Výhody a možné alternativy k CNC obrábění hliníku

CNC obrábění hliníku
CNC obrábění hliníku

Aluminum is one of the most popular of material choices for various cnc aluminum machining projects. It is mainly due to the physical properties it possesses. Fundamentally, aluminum is a strong material, which makes it perfect to manufacture durable mechanical parts. Moreover, the material contains an oxidized outer layer, making it resistant to corrosion from elements. Both these properties have led to the widespread use of parts made of aluminum. In particular, automotive, aerospace, healthcare, and electronic industries for general consumers seem to favor aluminum as their material of choice.
Kromě svých vlastností má hliník také několik výhod pro CNC obrábění, protože proces zjednodušuje a zlepšuje. Hliník poskytuje vynikající obrobitelnost, faktor často nepozorovaný u jiných kovů podobných vlastností. Hliník je také relativně měkký a efektivně se snadno řeže, štípe, tvaruje a proniká pomocí nástrojů. Na rozdíl od jiných běžně používaných kovů, jako je železo a ocel, je obrábění hliníku třikrát rychlejší.
Dnes bude tento článek diskutovat o hlavních výhodách hliníku CNC obrábění, včetně toho, proč je známý pro prototypování a výrobní procesy. Podíváme se také na několik alternativ k hliníku a materiálům, jako jsou technické termoplasty a kovy, které mohou poskytnout další sadu výhod a vlastností podobných hliníku.

CNC obrábění hliníku: Výhody

  • Obrobitelnost
  • Odolnost proti korozi
  • Poměr pevnosti a hmotnosti
  • Elektrická vodivost
  • Anodizační potenciál
  • Recyklovatelnost

Obrobitelnost

Vzhledem k tomu, že je hliník dostupnější pro obrábění, je pro inženýry prioritní volbou pro jejich obráběné díly. V každém případě je třeba zvážit, že strojník není jediný, kdo z toho má prospěch. Jak podniky dodávající tyto díly, tak koncoví uživatelé, kteří je používají, získávají značné výhody jednoduše z obrábění dílů z hliníku.
Hliník se snadno tříská a tvaruje, což přináší rychlost a přesnost při řezání CNC obráběcími nástroji. Kratší časový rámec obráběcí práce také vede k tomu, že celkový proces je mnohem nižší kvůli menším požadavkům na práci (od obráběče) a na provozní dobu (ze stroje). Další výhodou je menší deformace, když řezný nástroj prochází kovovým kusem. Umožňuje větší přesnost a konzistenci procesu díky užší toleranci v materiálu (kolem ±0,025 mm).

Odolnost proti korozi

Hliník je dodáván v různých jakostech, které se liší odolností proti korozi, což znamená schopnost odolávat oxidaci a chemickému poškození. Nejčastěji používané třídy pro CNC obrábění hliníku jsou odolné proti korozi. Např. 6061 je jedna taková třída, která nabízí neuvěřitelnou odolnost proti korozi. Ostatní slitiny ve spodní části spektra pevnosti tak činí. Naproti tomu silné hliníkové slitiny jsou méně odolné vůči korozi kvůli existenci legované mědi.

Poměr síly a hmotnosti

Hliník je ideální pro kritické mechanické díly a díly vzhledem k jeho mnoha fyzikálním vlastnostem, jako je vysoká pevnost a lehkost. Zejména tyto dva z něj činí dobrý materiál pro výrobu kritických dílů v leteckém a automobilovém průmyslu. Dva příklady z těchto průmyslových odvětví využívajících hliník pro obrábění jsou letecké armatury a automobilové hřídele.
Nicméně je nezbytné poznamenat, že každý druh hliníku nemůže být použit pro stejné účely. Je to proto, že každá třída nese svůj poměr pevnosti k hmotnosti, což vytváří rozdíl v aplikacích. Mezi třídy pro obecné použití patří 6061, zatímco 7075 patří mezi třídy s vyšší pevností a vhodné pro aplikace založené na tlaku, jako jsou letecké a námořní díly.

