Obrada aluminijskih legura: Kako odabrati pravi CNC stroj

Čini se da je aluminij najlakši materijal za strojnu obradu. Po mom iskustvu, to je materijal koji otkriva najviše nedostataka stroja — jer ga brzo pokrećete, a brzo pojačava svaku slabost u postavci. Pogriješite u odabiru stroja i aluminij će vas kazniti nagomilanim rubom na rezaču, dugim žilavim strugotinama koje guše vašu radnu omotnicu i završnim obradama površine koje ne prolaze pregled svakog pojedinog ciklusa.

Zašto strojna obrada aluminija ima jedinstvene zahtjeve za strojeve

Aluminijske legure brzo uklanjaju materijal — ali samo ako vaš stroj to može pratiti. Za razliku od čelika, aluminij zahtijeva velike brzine vretena kako bi se postigle brzine rezanja koje sprječavaju nakupljanje ruba (BUE) na alatu. Njegova duga, kontinuirana morfologija strugotine stvara probleme s evakuacijom koje strojevi opće namjene nisu dizajnirani za rješavanje. Aluminij dobro provodi toplinu, što zvuči kao prednost, ali njegov visoki koeficijent toplinskog širenja znači da točnost dimenzija trpi ako se strategija rashladne tekućine i vrijeme ciklusa ne upravljaju pažljivo. Zahtjevi za završnu obradu površine za aluminijske dijelove - često Ra 0,8 µm ili bolji za kozmetičke i zrakoplovne primjene - zahtijevaju i krutost i broj okretaja u minuti koje mnogi strojevi srednje klase ne mogu isporučiti istovremeno.

Za nas u SZGHTECH-u, strojna obrada aluminija bila je jedan od primarnih pokretača naše linije proizvoda za brza vretena. Kada su kupci počeli tražiti kraća vremena ciklusa na aluminijskim kućištima, nosačima i strukturalnim okvirima, potražnju za električnom vretenom od 24.000 o/min postalo je nemoguće ignorirati.

Tri obitelji aluminijskih legura i kako se različito obrađuju

Nije svaki aluminij isti na oštrici. Kupci često specificiraju stroj temeljen na 'aluminiju' kao jednu kategoriju — i onda naiđu na probleme kada se stvarna legura ne ponaša onako kako su očekivali.

7075 je znatno tvrđi od 6061, a mnogi kupci podcjenjuju tu razliku. Vidio sam da trgovine pokreću 7075-T651 s istim parametrima koje koriste za 6061 i pitam se zašto je njihov vijek trajanja alata upola manji od očekivanog. Sadržaj cinka u 7075 povećava sile rezanja i stvara više topline na rubu. Trebate čvršće vreteno, bolje prigušivanje i u mnogim slučajevima smanjenje posmaka po zubu kako biste zaštitili svoj rezač.

Lijevani aluminij (A380) je druga priča — mekši je, ali ga sadržaj silicija čini abrazivnim. Karbid bez premaza se brzo troši. Potreban vam je premazani alat i rashladno sredstvo usmjereno točno na zonu rezanja.

Brzina vretena: Zašto aluminiju treba više okretaja u minuti nego čeliku

Glodanje čelika obično se izvodi pri brzinama rezanja od 80–200 m/min. Aluminij želi 400–800 m/min ili brže. Za dati promjer alata, to zahtijeva značajno veće brzine vretena. Fizika je jednostavna:

Vc (m/min) = (π × D × n) / 1000

Gdje je D = promjer alata u mm, n = brzina vretena u o/min.

Kućište za 8000 okretaja u minuti: Opće glodanje aluminija

Vreteno od 8000 okretaja u minuti kompetentno pokriva većinu proizvodnje aluminija. Pri 8000 o/min s čeonim glodalom Ø12 mm:

Vc = (π × 12 × 8000) / 1000 = ~301 m/min

To je unutar nižeg raspona za 6061-T6 i prikladno za prolaze grube obrade na 7075. Za srednjeserijsku proizvodnju čvrstih aluminijskih komponenti — strukturnih nosača, baza hladnjaka, kućišta s debljinom stijenke iznad 3 mm — vreteno od 8000 o/min daje vam kombinaciju okretnog momenta i brzine koja upravlja grubom i poluzavršnom obradom bez ugrožavanja vijeka trajanja alata.

