, 鍛造和擠壓. 它不可熱處理，可進行冷加工以犧牲可成形性來提高強度. 另外, 該合金具有優異的耐腐蝕性和高強度. 有了這些屬性, 這並不奇怪，AW 5754 是 CNC 加工中應用最廣泛的鋁材類型之一. 常用於焊接結構, 樓層, 捕魚裝置, 車身, 鉚釘, 以及食品加工中.

和AW 6061
替代名稱: 3.3206; 國際標準化組織 6361; 美國A96060; 美國材料試驗協會B 221; 鋁鎂矽0.5

這是一種含有鎂和矽的變形合金. 可熱處理且具有平均強度, 良好的焊接性和良好的成型性. 另外, 它具有非常高的耐腐蝕性; 可透過陽極氧化改善的性能. 和AW 6060 廣泛應用於建築領域, 食品加工, 醫療技術和汽車技術.

和AW 7075
替代名稱: 3.4365; UNS A96082; H30; 鋁鋅六鎂銅.
此類鋁的主要合金元素是鋅. 雖然 EN AW 7075 具有平均的機械加工性, 冷成型性能差，不適合焊接或釬焊, 它具有高強度重量比, 優異的耐大氣與海洋環境能力, 和強度可與某些鋼合金相媲美. 這種合金的應用非常廣泛 – 來自懸掛式滑翔機, 自行車車架, 攀登設備和武器到製造工具的建造.

鋁合金車削件

鋁材CNC加工工藝
鋁可以使用當今可用的許多 CNC 工藝進行加工. 我們列出了其中一些程序:
車削
在 CNC 加工過程中, 工件旋轉，而單點切削刀具沿其軸線保持靜止. 取決於所使用的機器, 工件或切削刀具執行進給運動以去除材料.

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銑削
銑削製程是加工鋁零件時最常用的方法. 這些方法包括沿其軸線旋轉多點切削刀具，同時工件沿其自身的軸線保持靜止. 切削動作和隨後的材料去除是透過工件或切削刀具的進給運動來實現的, 或兩者的組合. 這種運動可以沿著多個軸進行.

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型腔銑削
型腔銑削, 也稱為入袋, 是一種數控銑削方法，其中將空心型腔銑削成零件.

鋁合金零件CNC加工

端面車削和端面銑削
在機械加工中, 面對 / 銑削是透過車削在工件表面形成平坦的橫斷面區域 / 銑削.
鑽孔
鑽孔是在工件上鑽孔的過程. 在這個過程中, 一定尺寸的多點旋轉切削刀具作直線運動, 垂直於待加工表面, 有效地創建一個洞.

鋁加工工具
選擇 CNC 加工刀具時，許多不同的因素都會發揮作用.
工具設計
刀具的不同幾何形狀有助於提高鋁加工的效率. 其中之一就是切割刃的數量. 以避免高速去除切屑時出現困難, 鋁數控加工的切削刀具應具有 2-3 切割刃. 切削刃數量越多，切屑槽越小. 這會導致鋁合金的大切屑被卡住. 當切削力較低且排屑是工藝的主要關注點時, 應使用兩個切割刃. 三個切削刃可用於排屑和刀具強度之間的完美平衡.
螺旋角
螺旋角是刀具中心線與沿著切割刃的直線切線之間的角度. 高螺旋角可快速去除切屑, 這也會增加加工過程中的摩擦和熱量產生. 在鋁的高速 CNC 加工過程中，這可能會導致切屑焊接到刀具表面. 較小的螺旋角導致較少的熱量產生, 但可能無法有效去除切屑. 加工鋁時, 的斜角為 35 ° 或 40 ° 適用於惡劣的應用, 同時一個角度 45 ° 適合完成工作.
間隙角
後角是工具正常運作的另一個重要因素. 過大的角度會導致工具陷入組件並前後發出嘎嘎聲. 另一方面, 角度太小會導致刀具和工件之間的摩擦力過大. 之間的間隙角 6 ° 和 10 ° 特別適合鋁材 CNC 加工.

鋁壓鑄件

刀具材質
碳化鎢是數控鋁加工切削刀具的首選材料. 由於鋁非常軟且易於切割, 鋁切削刀具的決定性因素不是硬度, 但獲得鋒利邊緣的能力. 這種能力存在於硬質合金刀具中，取決於兩個因素, 硬質合金晶粒尺寸和結合劑比例. 雖然晶粒尺寸越大，材料就越硬, 更小的晶粒尺寸保證更堅韌, 更耐衝擊的材料，這正是我們所需要的特性. 較小的晶粒需要鈷來實現材料的細晶粒結構和強度.

