Gia công các bộ phận nhôm CNC
Gia công các bộ phận nhôm CNC là một trong những quy trình sản xuất được thực hiện rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp hiện đại, tận dụng khả năng gia công tuyệt vời, trọng lượng nhẹ và tính chất cơ học linh hoạt của nhôm. Quá trình này bao gồm việc loại bỏ vật liệu khỏi phôi nhôm bằng cách sử dụng các công cụ cắt-được điều khiển bằng máy tính để sản xuất các bộ phận chính xác cho các ứng dụng từ điện tử tiêu dùng đến cấu trúc hàng không vũ trụ.
Đặc tính vật liệu và khả năng gia công
Nhôm thể hiện khả năng gia công đặc biệt so với hầu hết các kim loại kỹ thuật. Độ cứng tương đối thấp của nó làm giảm lực cắt và mài mòn dụng cụ, cho phép tốc độ loại bỏ vật liệu cao. Độ dẫn nhiệt của nhôm xấp xỉ ba lần so với thép, giúp tản nhiệt hiệu quả từ vùng cắt và giảm hư hỏng nhiệt cho cả dụng cụ và phôi. Tuy nhiên, đặc tính này có thể gây ra hiện tượng hàn phoi trên bề mặt dụng cụ nếu sử dụng thông số cắt không phù hợp hoặc sử dụng chất làm mát không đủ. Mô đun đàn hồi thấp của nhôm dẫn đến độ lệch lớn hơn dưới lực cắt, đòi hỏi các chiến lược giữ gia công và đường chạy dao cẩn thận đối với các đặc điểm có thành mỏng. Vật liệu này có xu hướng tạo ra các phoi dẻo, liên tục, có thể tạo thành các dải ruy băng dài trừ khi sử dụng hình học phá phoi thích hợp.
Các hợp kim nhôm phổ biến để gia công CNC bao gồm 6061-T6, mang lại sự cân bằng tuyệt vời về độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng gia công cho các ứng dụng kết cấu chung. 7075-T6 mang lại tỷ lệ độ bền-trên-trọng lượng vượt trội cho các bộ phận hàng không vũ trụ và hiệu suất cao. 2024-T4 mang lại khả năng chống mỏi tốt cho các kết cấu máy bay. 5052 và 5083 mang lại khả năng chống ăn mòn và khả năng định hình vượt trội cho các ứng dụng hàng hải và hóa học. Các hợp kim đúc như A356 và A380 được sử dụng cho các bộ phận yêu cầu hình học phức tạp và khả năng đúc tốt, sau đó là gia công chính xác.
Lựa chọn dụng cụ cắt
Dụng cụ cacbua được ưa thích để gia công nhôm do khả năng duy trì các cạnh sắc nét ở tốc độ cắt cao. Cacbua không tráng phủ thường tốt hơn so với các dụng cụ được phủ nhôm vì lớp phủ có thể làm tăng ma sát và thúc đẩy quá trình hình thành các cạnh. Bề mặt dụng cụ được đánh bóng hoặc mài đặc biệt làm giảm độ bám dính của vật liệu. Các công cụ được phủ-kim cương mang lại khả năng chống mài mòn đặc biệt cho các hợp kim nhôm đúc silicon-có độ mài mòn cao đối với cacbua thông thường.
Hình dạng công cụ yêu cầu tối ưu hóa cụ thể cho nhôm. Góc trước dương cao trong khoảng từ 15 đến 25 độ làm giảm lực cắt và thúc đẩy dòng phoi ra khỏi phôi. Góc hở lớn ngăn cản sự cọ xát và giảm sinh nhiệt. Các me rộng, có độ bóng cao với không gian phoi rộng rãi chứa phoi lớn được sản xuất ở tốc độ loại bỏ cao. Các cạnh cắt sắc nét với sự mài giũa hoặc chuẩn bị tối thiểu là rất cần thiết; một cạnh hơi tròn thực sự có thể cải thiện hiệu suất bằng cách giảm sự hình thành gờ trong một số ứng dụng hoàn thiện.
