Aluminij i njegove legure imaju brojne primjene u raznim sektorima kao što su promet, opće inženjerstvo, elektrotehnika, konstrukcije i građevinarstvo. Također je koristan u proizvodnji kućanskih proizvoda te za pakiranje u kemijskom i prehrambenom sektoru. Aluminij, u usporedbi s drugim metalima, ima nisku tvrdoću i visoku vrijednost toplinskog širenja. Zbog toga je proizvodnja preciznih aluminijskih komponenti osjetljiva na deformacije.
Različiti čimbenici doprinose deformaciji preciznih komponenti od aluminijskih legura. Ti čimbenici uključuju materijal, proizvodno okruženje, oblik dijela i performanse tekućine za rezanje. Slijede načini za smanjenje izobličenja komponenti od aluminijskih legura tijekom CNC obrade:
1. Smanjite unutarnje naprezanje aluminijskog materijala
Naprezanje se definira kao mjerenje unutarnjih sila izazvanih česticama unutar materijala koje vrše međusobni pritisak. Naprezanje je mjera naprezanja koja odražava stupanj deformacije izazvane unutarnjom napetošću materijala. Naprezanje u materijalu uzrokovano je unutarnjim ili vanjskim silama. Vanjske sile primjenjuju naprezanje na masu materijala (npr. gravitacija) ili na njegovu površinu (npr. kontaktne sile, vanjski tlak, trenje).
Zaostalo naprezanje je uobičajeni oblik naprezanja koji obično ostaje nakon proizvodnog procesa. Zaostalo naprezanje uzrokuje najveća izobličenja u tankim komponentama.
Neke od najčešćih metoda za otpuštanje napetosti u aluminiju su:
- Izrada niza blagih rezova kako se komponenta približava gotovoj veličini. Ublažavanje naprezanja dijela između grube i završne obrade također može smanjiti ili ukloniti izobličenje uzrokovano naprezanjima obrade.
- Vibracijsko otpuštanje naprezanja (VSR) također je još jedan uobičajen način ublažavanja naprezanja. VSR uključuje savijanje metala s dovoljnom amplitudom da se kombiniraju generirano i zaostalo naprezanje. Kao rezultat toga dolazi do plastičnog tečenja, što rezultira ublažavanjem napetosti. Kako bi se optimizirala količina ublažavanja naprezanja, VSR cilja rezonantnu frekvenciju metala. Ova netermalna metoda ublažavanja naprezanja koristi se u obradi metala za poboljšanje dimenzijske stabilnosti i mehaničkog integriteta. Koristi se, posebno za lijevani, kovani ili zavareni aluminij. Precizne komponente s iznimno strogim dimenzijskim ili geometrijskim tolerancijama često se koriste s VSR-om.
- Kriogenika je još jedna metoda ublažavanja naprezanja koja smanjuje zaostalu napetost, a istovremeno poboljšava otpornost na habanje i koroziju. Aluminijski predmet stavlja se u poseban spremnik i podvrgava tekućem dušiku. Ovisno o vrsti legure i debljini, temperatura pada i do -300°F, a metal se tamo ostavlja određeno vrijeme. Temperatura se zatim postupno povećava do sobne temperature. Kriogena metoda je opcija za rasprostranjenije tehnike toplinske obrade. Aluminij obrađen na ovaj način ima manje šanse za deformaciju te je jači i izdržljiviji. Druge prednosti uključuju manje pucanja od naprezanja, niži koeficijent trenja i povećanu otpornost na udarce. Dijelovi koji se na ovaj način obrađuju lakše su strojno obrađuju i popravljaju, a gotovi dijelovi imaju dulji vijek trajanja.
- Metode toplinske obrade aluminija
- Žarenje. Aluminijske legure se često kaljuju u ranoj fazi proizvodnog ciklusa. Namjerna plastična deformacija obratka često se opisuje kao očvršćavanje deformacijom. Očvršćivanje deformacijom mijenja kristalnu strukturu unutar metala, a potom se resetira žarenjem. Metal se zagrijava do tri sata, na temperature u rasponu od 570°C do 770°C. To smanjuje napetost uzrokovanu procesom očvršćavanja deformacijom i pomaže u rješavanju savijanja i drugih poteškoća.
