Prelucrarea aliajelor de aluminiu: Cum să alegeți mașina CNC potrivită

Aluminiul pare cel mai ușor material de prelucrat. Din experiența mea, materialul este cel care expune cele mai multe deficiențe ale mașinii - pentru că îl rulați rapid și rapid amplifică fiecare slăbiciune a configurației. Alegeți greșit mașina, iar aluminiul vă va pedepsi cu marginea încorporată a tăietorului, așchii lungi și stringente care vă sufocă plicul de lucru și finisaje ale suprafețelor care nu sunt inspectate în fiecare ciclu.

De ce prelucrarea aluminiului are cerințe unice pentru mașină

Aliajele de aluminiu îndepărtează materialul rapid, dar numai dacă mașina dvs. poate ține pasul. Spre deosebire de oțel, aluminiul necesită viteze mari ale axului pentru a atinge vitezele de tăiere care împiedică formarea muchiei (BUE) pe sculă. Morfologia sa lungă și continuă a așchiilor creează probleme de evacuare pe care mașinile de uz general nu sunt proiectate să le gestioneze. Aluminiul conduce bine căldura, ceea ce sună ca un beneficiu, dar coeficientul său ridicat de dilatare termică înseamnă că acuratețea dimensională are de suferit dacă strategia lichidului de răcire și timpul ciclului nu sunt gestionate cu atenție. Cerințele de finisare a suprafeței pentru piesele din aluminiu – adesea Ra 0,8 µm sau mai bune pentru aplicații cosmetice și aerospațiale – necesită atât rigiditate, cât și rpm, pe care multe mașini medii nu le pot furniza simultan.

Pentru noi, la SZGHTECH, prelucrarea aluminiului a fost unul dintre factorii principali din spatele liniei noastre de produse cu ax de mare viteză. Când clienții au început să solicite timpi de ciclu mai rapid pentru carcasele, suporturile și cadrele structurale din aluminiu, cererea pentru capacitatea de ax electric de 24.000 rpm a devenit imposibil de ignorat.

Cele trei familii de aliaje de aluminiu și modul în care sunt prelucrate în mod diferit

Nu tot aluminiul este la fel la vârf. Cumpărătorii specifică adesea o mașină bazată pe „aluminiu” ca o singură categorie – și apoi întâmpină probleme atunci când aliajul real nu se comportă așa cum se așteptau.

7075 este semnificativ mai greu decât 6061 și mulți cumpărători subestimează această diferență. Am văzut magazine care rulează 7075-T651 cu aceiași parametri pe care îi folosesc pentru 6061 și m-am întrebat de ce durata lor de viață a sculei este jumătate din ceea ce se așteptau. Conținutul de zinc din 7075 crește forțele de tăiere și generează mai multă căldură la margine. Aveți nevoie de un ax mai rigid, de o amortizare mai bună și, în multe cazuri, de o treaptă mai scăzută a avansului pe dinte pentru a vă proteja freza.

Aluminiul turnat (A380) este o poveste diferită - este mai moale, dar conținutul de siliciu îl face abraziv. Carbura neacoperită se uzează rapid. Aveți nevoie de scule acoperite și aveți nevoie de lichid de răcire direcționat precis către zona de tăiere.

Viteza axului: de ce aluminiul are nevoie de mai multe rpm decât oțelul

Frezarea oțelului se face de obicei la viteze de tăiere de 80-200 m/min. Aluminiul vrea 400–800 m/min sau mai rapid. Pentru un diametru dat de sculă, aceasta necesită viteze semnificativ mai mari ale axului. Fizica este simplă:

Vc (m/min) = (π × D × n) / 1.000

Unde D = diametrul sculei în mm, n = viteza axului în rpm.

Carcasa pentru 8.000 RPM: Frezare generală a aluminiului

Un ax de 8.000 rpm acoperă în mod competent majoritatea lucrărilor de producție din aluminiu. La 8.000 rpm cu o freză cu cap de Ø12 mm:

Vc = (π × 12 × 8.000) / 1.000 = ~301 m/min

Aceasta se află în intervalul inferior pentru 6061-T6 și potrivit pentru trecerile de degroșare pe 7075. Pentru producția în loturi medii de componente solide din aluminiu — suporturi structurale, baze de radiator, carcase cu grosimi de perete de peste 3 mm — un ax de 8.000 rpm vă oferă combinația de cuplu și viteză fără a compromite durata de viață a sculei de semifinisare.

