Алюміній і яго сплавы маюць шматлікія сферы прымянення ў розных галінах, такіх як транспарт, агульнае машынабудаванне, электратэхніка, канструкцыі і будаўніцтва. Ён таксама карысны ў вытворчасці бытавых тавараў і для ўпакоўкі ў хімічнай і харчовай галінах. Алюміній, у параўнанні з іншымі металамі, мае нізкую цвёрдасць і высокае значэнне цеплавога пашырэння. Гэта робіць вытворчасць алюмініевых дакладных кампанентаў уразлівай да дэфармацыі вырабаў.
Дэфармацыі дакладных дэталяў з алюмініевых сплаваў спрыяе мноства фактараў. Да гэтых фактараў адносяцца матэрыял, вытворчае асяроддзе, форма дэталі і характарыстыкі апрацоўчай вадкасці. Ніжэй прыведзены спосабы памяншэння дэфармацыі дэталяў з алюмініевых сплаваў падчас апрацоўкі на станках з ЧПУ:
1. Зніжэнне ўнутранага напружання алюмініевага матэрыялу
Напружанне вызначаецца як вымярэнне ўнутраных сіл, выкліканых часціцамі ўнутры матэрыялу, якія аказваюць ціск адна на адну. Дэфармацыя — гэта мера напружання, якая адлюстроўвае ступень дэфармацыі, выкліканай унутраным напружаннем матэрыялу. Дэфармацыя ў матэрыяле выклікаецца ўнутранымі або знешнімі сіламі. Знешнія сілы прыкладаюць напружанне да масы матэрыялу (напрыклад, сіла цяжару) або да яго паверхні (напрыклад, кантактныя сілы, знешні ціск, трэнне).
Рэшткавае напружанне — гэта распаўсюджаная форма напружання, якая звычайна застаецца пасля вытворчага працэсу. Рэшткавае напружанне выклікае найбольшую дэфармацыю ў тонкіх кампанентах.
Некаторыя з найбольш распаўсюджаных метадаў зняцця напружання з алюмінію:
- Выкананне серыі мяккіх разрэзаў па меры набліжэння дэталі да гатовага памеру. Зняцце напружання паміж чарнавой і чыставой апрацоўкай таксама можа паменшыць або ліквідаваць дэфармацыю, выкліканую напружаннямі пры апрацоўцы.
- Вібрацыйнае зняцце напружання (VSR) — гэта яшчэ адзін распаўсюджаны спосаб зняцця напружання. VSR прадугледжвае выгіб металу з дастатковай амплітудай, каб аб'яднаць узніклае і рэшткавае напружанне. У выніку ўзнікае пластычнае цячэнне, што прыводзіць да зняцця напружання. Каб аптымізаваць ступень зняцця напружання, VSR накіравана на рэзанансную частату металу. Гэты нетэрмічны метад зняцця напружання выкарыстоўваецца ў металаапрацоўцы для паляпшэння стабільнасці памераў і механічнай цэласнасці. Ён ужываецца, асабліва для літога, каванага або зваранага алюмінію. Пры VSR часта выкарыстоўваюцца дакладныя кампаненты з выключна жорсткімі памернымі або геаметрычнымі допускамі.
- Крыягенная апрацоўка — гэта яшчэ адзін метад зняцця напружання, які зніжае рэшткавае напружанне, а таксама паляпшае ўстойлівасць да зносу і карозіі. Алюмініевы выраб змяшчаецца ў спецыяльны рэзервуар і падвяргаецца ўздзеянню вадкага азоту. У залежнасці ад тыпу сплаву і таўшчыні тэмпература апускаецца да -300°F, і метал пакідаецца там на пэўны час. Затым тэмпературу паступова павышаюць да пакаёвай. Крыягенны метад з'яўляецца альтэрнатывай больш распаўсюджаным метадам тэрмічнай апрацоўкі. Алюміній, апрацаваны такім чынам, мае меншую верагоднасць дэфармацыі, ён больш трывалы і даўгавечны. Іншыя перавагі ўключаюць меншую колькасць расколін ад напружання, ніжэйшы каэфіцыент трэння і павышаную ўдаратрываласць. Дэталі, якія апрацоўваюцца такім чынам, лепш паддаюцца механічнай апрацоўцы і рамонце, а гатовыя дэталі маюць большы тэрмін службы.
