L'alluminio e le sue leghe trovano numerose applicazioni in diversi settori come quello dei trasporti, dell'ingegneria generale, elettrico, strutturale e delle costruzioni. È utile anche nella produzione di prodotti domestici e per l'imballaggio nei settori chimico e alimentare. L'alluminio rispetto ad altri metalli ha una bassa durezza ed un elevato valore di dilatazione termica. Ciò rende la produzione di componenti di precisione in alluminio vulnerabile alla deformazione del prodotto.
Numerosi fattori contribuiscono alla deformazione dei componenti di precisione in lega di alluminio. Questi fattori includono il materiale, l'ambiente di produzione, la forma della parte e le prestazioni del fluido da taglio. Di seguito sono riportati i modi per ridurre la distorsione nei componenti in lega di alluminio durante la lavorazione CNC:
1. Ridurre lo stress interno del materiale in alluminio
Lo stress è definito come la misurazione delle forze interne indotte dalle particelle all'interno di un materiale che esercitano pressione l'una sull'altra. La deformazione è una misura dello stress, che riflette il grado di deformazione indotto dalla tensione interna di un materiale. La deformazione in un materiale è indotta da forze interne o esterne. Le forze esterne applicano stress alla massa del materiale (ad esempio, gravità) o alla sua superficie (ad esempio, forze di contatto, pressione esterna, attrito).
Lo stress residuo è una forma comune di stress che comunemente viene lasciata dal processo di produzione. Lo stress residuo provoca la massima distorsione nei componenti sottili.
Alcuni dei metodi più comuni per rilasciare la tensione nell'alluminio sono:
- Effettuare una serie di tagli lievi man mano che il componente si avvicina alle dimensioni completate. L'alleviamento dello stress sulla parte tra la lavorazione di sgrossatura e quella di finitura può anche ridurre o eliminare la distorsione causata dalle sollecitazioni di lavorazione
- Anche il rilascio di stress vibrazionale (VSR) è un altro metodo comune per alleviare lo stress. Il VSR comporta la piegatura del metallo con un'ampiezza sufficiente a combinare lo stress generato e quello residuo. Di conseguenza si verifica un flusso plastico, con conseguente riduzione della tensione. Per ottimizzare la quantità di riduzione dello stress, il VSR prende di mira la frequenza di risonanza del metallo. Questo metodo di riduzione dello stress non termico viene utilizzato nella lavorazione dei metalli per migliorare la stabilità dimensionale e l'integrità meccanica. Viene utilizzato in particolare per alluminio fuso, forgiato o saldato. I componenti di precisione con tolleranze dimensionali o geometriche eccezionalmente strette vengono spesso utilizzati con il VSR.
- La criogenia è un altro metodo di distensione che riduce la tensione residua oltre a migliorare la resistenza all'usura e alla corrosione. Un manufatto in alluminio viene posto in un apposito serbatoio e sottoposto ad azoto liquido. A seconda del tipo di lega e dello spessore, la temperatura scende fino a -300°F e il metallo viene lasciato lì per un determinato periodo di tempo. Successivamente la temperatura viene gradualmente aumentata fino a raggiungere la temperatura ambiente. Il metodo criogenico rappresenta un'alternativa alle tecniche più diffuse di trattamento termico. L'alluminio trattato in questo modo ha minori possibilità di deformarsi ed è più resistente e durevole. Altri vantaggi includono meno fessurazioni da stress, un coefficiente di attrito inferiore e una maggiore resistenza agli urti. Le parti gestite in questo modo sono più adatte alla lavorazione e alla riparazione e le parti completate hanno una durata di vita più lunga.
- Metodi di trattamento termico dell'alluminio
- Ricottura. Le leghe di alluminio vengono spesso incrudite nelle prime fasi del ciclo di produzione. La deformazione plastica intenzionale di un pezzo viene spesso descritta come incrudimento. L'incrudimento modifica la struttura cristallina all'interno del metallo e viene successivamente ripristinato mediante ricottura. Il metallo viene riscaldato fino a tre ore, a temperature che vanno da 570°F a 770°F. Ciò riduce la tensione causata dal processo di incrudimento e aiuta nella risoluzione di deformazioni e altre difficoltà.
- Il trattamento termico della soluzione è un altro tipo di trattamento termico. Il metallo viene immerso in una soluzione ad alta temperatura (tra 825°F e 980°F) e poi raffreddato per raffreddare rapidamente la sostanza. Questa intrappola i componenti disciolti, che poi precipitano, determinando un effetto di indurimento per invecchiamento. Il metallo è facile da lavorare subito dopo la tempra, ma con il tempo si indurisce e diventa sempre più difficile da lavorare.
