铝 CNC 加工的优点和可能的替代方案

铝数控加工
铝数控加工

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.
除了其特性外,铝还通过简化和改进过程来为 CNC 加工提供多种优势。 铝提供了出色的机械加工性,这是在其他具有类似特性的金属中通常没有观察到的因素。 此外,铝相对较软,易于切割、切屑、成型和被工具穿透。 与其他通常使用的金属(如钢铁)相比,加工铝的速度要快三倍。
今天,这篇文章将讨论铝的主要优势 数控加工,包括为什么它以原型设计和生产过程而闻名。 我们还将研究铝和材料的几种替代品,例如工程热塑性塑料和金属,它们可以提供类似于铝的一系列附加优点和功能。

铝 CNC 加工:优点

  • 可加工性
  • 耐腐蚀
  • 强度重量比
  • 电导率
  • 阳极氧化电位
  • 可回收

可加工性

由于铝更易于加工,因此成为工程师加工零件的首选。 无论如何,这里要考虑的一点是,机械师并不是唯一从中受益的人。 供应这些零件的企业和使用它们的最终用户都可以从铝加工零件中获得显着的好处。
铝易于切削和成型,在使用 CNC 加工工具切割时带来速度和精度。 由于较少的劳动力(来自机械师)和操作时间(来自机器)要求,加工工作的更短时间框架也导致整个过程的成本低得多。 另一个好处是当切削工具穿过金属件时变形较小。 得益于更严格的材料公差(约 ±0.025 毫米),它可以提高过程的准确性和一致性。

耐腐蚀

铝有各种等级,耐腐蚀性不同,耐腐蚀性是指抵抗氧化和化学损伤的能力。 铝 CNC 加工最常用的等级是耐腐蚀性。 例如,6061 就是这样一种等级,可提供令人难以置信的耐腐蚀性。 强度谱底部的其他合金也是如此。 相比之下,由于合金铜的存在,坚固的铝合金耐腐蚀性较差。

强度重量比

铝是关键机械和外观零件的理想选择,因为它具有许多物理特性,例如高强度和重量轻。 尤其是这两者,使其成为航空航天和汽车行业关键零件制造的良好材料。 这些行业中使用铝进行加工的两个例子是飞机配件和汽车轴。
尽管如此,必须注意的是,每个等级的铝不能用于相同的目的。 这是因为每个等级都有其强度重量比,这在应用中造成了差异。 通用等级包括 6061,而 7075 属于更高强度等级,适用于基于压力的应用,例如航空航天和船舶零件。

材料强度(Rm/MPa)
AL6061-T6290
AL7075524
AL2024-T351470



电导率

铝是电的良导体,纯铝在室温下每米约 3770 万西门子(与铜相差不远)。 它使 CNC 加工零件由铝制成,可用作电子元件等。 此外,合金的导电性可能略低。 尽管如此,铝材料比不锈钢等常用材料的导电性要好得多。

阳极氧化电位

阳极氧化是使用表面精加工程序来加厚金属零件的保护性氧化外层的过程。 它指的是可以用某些金属(例如铝)完成的事情。 由于铝金属具有更高的强度重量比和美学考虑,此功能增加了铝金属在当今消费电子行业中的普及程度。 因此,铝可以接受油漆和着色,并且可以进行阳极氧化。
阳极氧化过程在铝 CNC 加工完成后进行。 它结合了一般的电解过程。 在电解酸浴的作用下,电流通过加工零件。 因此,它使铝片更能抵抗腐蚀和物理冲击元素。
回到可定制性,阳极氧化使外层具有高度多孔性,这使得为机加工的铝制部件添加颜色变得更加容易。 染料通过进入外层的多孔部分而嵌入铝制部件坚硬的外层。 最终,这也使它们不太可能碎裂或剥落。

可回收

CNC 加工会产生大量废料,如切屑或切掉多余的钻头而丢失。 因此,使用铝等可回收材料是有益的。 毫无疑问,铝具有很高的可回收性,使其成为希望减少材料资源浪费并尽量减少支出和环境影响的企业的理想选择。

铝 CNC 加工:替代方案

虽然铝作为 CNC 加工材料有其核心优势和优势,但它肯定不是每家公司的最佳选择。 与任何其他材料一样,铝也有其局限性和缺点。 例如,企业可能会考虑其他选择,以避免由于氧化物涂层造成的工具损坏。 除此之外,他们可能还希望找到一种更便宜的替代品,如钢或生产能源成本低于铝的替代品。
下面讨论了一些可用于机械加工的铝替代品,以及它们与铝本身相比的显着差异和相似之处。

金属

钢和不锈钢

钢和不锈钢优于铝有两个重要原因:强度和它们可以承受的温度。 铝在这两种特性方面都落后了。 然而,钢比轻质金属铝重得多,而且相对来说更难加工。 同时,钢的硬度也高于铝。
无论如何,对于基于强度的应用,例如涉及高应力和强焊缝的应用,钢和不锈钢广泛用于 CNC 加工。 钢还耐高温,不锈钢在热处理后可以变得耐腐蚀。 因此,在温度是一个关键因素的情况下,钢在可加工性方面抢走了铝的优势。

