Aliuminis ir jo lydiniai turi daug pritaikymo galimybių įvairiuose sektoriuose, tokiuose kaip transportas, bendroji inžinerija, elektrotechnika, konstrukcijų ir statybos sritys. Jie taip pat naudingi gaminant buitinius gaminius ir pakuojant chemijos bei maisto sektoriuose. Aliuminis, palyginti su kitais metalais, pasižymi mažu kietumu ir didele šiluminio plėtimosi verte. Dėl to tiksliųjų aliuminio komponentų gamyba yra jautri gaminio deformacijai.
Prie aliuminio lydinių tiksliųjų komponentų deformacijos prisideda įvairūs veiksniai. Šie veiksniai apima medžiagą, gamybos aplinką, detalės formą ir pjovimo skysčio charakteristikas. Toliau pateikiami būdai, kaip sumažinti aliuminio lydinių komponentų deformaciją CNC apdirbimo metu:
1. Sumažinkite aliuminio medžiagos vidinį įtempį
Įtempis apibrėžiamas kaip vidinių jėgų, kurias sukelia medžiagos dalelės, spaudžiančios viena kitą, matavimas. Deformacija yra įtempio matas, atspindintis deformacijos laipsnį, kurį sukelia medžiagos vidinė įtampa. Medžiagos deformaciją sukelia vidinės arba išorinės jėgos. Išorinės jėgos įtempia medžiagos masę (pvz., gravitaciją) arba jos paviršių (pvz., sąlyčio jėgos, išorinis slėgis, trintis).
Liekamasis įtempis yra įprasta įtempio forma, kuri dažniausiai lieka gamybos procese. Liekamasis įtempis sukelia didžiausią deformaciją plonuose komponentuose.
Kai kurie iš labiausiai paplitusių aliuminio įtempimo atpalaidavimo būdų yra šie:
- Atliekant seriją švelnių pjūvių, kai komponentas artėja prie galutinio dydžio. Įtempių mažinimas detalėje tarp grubaus ir galutinio apdirbimo taip pat gali sumažinti arba pašalinti deformacijas, kurias sukelia apdirbimo įtempiai.
- Vibracinis įtempių mažinimas (VĮM) taip pat yra dar vienas įprastas įtempių mažinimo būdas. VĮM apima metalo lenkimą pakankama amplitude, kad būtų sujungti susidarę ir likę įtempiai. Dėl to atsiranda plastinis tekėjimas, dėl kurio sumažėja įtempis. Siekiant optimizuoti įtempių mažinimą, VĮM nukreipiamas į metalo rezonansinį dažnį. Šis neterminio įtempių mažinimo metodas naudojamas metalo apdirbime, siekiant pagerinti matmenų stabilumą ir mechaninį vientisumą. Jis ypač naudojamas liejiniui, kaltam arba suvirintam aliuminiui. Su VĮM dažnai naudojami tikslūs komponentai su itin griežtais matmenų arba geometriniais nuokrypiais.
- Kriogenika yra dar vienas įtempių mažinimo metodas, kuris sumažina liekamąjį įtempimą ir kartu pagerina atsparumą dilimui bei korozijai. Aliuminio gaminys dedamas į specialų baką ir veikiamas skystu azotu. Priklausomai nuo lydinio rūšies ir storio, temperatūra nukrenta iki -300 °F, o metalas ten paliekamas tam tikrą laiką. Tada temperatūra palaipsniui didinama iki kambario temperatūros. Kriogeninis metodas yra alternatyva labiau paplitusiems terminio apdorojimo metodams. Tokiu būdu apdorotas aliuminis turi mažesnę deformacijos tikimybę, yra tvirtesnis ir patvaresnis. Kiti privalumai yra mažesnė įtrūkimų atsiradimo tikimybė, mažesnis trinties koeficientas ir padidėjęs atsparumas smūgiams. Tokiu būdu apdorojamos dalys yra lengviau apdirbamos ir taisomos, o pagamintos dalys tarnauja ilgiau.