2. Migliora l'efficienza di taglio dell'utensile.
È fondamentale scegliere gli utensili da taglio corretti per ridurre la deformazione della lavorazione dei componenti. Il materiale dell'utensile da taglio e i fattori geometrici hanno un impatto significativo sulla forza di taglio e sul calore.
I fattori geometrici che influenzano l’efficienza dell’utensile sono:
i. Angolo anteriore
L'angolo anteriore deve essere impostato con attenzione per preservare la resistenza della lama; altrimenti, i bordi affilati si deteriorerebbero. L'angolo di spoglia dovrebbe essere opportunamente ampio per preservare la resistenza del bordo. Da un lato, può essere utilizzato per affilare i bordi. D'altro canto, può anche ridurre la distorsione del taglio, garantire una rimozione fluida dei trucioli e quindi ridurre la forza di taglio e la temperatura. L'uso di utensili con angolo di spoglia negativo non è consigliato.
ii. Angolo posteriore
L'angolo posteriore ha un effetto significativo sull'usura laterale e sulla qualità della lavorazione. Quando si determina l'angolo posteriore, lo spessore di taglio è un fattore essenziale da considerare. L'utensile utilizzato deve avere adeguate condizioni di dissipazione del calore, pertanto è opportuno utilizzare un angolo di scarico inferiore. Ciò è dovuto all'elevata velocità di avanzamento, al forte carico di taglio e all'elevata produzione di calore nella fresatura di sgrossatura. Nella fresatura fine sono necessari spigoli vivi per diminuire l'attrito tra il lato e la superficie lavorata, nonché la deformazione elastica. Di conseguenza, si dovrebbe scegliere un angolo di scarico più ampio.
iii. Angolo dell'elica
L'angolo dell'elica deve essere ampio quanto appropriato per garantire una fresatura uniforme e una forza di fresatura inferiore.
iv. Angolo di deviazione principale
Un corretto abbassamento dell'angolo di deviazione primario può migliorare le condizioni di dissipazione del calore e abbassare la temperatura media dell'area di lavorazione.
3. Le tecniche di bloccaggio del pezzo dovrebbero essere migliorate
In alcuni componenti in alluminio a parete sottile con bassa rigidità, è possibile utilizzare i metodi di bloccaggio descritti di seguito per ridurre la deformazione:
Mandrino autocentrante a tre griffe
- Se si utilizza un mandrino autocentrante a tre griffe o un mandrino a molla per bloccare i componenti a parete sottile della boccola di lavorazione CNC dalla direzione radiale, il pezzo si deformerà senza dubbio una volta rilasciato dopo la lavorazione.
Dovrebbe essere adottato un metodo di pressatura della faccia terminale assiale con buona rigidità. Un mandrino filettato è prodotto per trovare il foro interno della parte in base alla posizione del foro interno della parte. Dovrebbe essere inserito nel foro interno della parte. La faccia terminale è compressa con la piastra di copertura e il dado è serrato all'indietro, con la deformazione di sbloccaggio che può essere prevenuta durante la lavorazione del cerchio esterno e può essere ottenuta la precisione della lavorazione.
- A meno che non si lavorino componenti di piastre a parete sottile, è consigliabile utilizzare ventose a vuoto per ottenere una forza di bloccaggio distribuita in modo più uniforme, quindi lavorare con una quantità di taglio inferiore per evitare la deformazione della parte.
In alternativa, possono essere impiegate procedure di riempimento. Per aumentare la rigidità del processo di pezzi a pareti sottili, è possibile introdurre fluidi nel pezzo per ridurre la deformazione del pezzo durante il bloccaggio e il taglio. Ad esempio, è possibile versare nel pezzo una soluzione fusa di urea contenente dal 3% al 6% di nitrato di potassio. Dopo la lavorazione, immergere il pezzo in acqua o alcool, quindi sciogliere e scaricare il riempitivo.
4. Migliorare la progettazione degli utensili da taglio
Utensili da taglio
- Ridurre il numero di denti della fresa aumentando allo stesso tempo lo spazio di ritenzione del truciolo.
A causa dell'elevata plasticità del materiale di alluminio e dell'elevata deformazione da taglio durante la lavorazione, è necessaria un'area del truciolo più grande.