VMC850 nostru rulează la 8.000 rpm cu ghidaje cu role HIWIN de 35 mm, precizie de poziționare de ± 0,003 mm și un ATC cu 24 de scule. Se ocupă bine de piese de aluminiu de dimensiuni medii într-o gamă largă de industrii: baze de matriță, componente structurale pentru automobile și carcase electronice în intervalul 300-700 mm. La o putere axului de 11/15kW, nu moare în timpul trecerilor agresive de degroșare în 7075.

Carcasa pentru 24.000 RPM: finisare de mare viteză și piese cu pereți subțiri

Când piesa dumneavoastră are pereți subțiri, buzunare adânci sau o cerință de finisare a suprafeței de Ra 0,8 µm sau mai bine, 8.000 rpm nu este suficient. Trebuie să reduceți forțele de tăiere - ceea ce înseamnă încărcări mai mici de așchii pe dinte - și să compensați cu o viteză de tăiere semnificativ mai mare pentru a menține rata de îndepărtare a materialului.

La 24.000 rpm cu o freză cu cap de Ø10 mm:

Vc = (π × 10 × 24.000) / 1.000 = ~754 m/min

Acest lucru vă plasează în zona de înaltă eficiență pentru 6061-T6 și în intervalul superior pentru trecerile de finisare pe 7075. Forțele de tăiere scad substanțial. Pereții subțiri nu se abate și nu clănțănesc. Finisajul suprafeței se îmbunătățește dramatic, deoarece fiecare dinte primește o mușcătură mai mică și mai curată la viteză mai mare.

Axul electric de 24.000 rpm de pe SZGH-1090D nu a provenit dintr-o fișă de specificații. A venit de la un client din India care prelucra plăci de cadru de drone – 7075-T651, buzunare complexe de 8 mm grosime. Pe un ax de 8.000 rpm, sculele erau uzate la fiecare 40 de minute. La 24.000 rpm cu traseul corect al sculei, aceeași freză a durat o tură completă. Durata ciclului lor pe parte a scăzut de la 45 de minute la 18 minute. Acest tip de rezultat este ceea ce conduce la deciziile de proiectare a arborelui la nivelul nostru.

SZGH-1090D folosește un ax electric Jiangsu Ronghua, conic BT30, putere de 11kW, cu o masă de lucru fixă ​​de 900×1000mm. Designul mesei fixe este esențial: atunci când prelucrați plăci mari de aluminiu, greutatea piesei de prelucrat nu mișcă axele mesei, ceea ce menține stabilă precizia dinamică la viteze mari de avans.

Evacuarea cipului: problema pe care majoritatea cumpărătorilor o trec cu vederea

Aluminiul produce așchii lungi și stringente - în special 6061-T6. Când acele chips-uri se acumulează într-un buzunar sau în jurul tăietorului, ele sunt tăiate din nou. Re-tăierea așchiilor de aluminiu face două lucruri: degradează finisarea suprafeței și generează căldură la marginea sculei care accelerează formarea BUE.

Văd evacuarea cipurilor subestimată în mod constant. Un client care rulează aluminiu într-un VMC de uz general m-a sunat pentru că finisajul suprafeței lor se deteriora după 20 de minute de tăiere continuă. Așchiile de aluminiu erau lungi, strunoase, se îngrămădeau în buzunar, iar tăietorul le tăia din nou. Nu a fost o problemă cu unelte. A fost o problemă de aspect al mașinii - VMC avea un transportor de așchii cu masă plată care nu putea curăța așchiile suficient de repede dintr-o operație cu cavitate adâncă.

Soluțiile sunt stratificate:

• Geometria mașinii : pe VMC, căutați mașini cu transportoare de așchii cu descărcare laterală poziționate direct sub anvelopa de lucru. Snecurile pentru așchii care se desfășoară de-a lungul perimetrului de bază mută eficient șmecherul de aluminiu. La strunguri, un strat înclinat de 45° creează o cale naturală de cădere gravitațională - așchii cad din zona de lucru fără intervenția operatorului.