Naš VMC850 radi na 8000 okretaja u minuti s HIWIN 35 mm valjkastim vodilicama, preciznošću pozicioniranja od ±0,003 mm i ATC s 24 alata. Dobro se nosi s aluminijskim dijelovima srednje veličine u nizu industrija: baze kalupa, strukturne komponente automobila i kućišta elektronike u rasponu od 300–700 mm. Sa snagom vretena od 11/15 kW, ne izgladnjuje tijekom agresivnih grubih prolaza u 7075.

Kutija za 24 000 okretaja u minuti: brza završna obrada i dijelovi tankog zida

Kada vaš dio ima tanke stijenke, duboke džepove ili zahtjev za završnu obradu površine od Ra 0,8 µm ili bolji, 8000 okretaja u minuti nije dovoljno. Morate smanjiti sile rezanja — što znači manja opterećenja strugotine po zubu — i kompenzirati ih znatno većom brzinom rezanja kako biste održali brzinu skidanja materijala.

Pri 24.000 o/min s čeonim glodalom Ø10 mm:

Vc = (π × 10 × 24 000) / 1 000 = ~754 m/min

To vas izravno stavlja u zonu visoke učinkovitosti za 6061-T6, i u gornji raspon za završne prolaze za 7075. Sile rezanja znatno opadaju. Tanki zidovi se ne otklanjaju i ne klepeću. Površinska obrada se dramatično poboljšava jer svaki zub uzima manji, čišći zalogaj većom brzinom.

Električno vreteno od 24.000 okretaja u minuti na našem SZGH-1090D nije proizašlo iz specifikacije. Došao je od kupca iz Indije koji je obrađivao ploče okvira drona — 7075-T651, debljine 8 mm, složenih džepova. Na vretenu od 8000 o/min alat se trošio svakih 40 minuta. Na 24.000 okretaja u minuti s pravom putanjom alata, isti je rezač izdržao punu smjenu. Njihovo vrijeme ciklusa po dijelu palo je s 45 minuta na 18 minuta. Takva vrsta ishoda je ono što pokreće odluke o dizajnu vretena na našoj razini.

SZGH-1090D koristi električno vreteno Jiangsu Ronghua, konus BT30, izlaznu snagu od 11 kW, s fiksnim radnim stolom 900 × 1000 mm. Dizajn fiksnog stola je kritičan: kada obrađujete velike aluminijske ploče, težina obratka ne pomiče osi stola, što održava dinamičku točnost stabilnom pri visokim brzinama napredovanja.

Evakuacija čipa: problem koji većina kupaca zanemaruje

Aluminij proizvodi duge, žilave strugotine — posebno 6061-T6. Kada se ti strugotine nakupe u džepu ili oko rezača, ponovno se režu. Ponovno rezanje aluminijskih strugotina čini dvije stvari: pogoršava završnu obradu površine i stvara toplinu na rubu alata koja ubrzava stvaranje BUE.

Vidim da se evakuacija čipova stalno podcjenjuje. Nazvao me kupac koji koristi aluminij u VMC-u opće namjene jer se završna obrada njihove površine pogoršavala nakon 20 minuta neprekidnog rezanja. Aluminijski komadići bili su dugi, žilavi, gomilali su se u džepu, a rezač ih je ponovno rezao. Nije bio problem s alatom. Bio je to problem s rasporedom stroja — VMC je imao transporter strugotine s ravnim stolom koji nije mogao dovoljno brzo očistiti strugotine iz operacije s dubokom šupljinom.

Rješenja su slojevita:

• Geometrija stroja : Na VMC-ima potražite strojeve s transporterima za bočno ispuštanje strugotine koji su smješteni neposredno ispod radnog prostora. Pužači za strugotine koji se protežu duž perimetra baze učinkovito pomiču aluminijske strugotine. Na tokarilicama, postolje nagnuto od 45° stvara prirodnu gravitacijsku stazu pada — strugotine padaju izvan radne zone bez intervencije operatera.

