CNC obrábanie hliníkových dielov
CNC obrábanie hliníkových dielov je jedným z najpoužívanejších výrobných procesov v modernom priemysle, ktorý využíva vynikajúcu opracovateľnosť hliníka, nízku hmotnosť a všestranné mechanické vlastnosti. Tento proces zahŕňa odstraňovanie materiálu z hliníkového materiálu pomocou počítačom-riadených rezných nástrojov na výrobu presných komponentov pre aplikácie od spotrebnej elektroniky až po letecké konštrukcie.
Vlastnosti materiálu a opracovateľnosť
Hliník vykazuje výnimočnú opracovateľnosť v porovnaní s väčšinou technických kovov. Jeho relatívne nízka tvrdosť znižuje rezné sily a opotrebovanie nástroja, čo umožňuje vysoké rýchlosti úberu materiálu. Tepelná vodivosť hliníka je približne trojnásobná v porovnaní s oceľou, čo účinne odvádza teplo z reznej zóny a znižuje tepelné poškodenie nástroja aj obrobku. Táto istá vlastnosť však môže spôsobiť navarenie triesok na povrchy nástrojov, ak sa použijú nesprávne rezné parametre alebo neadekvátna aplikácia chladiacej kvapaliny. Nízky modul pružnosti hliníka má za následok väčšie vychýlenie pod reznými silami, čo si vyžaduje starostlivé uchopenie obrobku a stratégie dráhy nástroja pre tenkostenné-prvky. Materiál má tendenciu vytvárať súvislé, tvárne triesky, ktoré môžu vytvárať dlhé pásy, pokiaľ nie je použitá správna geometria rozbíjania triesok.
Bežné hliníkové zliatiny pre CNC obrábanie zahŕňajú 6061-T6, ktorá ponúka vynikajúcu rovnováhu medzi pevnosťou, odolnosťou proti korózii a opracovateľnosťou pre všeobecné konštrukčné aplikácie. 7075-T6 poskytuje vynikajúci pomer pevnosti-k{6}}pre letectvo a kozmonautiku a vysokovýkonné komponenty. 2024-T4 poskytuje dobrú odolnosť proti únave pre letecké konštrukcie. 5052 a vynikajúcu odolnosť proti korózii a chemikáliám 508 Liate zliatiny ako A356 a A380 sa používajú pre komponenty vyžadujúce zložité geometrie a dobrú zlievateľnosť, po ktorej nasleduje presné obrábanie.
Výber rezného nástroja
Karbidové nástroje sú preferované na obrábanie hliníka kvôli ich schopnosti zachovať ostré hrany pri vysokých rezných rýchlostiach. Nepovlakovaný karbid je často lepší ako nástroje s povlakom na hliník, pretože povlaky môžu zvýšiť trenie a podporovať vytváranie-vytvárania hrán. Leštené alebo špeciálne brúsené povrchy nástrojov znižujú priľnavosť materiálu. Diamantové-nástroje s povlakom poskytujú výnimočnú odolnosť voči opotrebovaniu pre hliníkové zliatiny s vysokým-liatym kremíkom, ktoré sú abrazívne na konvenčný karbid.
Geometria nástrojov vyžaduje špecifickú optimalizáciu pre hliník. Vysoké kladné uhly čela medzi 15 a 25 stupňami znižujú rezné sily a podporujú tok triesok preč od obrobku. Veľké uhly vôle zabraňujú treniu a znižujú tvorbu tepla. Široké, vysoko leštené drážky s dostatočným priestorom na triesky pohltia objemné triesky produkované pri vysokých rýchlostiach úberu. Ostré rezné hrany s minimálnym brúsením alebo prípravou hrán sú nevyhnutné; mierne zaoblená hrana môže v skutočnosti zlepšiť výkon znížením tvorby otrepov v niektorých aplikáciách dokončovania.
Stratégie parametrov rezania
Obrábanie hliníka zvyčajne využíva vysoké rezné rýchlosti v rozsahu od 300 do 1 000 metrov za minútu pri hrubovacích operáciách, pričom dokončovacie rýchlosti niekedy presahujú 2 000 metrov za minútu na vysokorýchlostných vretenách-. Rýchlosti posuvu sú vo všeobecnosti agresívne, s posuvmi na zub od 0,1 do 0,3 milimetra, ktoré sú bežné pre stopkové frézovanie. Hĺbka rezu by mala podľa možnosti využívať celú dĺžku drážky, najmä pri moderných-vysoko účinných dráhach nástrojov. Kombinácia vysokej rýchlosti a vysokého posuvu vytvára charakteristické vysoké rýchlosti úberu materiálu, vďaka ktorým je obrábanie hliníka ekonomicky atraktívne.
Odvod triesok je kritický kvôli veľkému objemu odstraňovaného materiálu. Často sú potrebné-nástrojové chladiace alebo vzduchové dúchacie systémy, najmä pri operáciách s hlbokými dutinami. Chladiaca kvapalina pri vysokom tlaku a objeme pomáha vyplavovať triesky z reznej zóny a zabraňuje opätovnému rezaniu. Niektoré aplikácie využívajú minimálne množstvo mazania alebo dokonca suché obrábanie, keď sú cesty odvádzania triesok otvorené a rezné rýchlosti sú mierne.
Stratégie a techniky obrábania
Vysokorýchlostné{0}}techniky obrábania sú obzvlášť účinné pre hliník. To zahŕňa použitie vysokých otáčok vretena s relatívne malou axiálnou hĺbkou rezu, ale vysokými rýchlosťami posuvu. Výsledné nízke radiálne sily minimalizujú priehyb a vibrácie, čo umožňuje efektívne obrábanie tenkých stien a jemných prvkov. Trochoidné alebo dynamické frézovacie stratégie zachovávajú konštantné uhly záberu nástroja, čo umožňuje konzistentné zaťaženie trieskami a umožňuje použitie celej dĺžky drážky pre operácie hlbokého drážkovania a kapsovania.