Chiến lược tham số cắt
Gia công nhôm thường sử dụng tốc độ cắt cao từ 300 đến 1000 mét/phút cho các nguyên công gia công thô, với tốc độ hoàn thiện đôi khi vượt quá 2000 mét/phút trên trục-tốc độ cao. Tốc độ tiến dao nhìn chung rất cao, với bước tiến trên mỗi răng là 0,1 đến 0,3 mm phổ biến đối với phay mặt đầu. Độ sâu cắt nên tận dụng toàn bộ chiều dài me khi có thể, đặc biệt với các đường chạy dao hiện đại có hiệu suất cao. Sự kết hợp giữa tốc độ cao và bước tiến cao tạo ra tốc độ loại bỏ vật liệu cao đặc trưng khiến cho việc gia công nhôm trở nên hấp dẫn về mặt kinh tế.
Việc sơ tán chip là rất quan trọng do khối lượng vật liệu bị loại bỏ lớn. Hệ thống làm mát thông qua{1}}công cụ hoặc hệ thống thổi khí thường xuyên cần thiết, đặc biệt là trong các hoạt động tạo hốc và khoang sâu. Chất làm mát ngập nước ở áp suất và thể tích cao giúp đẩy phoi ra khỏi vùng cắt và ngăn ngừa việc cắt lại. Một số ứng dụng được hưởng lợi từ lượng bôi trơn tối thiểu hoặc thậm chí gia công khô khi đường thoát phoi mở và tốc độ cắt vừa phải.
Chiến lược và kỹ thuật gia công
Kỹ thuật gia công tốc độ cao-đặc biệt hiệu quả đối với nhôm. Điều này liên quan đến việc sử dụng tốc độ trục chính cao với chiều sâu cắt dọc trục tương đối nhẹ nhưng tốc độ tiến dao cao. Lực hướng tâm thấp tạo ra sẽ giảm thiểu độ lệch và độ rung, cho phép gia công hiệu quả các thành mỏng và các chi tiết tinh tế. Chiến lược phay trochoidal hoặc phay động duy trì các góc tiếp xúc dao không đổi, cho phép tải phoi ổn định và cho phép sử dụng toàn bộ chiều dài me cho các nguyên công xẻ rãnh và hốc sâu.
Đối với các nguyên công gia công tinh, phay leo thường được ưa thích hơn vì nó tạo ra độ bóng bề mặt tốt hơn và giảm sự hình thành gờ so với phay thông thường. Việc sử dụng máy nghiền bi có đường kính-lớn hoặc dụng cụ dạng thùng để hoàn thiện bán-và hoàn thiện các bề mặt có đường viền có thể giảm đáng kể thời gian chu kỳ so với máy nghiền bi nhỏ. Gia công nghỉ tự động nhắm vào vật liệu chưa cắt còn sót lại sau các dụng cụ lớn hơn, đảm bảo loại bỏ hoàn toàn vật liệu mà không cần cắt khí quá mức.
Gia công tường mỏng cần được xem xét đặc biệt do nhôm có độ cứng thấp. Gia công thô liên tục để lại nguyên liệu đồng nhất để hoàn thiện giúp giảm biến dạng. Trình tự gia công đối xứng cân bằng ứng suất bên trong. Quá trình hoàn thiện nhẹ nhàng bằng các dụng cụ sắc bén ở tốc độ cao tạo ra bề mặt hoàn thiện có thể chấp nhận được mà không làm lệch tường quá mức. Các phương pháp giữ chân không hoặc dính có thể cung cấp sự hỗ trợ đồng đều cho các bộ phận mỏng mà kẹp thông thường sẽ làm biến dạng.