Materiálpevnost (Rm/MPa)
AL6061-T6290
AL7075524
AL2024-T351470



Elektrická vodivost

Hliník je dobrým vodičem elektřiny, asi 37,7 milionů siemens na metr při pokojové teplotě pro čistý hliník (není příliš daleko za mědí). Vyrábí CNC obráběné díly z hliníku, které slouží jako užitečné pro elektrické součástky a podobně. Kromě toho mohou mít slitiny mírně nižší vodivost. Přesto jsou hliníkové materiály podstatně vodivější než běžně používané materiály, jako je nerezová ocel.

Potenciál eloxování

Eloxování je proces použití postupu povrchové úpravy k zesílení ochranné oxidované vnější vrstvy kovové části. Odkazuje na něco, co lze provést s určitými kovy, jako je hliník. Tato vlastnost přispívá k popularitě kovového hliníku v dnešním průmyslu spotřební elektroniky kvůli jeho vyššímu poměru pevnosti k hmotnosti a estetickým hlediskům. V souladu s tím je hliník citlivý na barvy a odstíny a může být eloxován.
Proces eloxování probíhá po CNC obrábění hliníku. Zahrnuje obecný elektrolytický proces. Elektrický proud prochází obráběnou součástí za působení elektrolytické kyselé lázně. V důsledku toho poskytuje kus hliníku, který je odolnější vůči korozi a fyzikálním nárazovým prvkům.
Vraťme se k přizpůsobitelnosti, eloxování činí vnější vrstvu vysoce porézní, což usnadňuje přidávání barvy do obrobeného hliníkového dílu. Barviva se zabudovávají do pevné vnější vrstvy hliníkové části tím, že si najdou cestu do porézních částí vnější vrstvy. Nakonec je také velmi nepravděpodobné, že se odštípnou nebo odlupují.

Recyklovatelnost

CNC obrábění produkuje velké množství odpadu v kusech ztracených jako třísky nebo vyříznuté extra bity. Proto je výhodné používat recyklovatelné materiály, jako je hliník. Hliník má nepochybně vysokou recyklovatelnost, takže je ideální pro podniky, které chtějí omezit plýtvání materiálovými zdroji a minimalizovat své výdaje a dopad na životní prostředí.

CNC obrábění hliníku: Alternativy

Zatímco hliník má své hlavní výhody a výhody jako CNC obráběcí materiál, rozhodně není optimální pro každou společnost. Jako každý jiný materiál má i hliník svá omezení a nevýhody. Podniky se mohou například poohlédnout po jiných možnostech, jak se vyhnout poškození nástrojů v důsledku povlakování oxidem. Kromě toho mohou také chtít najít levnější alternativu, jako je ocel, nebo alternativu s nižšími energetickými náklady na výrobu než hliník.
Některé alternativy hliníku, které mohou být použity pro obrábění, jsou diskutovány níže, spolu s významnými rozdíly a podobnostmi, které mají ve srovnání s hliníkem samotným.

Kovy

Ocel a nerezová ocel

Ocel a nerezová ocel jsou lepší než hliník ze dvou významných důvodů: pevnost a to, jak vysoké teplotě mohou odolat. V obou těchto vlastnostech hliník zaostává. Ocel je však mnohem těžší než lehký kov hliník a také poměrně hůře obrobitelná. Mezitím mají oceli také vyšší tvrdost než hliník.
Bez ohledu na to, pro aplikace založené na pevnosti, jako jsou ty, které zahrnují vysoce namáhané a silné svary, se ocel a nerezová ocel široce používají pro CNC obrábění. Ocel je také odolná vůči velmi vysokým teplotám a nerezová ocel může být při tepelném zpracování odolná vůči korozi. Tedy tam, kde je teplota rozhodujícím faktorem, ocel získává vítězství nad hliníkem z hlediska obrobitelnosti.