• Scule de spargere așchii : Pentru operațiunile de strunjire, utilizați inserții cu geometrie pozitivă a greblei și caneluri de spargere așchii încorporate concepute special pentru aluminiu. Nu folosiți inserții cu geometrie din oțel pe aluminiu; vor produce chipsuri care sunt prea lungi de administrat.

• Lichidul de răcire de înaltă presiune : Lichidul de răcire direcționat la 40–70 bar sparge așchii mecanic și le elimină din zona de tăiere. Acest lucru este deosebit de important în frezarea buzunarului și găurirea adânci pe aluminiu.

• Strategia traseului sculei : În programarea CAM, includeți treceri de curățare a așchiilor și evitați traseele trohoidale lungi și continue fără mișcări de rupere a așchiilor atunci când tăiați buzunare adânci în 6061.

Strunguri CNC pentru aluminiu: patul înclinat este aproape întotdeauna mai bun

Pentru strunjirea aluminiului, configurația mașinii contează la fel de mult ca și viteza axului. Strungurile CNC cu plată acumulează așchii pe capacele glisantei, necesită curățare manuală mai frecventă și luptă să mențină calitatea suprafeței în timpul rulărilor lungi și continue.

Patul înclinat de 45° al mașinilor noastre compuse de strunjire-frezare nu este un accident. A fost ales special pentru strunjirea aluminiului: așchiile cad drept în jos, fără acumulare pe capacele glisantei și puteți rula la 4.000 rpm cu încredere. Atunci când combinați acea geometrie cu o axă C și un instrument activ, puteți finaliza o piesă complexă din aluminiu - OD turnat, caracteristici frezate, găuri încrucișate - într-o singură configurație. Acolo se agravează cu adevărat reducerea timpului de ciclu.

Noastre Compusul de strunjire-frezare SZGH-46Z mânerează piesele din clasa Ø460mm cu o axă C completă, scule sub tensiune și geometria stratului înclinat de 45°. Pentru arbori, carcase și corpuri conectori din aluminiu, elimină a doua operațiune care altfel ar necesita un ciclu de fixare VMC.

Pentru lucrări mai simple de strunjire a aluminiului, axa Y SZGH-46 adaugă o axa Y la configurația centrului de strunjire, permițând caracteristici frezate decentrate fără complexitatea completă a compusului de strunjire-frezare. The SZGH-TK50 manipulează piese din aluminiu cu diametru mai mare în care diametrul alezajului sau greutatea părții depășește anvelopa 46Z.

Toate strungurile noastre cu pat înclinat sunt evaluate pentru 3.500 rpm și mai mult - suficient pentru strunjirea aluminiului la viteze de tăiere recomandate cu diametre de scule de până la Ø50 mm stoc bar.

VMC-uri pentru aluminiu: potrivirea mașinii la dimensiunea piesei

Alegerea unui VMC pentru aluminiu nu se referă doar la viteza axului. Dimensiunea mesei, deplasarea axei Z, capacitatea magaziei de scule și gestionarea așchiilor determină dacă mașina se potrivește aplicației. Iată cum segmentăm selecția VMC din aluminiu la SZGHTECH.

Piese compacte (sub 300 mm): SZGH-540 / SZGH-650

SZGH -540 este VMC-ul nostru de format mic - conceput pentru piese compacte din aluminiu de mare volum, care domină electronicele de larg consum, hardware-ul de telecomunicații și fabricarea de conectori de precizie. Amprentă mică, schimbare rapidă a sculei și specificații ale axului potrivite pentru scule de diametru mic din aluminiu.

SZGH -650 crește nivelul cu un ax conic BT40 - mai potrivit pentru piesele din aluminiu care necesită freze de față mai mari sau freze de umăr indexabile. Dacă piesele dvs. sunt sub 300 mm și dimensiunile lotului dvs. rulează în sute pe săptămână, 650 vă oferă capacitate fără supraconstrucții.

Piese de gamă medie (300–700 mm): VMC650 / VMC850

VMC650 . vizează gama medie: semifabricate pentru electrozi de matriță, suporturi structurale, plăci de bază ale radiatorului și componente din aluminiu pentru automobile Ghidaj cu role HIWIN, ATC cu 16 scule, poziționare ± 0,005 mm — este configurația calului de lucru pentru magazinele care lucrează mixt din aluminiu și oțel ușor.

