CNC obrábění hliníkových dílů

CNC obrábění hliníkových dílů

CNC obrábění hliníkových dílů je jedním z nejrozšířenějších výrobních procesů v moderním průmyslu, který využívá vynikající obrobitelnost hliníku, nízkou hmotnost a všestranné mechanické vlastnosti. Tento proces zahrnuje odebírání materiálu z hliníkového materiálu pomocí počítačem-řízených řezných nástrojů k výrobě přesných součástí pro aplikace od spotřební elektroniky po letecké konstrukce.

Vlastnosti materiálu a obrobitelnost

Hliník vykazuje výjimečnou obrobitelnost ve srovnání s většinou technických kovů. Jeho relativně nízká tvrdost snižuje řezné síly a opotřebení nástroje, což umožňuje vysoké rychlosti úběru materiálu. Tepelná vodivost hliníku je přibližně třikrát vyšší než u oceli, což účinně odvádí teplo z oblasti řezu a snižuje tepelné poškození nástroje i obrobku. Stejná vlastnost však může způsobit třískové svařování povrchů nástrojů, pokud jsou použity nesprávné řezné parametry nebo nedostatečná aplikace chladicí kapaliny. Nízký modul pružnosti hliníku má za následek větší vychýlení pod řeznými silami, což vyžaduje pečlivé držení obrobku a strategie dráhy nástroje pro tenkostěnné prvky-. Materiál má tendenci produkovat souvislé, tvárné třísky, které mohou tvořit dlouhé pruhy, pokud není použita správná geometrie lámání třísek.

Mezi běžné hliníkové slitiny pro CNC obrábění patří 6061-T6, která nabízí vynikající rovnováhu mezi pevností, odolností proti korozi a obrobitelností pro obecné konstrukční aplikace. 7075-T6 poskytuje vynikající poměr pevnosti-k{6}}pro letectví a kosmonautiku a vysoce výkonné součásti. 2024-T4 poskytuje dobrou odolnost proti únavě pro letecké konstrukce. 5052 a nabízí vynikající odolnost vůči korozi a chemikáliím. 508 Lité slitiny jako A356 a A380 se používají pro součásti vyžadující složité geometrie a dobrou slévatelnost s následným přesným obráběním.

Výběr řezného nástroje

Pro obrábění hliníku jsou preferovány tvrdokovové nástroje kvůli jejich schopnosti udržet ostré hrany při vysokých řezných rychlostech. Nepovlakovaný karbid je často lepší než nástroje s povlakem pro hliník, protože povlaky mohou zvýšit tření a podporovat vytváření-vytváření ostří. Leštěné nebo speciálně broušené povrchy nástrojů snižují přilnavost materiálu. Diamantové-nástroje s povlakem poskytují výjimečnou odolnost proti opotřebení pro vysoce-slitiny křemíkového litého hliníku, které jsou abrazivní na konvenční karbid.

Geometrie nástrojů vyžadují specifickou optimalizaci pro hliník. Vysoké kladné úhly čela mezi 15 a 25 stupni snižují řezné síly a podporují tok třísek od obrobku. Velké úhly vůle zabraňují tření a snižují tvorbu tepla. Široké, vysoce leštěné drážky s velkým prostorem pro třísky pojímají objemné třísky produkované při vysokých rychlostech úběru. Ostré řezné hrany s minimálním broušením nebo přípravou hran jsou nezbytné; mírně zaoblená hrana může ve skutečnosti zlepšit výkon snížením tvorby otřepů v některých dokončovacích aplikacích.

Strategie řezných parametrů

Obrábění hliníku obvykle využívá vysoké řezné rychlosti v rozmezí od 300 do 1000 metrů za minutu pro hrubovací operace, přičemž dokončovací rychlosti někdy přesahují 2000 metrů za minutu na vysokootáčkových vřetenech. Rychlosti posuvu jsou obecně agresivní, s posuvy na zub 0,1 až 0,3 milimetru, které jsou běžné pro čelní frézování. Hloubka řezu by měla pokud možno využívat celou délku drážky, zejména u moderních-drážek nástrojů s vysokou účinností. Kombinace vysoké rychlosti a vysokého posuvu vytváří charakteristické vysoké rychlosti úběru materiálu, díky kterým je obrábění hliníku ekonomicky atraktivní.

Odvod třísek je kritický kvůli velkému objemu odebraného materiálu. Často jsou nezbytné-nástrojové chladicí nebo vzduchové tryskací systémy, zejména při operacích s kapsami a hlubokými dutinami. Chladicí kapalina při vysokém tlaku a objemu pomáhá vyplavovat třísky z řezné zóny a zabraňuje opětovnému řezání. Některé aplikace těží z minimálního množství mazání nebo dokonce suchého obrábění, když jsou cesty pro odvod třísek otevřené a řezné rychlosti jsou mírné.

Strategie a techniky obrábění

Vysokorychlostní{0}}techniky obrábění jsou zvláště účinné pro hliník. To zahrnuje použití vysokých otáček vřetena s relativně malou axiální hloubkou řezu, ale vysokými rychlostmi posuvu. Výsledné nízké radiální síly minimalizují průhyb a vibrace, což umožňuje efektivní obrábění tenkých stěn a jemných prvků. Trochoidální nebo dynamické frézovací strategie udržují konstantní úhly záběru nástroje, což umožňuje konzistentní zatížení třísky a umožňuje použití celé délky drážky pro operace hlubokého drážkování a kapsování.