Titan

Titan je lepší než hliník, pokud jde o výjimečný poměr pevnosti k hmotnosti, ale ve srovnání s hliníkem je mnohem nákladnější na práci. Ačkoli má hliník rovněž slušný poměr pevnosti k hmotnosti, titan má při podobné hmotnosti dvojnásobnou pevnost. Kromě toho jsou oba materiály vysoce účinné z hlediska odolnosti proti korozi.
Všechny tyto faktory uvážíme, že titan je optimální náhradou, když je primárním faktorem lehkost. Současně by měl zůstat flexibilní výrobní rozpočet. Letecký a zdravotnický průmysl jej využívají pro součásti letadel a lékařská zařízení.

Hořčík

Hořčík je lepší volbou pro obrábění, protože má vyšší obrobitelnost a je mnohem lehčí než hliník. Přestože hořčík není považován za běžný obráběcí materiál, je to jeden z nejlépe obrobitelných materiálů. Díky použití hořčíku při obrábění jsou procesy relativně rychlejší a efektivnější.
Přesto má hořčík své stinné stránky týkající se bezpečnosti obrábění a nedostatečné odolnosti proti korozi. Je to také vysoce hořlavý a těkavý alkalický kov. Třísky vzniklé při obrábění tedy mohou představovat nebezpečí požáru, které nelze srazit vodou, ale naopak jej zhoršit. Proto je při čištění nečistot nutná opatrnost.

Mosaz

Ačkoli je mosaz relativně drahá než hliník, je lepší volbou pro specifické estetické aplikace pro svůj zlatý vzhled a vysokou obrobitelnost. Pokud jde o její aplikace, ventily, trysky, konstrukční díly a velkoobjemové zakázky těží z mosazi.

Měď

Protože má nejvyšší elektrickou vodivost, měď v tomto ohledu nahrazuje všechny ostatní kovy. S hliníkem sdílí jiné vlastnosti. Díky své vodivosti je vhodný pro použití v elektrických aplikacích. Pamatujte, že čistá měď se obtížně obrábí. Ale slitiny mědi mohou nabízet relativně podobnou obrobitelnost jako oblíbené druhy hliníku.

Technické termoplasty

Materials other than metal also partake in CNC machining projects. It might include several engineering thermoplastics that are often on par with, if not better than aluminum, contingent upon applications. So, let’s look at some alternative engineering thermoplastics to aluminum.

POM (Delrin)

Co se týče obrobitelnosti, POM (Delrin) soupeří s hliníkem a kovy podobných vlastností. POM má dále velmi vysokou pevnost ve srovnání s jakýmkoli jiným plastem, i když má nízký bod tání. Materiál také působí jako elektrický izolant, je vhodný pro části elektrických krytů a má nízké tření. Ve srovnání s hliníkem však postrádá tepelnou odolnost a pevnost.

PTFE (teflon)

PTFE (Teflon) je další vysoce obrobitelný termoplast, který působí jako vynikající elektrický izolant s velmi nízkým třením. Ale PTFE má navrch v odolnosti vůči vysokým teplotám (až 260 °C), což z něj dělá slušného kandidáta pro vysokoteplotní aplikace. PTFE je také vysoce chemicky odolný, takže je ideální pro díly v potravinářském průmyslu. Když se podíváte na spodní stranu obrázku, PTFE postrádá pevnost ve srovnání s hliníkem.

PROHLÉDNĚTE

Přestože je PEEK obtížně obrobitelný, jedná se o termoplast s vysokou pevností a tepelnou stabilitou, s odolností teplotám až 260°C. Je známý pro obrábění dílů, jako jsou ventily, ložiska, čerpadla, trysky nebo některé části v medicíně.
Všimněte si však, že PEEK je mnohem dražší než většina materiálů na tomto seznamu. Obrábí se tedy pouze pro účely specifické aplikace, kde je hliník nebo jiné alternativy nepoužitelné.

