Alumiiniumi CNC-töötluse eelised ja võimalikud alternatiivid

Alumiiniumist CNC töötlemine
Alumiiniumist CNC töötlemine

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.
Lisaks oma omadustele on alumiiniumil ka mitmeid eeliseid CNC-töötlemisel, muutes protsessi lihtsamaks ja paremaks. Alumiinium tagab suurepärase töödeldavuse, mida teiste sarnaste omadustega metallide puhul sageli ei täheldata. Lisaks on alumiinium suhteliselt pehme ja seda on tõhusalt lihtne lõigata, purustada, vormida ja tööriistadega läbistada. Erinevalt teistest tavaliselt kasutatavatest metallidest, nagu raud ja teras, on alumiiniumi töötlemine kolm korda kiirem.
Täna käsitletakse selles artiklis alumiiniumi peamisi eeliseid CNC töötlemine, sealhulgas miks see on kuulus prototüüpide ja tootmisprotsesside poolest. Uurime ka mitmeid alumiiniumi ja materjalide alternatiive, nagu näiteks termoplastide ja metallide insenerid, mis võivad pakkuda alumiiniumile sarnaseid eeliseid ja funktsioone.

Alumiiniumist CNC-mehaaniline töötlemine: eelised

  • Töödeldavus
  • Vastupidavus korrosioonile
  • Tugevuse ja kaalu suhe
  • Elektrijuhtivus
  • Anodeerimise potentsiaal
  • Taaskasutatavus

Töödeldavus

Tänu sellele, et alumiinium on töödeldavamaks, on see inseneride jaoks nende töödeldud osade jaoks prioriteetne valik. Igal juhul tuleb siinkohal arvestada sellega, et masinamees pole ainuke, kes sellest kasu saab. Nii neid osi tarnivad ettevõtted kui ka neid kasutavad lõppkasutajad saavad osade alumiiniumist töötlemisest märkimisväärset kasu.
Alumiiniumi on lihtne hakkida ja vormida, tuues CNC-tööriistadega lõikamisel kiiruse ja täpsuse. Töötlemistöö lühem ajavahemik toob kaasa ka selle, et kogu protsess on palju väiksemate kuludega, kuna on vaja vähem tööjõudu (masinalt) ja tööaega (masin). Teine eelis on väike deformatsioon, kuna lõikeriist läbib metallitüki. Tänu materjali tihedamale tolerantsile (umbes ±0,025 mm) võimaldab see protsessis suuremat täpsust ja järjepidevust.

Vastupidavus korrosioonile

Alumiinium on saadaval erinevates klassides, mis erinevad korrosioonikindluse poolest, mis viitab võimele taluda oksüdatsiooni ja keemilisi kahjustusi. Alumiiniumi CNC-töötlemisel kõige sagedamini kasutatavad klassid on korrosioonikindlus. Näiteks 6061 on üks selline klass, mis pakub uskumatut korrosioonikindlust. Teised tugevusspektri alumises osas olevad sulamid teevad seda. Seevastu tugevad alumiiniumsulamid on legeeritud vase olemasolu tõttu vähem korrosioonikindlad.

Tugevuse ja kaalu suhe

Alumiinium sobib suurepäraselt kriitiliste mehaaniliste osade jaoks, kuna sellel on palju füüsikalisi omadusi, nagu suur tugevus ja kerge kaal. Eelkõige need kaks muudavad selle heaks materjaliks kriitiliste osade tootmiseks kosmose- ja autotööstuses. Kaks näidet nendest tööstusharudest, mis kasutavad alumiiniumi töötlemiseks, on lennukite liitmikud ja autovõllid.
Sellegipoolest on oluline märkida, et iga alumiiniumiklassi ei saa kasutada samadel eesmärkidel. Selle põhjuseks on asjaolu, et igal klassil on oma tugevuse ja kaalu suhe, mis tekitab erinevusi rakendustes. Üldkasutatavate klasside hulka kuulub 6061, samas kui 7075 on tugevamate klasside hulgas ja sobib rõhupõhisteks rakendusteks, nagu kosmose- ja mereosad.