钛在强度重量比方面优于铝,但与铝相比,使用成本要高得多。 虽然铝同样具有不错的强度重量比,但钛的强度是类似重量的两倍。 除此之外,这两种材料在耐腐蚀性方面都非常有效。
考虑到所有这些因素,当轻量化是主要因素时,钛是最佳替代品。 同时,应该保持灵活的制造预算。 航空航天和医疗保健行业分别将其用于飞机部件和医疗设备。

镁是更好的机械加工选择,因为它具有更高的可加工性并且比铝轻得多。 虽然镁不被认为是常见的加工材料,但它是最易加工的材料之一。 通过在加工中使用镁,加工过程相对而言更快、更高效。
然而,镁在加工安全性和耐腐蚀性方面存在不足。 此外,它是一种高度易燃和易挥发的碱金属。 因此,在加工过程中产生的切屑可能是火灾隐患,它不能被水放下,反而会加剧。 因此,清洁碎屑时必须小心。

黄铜

尽管比铝相对昂贵,但黄铜因其金色外观和高机械加工性而成为特定美学应用的更好选择。 就其应用而言,阀门、喷嘴、结构部件和大批量订单受益于黄铜。

由于它具有最高的导电性,因此铜在这方面取代了所有其他金属。 它也与铝具有不同的特性。 由于它具有导电性,因此有利于在电气应用中使用。 请记住,纯铜很难加工。 但铜合金可能提供与流行的铝牌号相对相似的可加工性。

工程热塑性塑料

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(德尔林)

在可加工性方面,POM (Delrin) 可与铝和具有类似特性的金属相媲美。 此外,与任何其他塑料相比,POM 具有非常高的强度,但它的熔点较低。 该材料还充当电绝缘体,适用于电气外壳部件,并且摩擦力低。 然而,与铝相比,它缺乏耐热性和强度。

聚四氟乙烯(特氟龙)

PTFE(特氟龙)是另一种高度可加工的热塑性塑料,可作为极低摩擦的出色电绝缘体。 但 PTFE 在耐高温(高达 260°C)方面占据上风,这使其成为高温应用的理想选择。 PTFE 还具有高度的耐化学性,使其成为食品行业零件的理想选择。 从图片的不利方面来看,与铝相比,PTFE 确实缺乏强度。

窥视

虽然 PEEK 难以加工,但它是一种具有高强度和热稳定性的热塑性塑料,可耐受高达 260°C 的温度。 以加工阀门、轴承、泵、喷嘴等零件或医药中的某些零件而闻名。
但请注意,PEEK 比此列表中的大多数材料贵得多。 因此,它仅针对特定应用目的进行加工,其中铝或其他替代品无法使用。

更多

其他可加工塑料,通常与铝不同,包括 ABS、PC、ABS+PC、PS、PP、PMMA(丙烯酸)、PCGF30、PAGF30、HDPE、DHPE 和 PPS。

铝数控加工与其他工艺相结合

假设一个制造商希望使用铝而不考虑阻碍它处于劣势的应用。 在这种情况下,问题的解决方案是结合使用制造工艺和 CNC 制造。 最终,它将有助于制造更复杂、性能更高的铝制零件。 除此之外,它将最大限度地提高铝的功能并增加所涉及的不同工艺的好处。
CNC加工是指一种多合一的制造过程。 它可以修改、改进或处理使用其他方法(如挤压、铸造和锻造工艺)制成的零件。 这些产品中的每一个都可以通过加工工艺进行补充,以升级铝制零件。

铝挤压加铝数控加工

通过熔融金属通过模具中的孔,挤压产生具有连续轮廓的细长部件。 这 事实证明,挤压工艺对于复杂的横截面和具有高表面光洁度的功能部件是有效的。 尽管如此,由于这些横截面必须在整个作品中保持一致,因此它的范围有限。
然而,解决这个问题的一种方法是在铝制数控加工中心挤压和后加工后修改零件。 6061 和 6063 等铝牌号因其可塑性、可加工性和延展性而很方便。 因此,结合这两种方法是生产具有复杂和不规则几何形状的弹性组件的好方法。

压铸加铝CNC加工

另一种方法是压铸。 该过程涉及将熔融金属压入高压模腔。 工具钢模具的生产成本很高,这就是该工艺主要用于批量制造的原因。 在此期间,铝压铸部件具有出色的表面光洁度和尺寸一致性。
将压铸与铝制 CNC 加工相结合,或使用加工中心添加额外的切割,可制造出具有卓越光洁度的零件。 它可以产生更复杂的几何形状,这两个过程都无法单独获得。 如果成本降低优先于高精度或薄壁制造,则重力压铸比压力压铸更受欢迎。

锻造加铝CNC加工

锻造仍然是一种流行的工艺,有很多可加工的铝合金。 它涉及使用压缩力塑造金属的传统方法,通常通过用锤子敲击来传递。 例如,铝 6061 是使用这种方法的标准合金。
锻造后,零件可以用数控加工中心进行后加工。 锻造零件比完全加工或完全铸造的零件更坚固。 之后添加后加工使我们能够创建复杂的几何形状。 然而,它并没有完全损害部件的完整性。

最后的话

我们希望这本书可以作为一个完整的指南。 它将回答您对铝 CNC 加工、工艺本身、其优势以及当今市场上其他金属和热塑性塑料等替代品的所有疑问。 阅读本文后,我们相信您可以选择适合您的制造要求的产品和方法。