• Alati za lomljenje strugotine : Za operacije tokarenja koristite pločice s pozitivnom geometrijom nagiba i ugrađenim utorima za lomljenje strugotine dizajnirane posebno za aluminij. Nemojte koristiti umetke čelične geometrije na aluminiju; proizvodit će čipove koji su predugi za upravljanje.

• Visokotlačno rashladno sredstvo : Usmjereno rashladno sredstvo na 40–70 bara mehanički lomi strugotine i ispire ih iz zone rezanja. Ovo je osobito važno kod glodanja džepova i dubokog bušenja aluminija.

• Strategija putanje alata : U CAM programiranju uključite prolaze za čišćenje strugotine i izbjegavajte duge kontinuirane trohoidne putanje bez pokreta lomljenja strugotine prilikom rezanja dubokih džepova u 6061.

CNC tokarilice za aluminij: kosi krevet je gotovo uvijek bolji

Za tokarenje aluminija konfiguracija stroja je jednako važna kao i brzina vretena. CNC tokarilice s ravnim krevetom nakupljaju strugotine na poklopcima kliznih staza, zahtijevaju češće ručno čišćenje i bore se za održavanje kvalitete površine tijekom dugih kontinuiranih vožnji.

Nagnuti ležaj od 45° na našim složenim strojevima za tokarenje i glodanje nije slučajnost. Posebno je odabran za tokarenje aluminija: strugotine padaju ravno prema dolje, nema nakupljanja na poklopcima kliznih staza, a možete s pouzdanjem raditi pri 4000 o/min. Kada tu geometriju kombinirate s C-osi i aktivnim alatom, možete dovršiti složeni aluminijski dio — tokareni OD, glodane značajke, izbušene poprečne rupe — u jednoj postavci. To je mjesto gdje se smanjenje vremena ciklusa stvarno spaja.

Naše SZGH-46Z smjesa za tokarenje i glodanje obrađuje dijelove klase Ø460 mm s punom C-osi, aktivnim alatom i geometrijom nagnute ploče od 45°. Za aluminijske osovine, kućišta i tijela konektora, eliminira drugu operaciju koja bi inače zahtijevala VMC ciklus pričvršćivanja.

Za jednostavnije radove tokarenja aluminija, SZGH-46 Y-os dodaje Y-os konfiguraciji središta za tokarenje, dopuštajući značajke glodanja izvan središta bez pune složenosti spoja tokarenja i glodanja. The SZGH-TK50 rukuje aluminijskim dijelovima većeg promjera gdje promjer provrta ili težina dijela premašuje 46Z omotnicu.

Svi naši tokarilice s kosim ležajem imaju 3500 okretaja u minuti i više — dovoljno za tokarenje aluminija pri preporučenim brzinama rezanja s promjerima alata do Ø50 mm šipke.

VMC za aluminij: usklađivanje stroja s veličinom dijela

Odabir VMC-a za aluminij ne ovisi samo o brzini vretena. Veličina stola, hod Z-osi, kapacitet spremnika alata i upravljanje strugotinom određuju hoće li stroj odgovarati primjeni. Evo kako segmentiramo izbor aluminijskih VMC-a u SZGHTECH-u.

Kompaktni dijelovi (ispod 300 mm): SZGH-540 / SZGH-650

SZGH -540 je naš VMC malog formata — dizajniran za velike količine, kompaktne aluminijske dijelove koji dominiraju potrošačkom elektronikom, telekomunikacijskim hardverom i preciznom proizvodnjom konektora. Mali otisak, brza izmjena alata i specifikacija vretena prikladna za alate malog promjera u aluminiju.

SZGH -650 podiže granice s BT40 konusnim vretenom — prikladnijim za aluminijske dijelove koji zahtijevaju veća čeona glodala ili glodala s izmjenjivim ramenima. Ako su vaši dijelovi manji od 300 mm, a veličina vaše serije se kreće u stotinama tjedno, 650 vam daje kapacitet bez prekomjerne izgradnje.

Dijelovi srednje klase (300–700 mm): VMC650 / VMC850

VMC650 . cilja na srednju klasu: prazne elektrode kalupa, strukturne nosače, osnovne ploče hladnjaka i aluminijske komponente za automobile HIWIN kotrljajuće vodilice, ATC sa 16 alata, pozicioniranje ±0,005 mm — to je konfiguracija radnog konja za trgovine koje izvode mješovite radove od aluminija i lakog čelika.