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



Elektrijuhtivus

Alumiinium on hea elektrijuht, puhta alumiiniumi puhul toatemperatuuril umbes 37,7 miljonit siemenit meetri kohta (mis ei jää vasest kuigi palju maha). See teeb CNC-töödeldud osad alumiiniumist, et olla kasulikud elektriliste komponentide jms jaoks. Lisaks võib sulamite juhtivus olla veidi madalam. Siiski on alumiiniummaterjalid tunduvalt juhtivamad kui tavaliselt kasutatavad materjalid, näiteks roostevaba teras.

Anodeerimise potentsiaal

Anodeerimine on protsess, mille käigus kasutatakse metallosa kaitsva, oksüdeeritud väliskihi paksendamiseks pinnaviimistlusprotseduuri. See viitab millelegi, mida saab teha teatud metallidega, näiteks alumiiniumiga. See funktsioon suurendab alumiiniummetalli populaarsust kogu tänapäeva tarbeelektroonikatööstuses tänu selle kõrgemale tugevuse ja kaalu suhtele ning esteetilistele kaalutlustele. Sellest lähtuvalt on alumiinium vastuvõtlik värvidele ja toonidele ning seda saab anodeerida.
Anodeerimisprotsess toimub pärast alumiiniumi CNC-töötlust. See hõlmab üldist elektrolüütilist protsessi. Läbi töödeldud osa juhitakse elektrolüüthappevanni toimel elektrivool. Järelikult annab see alumiiniumitüki, mis on vastupidavam korrosioonile ja füüsilistele löögielementidele.
Tulles tagasi kohandatavuse juurde, muudab anodeerimine väliskihi väga poorseks, mis muudab töödeldud alumiiniumosale värvi lisamise lihtsamaks. Värvid kinnistuvad alumiiniumosa tugevasse väliskihti, leides tee väliskihi poorsetesse osadesse. Lõppkokkuvõttes muudab see ka väga ebatõenäoliseks, et need kildudeks või ketendavad.

Taaskasutatavus

CNC-mehaaniline töötlemine tekitab palju jäätmeid tükkidena, mis lähevad laastudena või väljalõigatud lisatükkidena kaduma. Seetõttu on kasulik kasutada taaskasutatavaid materjale, nagu alumiinium. Kahtlemata on alumiiniumil kõrge ringlussevõetavus, mistõttu see sobib ideaalselt ettevõtetele, kes soovivad vähendada materjaliressursside raiskamist ning minimeerida oma kulutusi ja keskkonnamõju.

Alumiiniumi CNC-mehaaniline töötlemine: alternatiivid

Kuigi alumiiniumil on CNC-töötlusmaterjalina oma põhilised eelised ja eelised, ei ole see kindlasti optimaalne iga ettevõtte jaoks. Nagu igal teisel materjalil, on ka alumiiniumil oma piirangud ja puudused. Näiteks võivad ettevõtted uurida muid võimalusi, et vältida oksiidkattest tingitud tööriistakahjustusi. Peale selle võivad nad soovida leida ka odavamat alternatiivi, nagu teras või alternatiiv, mille energiakulud on madalamad kui alumiinium.
Allpool käsitletakse mõningaid alumiiniumi alternatiive, mida saab kasutada töötlemiseks, koos oluliste erinevuste ja sarnasustega, mis neil on võrreldes alumiiniumiga.

Metallid

Teras ja roostevaba teras

Teras ja roostevaba teras on alumiiniumist paremad kahel olulisel põhjusel: tugevus ja see, kui palju temperatuuri nad taluvad. Alumiinium jääb mõlema omaduse poolest maha. Kuid teras on palju raskem kui kerge metallalumiinium ja ka suhteliselt vähem töödeldav. Samal ajal on terasel ka suurem kõvadus kui alumiiniumil.
Sellest hoolimata kasutatakse tugevuspõhistes rakendustes, näiteks suure pingega ja tugevaid keevisõmblusi, CNC-töötluseks laialdaselt terast ja roostevaba terast. Teras on vastupidav ka väga kõrgetele temperatuuridele ja roostevaba teras võib kuumtöötlemisel muutuda korrosioonikindlaks. Seega, kui temperatuur on otsustava tähtsusega, kaotab teras töödeldavuse alumiiniumi ees.