VMC850 . extinde anvelopa de lucru și face upgrade la ghidajele cu role HIWIN de 35 mm pentru o rigiditate mai bună la degroșarea agresivă a aluminiului Precizia de poziționare de ± 0,003 mm îl face potrivit pentru piesele din aluminiu cu toleranțe strânse ale alezajului - carcase de rulmenți, colectoare hidraulice și carcase de precizie unde dimensiunile trebuie să se mențină pe parcursul întregii serii de producție. La greutatea mașinii de 4.500 kg, are o masă suficientă pentru a amortiza vibrațiile pe care le generează tăierea de mare viteză a aluminiului.

Plăci mari din aluminiu și părți structurale: SZGH-1090D (portic)

SZGH -1090D este construit special pentru lucrări de aluminiu de format mare: cadre de drone, panouri structurale aerospațiale, componente ale tăvii bateriei auto și profile arhitecturale de extrudare care necesită frezare de precizie a buzunarului pe o zonă de lucru de 900×1000 mm.

Designul portalului cu masă fixă ​​înseamnă că masa de lucru nu se mișcă - doar puntea axului traversează X și Y. Când țineți o placă de aluminiu de 40 kg pe masă, asta contează: precizia dinamică a tăierii nu se degradează pe măsură ce masa decelerează sub sarcină. Combinat cu axul electric de 24.000 rpm și poziționarea repetată de 0,01 mm, 1090D produce piese mari din aluminiu cu o consistență pe care VMC-urile cu masă mobilă din această clasă de dimensiuni nu o pot egala.

Unul dintre clienții noștri a trecut de la un VMC convențional de 8.000 rpm la 1090D pentru producția de cadre de drone. Combinația dintre viteza mai mare a axului, evacuarea mai bună a așchiilor din designul cu masă fixă ​​și anvelopa de lucru mai mare reduc timpul total de prelucrare pe cadru cu peste 40%.

Selectarea sculelor și parametrii de tăiere pentru aluminiu

Selectarea sculelor este locul în care prelucrarea aluminiului fie se reunește, fie se destramă. Acoperirea greșită transformă aluminiul într-o problemă de sudare - la propriu. Aluminiul aderă la sculele de carbură neacoperite și acoperite cu TiN la viteze mari de tăiere, formând BUE care distruge finisarea suprafeței în câteva minute.

Parametrii de tăiere recomandați în funcție de aliaj

Specific TiB₂ (diborură de titan) și ZrN (nitrură de zirconiu) pentru că ambele au afinitate scăzută pentru aluminiu. Spre deosebire de TiAlN – care este excelent pentru oțel – TiAlN reacționează cu aluminiul la temperaturi ridicate de tăiere și promovează aderența. TiB₂ este conceput special pentru a rezista. În trecerile de finisare de mare viteză la 24.000 rpm, diferența de viață a sculei dintre o freză de capăt acoperită cu TiB₂ și o carbură neacoperită este măsurabilă într-o singură schimbare.

Pentru degroșare, frezele cu 3 caneluri din aluminiu vă oferă mai mult spațiu pentru așchii pe canelut decât geometria cu 4 caneluri. Pentru finisarea la viteză mare, frezele cu caneluri lustruite cu 2 caneluri produc cel mai bun finisaj de suprafață pe 6061 într-o singură trecere.

Greșeli frecvente la prelucrarea CNC a aluminiului

După mai mult de un deceniu de sprijinire a aplicațiilor de prelucrare a aluminiului în zeci de industrii, aceleași erori apar în mod repetat. Cele mai multe dintre ele sunt evitabile.

• Viteza de rulare a axului este prea mică, ceea ce provoacă marginea încorporată. BUE se întâmplă atunci când temperatura de tăiere la margine este prea scăzută pentru forfecare curată. Aluminiul se sudează singur pe fața sculei. Remedierea este contraintuitivă - rulați mai repede, nu mai încet. Majoritatea operatorilor reduc instinctiv viteza atunci când finisajul suprafeței se degradează. Asta face BUE mai rău.

• Continuarea să ruleze după ce cipurile încep să înfășoare instrumentul. Odată ce vedeți împachetarea așchiilor, opriți ciclul. Așchiile înfășurate în jurul frezei acționează ca un manșon abraziv care încorporează simultan suprafața piesei și unealta. Ștergeți jetoanele, verificați flauturile și ajustați-vă strategia de spargere a cipurilor înainte de a relua.