VMC850 proširuje radni opseg i nadograđuje na HIWIN 35 mm valjkaste vodilice za bolju krutost pod agresivnom grubom obradom aluminija. Preciznost pozicioniranja od ±0,003 mm čini ga prikladnim za aluminijske dijelove s malim tolerancijama provrta — kućišta ležajeva, hidrauličke razvodnike i precizna kućišta gdje se dimenzije moraju održati tijekom cijele proizvodnje. S težinom stroja od 4500 kg, ima dovoljno mase da ublaži vibracije koje stvara rezanje aluminija velikom brzinom.

Velike aluminijske ploče i strukturni dijelovi: SZGH-1090D (Gantry)

SZGH -1090D je namjenski izrađen za rad s aluminijem velikog formata: okviri dronova, konstrukcijski paneli za zrakoplovstvo, komponente ladica za automobilske baterije i arhitektonski ekstrudirani profili koji zahtijevaju precizno glodanje džepova preko radnog područja od 900 × 1000 mm.

Dizajn postolja s fiksnim stolom znači da se radni stol ne pomiče — samo most vretena prelazi X i Y. Kada držite aluminijsku ploču od 40 kg na stolu, to je važno: dinamička točnost rezanja ne opada jer stol usporava pod opterećenjem. U kombinaciji s električnim vretenom od 24.000 okretaja u minuti i ponovljenim pozicioniranjem od 0,01 mm, 1090D proizvodi velike aluminijske dijelove s konzistencijom s kojom VMC pokretni stolovi u ovoj klasi veličine ne mogu parirati.

Jedan od naših kupaca prebacio se s konvencionalnog VMC-a od 8000 okretaja u minuti na 1090D za proizvodnju okvira drona. Kombinacija veće brzine vretena, bolje evakuacije strugotine iz dizajna fiksnog stola i većeg radnog opsega smanjilo je njihovo ukupno vrijeme obrade po okviru za više od 40%.

Odabir alata i parametri rezanja za aluminij

Odabir alata je mjesto gdje se obrada aluminija spaja ili raspada. Pogrešan premaz pretvara aluminij u problem zavarivanja — doslovno. Aluminij se lijepi za neobložen karbid i alate presvučene TiN-om pri velikim brzinama rezanja, stvarajući BUE koji uništava završnu obradu površine u roku od nekoliko minuta.

Preporučeni parametri rezanja po leguri

Određujem TiB₂ (titan diborid) i ZrN (cirkonijev nitrid) premaze jer oba imaju nizak afinitet prema aluminiju. Za razliku od TiAlN — koji je izvrstan za čelik — TiAlN reagira s aluminijem pri povišenim temperaturama rezanja i potiče prianjanje. TiB₂ je posebno dizajniran da se odupre tome. U brzim završnim prolazima pri 24.000 o/min, razlika u vijeku trajanja alata između čeonog glodala s TiB₂ premazom i neobloženog tvrdog metala mjerljiva je unutar jedne smjene.

Za grubu obradu, glodala s 3 žljeba u aluminiju daju vam više prostora za strugotinu po žljebu od geometrije s 4 žljeba. Za završnu obradu velikom brzinom, glodala s poliranim žljebovima s 2 žljeba daju najbolju završnu obradu površine na 6061 u jednom prolazu.

Uobičajene pogreške pri CNC obradi aluminija

Nakon više od desetljeća podrške aplikacijama za strojnu obradu aluminija u desecima industrija, iste se pogreške ponavljaju. Većina ih se može izbjeći.

• Preniska brzina vretena, što uzrokuje nakupljanje ruba. BUE se događa kada je temperatura rezanja na rubu preniska za čisto smicanje. Aluminij se sam zavaruje na površinu alata. Popravak je kontraintuitivan - trčite brže, a ne sporije. Većina operatera instinktivno smanjuje brzinu kada se završna obrada pogorša. To pogoršava BUE.

• Nastavak rada nakon što strugotine počnu omatati alat. Kad vidite omatanje strugotine, zaustavite ciklus. Strugotina omotana oko rezača djeluje kao abrazivna čahura koja zarezuje površinu dijela i alat istovremeno. Očistite žetone, provjerite žljebove i prilagodite svoju strategiju lomljenja strugotina prije nastavka.