Titaan

Titaan on erakordse tugevuse ja kaalu suhte osas parem kui alumiinium, kuid sellega on alumiiniumiga võrreldes palju kulukam töötada. Kuigi alumiiniumil on samuti korralik tugevuse ja kaalu suhe, on titaanil sarnase kaalu puhul kaks korda suurem tugevus. Lisaks on mõlemad materjalid väga tõhusad korrosioonikindluse osas.
Kõiki neid tegureid arvesse võttes on titaan optimaalne asendus, kui kerge kaal on peamine tegur. Samal ajal peaks säilima paindlik tootmiseelarve. Lennundus- ja tervishoiutööstus kasutavad seda vastavalt lennukikomponentide ja meditsiiniseadmete jaoks.

Magneesium

Magneesium on parem töötlemisvõimalus, kuna see on paremini töödeldav ja see on alumiiniumist palju kergem. Kuigi magneesiumi ei peeta tavaliseks töötlemismaterjaliks, on see üks kõige paremini töödeldavaid materjale. Magneesiumi kasutamine töötlemisel muudab protsessid kiiremaks ja suhteliselt tõhusamaks.
Sellegipoolest on magneesiumil oma varjuküljed seoses töötlemisohutuse ja ebapiisava korrosioonikindlusega. Lisaks on see väga tuleohtlik ja lenduv leelismetall. Seetõttu võivad töötlemisel tekkinud laastud olla tuleohuks, mida vesi ei saa maha suruda, vaid pigem süveneb. Seetõttu tuleb prahi puhastamisel olla ettevaatlik.

Messing

Kuigi messing on suhteliselt kallis kui alumiinium, on messing oma kuldse välimuse ja kõrge töödeldavuse tõttu parem valik konkreetseteks esteetilisteks rakendusteks. Mis puutub selle rakendustesse, siis ventiilid, düüsid, konstruktsioonikomponendid ja suuremahulised tellimused saavad messingist kasu.

Vask

Kuna vask on kõrgeima elektrijuhtivusega, asendab see selles osas kõik teised metallid. Sellel on ka alumiiniumiga erinevad omadused. Tänu oma juhtivusele sobib see elektriseadmetes kasutamiseks. Pidage meeles, et puhast vaske on raske töödelda. Kuid vasesulamid võivad pakkuda suhteliselt sarnast töödeldavust populaarsete alumiiniumiklassidega.

Termoplastide ehitus

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)

Töödeldavuse poolest konkureerib POM (Delrin) alumiiniumi ja sarnaste omadustega metallidega. Lisaks on POM-il teiste plastidega võrreldes väga kõrge tugevus, kuigi sellel on madal sulamistemperatuur. Materjal toimib ka elektriisolaatorina, sobib elektrikarpide osadeks ja on väikese hõõrdumisega. Sellel puudub aga alumiiniumiga võrreldes kuumakindlus ja tugevus.

PTFE (teflon)

PTFE (teflon) on veel üks hästi töödeldav termoplast, mis toimib suurepärase elektriisolaatorina väga väikese hõõrdumisega. Kuid PTFE hoiab kõrgetel temperatuuridel (kuni 260 °C) vastu, mis teeb sellest korraliku kandidaadi kõrgtemperatuuriliste rakenduste jaoks. PTFE on ka väga keemiliselt vastupidav, mistõttu on see ideaalne toiduainetööstuse osade jaoks. Pildi varjukülgi vaadates puudub PTFE-l alumiiniumiga võrreldes tugevus.

PEEK

Kuigi PEEK-i on raske töödelda, on see kõrge tugevuse ja termilise stabiilsusega termoplast, mis talub kuni 260°C temperatuuri. See on kuulus osade, nagu ventiilid, laagrid, pumbad, düüsid või teatud osad meditsiinis, töötlemise poolest.
Kuid pange tähele, et PEEK on palju kallim kui enamik selles loendis olevaid materjale. Seega töödeldakse seda ainult rakendusespetsiifilistel eesmärkidel, kus alumiinium või muud alternatiivid on kasutuskõlbmatud.