- Спосабы тэрмічнай апрацоўкі алюмінію
- Адпал. Алюмініевыя сплавы часта падвяргаюцца ўмацоўванню на ранніх этапах вытворчага цыклу. Наўмысная пластычная дэфармацыя дэталі часта апісваецца як дэфармацыйнае ўмацаванне. Дэфармацыйнае ўмацаванне змяняе крышталічную структуру ўнутры металу, а пасля аднаўляецца шляхам адпалу. Метал награваюць да трох гадзін да тэмператур ад 570°F да 770°F. Гэта памяншае напружанне, выкліканае працэсам умацавання, і дапамагае вырашыць праблему дэфармацыі і іншых праблем.
- Тэрмаапрацоўка на раствор — гэта яшчэ адзін тып тэрмічнай апрацоўкі. Метал апускаюць у раствор высокай тэмпературы (ад 825°F да 980°F), а затым загартоўваюць для хуткага астуджэння рэчыва. Гэта ўлоўлівае раствораныя кампаненты, якія затым выпадаюць у асадак, што прыводзіць да эфекту старэння. З металам лёгка працаваць адразу пасля загартоўкі, але з часам ён цвярдзее і з ім становіцца ўсё цяжэй працаваць.
2. Павысьце эфектыўнасць рэзкі інструмента.
Вельмі важна выбраць правільныя рэжучыя інструменты, каб паменшыць дэфармацыю пры апрацоўцы дэталяў. Матэрыял рэжучага інструмента і геаметрычныя фактары аказваюць значны ўплыў на сілу рэзання і нагрэў.
Геаметрычныя фактары, якія ўплываюць на эфектыўнасць інструмента:
i. Пярэдні кут
Пярэдні вугал павінен быць старанна адрэгуляваны, каб захаваць трываласць ляза; інакш вострыя краю пагоршацца. Вугал перадка павінен быць дастаткова вялікім, каб захаваць трываласць ляза. З аднаго боку, яго можна выкарыстоўваць для завострывання краёў. З іншага боку, ён таксама можа паменшыць дэфармацыю пры рэзанні, забяспечыць плаўнае выдаленне стружкі, а затым знізіць сілу рэзання і тэмпературу. Выкарыстанне інструментаў з адмоўным вуглом перадка не рэкамендуецца.
II. Задні кут
Задні вугал аказвае значны ўплыў на знос бакавой паверхні і якасць апрацоўкі. Пры вызначэнні задняга вугла таўшчыня рэзання з'яўляецца важным фактарам, які трэба ўлічваць. Інструмент, які выкарыстоўваецца, павінен мець адпаведныя ўмовы для адводу цяпла, таму варта выкарыстоўваць меншы задні вугал. Гэта звязана з высокай хуткасцю падачы, вялікай нагрузкай рэзання і высокай цеплавыпрацоўкай пры чарнавым фрэзераванні. Пры чыстым фрэзераванні неабходныя вострыя краю, каб паменшыць трэнне паміж бакавой паверхняй і апрацоўванай паверхняй, а таксама пругкую дэфармацыю. Такім чынам, варта выбіраць больш шырокі задні вугал.
III. Кут спіралі
Кут нахілу спіралі павінен быць максімальна вялікім, каб забяспечыць плаўнае фрэзераванне і меншы высілак пры фрэзераванні.
нутравенна Галоўны вугал адхілення
Правільнае зніжэнне вугла першаснага адхілення можа палепшыць умовы цеплааддачы і знізіць сярэднюю тэмпературу ў зоне апрацоўкі.
3. Варта ўдасканаліць метады заціску нарыхтовак
У некаторых тонкасценных алюмініевых кампанентах з нізкай калянасцю для памяншэння дэфармацыі можна выкарыстоўваць апісаныя ніжэй метады заціску:
Трохкулачковы самацэнтравальны патрон
- Калі для заціску тонкасценных кампанентаў утулак для апрацоўкі на станках з ЧПУ з радыяльнага кірунку выкарыстоўваецца трохкулачковы самацэнтравальны патрон або спружынны патрон, то пасля адпускання дэталі пасля апрацоўкі яна, несумненна, дэфармуецца.