• Primjena parametara rezanja lijevanog željeza na aluminij. Niže brzine napredovanja i konzervativne postavke dubine rezanja koje štite postavu od lijevanog željeza zapravo će povećati temperaturu rezanja u aluminiju jer alat ostaje predugo u kontaktu s radnim komadom po jedinici uklonjenog materijala. Aluminij se želi brzo očistiti.

• Pogrešna koncentracija rashladnog sredstva uzrokuje površinsku oksidaciju. Aluminij je osjetljiv na pH rashladnog sredstva. Polusintetička i sintetička sredstva za hlađenje u koncentracijama iznad 8–10% mogu ostaviti talog koji ubrzava površinsku oksidaciju, osobito na 6061-T6 eloksiranim prazninama. Slijedite raspon koncentracije preporučene od proizvođača rashladne tekućine - nemojte pretpostavljati da je više to bolje.

• Zanemarivanje toplinske ekspanzije na preciznim dijelovima dugog ciklusa. Aluminijska ploča od 500 mm mjerljivo se zagrijava tijekom 30-minutnog ciklusa grube obrade. Ako tražite tolerancije od ±0,01 mm, morate omogućiti hlađenje između grube i završne obrade ili koristiti strategiju rashladne tekućine koja je dovoljno agresivna da održi toplinsku ravnotežu od početka ciklusa.

• Korištenje plosnatog stroja za tokarenje aluminija velikog volumena. Vidio sam trgovine kako pokreću aluminijske šipke na ravnim tokarilicama i prihvaćaju troškove upravljanja strugotinom kao normalne. Nije. Stroj s kosim krevetom koji radi na istom programu proizvodit će konzistentnije dijelove po satu jer se operateri ne zaustavljaju kako bi uklonili strugotinu s glave glave svakih 15 minuta.

SZGHTECH rješenja za obradu aluminija

Svi strojevi imaju CE i ISO 9001 certifikat. Standardno vrijeme isporuke je 20-35 radnih dana. Jamstvo je 12 mjeseci od isporuke.

Često postavljana pitanja

P1: Koja mi je brzina vretena potrebna za CNC obradu aluminija?

Za opće mljevenje aluminija — čvrsti dijelovi, srednja šarža, standardne tolerancije — dovoljno je 8000 o/min. Omogućuje vam brzine rezanja u rasponu od 300–500 m/min s tipičnim promjerima alata, što kompetentno pokriva većinu 6061-T6 i 7075 radova. Ako strojno obrađujete tanke stijenke ispod 2 mm, završnu obradu do Ra 0,8 µm ili bolje, ili vodite proizvodnju velikih količina gdje vrijeme ciklusa pokreće vašu ekonomičnost, trebate 24.000 okretaja u minuti. Pri toj brzini, sile rezanja opadaju, vijek trajanja alata se produljuje, a završna obrada površine se mjerljivo poboljšava u jednom prolazu.

P2: Koji je najbolji CNC stroj za obradu aluminija 7075?

7075-T651 je tvrđi i čvršći od 6061. Potrebno mu je kruto vreteno, dobre karakteristike prigušivanja i dovoljna brzina vretena za kontroliranje temperatura rezanja. Za dijelove srednje veličine 7075, naš VMC850 dobro podnosi kombinaciju krutosti i brzine. Za velike 7075 strukturne ploče — okvire za drone, nosače za zrakoplove — električno vreteno SZGH-1090D od 24.000 o/min i fiksni portalni dizajn daju vam najbolje rezultate. Fiksni radni stol eliminira gubitak dinamičke točnosti koji dobivate od pomicanja teških obradaka pri velikim posmacima.

P3: Zašto strojna obrada aluminija zahtijeva veće brzine vretena od čelika?

Optimalna brzina rezanja za aluminij je 3-5× veća nego za čelik, izražena u površinskim metrima u minuti. Čelik dobro reže pri 80–200 m/min. Aluminiju je potrebno 300–800 m/min ovisno o leguri. Za određeni promjer alata, postizanje tih površinskih brzina zahtijeva proporcionalno veći broj okretaja u minuti. Ako radite s aluminijem na brzini vretena na razini čelika, temperatura rezanja na rubu pada ispod praga gdje se aluminij čisto reže — i umjesto toga počinje zavarivati ​​na rezač. To je nagomilani rub i gotovo odmah uništava vašu završnu obradu.