Rohkem

Muud mehaaniliselt töödeldavad plastid, mis tavaliselt erinevad alumiiniumist, hõlmavad ABS, PC, ABS+PC, PS, PP, PMMA (akrüül), PCGF30, PAGF30, HDPE, DHPE ja PPS.

Alumiiniumi CNC-töötlemise kombineerimine muude protsessidega

Oletame, et üks tootja soovib kasutada alumiiniumi olenemata rakendustest, mis takistavad seda ebasoodsas olukorras. Sellisel juhul on probleemi lahendus kasutada tootmisprotsesside kombinatsiooni koos CNC tootmisega. Lõppkokkuvõttes aitab see luua keerukamaid ja suurema jõudlusega alumiiniumist osi. Peale selle maksimeerib see alumiiniumi funktsionaalsust ja lisab erinevate protsesside eeliseid.
CNC-mehaaniline töötlemine viitab kõik-ühes tootmisprotsessile. See võib muuta, täiustada või töödelda osi, mis on valmistatud muudel meetoditel, nagu ekstrusioon, valamine ja sepistamine. Kõigi nende tooteid saab alumiiniumosade täiustamiseks täiendada töötlemisprotsessiga.

Alumiiniumi ekstrusioon pluss alumiiniumi CNC-mehaaniline töötlemine

Ekstrusioonil saadakse pideva profiiliga piklik komponent sulametalli läbipääsu kaudu matriitsis oleva ava. The alumiiniumist ekstrusiooniprotsess osutub tõhusaks keerukate ristlõigete ja kõrge pinnaviimistlusega funktsionaalsete osade puhul. Siiski on sellel piiratud ulatus, kuna need ristlõiged peavad olema kogu tüki ulatuses ühtsed.
Selle probleemi lahendamiseks on aga detaili modifitseerimine pärast ekstrusiooni ja järeltöötlust alumiiniumist CNC-töötluskeskuses. See on mugav alumiiniumiklassidele nagu 6061 ja 6063 nende tempermalmist, töödeldavate ja plastiliste omaduste tõttu. Seega on mõlema meetodi kombineerimine suurepärane viis keeruka ja ebakorrapärase geomeetriaga elastsete komponentide tootmiseks.

Survevalu pluss alumiiniumi CNC-mehaaniline töötlemine

Teine meetod on survevalu. Protsess hõlmab sulametalli surumist kõrge rõhuga vormiõõnde. Tööriistaterasest stantside tootmine on kallis, mistõttu kasutatakse seda protsessi peamiselt hulgitootmises. Vahepeal on alumiiniumist survevaludetailidel suurepärane pinnaviimistlus ja mõõtmete konsistents.
Survevalu kombineerimine alumiiniumist CNC-töötlusega või täiendavate lõigete lisamine töötluskeskusega loob erakordse viimistlusega osad. See võib tekitada keerukamaid geomeetriaid, mida kumbki protsess üksinda ei saaks. Survevalu puhul eelistatakse raskusjõu survevalu, kui kulude vähendamine on ülitäpse või õhukeste seinte loomise ees.

Sepistamine pluss alumiiniumi CNC-mehaaniline töötlemine

Sepistamine on endiselt populaarne protsess, kus kasutatakse palju mehaaniliselt töödeldavaid alumiiniumsulameid. See hõlmab tavapärast metalli vormimise meetodit, kasutades survejõudu, mis sageli saavutatakse haamriga löömise teel. Näiteks alumiinium 6061 on standardsulam, mis kasutab seda meetodit.
Pärast sepistamist saab tükid CNC-töötluskeskusega järeltöötleda. Sepistatud osad on vastupidavamad kui täielikult töödeldud või täielikult valatud osad. Hilisem järeltöötluse lisamine võimaldab meil luua keerukaid geomeetriaid. See aga ei kahjusta täielikult osa terviklikkust.

Lõpusõnad

Loodame, et see lugemine on täieõiguslik juhend. See vastab kõigile teie küsimustele alumiiniumi CNC-töötlemise, protsessi enda, selle eeliste ja alternatiivide, nagu muud metallid ja termoplastid, kohta tänapäeva turul. Pärast selle artikli lugemist oleme kindlad, et saate valida oma tootmisnõuetele vastava toote ja meetodi.