Pro dokončovací operace je obecně preferováno sousledné frézování, protože poskytuje lepší povrchovou úpravu a snižuje tvorbu otřepů ve srovnání s konvenčním frézováním. Použití-kulových čelních fréz s velkým průměrem nebo válcových nástrojů pro polodokončování a dokončování tvarovaných povrchů může výrazně zkrátit dobu cyklu ve srovnání s malými kulovými frézami. Zbytkové obrábění se automaticky zaměřuje na neobřezaný materiál zbývající po větších nástrojích a zajišťuje úplné odstranění materiálu bez nadměrného řezání vzduchem.

Obrábění tenkých stěn-vyžaduje zvláštní pozornost kvůli nízké tuhosti hliníku. Progresivní hrubování, které zanechává rovnoměrný materiál pro dokončování, snižuje zkreslení. Symetrické sekvence obrábění vyrovnávají vnitřní napětí. Lehké dokončovací průchody ostrými nástroji při vysoké rychlosti vytvářejí přijatelnou povrchovou úpravu bez nadměrného prohýbání stěny. Vakuové nebo adhezivní metody uchycení obrobku mohou poskytnout jednotnou podporu pro tenké součásti, které by konvenční svorky deformovaly.

Udržovací přístupy

Standardní strojní svěráky s hliníkovými čely čelistí chrání hotové povrchy před poškozením ocelových čelistí. Vakuová sklíčidla jsou široce používána pro ploché hliníkové desky a plechové součásti, které poskytují rovnoměrnou upínací sílu bez zkreslení. Pneumatické nebo hydraulické přípravky umožňují rychlé nakládání a vykládání výrobních množství. Měkké čelisti obrobené tak, aby odpovídaly geometrii součásti, poskytují přesné umístění a podporu. U složitých odlitků nebo výlisků zajišťují vlastní přípravky s polohovacími kolíky a upínacími podložkami opakovatelné polohování.

Povrchová úprava a kvalita

Obráběním hliníku lze dosáhnout vynikajících povrchových úprav při použití správných parametrů a nástrojů. Dokončovací rychlosti v horním rozsahu možností s nízkou hloubkou řezu a vysokými rychlostmi posuvu často vytvářejí zrcadlové -povrchy na -tepelně-zpracovatelných slitinách. Pokud jsou však otáčky příliš nízké nebo chladicí kapalina nedostatečná, může vznik-nahromaděných hran zhoršit kvalitu povrchu. Tvorba otřepů na okrajích a výstupech je trvalým problémem; musí být řízeny ostré nástroje, správné úhly záběru frézy a procesy odstraňování otřepů.

Rozměrová přesnost vyžaduje pozornost tepelné roztažnosti. Vysoký koeficient tepelné roztažnosti hliníku znamená, že změny teploty během obrábění nebo mezi obráběním a kontrolou mohou významně ovlivnit naměřené rozměry. Konzistentní teplota chladicí kapaliny a umožnění součástí dosažení tepelné rovnováhy před konečnou kontrolou jsou osvědčenými postupy. Zejména u tenkých profilů je třeba vzít v úvahu průhyb obrobku od upínacích sil nebo řezných sil.

Post-obráběcí operace

Po obrábění hliníku je často nutné odstranění otřepů. Mechanické metody zahrnují kartáčování, omílání a tryskání médií. Chemické odstraňování otřepů pomocí alkalických roztoků může odstranit jemné otřepy ze složitých geometrií. Zlomení nebo zkosení hran je často specifikováno, aby se zabránilo ostrým hranám a zlepšila se bezpečnost manipulace.

Povrchové úpravy zlepšují vzhled a výkon. Eloxování vytváří tvrdou, korozi-odolnou oxidovou vrstvu dostupnou v různých barvách pro dekorativní a funkční aplikace. Chromátový konverzní nátěr poskytuje ochranu proti korozi bez významných rozměrových změn. Lakování a práškové lakování nabízí trvanlivé kosmetické úpravy. Pasivace zlepšuje odolnost proti korozi u určitých slitin slitin.

Aplikace a průmyslová odvětví

Letecký průmysl se ve velké míře spoléhá na CNC obrábění hliníku pro konstrukční součásti draků letadel, žebra křídel, rámy trupu a mechanismy řídicích ploch, kde je prvořadý poměr pevnosti-k{1}}hmotnosti. Automobilové aplikace zahrnují bloky motorů, hlavy válců, skříně převodovek a součásti zavěšení. Elektronický průmysl vyrábí chladiče, kryty a součásti šasi, které využívají tepelnou vodivost hliníku a vlastnosti elektromagnetického stínění. Výrobci lékařského vybavení obrábějí hliník pro pouzdra nástrojů, rámy zobrazovacích zařízení a součásti chirurgických nástrojů. Spotřební produkty sahají od rámů jízdních kol a sportovního vybavení až po těla fotoaparátů a šasi chytrých telefonů.