- Aliuminio terminio apdorojimo metodai
- Atkaitinimas. Aliuminio lydiniai dažnai grūdinami deformaciniu būdu gamybos ciklo pradžioje. Sąmoninga ruošinio plastinė deformacija dažnai vadinama grūdinimu deformacijos būdu. Grūdinimas deformacijos būdu pakeičia kristalinę struktūrą metalo viduje ir vėliau atkaitinant ją atstato. Metalas kaitinamas iki trijų valandų, temperatūroje nuo 570 °C iki 770 °C. Tai sumažina grūdinimo proceso metu atsirandančią įtampą ir padeda išspręsti deformaciją bei kitus sunkumus.
- Tirpalo terminis apdorojimas yra dar vienas terminio apdorojimo tipas. Metalas panardinamas į aukštos temperatūros (nuo 825 °F iki 980 °F) tirpalą ir po to grūdinamas, kad medžiaga greitai atvėstų. Taip sulaikomi ištirpę komponentai, kurie vėliau iškrenta ir sukelia grūdinimo efektą. Su metalu lengva dirbti iškart po grūdinimo, tačiau laikui bėgant jis kietėja ir su juo tampa vis sunkiau dirbti.
2. Padidinkite įrankio pjovimo efektyvumą.
Labai svarbu pasirinkti tinkamus pjovimo įrankius, kad sumažėtų komponentų apdirbimo deformacija. Pjovimo įrankio medžiaga ir geometriniai veiksniai daro didelę įtaką pjovimo jėgai ir šilumai.
Geometriniai veiksniai, darantys įtaką įrankio efektyvumui, yra šie:
i. Priekinis kampas
Priekinis kampas turi būti kruopščiai nustatytas, kad būtų išsaugotas ašmenų tvirtumas; kitaip aštrūs kraštai pablogės. Nuolydžio kampas turi būti pakankamai didelis, kad būtų išsaugotas ašmenų tvirtumas. Viena vertus, jis gali būti naudojamas kraštams galąsti. Kita vertus, jis gali sumažinti pjovimo iškraipymus, užtikrinti sklandų drožlių pašalinimą ir sumažinti pjovimo jėgą bei temperatūrą. Nerekomenduojama naudoti neigiamo nuolydžio kampo įrankių.
ii. Galinis kampas
Užpakalinis kampas daro didelę įtaką šoniniam dilimui ir apdorojimo kokybei. Nustatant užpakalinį kampą, pjovimo storis yra esminis veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti. Naudojamas įrankis turi užtikrinti tinkamas šilumos išsklaidymo sąlygas, todėl reikėtų naudoti mažesnį reljefo kampą. Taip yra dėl didelio pastūmos greičio, didelės pjovimo apkrovos ir didelio šilumos išsiskyrimo grubaus frezavimo metu. Atliekant smulkųjį frezavimą, būtini aštrūs kraštai, kad sumažėtų trintis tarp šono ir apdirbamo paviršiaus, taip pat elastinė deformacija. Todėl reikėtų pasirinkti platesnį reljefo kampą.
iii. Sraigtinis kampas
Spiralės kampas turi būti kuo didesnis, kad frezavimas būtų sklandus ir būtų mažesnė frezavimo jėga.
iv. Pagrindinis nuokrypio kampas
Tinkamas pirminio nuokrypio kampo sumažinimas gali pagerinti šilumos išsklaidymo sąlygas ir sumažinti vidutinę apdorojimo zonos temperatūrą.
3. Reikėtų patobulinti ruošinių tvirtinimo būdus
Tam tikruose plonasieniuose aliuminio komponentuose, kurių standumas mažas, deformacijai sumažinti gali būti naudojami toliau aprašyti tvirtinimo metodai:
Trijų žandikaulių savaime centruojantis griebtuvas
- Jei plonasienių CNC apdirbimo įvorių komponentams radialine kryptimi pritvirtinti naudojamas trijų žandikaulių savaime centruojantis griebtuvas arba spyruoklinis griebtuvas, po apdirbimo atleistas ruošinys neabejotinai deformuosis.