• Aplicarea parametrilor de tăiere a fontei pe aluminiu. Viteze de avans mai mici și setările conservatoare ale adâncimii de tăiere care protejează o configurație din fontă vor crește de fapt temperatura de tăiere în aluminiu, deoarece unealta rămâne în contact cu piesa de prelucrat prea mult timp per unitate de material îndepărtat. Aluminiul vrea să fie curățat rapid.

• Concentrație greșită a lichidului de răcire care provoacă oxidarea suprafeței. Aluminiul este sensibil la pH-ul lichidului de răcire. Agenții de răcire semisintetici și sintetici la concentrații de peste 8-10% pot lăsa reziduuri care accelerează oxidarea suprafeței, în special pe semifabricate de anodizare 6061-T6. Urmați banda de concentrație recomandată de producătorul lichidului de răcire - nu presupuneți că mai mult este mai bine.

• Ignorarea expansiunii termice pe piesele de precizie cu ciclu lung. O placă de aluminiu de 500 mm se încălzește măsurabil într-un ciclu de degroșare de 30 de minute. Dacă urmăriți toleranțe de ± 0,01 mm, trebuie să permiteți răcirea între degroșare și finisare sau să utilizați o strategie de răcire suficient de agresivă pentru a menține echilibrul termic de la începutul ciclului.

• Utilizarea unei mașini cu pat plat pentru strunjirea aluminiului de mare volum. Am văzut magazine care rulează bare de aluminiu pe strunguri plat și acceptă gestionarea așchiilor ca de obicei. Nu este. O mașină cu pat înclinat care rulează același program va produce piese mai consistente pe oră, deoarece operatorii nu se opresc pentru a curăța așchii din jurul suportului la fiecare 15 minute.

Soluții de prelucrare a aluminiului SZGHTECH

Toate mașinile sunt certificate CE și ISO 9001. Termenul standard de livrare este de 20-35 de zile lucrătoare. Garantia este de 12 luni de la livrare.

Întrebări frecvente

Î1: De ce viteză ax am nevoie pentru prelucrarea CNC a aluminiului?

Pentru frezarea generală a aluminiului - piese solide, lot mediu, toleranțe standard - 8.000 rpm este suficient. Vă oferă viteze de tăiere în intervalul 300–500 m/min cu diametre tipice de scule, care acoperă majoritatea lucrărilor 6061-T6 și 7075 în mod competent. Dacă prelucrați pereți subțiri sub 2 mm, finisați la Ra 0,8 µm sau mai bine sau executați producție de mare volum în care timpul ciclului vă determină economia, doriți 24.000 rpm. La această viteză, forțele de tăiere scad, durata de viață a sculei se extinde și finisarea suprafeței se îmbunătățește măsurabil într-o singură trecere.

Î2: Care este cea mai bună mașină CNC pentru prelucrarea aluminiului 7075?

7075-T651 este mai dur și mai dur decât 6061. Are nevoie de un ax rigid, caracteristici bune de amortizare și o viteză suficientă a axului pentru a menține temperatura de tăiere controlată. Pentru piese 7075 de dimensiuni medii, VMC850-ul nostru gestionează bine combinația dintre rigiditate și viteză. Pentru panouri structurale mari 7075 — cadre de drone, suporturi aerospațiale — axul electric de 24.000 rpm și designul portalului fix al SZGH-1090D vă oferă cele mai bune rezultate. Masa de lucru fixă ​​elimină pierderea de precizie dinamică pe care o obțineți de la mutarea pieselor grele la viteze mari de avans.

Î3: De ce prelucrarea aluminiului necesită viteze mai mari ale axului decât oțelul?

Viteza optimă de tăiere pentru aluminiu este de 3–5 ori mai mare decât pentru oțel, exprimată în metri de suprafață pe minut. Oțelul taie bine la 80–200 m/min. Aluminiul are nevoie de 300–800 m/min, în funcție de aliaj. Pentru un anumit diametru al sculei, atingerea acelor viteze de suprafață necesită turații proporțional mai mari. Dacă rulați aluminiu la viteze ale axului de oțel, temperatura de tăiere la margine scade sub pragul în care aluminiul se forfecă curat - și începe să se sude în schimb pe freză. Aceasta este marginea construită și vă distruge finisajul suprafeței aproape imediat.