- Toplinska obrada otopinom je druga vrsta toplinske obrade. Metal se uranja u otopinu na visokoj temperaturi (između 825°F i 980°F), a zatim se kali kako bi se tvar brzo ohladila. Time se zadržavaju otopljene komponente koje se zatim talože, što rezultira učinkom očvršćavanja starenjem. Metal je lako obraditi odmah nakon kaljenja, ali s vremenom se stvrdnjava i postaje sve teže obraditi.
2. Poboljšajte učinkovitost rezanja alata.
Ključno je odabrati ispravne alate za rezanje kako bi se smanjila deformacija pri obradi komponenti. Materijal alata za rezanje i geometrijski čimbenici imaju značajan utjecaj na silu rezanja i toplinu.
Geometrijski faktori koji utječu na učinkovitost alata su:
i. Prednji kut
Prednji kut mora biti pažljivo postavljen kako bi se očuvala čvrstoća oštrice; u suprotnom bi se oštri rubovi pogoršali. Kut nagiba trebao bi biti dovoljno velik kako bi se očuvala čvrstoća oštrice. S jedne strane, može se koristiti za oštrenje rubova. S druge strane, također može smanjiti izobličenje rezanja, osigurati glatko uklanjanje strugotine, a zatim smanjiti silu rezanja i temperaturu. Ne preporučuje se upotreba alata s negativnim kutom nagiba.
ii. Stražnji kut
Stražnji kut ima značajan utjecaj na bočno trošenje i kvalitetu obrade. Prilikom određivanja stražnjeg kuta, debljina rezanja je bitan faktor koji treba uzeti u obzir. Alat koji se koristi mora imati odgovarajuće uvjete odvođenja topline, stoga treba koristiti niži kut zaglađivanja. To je zbog velike brzine pomaka, velikog opterećenja rezanja i velike proizvodnje topline kod grubog glodanja. Oštri rubovi su potrebni kod finog glodanja kako bi se smanjilo trenje između bočne strane i obrađene površine, kao i elastična deformacija. Slijedom toga, treba odabrati širi kut zaglađivanja.
iii. Kut zavojnice
Kut spirale mora biti što veći kako bi se osiguralo glatko glodanje i manja sila glodanja.
iv. Glavni kut odstupanja
Pravilno snižavanje primarnog kuta odstupanja može poboljšati uvjete odvođenja topline i sniziti prosječnu temperaturu područja obrade.
3. Tehnike stezanja obratka treba poboljšati
Kod određenih tankostijenih aluminijskih komponenti niske krutosti, metode stezanja opisane u nastavku mogu se koristiti za smanjenje deformacije:
Samocentrirajuća stezna glava s tri čeljusti
- Ako se za stezanje tankostijenih CNC obradnih čahura iz radijalnog smjera koristi tročeljusna samocentrirajuća stezna glava ili opružna stezna glava, obradak će se nesumnjivo iskriviti nakon što se otpusti nakon obrade.
Treba usvojiti metodu prešanja aksijalne čeone površine s dobrom krutošću. Izrađuje se navojni trn za pronalaženje unutarnje rupe dijela na temelju položaja unutarnje rupe dijela. Treba ga umetnuti u unutarnju rupu dijela. Čeona površina se komprimira pokrovnom pločom, a matica se zateže prema natrag, čime se sprječava deformacija od stezanja tijekom obrade vanjskog kruga i postiže preciznost obrade.
- Osim ako se ne obrađuju tankostijene pločaste komponente, preporučljivo je koristiti vakuumske usisne čašice kako bi se postigla ravnomjernije raspoređena sila stezanja, a zatim obrađivati s manjom količinom rezanja kako bi se izbjegla deformacija dijela.
Alternativno, mogu se koristiti postupci punjenja. Kako bi se povećala krutost procesa tankostijenih obratka, u obratak se mogu uvesti mediji kako bi se smanjila deformacija obratka tijekom stezanja i rezanja. Na primjer, u obratak se može uliti talina uree koja sadrži 3% do 6% kalijevog nitrata. Nakon obrade, obratak se uroni u vodu ili alkohol, a zatim otopi i ocijedi punilo.
4. Poboljšajte dizajn alata za rezanje
Alati za rezanje
- Smanjite broj zuba glodalice uz povećanje prostora za držanje strugotine.
Veća površina strugotine je potrebna zbog visoke plastičnosti aluminijskog materijala i velike deformacije rezanja tijekom obrade.