Více

Jiné obrobitelné plasty, typicky nepodobné hliníku, zahrnují ABS, PC, ABS+PC, PS, PP, PMMA (akryl), PCGF30, PAGF30, HDPE, DHPE a PPS.

Kombinace CNC obrábění hliníku s jinými procesy

Předpokládejme, že jeden výrobce chce používat hliník bez ohledu na aplikace, které jej znevýhodňují. V takovém případě je řešením problému použití kombinace výrobních procesů vedle CNC výroby. V konečném důsledku to pomůže vytvořit složitější a výkonnější díly vyrobené z hliníku. Kromě toho maximalizuje funkčnost hliníku a přidává výhody různých zahrnutých procesů.
CNC obrábění se týká výrobního procesu vše v jednom. Může upravovat, vylepšovat nebo pracovat na dílech vyrobených jinými metodami, jako jsou procesy vytlačování, odlévání a kování. Produkty každého z nich mohou být doplněny procesem obrábění pro modernizaci hliníkových dílů.

Vytlačování hliníku plus CNC obrábění hliníku

Vytlačováním se vytváří podlouhlá součást s kontinuálním profilem průchodem roztaveného kovu otvorem v matrici. The hliník Proces vytlačování se osvědčil pro složité průřezy a funkční díly s vysokou povrchovou úpravou. Přesto má omezený rozsah kvůli nutnosti, aby tyto průřezy byly konzistentní napříč kusem.
Řešením tohoto problému je však úprava součásti po vytlačování a následném obrábění v hliníkovém CNC obráběcím centru. Je vhodný pro jakosti hliníku jako 6061 a 6063 pro jejich tvárné, obrobitelné a tvárné vlastnosti. Kombinace obou metod je tedy skvělým způsobem, jak vyrábět pružné součásti se složitými a nepravidelnými geometriemi.

Tlakové lití plus CNC obrábění hliníku

Další metodou je tlakové lití. Proces zahrnuje vtlačení roztaveného kovu do dutiny formy pod vysokým tlakem. Výroba lisovacích nástrojů z nástrojové oceli je nákladná, a proto se tento proces používá hlavně pro hromadnou výrobu. Mezitím mají hliníkové tlakově lité díly vynikající povrchovou úpravu a rozměrovou konzistenci.
Kombinací tlakového lití s ​​CNC obráběním hliníku nebo přidáním dalších řezů obráběcím centrem vznikají díly s výjimečnou povrchovou úpravou. Dokáže vytvářet složitější geometrie, které by žádný z procesů nemohl získat sám. Gravitační tlakové lití je u tlakového lití upřednostňováno, pokud je upřednostňováno snížení nákladů před vysokou přesností nebo tvorbou tenkých stěn.

Kování plus CNC obrábění hliníku

Kování je stále oblíbený proces se spoustou obrobitelných hliníkových slitin. Zahrnuje konvenční metodu tvarování kovu pomocí tlakové síly, často dodávané úderem kladivem. Například hliník 6061 je standardní slitina, která využívá tuto metodu.
Po vykování lze díly dodatečně opracovat na CNC obráběcím centru. Kované díly jsou robustnější než plně opracované nebo plně odlévané díly. Přidání následného obrábění nám umožňuje vytvářet složité geometrie. To však zcela nenarušuje integritu součásti.

Závěrečná slova

Doufáme, že tato četba poslouží jako plnohodnotný průvodce. Odpoví na všechny vaše dotazy týkající se CNC obrábění hliníku, samotného procesu, jeho výhod a alternativ, jako jsou jiné kovy a termoplasty, které dnešní trh nabízí. Po přečtení tohoto článku jsme si jisti, že si můžete vybrat produkt a metodu, která vyhovuje vašim výrobním požadavkům.