Pertanto, il raggio del fondo della scanalatura del truciolo dovrebbe essere più grande, ma il numero di denti della fresa dovrebbe essere più piccolo. Il raggio del fondo del serbatoio dovrebbe essere aumentato, mentre il numero di denti della fresa dovrebbe essere diminuito. Per ridurre al minimo la distorsione dei componenti in lega di alluminio a parete sottile dovuta al blocco del truciolo, vengono utilizzati due denti di taglio in una fresa da 20 mm o meno e tre denti di taglio in una fresa da 30 a 60 mm.
- Affilare finemente i denti.
Il tagliente ha una rugosità Ra=0.4um o inferiore. Prima di utilizzare un utensile da taglio nuovo, è necessario eseguire alcuni sfregamenti delicati con asfalto fine sulla parte anteriore e posteriore dei denti della taglierina per rimuovere eventuali bave o piccoli segni seghettati che potrebbero essere rimasti dopo la molatura dei denti dell'utensile. Grazie a questo metodo, il calore di taglio viene ridotto e la distorsione di taglio ridotta al minimo.
- Controllare il più rigorosamente possibile lo standard di usura dell'utensile.
La rugosità superficiale del pezzo in lavorazione aumenta con l'usura dell'utensile, insieme alla temperatura di taglio e alla deformazione del pezzo in lavorazione. Di conseguenza, oltre a selezionare materiali per utensili con elevata resistenza all'usura, lo standard di usura dell'utensile non dovrebbe essere superiore a 0.2 mm, altrimenti si producono facilmente bordi di truciolo. Per evitare distorsioni, la temperatura del pezzo in lavorazione trattato non dovrebbe superare i 100 °C durante il taglio mediante fresatura CNC o tornitura CNC.
5. Organizzare il processo produttivo in modo appropriato
Le vibrazioni si verificano frequentemente durante la fresatura nel taglio ad alta velocità a causa dell'ampio margine di lavorazione e del taglio intermittente. Ciò influisce sulla precisione della lavorazione e sulla ruvidità della superficie. Di conseguenza, il processo di taglio ad alta velocità CNC è generalmente classificato come segue: lavorazione di sgrossatura-lavorazione di semifinitura-lavorazione di angoli liberi-finitura. Potrebbe essere essenziale intraprendere una seconda fase di semifinitura prima della finitura per articoli che richiedono un elevato livello di precisione. I pezzi vengono lasciati raffreddare naturalmente dopo la lavorazione di sgrossatura per ridurre tensioni e deformazioni interne.
Dopo la sgrossatura, il margine residuo dovrebbe essere maggiore della distorsione, generalmente 1-2 mm. La superficie della parte dovrebbe essere omogenea durante la finitura.
In generale, mantenere stabile l'utensile durante il processo di finitura con 0.2-0.5 mm è la tecnica migliore per ridurre la deformazione del taglio, ottenere un'elevata qualità di lavorazione della superficie e mantenere la correttezza del prodotto.
A parte le ragioni sopra indicate, anche la tecnica operativa è fondamentale nel funzionamento reale e il metodo operativo corretto può ridurre significativamente la flessione dei componenti in lega di alluminio.
6. Lavorazione simmetrica
Per migliorare la dissipazione del calore e prevenire la deformazione termica nei componenti di lavorazione dell'alluminio CNC con tolleranze di lavorazione elevate, è necessario evitare una concentrazione estrema di calore. L'elaborazione simmetrica è una tecnica che può essere utilizzata per fare questo.
Consideriamo il caso di una piastra metallica spessa 90 mm che deve essere ridotta a 60 mm di spessore. Anche se ogni superficie è trattata fino alla dimensione finale e la tolleranza di lavorazione continua è considerevole, se il lato di fresatura viene trasferito istantaneamente all'altro lato, la concentrazione del calore sarà un problema e la planarità della piastra in lega sarà di soli 5 mm
Tuttavia, se la tecnica di lavorazione simmetrica viene eseguita su entrambi i lati, ogni superficie può essere trattata almeno altre due volte fino al raggiungimento della dimensione finale, che è favorevole alla dissipazione del calore e la planarità può essere regolata a 0.3 mm.
7. Selezionare i parametri di taglio adatti
La forza di taglio e il calore di taglio risultante possono essere ridotti utilizzando i parametri di taglio corretti. Quando i parametri di taglio sono più grandi del solito nel processo di lavorazione meccanica, ciò comporterà una forza di taglio eccessiva. Una forza di taglio eccessiva può facilmente causare la deformazione dei componenti, oltre a influenzare la rigidità del mandrino e la longevità dell'utensile.