然而, 鈷在高溫下與鋁製成反應，並在刀具表面形成鋁製的積屑瘤. 關鍵是要使用含有適量鈷的硬質合金刀具 (2-20%) 在保持所需強度的同時盡量減少這種反應. 碳化鎢刀具通常比鋼刀具更適合承受數控鋁加工的高速. 除了刀具材質外, 刀具的塗層是影響刀具切削效率的重要因素.

氮化鋯 (氮化鋯), 硼化鈦 (硼化鈦) 和類鑽石塗層是一些適合鋁 CNC 加工的刀具塗層.
進給量和速度
切削速度是切削刀具旋轉的速度. 由於鋁可以承受非常高的切割速度, 鋁合金的切割速度取決於所用機器的應用限制. 與 CNC 鋁加工一樣, 速度應盡可能高, 因為這降低了積屑瘤的風險, 節省時間, 最大限度地減少組件的溫升, 改善斷屑並改善表面光潔度. 確切的工作速度取決於鋁合金和刀具直徑.

進給量是刀具每轉一圈工件或刀具移動的距離. 使用的進給速率取決於所需的表面光潔度, 工件的強度和剛度. 粗切削需要進給量 0.15 到 2.03 毫米 / 轉速, 而精加工操作需要進給 0.05 到 0.15 毫米 / 轉速.
冷卻潤滑劑
儘管其機械加工性良好, 切勿將鋁材乾切，因為這會促進積屑瘤的形成. 適用於鋁 CNC 加工的冷卻潤滑劑是可溶性油乳液和礦物油. 避免使用含有氯或活性硫的冷卻潤滑劑, 因為這些元素會醃鋁. 您可以在此處了解有關冷卻潤滑劑的更多信息.

CNC加工鋁合金腔體

後處理流程
加工鋁零件後, 可以進行某些過程來改善身體狀況, 零件的機械和美觀特性. 下面列出了最常見的方法.
珍珠噴砂 – 使用固體磨料進行壓縮空氣噴砂
噴砂是一種出於美觀目的的精加工工藝. 在這個過程中, 使用強力壓縮空氣噴射和微小玻璃珠對製造的零件進行噴砂處理, 有效去除材料並確保表面光滑. 它使鋁具有緞面或啞光錶面. 噴砂最重要的製程參數是玻璃珠的尺寸和所用氣壓的強度. 僅當零件的尺寸公差不重要時才使用此程序.

其他精加工工藝有拋光和噴漆.
塗層
在這個過程中, 鋁工件塗有另一種材料, 例如鋅, 鎳或鉻. 這樣做是為了改進組件的功能，可以透過電化學過程來實現.
陽極處理
陽極氧化過程是一種電化學過程，其中鋁工件被放置在硫酸溶液中. 然後在陽極和陰極之間施加電壓. 該過程將工件的暴露表面轉化為非電反應性氧化鋁塗層. 塗層的密度和厚度取決於溶液的成分, 陽極氧化過程的持續時間和施加的電流. 陽極氧化也可用於給組件著色.

鋁型材

粉末塗料
在粉末塗裝過程中, 使用靜電噴槍將此組件塗上有色聚合物粉末. 然後該部件在以下溫度下固化： 200 °C. 粉末塗層提高了強度和耐磨性, 腐蝕和衝擊.
熱處理
由可熱處理鋁合金製成的零件可以進行熱處理以提高其機械性能.
CNC製造的鋁零件在工業上的應用
正如剛才所提到的, 鋁合金具有許多有利的特性. 這就是為什麼 CNC 製造的鋁零件在許多工業領域都是不可或缺的, 包括:
航太: 由於強度重量比高, 許多飛機配件都是鋁製的.
汽車產業: 類似航空航太工業, 許多部件，例如車軸和其他部件都是由鋁製成的.
電子產品: 由於其高導電性, CNC 製造的鋁零件通常用作電氣設備中的電氣元件.
食品醫藥產業: 由於鋁不會與大多數有機物質發生反應, 鋁部件在食品和製藥行業中發揮重要作用.
運動的: 鋁廣泛用於製造棒球棒和哨子等運動器材.
低溫技術: 由於鋁即使在零度以下的溫度下也能保持其機械性能, 鋁部件通常用於低溫應用.