Dakle, polumjer dna žlijeba za strugotinu trebao bi biti veći, ali broj zuba glodala trebao bi biti manji. Polumjer dna spremnika trebao bi se povećati, dok bi se broj zuba glodala smanjio. Kako bi se smanjilo izobličenje tankostijenih komponenti od aluminijske legure zbog začepljenja strugotinom, u glodalu od 20 mm ili manje koriste se dva rezna zuba, a u glodalu od 30 do 60 mm koriste se tri rezna zuba.
- Fino naoštrite zube.
Rezna oštrica ima hrapavost Ra=0.4um ili manje. Prije upotrebe novog alata za rezanje, potrebno je nekoliko puta lagano trljati finim asfaltom prednju i stražnju stranu zuba rezača kako bi se uklonili svi neravnine ili manji nazubljeni tragovi koji su mogli ostati nakon brušenja zuba alata. Zbog ove metode smanjuje se toplina rezanja, a izobličenje rezanja minimizira se.
- Što je strože moguće kontrolirajte standard trošenja alata.
Hrapavost površine obratka raste s trošenjem alata, zajedno s temperaturom rezanja i deformacijom obratka. Kao rezultat toga, osim odabira materijala alata s jakom otpornošću na habanje, standard habanja alata ne smije biti veći od 0.2 mm, inače se lako stvaraju rubovi strugotine. Kako bi se izbjegla deformacija, temperatura obrađenog obratka ne smije prelaziti 100 °C tijekom rezanja CNC glodanjem ili CNC tokarenjem.
5. Pravilno organizirajte proizvodni proces
Vibracije se često javljaju tijekom glodanja pri rezanju velikom brzinom zbog velikog dopuštenog prostora za obradu i povremenog rezanja. To utječe na točnost obrade i hrapavost površine. Kao rezultat toga, CNC proces rezanja velikom brzinom se grubo klasificira na sljedeći način: gruba obrada - poluzavršna obrada - obrada čistih kutova - završna obrada. Za predmete koji zahtijevaju visoku razinu preciznosti može biti bitno poduzeti drugi korak poluzavršne obrade prije završne obrade. Komadi se nakon grube obrade prirodno hlade kako bi se smanjila unutarnja napetost i deformacija.
Nakon grube obrade, preostala margina trebala bi biti veća od izobličenja, općenito 1-2 mm. Površina dijela trebala bi biti homogena tijekom završne obrade.
Općenito, održavanje alata stabilnim tijekom procesa završne obrade s rezom od 0.2-0.5 mm najbolja je tehnika za smanjenje deformacije rezanja, postizanje visoke kvalitete obrade površine i održavanje ispravnosti proizvoda.
Osim gore navedenih razloga, tehnika rada je također ključna u stvarnom radu, a ispravna metoda rada može značajno smanjiti savijanje komponenti od aluminijske legure.
6. Simetrična obrada
Kako bi se poboljšalo odvođenje topline i spriječila toplinska deformacija kod CNC obrade aluminijskih komponenti s velikim dodacima za obradu, mora se izbjegavati ekstremna koncentracija topline. Simetrična obrada je tehnika koja se može koristiti za to.
Razmotrimo slučaj metalne ploče debljine 90 mm koju treba smanjiti na debljinu od 60 mm. Iako je svaka površina obrađena na konačnu veličinu i kontinuirani dodatak za obradu je znatan, ako se strana glodanja trenutno prenese na drugu stranu, koncentracija topline bit će problem, a ravnost legirane ploče bit će samo 5 mm.
Međutim, ako se simetrična tehnika obrade izvodi na obje strane, svaka površina se može obraditi barem još dva puta dok se ne postigne konačna veličina, što je povoljno za odvođenje topline, a ravnost se može regulirati na 0.3 mm.
7. Odaberite odgovarajuće parametre rezanja
Sila rezanja i rezultirajuća toplina rezanja mogu se smanjiti korištenjem pravih parametara rezanja. Kada su parametri rezanja veći od uobičajenih u procesu mehaničke obrade, to će rezultirati prekomjernom silom rezanja. Prekomjerna sila rezanja može lako uzrokovati deformaciju komponenti, kao i utjecati na krutost vretena i dugovječnost alata.