Reikėtų taikyti tvirtą ašinio galo presavimo metodą. Srieginis įtvaras, skirtas detalės vidinei skylei nustatyti pagal jos padėtį, turėtų būti įstatytas į detalės vidinę skylę. Galinis paviršius suspaudžiamas su dengiamąja plokšte, o veržlė priveržiama atgal, kad apdirbant išorinį apskritimą būtų išvengta atlaisvinimo deformacijos ir būtų pasiektas apdirbimo tikslumas.
- Jei neapdorojate plonasienių plokščių komponentų, patartina naudoti vakuuminius siurbtukus, kad prispaudimo jėga būtų paskirstyta tolygiau, o tada apdoroti mažesniu pjovimo kiekiu, kad būtų išvengta detalės deformacijos.
Arba galima naudoti užpildymo procedūras. Norint padidinti plonasienių ruošinių standumą, į ruošinį galima įpilti užpildo, kuris sumažintų ruošinio deformaciją įspaudimo ir pjovimo metu. Pavyzdžiui, į ruošinį galima įpilti karbamido lydalo, kuriame yra 3–6 % kalio nitrato. Po apdorojimo ruošinį panardinkite į vandenį arba alkoholį, tada ištirpinkite ir nusausinkite užpildą.
4. Tobulinti pjovimo įrankių dizainą
Pjaustymo įrankiai
- Sumažinkite frezos dantų skaičių, kartu padidindami drožlių laikymo erdvę.
Dėl didelio aliuminio medžiagos plastiškumo ir didelės pjovimo deformacijos apdorojimo metu reikalingas didesnis drožlės plotas.
Taigi, drožlės griovelio dugno spindulys turėtų būti didesnis, o frezos dantų skaičius – mažesnis. Rezervuaro dugno spindulys turėtų būti padidintas, o frezos dantų skaičius – mažesnis. Siekiant sumažinti aliuminio lydinio plonasienių komponentų deformaciją dėl drožlių užsikimšimo, 20 mm ar mažesnio skersmens frezoje naudojami du pjovimo dantys, o 30–60 mm skersmens frezoje – trys pjovimo dantys.
- Smulkiai pagaląskite dantis.
Pjovimo briaunos šiurkštumas Ra = 0.4 μm arba mažesnis. Prieš naudojant naują pjovimo įrankį, priekinius ir galinius pjovimo dantis reikia švelniai patrinti smulkiu asfaltu, kad būtų pašalintos bet kokios šerpetojančios dalelės ar nedideli dantyti žymės, kurios galėjo likti po įrankio dantų šlifavimo. Dėl šio metodo sumažėja pjovimo šiluma ir pjovimo deformacija.
- Kuo griežčiau kontroliuokite įrankio nusidėvėjimo standartą.
Ruošinio paviršiaus šiurkštumas didėja įrankiui dylant, kartu su pjovimo temperatūra ir ruošinio deformacija. Todėl, be to, kad reikia pasirinkti įrankių medžiagas, pasižyminčias dideliu atsparumu dilimui, įrankio dilimo standartas neturėtų būti didesnis nei 0.2 mm, kitaip lengvai susidaro skilimo briaunos. Siekiant išvengti deformacijų, apdorojamo ruošinio temperatūra pjaustant CNC frezavimo arba CNC tekinimo staklėmis neturėtų viršyti 100 °C.
5. Tinkamai organizuoti gamybos procesą
Frezuojant dideliu greičiu, vibracija dažnai atsiranda dėl didelės apdirbimo tolerancijos ir pertraukiamo pjovimo. Tai turi įtakos apdirbimo tikslumui ir paviršiaus šiurkštumui. Todėl CNC didelio greičio pjovimo procesas plačiai klasifikuojamas taip: grubus apdirbimas - pusiau apdailos apdirbimas - švarių kampų apdirbimas - apdaila. Prieš apdirbant gaminius, kuriems reikalingas didelis tikslumas, gali tekti atlikti antrą pusiau apdailos etapą. Po grubaus apdirbimo detalėms leidžiama natūraliai atvėsti, kad sumažėtų vidinė įtampa ir deformacija.
Po grubaus apdirbimo liekamoji riba turėtų būti didesnė už iškraipymą, paprastai 1–2 mm. Detalės paviršius viso apdailos metu turi būti vienodas.
