铝数控加工的好处和可能的替代方案

杰克·莱 CNC加工专家

专长于 CNC铣削, CNC车削, 3D打印, 聚氨酯铸造, 和 钣金加工 服务。


铝CNC加工
铝CNC加工

铝是各种最受欢迎的材料选择之一 cnc铝加工 项目。这主要是由于它所具有的物理特性。从根本上说,铝是一种坚固的材料,非常适合制造耐用的机械零件。此外,该材料含有氧化的外层,使其能够抵抗元素腐蚀。这两种特性都导致了铝制零件的广泛使用。特别是,汽车、航空航天、医疗保健和电子行业的普通消费者似乎更喜欢铝作为他们的首选材料。
除了其特性外,铝还通过简化和改进工艺为 CNC 加工提供了几个优势。铝提供出色的机械加工性,这是在其他具有类似特性的金属中通常观察不到的因素。此外,铝相对较软,并且很容易被工具切割、切削、成型和穿透。与铁和钢等其他常用金属相比,加工铝的速度要快三倍。
今天,这篇文章将讨论铝的主要优点 数控加工,包括为什么它以原型设计和生产工艺而闻名。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,它们可以提供与铝相似的一系列附加优势和特性。

铝CNC加工:好处

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

可加工性

由于铝更易于加工,因此铝是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制零件中获得显着收益。
铝易于切屑和成型,在使用 CNC 加工工具进行切割时带来速度和精度。由于更少的劳动力(来自机械师)和操作时间(来自机器)的要求,加工工作的更短时间框架也导致整个过程的成本更低。另一个好处是在切削工具穿过金属件时变形很小。由于材料的公差更小(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,耐腐蚀性能不同,这是指承受氧化和化学损伤的能力。铝CNC加工最常用的牌号是耐腐蚀。例如,6061 就是这样一种等级,具有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,坚固的铝合金的耐腐蚀性较差。

强度重量比

铝因其许多物理特性(如高强度和轻质)而成为关键机械和外观部件的理想选择。尤其是这两点,使其成为航空航天和汽车行业关键部件制造的良好材料。这些行业使用铝加工的两个例子是飞机配件和汽车轴。
尽管如此,重要的是要注意,不能将每种等级的铝用于相同的目的。这是因为每个等级都有其强度重量比,这会在应用中产生差异。通用等级包括 6061,而 7075 属于强度较高的等级,适用于压力应用,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

铝是一种良好的电导体,在室温下纯铝的电流约为每米 3770 万西门子(与铜相差不远)。它用铝制造 CNC 加工零件,可用于电气元件等。此外,合金的电导率可能略低。尽管如此,铝材料的导电性还是比不锈钢等常用材料高得多。

阳极氧化电位

阳极氧化是使用表面处理程序来增厚金属部件的保护性氧化外层的过程。它指的是可以用某些金属做的事情,比如铝。由于铝金属具有更高的强度重量比和美学考虑,这一特性增加了铝金属在当今消费电子行业中的普及。因此,铝可以接受油漆和色调,并且可以进行阳极氧化。
阳极氧化过程发生在铝数控加工之后。它结合了一般的电解工艺。在电解酸浴的作用下,电流通过加工零件。因此,它提供了一块更耐腐蚀和物理冲击元素的铝。
回到可定制性,阳极氧化使外层高度多孔,这使得为机加工铝部件添加颜色更容易。染料通过进入外层的多孔部分而嵌入到铝部件的坚韧外层中。最终,这也使它们不太可能碎裂或剥落。

可回收性

CNC 加工会产生大量浪费,如碎屑或切掉多余的钻头。因此,使用可回收材料(例如铝)是有益的。毫无疑问,铝具有很高的可回收性,非常适合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。

铝数控加工:替代品

虽然铝作为 CNC 加工材料具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,以避免因氧化物涂层而损坏工具。除此之外,他们可能还希望找到一种更便宜的替代品,如钢铁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

钢和不锈钢比铝好有两个重要原因:强度和它们可以抵抗多少温度。铝在这两个特性方面都落后了。然而,钢比轻质金属铝重得多,而且加工性也相对较差。同时,钢的硬度也比铝高。
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。钢也能抵抗非常高的温度,不锈钢在热处理后可以变得耐腐蚀。因此,在温度是关键因素的情况下,钢在可加工性方面比铝更胜一筹。

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。尽管铝同样具有良好的强度重量比,但钛的强度是相同重量的两倍。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,当重量轻是主要因素时,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。通过在机械加工中使用镁,工艺相对而言更快、更高效。
然而,镁在加工安全性和耐腐蚀性方面也有其缺点。此外,它是一种高度易燃和易挥发的碱金属。因此,加工过程中产生的切屑可能会引发火灾,水无法将其放下,反而会加剧。因此,清理碎屑时需要小心。

黄铜

虽然比铝贵,但黄铜因其金色外观和高可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都受益于黄铜。

由于它具有最高的电导率,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。凭借其具有的导电性,它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等级相对相似的可加工性。

工程热塑性塑料

金属以外的材料也参与其中 数控加工项目.它可能包括几种工程热塑性塑料,这些热塑性塑料通常与铝相当,如果不优于铝,则视应用而定。那么,让我们看看一些替代铝的工程热塑性塑料。

POM(聚甲醛)

就可加工性而言,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,尽管它具有低熔点。该材料还可以作为电绝缘体,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(铁氟龙)

PTFE (Teflon) 是另一种高度可加工的热塑性塑料,它是一种极好的电绝缘体,摩擦力非常低。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,使其成为食品工业零件的理想选择。虽然从图片的缺点来看,与铝相比,PTFE 确实缺乏强度。

PEEK

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。它以加工阀门、轴承、泵、喷嘴等零件或医学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,它仅被加工用于特定应用目的,其中铝或其他替代品无法使用。

更多的

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。

将铝CNC加工与其他工艺相结合

假设一个制造商希望使用铝,而不考虑阻止它处于不利地位的应用。在这种情况下,解决问题的方法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加工是指多合一的制造过程。它可以修改、改进或处理使用其他方法(例如挤压、铸造和锻造工艺)制造的零件。这些产品中的每一个都可以辅以加工工艺以升级铝制零件。

铝挤压 加铝数控加工

通过熔融金属通过模具中的孔的通道,挤压产生具有连续轮廓的细长部件。这 事实证明,挤压工艺对于具有高表面光洁度的复杂横截面和功能部件是有效的。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 CNC 加工中心挤压和后加工后修改零件。对于 6061 和 6063 等铝牌号来说,它们的可锻性、可加工性和延展性很方便。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

另一种方法是压力压铸。该过程涉及将熔融金属以高压强制进入模腔。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,铝压铸件具有出色的表面光洁度和尺寸一致性。
将压铸与铝 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,这两个过程都无法靠自己获得。如果降低成本优先于高精度或薄壁制造,则重力压铸优于压力压铸。

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 是一种使用这种方法的标准合金。
锻造后,可以使用CNC加工中心对零件进行后加工。锻造零件比完全机加工或完全铸造的零件更坚固。之后添加后加工允许我们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

我们希望这篇文章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制造要求的产品和方法。