Dubina rezanja ima najveći utjecaj na silu rezanja od svih parametara rezanja. Smanjenje broja alata za rezanje ključno je kako bi se osiguralo da se komadi ne deformiraju. Međutim, to uzrokuje smanjenje učinkovitosti obrade. Ovaj se izazov može riješiti numerički upravljanim glodanjem velikom brzinom.
Strojna obrada može smanjiti silu rezanja i osigurati učinkovitost obrade smanjenjem dubine rezanja, povećanjem posmaka i povećanjem brzine stroja.
8. Zabilježite redoslijed hodanja alata za rezanje
Slijedovi rezanja za grubu obradu i završnu obradu trebaju biti različiti.
Gruba obrada daje prioritet učinkovitosti obrade i cilju brzine uklanjanja materijala po jedinici vremena. U većini slučajeva može se koristiti obrnuto glodanje. (Valjaonica s obrnutim glodanjem je vrsta valjaonice u kojoj se obradak kreće između para valjaka i naprijed i natrag. Valjaonica s obrnutim glodanjem dobila je ime po činjenici da se čelik kreće naprijed-natrag između valjaka, postupno smanjujući debljinu sa svakim prolazom.)
To jest, višak materijala na površini blanka se uklanja što je brže i učinkovitije moguće, te se u biti generira geometrijska kontura potrebna za završnu obradu.
Kada je riječ o završnoj obradi, naglasak treba biti na preciznosti i kvaliteti, a treba koristiti i glodanje u smjeru rezanja. Debljina rezanja zuba rezača stalno pada od maksimuma do nule tijekom glodanja u smjeru rezanja, stoga se stupanj kaljenja znatno smanjuje, kao i stupanj deformacije komponente.
9. Dvostruka kompresija tankostijenih dijelova
Sila stezanja uzrokuje deformaciju tijekom obrade aluminijskih komponenti CNC obradom. Prije nego što se postigne konačna veličina, prešani komad treba otpustiti i smanjiti pritisak kako bi se vratio u početni oblik. Zatim treba primijeniti drugi pritisak kako bi se smanjila deformacija obratka uzrokovana stezanjem.
Potporna površina je optimalno mjesto za drugu točku pritiska, a steznu silu treba primijeniti u smjeru maksimalne krutosti.
Sila kompresije treba biti dovoljna da spriječi otpuštanje obratka ako je sve u redu.
Ovaj postupak zahtijeva korištenje vještih operatera, ali može osigurati da se obrađene aluminijske komponente obrađene CNC obradom deformiraju što je manje moguće.
10. Bušenje i glodanje
Obrada šupljina u CNC obradnim aluminijskim komponentama ima svoj vlastiti skup izazova. Kad god se glodalica koristi izravno na komponenti, strugotine rezanja neće biti glatke zbog nedostatka prostora za fragmentaciju glodalice. To uzrokuje nakupljanje ogromne količine topline rezanja, što širi i deformira CNC obradne aluminijske dijelove, kao i uzrokuje oštećenje komponente ili alata.
Bušenje, a zatim glodanje, najbolja je tehnika za rješavanje ovog problema.
To podrazumijeva bušenje rupe alatom koji nije manji od glodalice prije postavljanja glodalice u rupu za početak glodanja.
11. Koristite posebno ulje za rezanje aluminijskih legura
Specijalno ulje za rezanje je vrsta tekućine koja se mora koristiti tijekom cijelog CNC procesa rezanja za podmazivanje, hlađenje i čišćenje.
Prilikom obrade aluminija može se koristiti nekoliko vrsta rashladnih tekućina.
Mješavine topljive u vodi mogu se uspješno koristiti za raspršivanje topline tijekom grube obrade gdje je uklanjanje materijala dovoljno za stvaranje topline.
Mogu se preporučiti i čisto mineralno ulje za brtve, mješavina mineralnog ulja za brtve i kerozina u omjeru 50–50, mješavina 10% svinjskog ulja i 90% kerozina te mineralno ulje razrijeđeno mineralnim uljem za brtve ili kerozinom u omjeru 100 sekundi.
Nova ulja za rezanje obično koriste sumporizirane aditive protiv habanja pri ekstremnim tlakovima kao svoje glavne komponente. To je zbog kontinuiranog poboljšanja alata, opreme i procesa za rezanje velikom brzinom. To pomaže u zaštiti alata u procesu rezanja ultra velikom brzinom, poboljšava točnost procesa i učinkovitost rezanja.