La quantità di profondità di taglio posteriore ha il maggiore impatto sulla forza di taglio di tutti i parametri di taglio. Ridurre il numero di utensili da taglio è essenziale per garantire che i pezzi non si deformino. Tuttavia, ciò causa una riduzione dell'efficienza di lavorazione. Questa sfida può essere risolta con la fresatura ad alta velocità della lavorazione a controllo numerico.
La lavorazione può ridurre la forza di taglio e garantire l'efficienza della lavorazione riducendo la profondità di taglio posteriore, aumentando l'avanzamento e aumentando la velocità della macchina.
8. Prendere nota della sequenza del percorso pedonale dell'utensile da taglio
Le sequenze di taglio per la sgrossatura e la finitura dovrebbero essere distinte.
La lavorazione di sgrossatura dà priorità all'efficienza della lavorazione e all'obiettivo del tasso di asportazione per unità di tempo. Nella maggior parte dei casi è possibile utilizzare la fresatura inversa. (Un laminatoio a inversione è un tipo di laminatoio in cui il pezzo viene fatto scorrere tra una coppia di rulli sia in avanti che all'indietro. Il laminatoio a inversione prende il nome dal fatto che l'acciaio va avanti e indietro tra i rulli, riducendo gradualmente lo spessore ad ogni passaggio)
Ciò significa che il materiale in eccesso sulla superficie del pezzo grezzo viene rimosso nel modo più rapido ed efficiente possibile e viene essenzialmente generato il contorno geometrico necessario per la finitura.
Quando si tratta di finitura, l'accento dovrebbe essere posto sulla precisione e sulla qualità e si dovrebbe utilizzare la fresatura concorde. Durante la fresatura concorde lo spessore di taglio dei denti della fresa scende costantemente dal massimo allo zero, quindi il grado di incrudimento è notevolmente ridotto, così come il grado di deformazione del componente.
9. Compressione doppia di parti a pareti sottili
La forza di serraggio provoca deformazione durante la lavorazione di componenti di lavorazione in alluminio CNC. Prima che venga raggiunta la dimensione finale, il pezzo pressato deve essere rilasciato e la pressione deve essere ridotta per riportarlo alla sua forma iniziale. Quindi è necessario applicare la seconda pressione per ridurre la deformazione del pezzo prodotta dal bloccaggio.
La superficie di supporto è il luogo ottimale per il secondo punto di pressione e la forza di serraggio deve essere applicata nella direzione della massima rigidità.
Se tutto è in ordine, la forza di compressione dovrebbe essere adeguata per evitare che il pezzo si allenti.
Questa procedura richiede l'impiego di operatori esperti, ma può garantire che i componenti di lavorazione dell'alluminio cnc lavorati si deformino il meno possibile.
10 Perforazione e fresatura
La lavorazione delle cavità nei componenti di lavorazione CNC in alluminio presenta una serie di sfide. Ogni volta che la fresa viene utilizzata direttamente sul componente, i trucioli di taglio non saranno lisci a causa della mancanza di spazio di frammentazione della fresa. Ciò provoca un'enorme quantità di calore di taglio che si accumula, espandendo e deformando le parti di lavorazione CNC in alluminio, oltre a causare danni al componente o all'utensile.
Forare prima e poi fresare è la tecnica migliore per gestire questo problema.
Ciò comporta la realizzazione di un foro con un utensile non più piccolo della fresa prima di posizionare la fresa nel foro per iniziare la fresatura.
11 Utilizzare olio da taglio speciale per leghe di alluminio
L'olio da taglio speciale è un tipo di fluido che deve essere utilizzato durante tutto il processo di taglio CNC per lubrificazione, raffreddamento e pulizia.
Durante la lavorazione dell'alluminio è possibile utilizzare diversi tipi di refrigeranti.
Le miscele idrosolubili possono essere utilizzate con successo per disperdere il calore durante le lavorazioni di sgrossatura dove l'asportazione di materiale è sufficiente per creare calore.
Altri oli che possono essere utilizzati sono l'olio di tenuta minerale puro, una miscela 50-50 di olio di tenuta minerale e cherosene, una miscela di olio di strutto al 10% e cherosene al 90% e un olio minerale ridotto per 100 secondi con olio di tenuta minerale o cherosene. essere informati.
I nuovi oli da taglio utilizzano tipicamente additivi antiusura solforati per pressioni estreme come componenti principali. Ciò è dovuto al continuo miglioramento degli strumenti, delle attrezzature e dei processi di taglio ad alta velocità. Ciò aiuta a proteggere gli utensili nel processo di taglio ad altissima velocità, a migliorare la precisione del processo e l'efficienza di taglio.