Phương pháp tiếp cận làm việc
Các thị giác máy tiêu chuẩn có mặt ngàm nhôm bảo vệ bề mặt hoàn thiện khỏi bị hư hỏng ngàm thép. Đầu cặp chân không được sử dụng rộng rãi cho các tấm nhôm phẳng và các bộ phận dạng tấm, mang lại lực kẹp đồng đều mà không bị biến dạng. Các thiết bị cố định bằng khí nén hoặc thủy lực cho phép tải và dỡ hàng nhanh chóng với số lượng sản xuất. Hàm mềm được gia công để phù hợp với hình dạng bộ phận cung cấp vị trí và hỗ trợ chính xác. Đối với các vật đúc hoặc ép đùn phức tạp, các thiết bị cố định tùy chỉnh có chốt định vị và miếng kẹp đảm bảo việc định vị có thể lặp lại.
Bề mặt hoàn thiện và những cân nhắc về chất lượng
Gia công nhôm có thể đạt được bề mặt hoàn thiện tuyệt vời khi sử dụng các thông số và dụng cụ thích hợp. Tốc độ hoàn thiện ở phạm vi công suất cao hơn với độ sâu cắt nhẹ và tốc độ tiến dao cao thường tạo ra các bề mặt-giống như gương trên các hợp kim không-có thể xử lý nhiệt{3}}. Tuy nhiên,-sự hình thành cạnh tích tụ có thể làm giảm độ hoàn thiện bề mặt nếu tốc độ quá thấp hoặc chất làm mát không đủ. Sự hình thành gờ ở các cạnh và lối ra là một thách thức dai dẳng; phải quản lý các công cụ sắc bén, góc tiếp xúc của dao cắt thích hợp và quy trình gỡ lỗi.
Độ chính xác về kích thước đòi hỏi phải chú ý đến sự giãn nở nhiệt. Hệ số giãn nở nhiệt cao của nhôm có nghĩa là sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình gia công hoặc giữa gia công và kiểm tra có thể ảnh hưởng đáng kể đến kích thước đo được. Nhiệt độ nước làm mát ổn định và cho phép các bộ phận đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt trước khi kiểm tra lần cuối là những thực hành tốt. Phải xem xét độ lệch của phôi do lực kẹp hoặc lực cắt, đặc biệt đối với các tiết diện mỏng.
Đăng-Hoạt động gia công
Việc mài giũa thường xuyên là cần thiết sau khi gia công nhôm. Các phương pháp cơ học bao gồm chải, nhào lộn và phun vật liệu. Khử bavia bằng hóa chất bằng dung dịch kiềm có thể loại bỏ các vệt mịn khỏi các hình dạng phức tạp. Việc bẻ mép hoặc vát cạnh thường được chỉ định để ngăn ngừa các cạnh sắc và cải thiện độ an toàn khi xử lý.
Xử lý bề mặt nâng cao vẻ ngoài và hiệu suất. Anodizing tạo ra lớp oxit cứng, chống ăn mòn-có nhiều màu sắc khác nhau cho các ứng dụng trang trí và chức năng. Lớp phủ chuyển đổi cromat cung cấp khả năng chống ăn mòn mà không làm thay đổi kích thước đáng kể. Sơn và sơn tĩnh điện mang lại vẻ đẹp hoàn thiện bền lâu. Sự thụ động cải thiện khả năng chống ăn mòn cho một số thành phần hợp kim nhất định.
Ứng dụng và ngành công nghiệp
Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ chủ yếu dựa vào gia công nhôm CNC cho các bộ phận kết cấu khung máy bay, sườn cánh, khung thân máy bay và các cơ chế bề mặt điều khiển trong đó tỷ lệ độ bền-trên-trọng lượng là tối quan trọng. Các ứng dụng ô tô bao gồm khối động cơ, đầu xi lanh, vỏ hộp số và các bộ phận treo. Ngành công nghiệp điện tử sản xuất bộ tản nhiệt, vỏ và các bộ phận khung gầm tận dụng đặc tính dẫn nhiệt và che chắn điện từ của nhôm. Các nhà sản xuất thiết bị y tế gia công nhôm để làm vỏ dụng cụ, khung thiết bị hình ảnh và các bộ phận của dụng cụ phẫu thuật. Các sản phẩm tiêu dùng đa dạng từ khung xe đạp và thiết bị thể thao đến thân máy ảnh và khung điện thoại thông minh.