Неабходна выкарыстоўваць метад прэсавання восевага тарца з добрай калянасцю. Для вызначэння ўнутранай адтуліны дэталі ў залежнасці ад яе становішча вырабляецца разьбовая апраўка. Яна павінна быць устаўлена ва ўнутраную адтуліну дэталі. Тарцавая паверхня сціскаецца вечкам, а гайка зацягваецца назад, што дазваляе пазбегнуць дэфармацыі пры расцісканні падчас апрацоўкі вонкавага круга і дасягнуць дакладнасці апрацоўкі.
- Калі не апрацоўваюцца дэталі з тонкасценных пласцін, рэкамендуецца выкарыстоўваць вакуумныя прысоскі для дасягнення больш раўнамернага размеркавання сілы заціску, а затым апрацоўваць з меншай колькасцю рэзання, каб пазбегнуць дэфармацыі дэталі.
Акрамя таго, можна выкарыстоўваць працэдуры напаўнення. Каб павялічыць калянасць тонкасценных дэталяў падчас апрацоўкі, у дэталь можна ўводзіць напаўняльнік, каб паменшыць яе дэфармацыю падчас заціску і рэзання. Напрыклад, можна заліць у дэталь расплаў мачавіны, які змяшчае ад 3% да 6% нітрату калію. Пасля апрацоўкі дэталь трэба апусціць у ваду або спірт, а затым растварыць і зліць напаўняльнік.
4. Паляпшэнне канструкцыі рэжучых інструментаў
Рэжучыя інструменты
- Зменшце колькасць зуб'яў фрэзы, адначасова павялічваючы прастору для ўтрымання стружкі.
З-за высокай пластычнасці алюмініевага матэрыялу і высокай дэфармацыі рэзання падчас апрацоўкі неабходная большая плошча стружкі.
Такім чынам, радыус дна стружкаадводнай канаўкі павінен быць большым, але колькасць зуб'яў фрэзы павінна быць меншай. Радыус дна рэзервуара павінен быць павялічаны, а колькасць зуб'яў фрэзы паменшаная. Каб мінімізаваць дэфармацыю тонкасценных дэталяў з алюмініевых сплаваў з-за забівання стружкай, у фрэзе 20 мм або менш выкарыстоўваюцца два зуб'і, а ў фрэзе 30-60 мм - тры зуб'і.
- Дробна завастрыце зуб'і.
Шурпатасць рэжучай абзы Ra=0.4 мкм або менш. Перад выкарыстаннем новага рэжучага інструмента неабходна некалькі разоў акуратна пацерці пярэднюю і заднюю часткі зуб'яў рэжучага інструмента дробным асфальтам, каб выдаліць задзірыны або нязначныя зубчастыя сляды, якія маглі застацца пасля шліфоўкі зуб'яў інструмента. Дзякуючы гэтаму метаду зніжаецца нагрэў пры рэзцы, а дэфармацыя пры рэзцы мінімізуецца.
- Кантралюйце ўзровень зносу інструмента як мага строжэй.
Шурпатасць паверхні апрацоўванай дэталі павялічваецца па меры зносу інструмента, а таксама павялічваецца тэмпература рэзання і дэфармацыя апрацоўванай дэталі. Такім чынам, акрамя выбару матэрыялаў інструмента з высокай зносаўстойлівасцю, стандарт зносу інструмента не павінен перавышаць 0.2 мм, інакш лёгка ўтвараюцца стружкі. Каб пазбегнуць дэфармацыі, тэмпература апрацоўванай дэталі не павінна перавышаць 100°C пры апрацоўцы з выкарыстаннем фрэзернага або такарнага станка з ЧПУ.
5. Арганізуйце вытворчы працэс належным чынам
Падчас фрэзеравання пры хуткасным рэзанні часта ўзнікае вібрацыя з-за вялікага прыпуску на апрацоўку і перыядычнага рэзання. Гэта ўплывае на дакладнасць апрацоўкі і шурпатасць паверхні. У выніку працэс хуткаснага рэзання на станках з ЧПУ класіфікуецца наступным чынам: чарнавая апрацоўка - паўчыставая апрацоўка - апрацоўка чыстых кутоў - чыставая апрацоўка. Для вырабаў, якія патрабуюць высокай дакладнасці, можа спатрэбіцца выканаць другі паўчыставы этап перад чыставой апрацоўкай. Пасля чарнавой апрацоўкі дэталям даюць астыць натуральным чынам, каб паменшыць унутранае напружанне і дэфармацыю.