Pre dokončovacie operácie sa vo všeobecnosti uprednostňuje stúpacie frézovanie, pretože poskytuje lepšiu povrchovú úpravu a znižuje tvorbu otrepov v porovnaní s konvenčným frézovaním. Použitie veľkých-guľových stopkových fréz alebo valcových nástrojov na čiastočné-dokončovanie a dokončovanie tvarovaných povrchov môže výrazne skrátiť čas cyklu v porovnaní s malými guľovými frézami. Zvyškové obrábanie sa automaticky zameriava na neorezaný materiál zostávajúci po väčších nástrojoch, čím sa zabezpečí úplné odstránenie materiálu bez nadmerného rezania vzduchom.
Obrábanie tenkých stien-si vyžaduje osobitnú pozornosť z dôvodu nízkej tuhosti hliníka. Progresívne hrubovanie, ktoré zanecháva rovnomerný materiál na dokončovanie, znižuje skreslenie. Symetrické sekvencie obrábania vyrovnávajú vnútorné napätia. Ľahké dokončovacie prechody ostrými nástrojmi pri vysokej rýchlosti vytvárajú prijateľnú povrchovú úpravu bez nadmerného vychýlenia steny. Vákuové alebo adhézne metódy uchytenia obrobku môžu poskytnúť jednotnú podporu pre tenké komponenty, ktoré by konvenčné svorky zdeformovali.
Pracovné prístupy
Štandardné strojové zveráky s hliníkovými čelnými plochami čeľustí chránia hotové povrchy pred poškodením oceľových čeľustí. Vákuové skľučovadlá sú široko používané pre ploché hliníkové dosky a plechové komponenty, ktoré poskytujú rovnomernú upínaciu silu bez skreslenia. Pneumatické alebo hydraulické prípravky umožňujú rýchle nakladanie a vykladanie množstiev výroby. Mäkké čeľuste opracované tak, aby zodpovedali geometrii dielu, poskytujú presné umiestnenie a podporu. Pre zložité odliatky alebo výlisky zaisťujú vlastné prípravky s vodiacimi kolíkmi a upínacími podložkami opakovateľné polohovanie.
Povrchová úprava a kvalitatívne úvahy
Obrábanie hliníka môže dosiahnuť vynikajúce povrchové úpravy, ak sa použijú správne parametre a nástroje. Rýchlosti dokončovania pri hornom rozsahu možností s ľahkými hĺbkami rezu a vysokými rýchlosťami posuvu často vytvárajú zrkadlové -povrchy na -tepelne-neupraviteľných zliatinách. Ak sú však otáčky príliš nízke alebo chladiaca kvapalina nie je dostatočná, vytvára-nahromadená hrana môže zhoršiť kvalitu povrchu. Vytváranie otrepov na okrajoch a výstupoch je trvalým problémom; musia byť riadené ostré nástroje, správne uhly záberu frézy a procesy odhrotovania.
Rozmerová presnosť si vyžaduje pozornosť tepelnej rozťažnosti. Vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti hliníka znamená, že zmeny teploty počas obrábania alebo medzi obrábaním a kontrolou môžu výrazne ovplyvniť namerané rozmery. Konzistentná teplota chladiacej kvapaliny a umožnenie častiam dosiahnuť tepelnú rovnováhu pred konečnou kontrolou sú osvedčené postupy. Predovšetkým pri tenkých profiloch treba brať do úvahy vychýlenie obrobku od upínacích síl alebo rezných síl.
Post-obrábacích operácií
Po obrábaní hliníka je často potrebné odihlovanie. Mechanické metódy zahŕňajú kefovanie, omieľanie a otryskávanie médiami. Chemické odhrotovanie pomocou alkalických roztokov môže odstrániť jemné otrepy zo zložitých geometrií. Zlamovanie hrán alebo skosenie sa často používa na zabránenie ostrých hrán a zlepšenie bezpečnosti pri manipulácii.
Povrchové úpravy zlepšujú vzhľad a výkon. Eloxovanie vytvára tvrdú, korózii-odolnú oxidovú vrstvu, ktorá je dostupná v rôznych farbách na dekoratívne a funkčné aplikácie. Chromátový konverzný náter poskytuje ochranu proti korózii bez výrazných rozmerových zmien. Lakovanie a práškové lakovanie ponúkajú trvanlivé kozmetické úpravy. Pasivácia zlepšuje odolnosť proti korózii pre určité kompozície zliatin.
Aplikácie a odvetvia
Letecký priemysel sa vo veľkej miere spolieha na CNC obrábanie hliníka pre konštrukčné komponenty drakov lietadiel, rebrá krídel, rámy trupu a mechanizmy riadiacich plôch, kde je prvoradý pomer pevnosti-k{1}}hmotnosti. Automobilové aplikácie zahŕňajú bloky motorov, hlavy valcov, skrine prevodoviek a komponenty zavesenia. Elektronický priemysel vyrába chladiče, kryty a komponenty šasi, ktoré využívajú tepelnú vodivosť hliníka a vlastnosti elektromagnetického tienenia. Výrobcovia zdravotníckych zariadení obrábajú hliník pre kryty nástrojov, rámy zobrazovacích zariadení a súčasti chirurgických nástrojov. Spotrebné produkty siahajú od rámov bicyklov a športového vybavenia až po telá fotoaparátov a šasi smartfónov.