P4: Kako mogu spriječiti ponovno rezanje strugotine prilikom obrade aluminija na CNC tokarilici?

Započnite s geometrijom stroja: tokarski stroj s kosim ležajem od 45° gravitacijom ispušta strugotinu dalje od zone rezanja. Na ravnom postolju, strugotine se nakupljaju oko alata i povlače natrag u rez. Osim odabira stroja, koristite geometrije pločica s pozitivnim kutovima i žljebovima za lomljenje strugotine specifičnim za aluminij — oni proizvode kraće strugotine koje se ne petljaju. Usmjerite mlaznice za rashladno sredstvo na ispiranje strugotine s obrađene površine, a ne samo na hlađenje alata. I u svoj G-kod uključite povremene pomake zadržavanja za čišćenje strugotine na dugotrajnim operacijama dubokog bušenja.

P5: Koju tekućinu za rezanje trebam koristiti za CNC obradu aluminija?

Polusintetička ili sintetička rashladna sredstva u koncentraciji od 5–8% dobro funkcioniraju za većinu aluminijskih legura. Održavajte pH između 8,5 i 9,5 — previše alkalno i vidjet ćete bijele naslage na anodizirajućem stupnju 6061. Za brze završne prolaze na kozmetičkim dijelovima, podmazivanje minimalnom količinom (MQL) s uljem na biljnoj bazi daje čišće površine od tekućine za hlađenje jer izbjegava toplinski šok između reza i kontakta rashladne tekućine. Izbjegavajte ulja za ravno rezanje aluminija — ona ne ispiraju strugotine učinkovito i smanjuju vidljivost u radnoj zoni.

P6: Mogu li obrađivati ​​aluminij na CNC stroju dizajniranom za čelik?

Možete, uz ograničenja. VMC optimizirani za čelik obično dostižu maksimum pri 6.000–8.000 o/min i usmjereni su prema nižim brzinama rezanja i većem okretnom momentu. Oni će strojno obraditi aluminij, ali nećete postići završnu obradu površine ili vrijeme ciklusa koje može pružiti stroj optimiziran za aluminij. Praktičnije: čelični strojevi često imaju sustave za upravljanje strugotinama dizajnirane za kratke, lomljive čelične strugotine. Aluminijski dugi, žilavi čipovi brzo će preplaviti te sustave, zahtijevajući čestu intervenciju operatera. Ako aluminij čini više od 20% vašeg proizvodnog volumena, namjenski stroj vraća svoje troškove smanjenim zastojima i poboljšanim prinosom.

P7: Kakvu površinsku obradu mogu postići na aluminiju s vretenom od 24 000 o/min?

S pravim alatom i parametrima na našem SZGH-1090D, Ra 0,4–0,8 µm je moguće postići u završnom prolazu na 6061-T6 bez sekundarnih operacija. S čeonim glodalom s 2 žljeba pri punih 24.000 okretaja u minuti i laganom završnom obradom od 0,1–0,2 mm, neki kupci postižu Ra 0,4 µm dosljedno — dovoljno dobro da se vrijeme poliranja prije značajnog eloksiranja smanji. Površinska obrada na 7075 bit će malo hrapavija pri istim parametrima zbog veće tvrdoće legure, ali Ra 0,8 µm obično se može postići.

P8: Koje je vrijeme isporuke za SZGHTECH CNC strojeve optimizirane za aluminij?

Standardno vrijeme isporuke je 20-35 radnih dana od potvrde narudžbe za sve modele, uključujući SZGH-1090D. Za narudžbe s nestandardnim konfiguracijama vretena ili upravljanja, vrijeme isporuke može se malo produžiti — kontaktirajte nas da potvrdimo vašu specifičnu konfiguraciju prije nego što se posvetite rasporedu proizvodnje. Svi se strojevi isporučuju s tvorničkim izvješćima o ispitivanju prihvaćanja i 12-mjesečnim jamstvom koje pokriva vreteno, mehaničke i električne komponente.

Zatražite ponudu