Пасля грубай апрацоўкі рэшткавая адзнака павінна быць большай за дэфармацыю, звычайна 1-2 мм. Паверхня дэталі павінна быць аднастайнай на працягу ўсёй чыставой апрацоўкі.
У цэлым, утрыманне інструмента ў раўнавазе падчас чыставой апрацоўкі з глыбінёй 0.2-0.5 мм з'яўляецца найлепшым метадам для памяншэння дэфармацыі рэзання, дасягнення высокай якасці апрацоўкі паверхні і падтрымання якасці вырабу.
Акрамя вышэйзгаданых прычын, тэхніка эксплуатацыі таксама мае вырашальнае значэнне ў рэальных умовах эксплуатацыі, і правільны метад эксплуатацыі можа значна мінімізаваць выгінанне кампанентаў з алюмініевых сплаваў.
6. Сіметрычная апрацоўка
Каб палепшыць цеплааддачу і прадухіліць цеплавую дэфармацыю ў дэталях з алюмінію, якія апрацоўваюцца на станках з ЧПУ і маюць вялікія прыпускі на апрацоўку, неабходна пазбягаць празмернай канцэнтрацыі цяпла. Для гэтага можна выкарыстоўваць сіметрычную апрацоўку.
Разгледзім выпадак металічнай пласціны таўшчынёй 90 мм, якую трэба паменшыць да таўшчыні 60 мм. Нягледзячы на тое, што кожная паверхня апрацоўваецца да канчатковага памеру і прыпуск на бесперапынную апрацоўку значны, калі фрэзераваны бок імгненна пераносіцца на іншы бок, канцэнтрацыя цяпла будзе праблемай, і плоскасць пласціны сплаву складзе ўсяго 5 мм.
Аднак, калі сіметрычная тэхніка апрацоўкі выконваецца з абодвух бакоў, кожную паверхню можна апрацаваць як мінімум двойчы, пакуль не будзе дасягнуты канчатковы памер, які спрыяе цеплааддачы, а роўнасць можна рэгуляваць на ўзроўні 0.3 мм.
7. Выберыце падыходныя параметры рэзання
Сілу рэзання і выніковае цяпло рэзання можна паменшыць, выкарыстоўваючы правільныя параметры рэзання. Калі параметры рэзання большыя, чым звычайна, у працэсе механічнай апрацоўкі, гэта прывядзе да празмернай сілы рэзання. Празмерная сіла рэзання можа лёгка выклікаць дэфармацыю кампанентаў, а таксама паўплываць на калянасць шпіндзеля і тэрмін службы інструмента.
Глыбіня рэзання аказвае найбольшы ўплыў на сілу рэзання з усіх параметраў рэзання. Зніжэнне колькасці рэжучых інструментаў мае важнае значэнне для таго, каб дэталі не дэфармаваліся. Аднак гэта прыводзіць да зніжэння эфектыўнасці апрацоўкі. Гэтую праблему можна вырашыць з дапамогай хуткаснага фрэзеравання на станках з лічбавым праграмным кіраваннем.
Апрацоўка можа знізіць сілу рэзання і забяспечыць эфектыўнасць апрацоўкі за кошт памяншэння глыбіні зваротнага рэзання, павелічэння падачы і павышэння хуткасці станка.
8. Звярніце ўвагу на паслядоўнасць ходу шляху рэжучага інструмента
Паслядоўнасці рэзання для грубай і чыставой апрацоўкі павінны адрознівацца.
Грубая апрацоўка надае прыярытэт эфектыўнасці апрацоўкі і мэтавай хуткасці выдалення за адзінку часу. У большасці выпадкаў можна выкарыстоўваць рэверснае фрэзераванне. (Рэверсны стан — гэта тып пракатнага стана, у якім дэталь праходзіць паміж парай валкоў як наперад, так і назад. Рэверсны стан атрымаў сваю назву ад таго, што сталь рухаецца туды-сюды паміж валкамі, паступова памяншаючы таўшчыню з кожным праходам).