Î4: Cum pot preveni tăierea așchiilor atunci când prelucrez aluminiu pe un strung CNC?

Începeți cu geometria mașinii: un strung cu pat înclinat de 45° aruncă așchii departe de zona de tăiere prin gravitație. Pe un pat plat, așchiile se acumulează în jurul instrumentului și sunt trase înapoi în tăietură. Dincolo de selecția mașinii, utilizați geometrii de inserție cu unghiuri pozitive de greblare și caneluri pentru spargerea așchiilor specifice aluminiului - acestea produc așchii mai scurte care nu se încurcă. Îndreptați-vă duzele de răcire pentru a îndepărta așchiile de suprafața prelucrată, nu doar pentru a răci unealta. Iar în codul dvs. G, includeți mișcări periodice de curățare a cipurilor pe operațiunile de adâncime cu ciclu lung.

Î5: Ce fluid de tăiere ar trebui să folosesc pentru prelucrarea CNC a aluminiului?

Lichidanții de răcire semisintetici sau sintetici la o concentrație de 5–8% funcționează bine pentru majoritatea aliajelor de aluminiu. Mențineți pH-ul între 8,5 și 9,5 — prea alcalin și veți vedea depuneri de reziduuri albe pe gradul de anodizare 6061. Pentru trecerile de finisare de mare viteză pe piesele cosmetice, lubrifierea în cantitate minimă (MQL) cu un ulei vegetal produce suprafețe mai curate decât lichidul de răcire de inundație, deoarece evită contactul termic între tăietură și răcire. Evitați uleiurile de tăiere drepte pentru aluminiu - nu spălează eficient așchiile și reduc vizibilitatea în zona de lucru.

Î6: Pot prelucra aluminiu pe o mașină CNC proiectată pentru oțel?

Poți, cu limitări. VMC-urile optimizate pentru oțel depășesc de obicei la 6.000–8.000 rpm și sunt orientate spre viteze de tăiere mai mici și cuplu mai mare. Ei vor prelucra aluminiu, dar nu veți obține finisarea suprafeței sau timpii de ciclu pe care îi poate oferi o mașină optimizată pentru aluminiu. Mai practic: mașinile din oțel au adesea sisteme de gestionare a așchiilor concepute pentru așchii de oțel scurte și fragile. Așchiile lungi și stringente ale aluminiului vor copleși rapid acele sisteme, necesitând intervenția frecventă a operatorului. Dacă aluminiul reprezintă mai mult de 20% din volumul dvs. de producție, o mașină specificată pentru scop își rambursează costul printr-un timp de nefuncționare redus și un randament îmbunătățit.

Î7: Ce finisaj de suprafață pot obține pe aluminiu cu un ax de 24.000 rpm?

Cu sculele și parametrii potriviti pe SZGH-1090D, Ra 0,4–0,8 µm este realizabil într-o trecere de finisare pe 6061-T6 fără operațiuni secundare. Cu o freză cu caneluri lustruite cu 2 caneluri la 24.000 rpm și o adâncime ușoară de finisare de 0,1–0,2 mm, unii clienți ating Ra 0,4 µm în mod constant - suficient de bun pentru a reduce timpul de lustruire înainte de anodizare semnificativ. Finisajul suprafeței pe 7075 va fi puțin mai dur la aceiași parametri datorită durității mai mari a aliajului, dar Ra 0,8 µm este realizabil în mod regulat.

Î8: Care este timpul de livrare pentru mașinile CNC SZGHTECH optimizate pentru aluminiu?

Termenul standard de livrare este de 20–35 de zile lucrătoare de la confirmarea comenzii pentru toate modelele, inclusiv pentru SZGH-1090D. Pentru comenzile cu ax sau configurații de control non-standard, timpul de livrare se poate prelungi ușor - contactați-ne pentru a confirma configurația dumneavoastră specifică înainte de a vă angaja într-un program de producție. Toate mașinile sunt livrate cu rapoarte de testare de acceptare din fabrică și o garanție de 12 luni care acoperă componentele ax, mecanice și electrice.

Solicitați o cotație