Гэта значыць, што лішні матэрыял на паверхні загатоўкі выдаляецца максімальна хутка і эфектыўна, і па сутнасці фармуецца геаметрычны контур, неабходны для аздаблення.
Калі гаворка ідзе пра чыставую апрацоўку, акцэнт павінен быць зроблены на дакладнасці і якасці, і варта выкарыстоўваць фрэзераванне па патоўшэнні. Таўшчыня рэзання зуб'яў фрэзы паступова змяншаецца ад максімуму да нуля падчас фрэзеравання па патоўшэнні, таму ступень умацавання значна зніжаецца, як і ступень дэфармацыі дэталі.
9. Двухразовае сцісканне тонкасценных дэталяў
Сіла заціску выклікае дэфармацыю падчас апрацоўкі алюмініевых дэталяў на станках з ЧПУ. Перад дасягненнем канчатковага памеру прэсаваную дэталь неабходна адпусціць і паменшыць ціск, каб вярнуць ёй першапачатковую форму. Затым неабходна прымяніць другі ціск, каб паменшыць дэфармацыю дэталі, якая ўзнікае ў выніку заціску.
Апорная паверхня з'яўляецца аптымальным месцам для другой кропкі прыціскання, і сіла прыціскання павінна прыкладацца ў напрамку максімальнай калянасці.
Сіла сціску павінна быць дастатковай, каб прадухіліць расхістванне дэталі, калі ўсё ў парадку.
Гэтая працэдура патрабуе выкарыстання кваліфікаваных аператараў, але яна можа гарантаваць, што апрацаваныя алюмініевыя кампаненты, атрыманыя на станках з ЧПУ, будуць дэфармаваныя як мага менш.
10. Свідраванне і фрэзераванне
Апрацоўка паражнін у алюмініевых дэталях, якія апрацоўваюцца на станках з ЧПУ, мае свае праблемы. Кожны раз, калі фрэза выкарыстоўваецца непасрэдна на дэталі, стружка не будзе гладкай з-за адсутнасці прасторы для фрагментацыі ў фрэзы. Гэта прыводзіць да назапашвання вялікай колькасці цяпла пры рэзанні, якое пашырае і дэфармуе алюмініевыя дэталі, апрацоўваныя на станках з ЧПУ, а таксама пашкоджвае дэталь або інструмент.
Спачатку свідраванне, а потым фрэзероўка — найлепшы спосаб вырашэння гэтай праблемы.
Гэта прадугледжвае свідраванне адтуліны інструментам не меншым за фрэзу, перш чым змясціць фрэзу ў адтуліну для пачатку фрэзеравання.
11. Выкарыстоўвайце спецыяльны алей для рэзкі алюмініевых сплаваў
Спецыяльны алей для рэзкі - гэта тып вадкасці, якую неабходна выкарыстоўваць на працягу ўсяго працэсу рэзкі з ЧПУ для змазкі, астуджэння і ачысткі.
Пры апрацоўцы алюмінію можна выкарыстоўваць некалькі тыпаў астуджальных вадкасцей.
Вадарастваральныя сумесі можна паспяхова выкарыстоўваць для рассейвання цяпла падчас грубай апрацоўкі, калі выдалення матэрыялу дастаткова для стварэння цяпла.
Можна парэкамендаваць выкарыстоўваць чыстае мінеральнае алей для ўшчыльняльнікаў, сумесь мінеральнага алею для ўшчыльняльнікаў і газы ў прапорцыі 50/50, сумесь з 10% свінога тлушчу і 90% газы, а таксама мінеральнае алей, разведзенае мінеральным алеем для ўшчыльняльнікаў або газай, вытрыманае 100 секунд.
Новыя алеі для рэзкі звычайна выкарыстоўваюць у якасці асноўных кампанентаў сульфіраваныя супрацьзносныя прысадкі для экстрэмальнага ціску. Гэта звязана з пастаянным удасканаленнем хуткасных рэжучых інструментаў, абсталявання і працэсаў. Гэта дапамагае абараніць інструменты ў працэсе звышвысокай хуткасці рэзання, павысіць дакладнасць працэсу і эфектыўнасць рэзання.