Apskritai, norint sumažinti pjovimo deformaciją, pasiekti aukštą paviršiaus apdorojimo kokybę ir išlaikyti gaminio teisingumą, įrankio stabilizavimas apdailos proceso metu, naudojant 0.2–0.5 mm gylį.
Be aukščiau išvardytų priežasčių, realiomis eksploatavimo sąlygomis labai svarbi ir eksploatavimo technika, o tinkamas eksploatavimo metodas gali žymiai sumažinti aliuminio lydinio komponentų lenkimą.
6. Simetrinis apdirbimas
Norint pagerinti šilumos išsklaidymą ir išvengti terminės deformacijos CNC aliuminio apdirbimo komponentuose su dideliais apdirbimo leidimais, reikia vengti per didelės šilumos koncentracijos. Tam galima naudoti simetrišką apdirbimą.
Tarkime, kad 90 mm storio metalinę plokštę reikia sumažinti iki 60 mm storio. Nors kiekvienas paviršius apdorojamas iki galutinio dydžio ir nepertraukiamo apdirbimo tolerancija yra didelė, jei frezuojama pusė akimirksniu perkeliama į kitą pusę, šilumos koncentracija taps problema, o lydinio plokštės lygumas bus tik 5 mm.
Tačiau, jei simetriškas apdorojimo būdas atliekamas iš abiejų pusių, kiekvieną paviršių galima apdoroti bent du kartus, kol pasiekiamas galutinis dydis, o tai palanku šilumos išsklaidymui, o lygumą galima reguliuoti ties 0.3 mm.
7. Pasirinkite tinkamus pjovimo parametrus
Pjovimo jėgą ir susidarančią pjovimo šilumą galima sumažinti naudojant tinkamus pjovimo parametrus. Kai mechaninio apdirbimo procese pjovimo parametrai yra didesni nei įprastai, pjovimo jėga bus per didelė. Per didelė pjovimo jėga gali lengvai deformuoti komponentus, taip pat paveikti veleno standumą ir įrankio ilgaamžiškumą.
Iš visų pjovimo parametrų pjovimo jėgai didžiausią įtaką daro pjovimo gylis. Pjovimo įrankių skaičiaus sumažinimas yra būtinas siekiant užtikrinti, kad detalės neišsikraipytų. Tačiau dėl to sumažėja apdorojimo efektyvumas. Šį iššūkį galima išspręsti naudojant skaitmeninio valdymo apdirbimo greitaeigį frezavimą.
Apdirbimas gali sumažinti pjovimo jėgą ir užtikrinti apdorojimo efektyvumą sumažinant pjovimo gylį, padidinant padavimą ir mašinos greitį.
8. Atkreipkite dėmesį į pjovimo įrankio ėjimo tako seką
Grubaus apdirbimo ir apdailos pjovimo sekos turėtų būti skirtingos.
Grubaus apdirbimo metu pirmenybė teikiama apdirbimo efektyvumui ir tikslui – pašalinti medžiagą per laiko vienetą. Daugeliu atvejų galima naudoti atvirkštinį frezavimą. (Atvirkštinio frezavimo staklės yra valcavimo staklės, kuriose ruošinys judinamas tarp dviejų valcų tiek pirmyn, tiek atgal. Atvirkštinio frezavimo staklės pavadinimą gavo dėl to, kad plienas juda pirmyn ir atgal tarp valcų, palaipsniui mažindamas storį su kiekvienu praėjimu.)
Tai yra, kuo greičiau ir efektyviau pašalinamas ruošinio paviršiuje esantis perteklinis medžiagos kiekis, ir iš esmės sugeneruojamas apdailai reikalingas geometrinis kontūras.
Kalbant apie apdailą, reikėtų pabrėžti tikslumą ir kokybę, taip pat naudoti frezavimą žemyn. Frezuojant žemyn, pjovimo dantų pjovimo storis tolygiai mažėja nuo maksimumo iki nulio, todėl žymiai sumažėja deformacinio grūdinimo laipsnis, taip pat ir komponento deformacijos laipsnis.
9. Dvigubas plonasienių dalių suspaudimas
Apdorojant CNC aliuminio apdirbimo komponentus, prispaudimo jėga sukelia deformaciją. Prieš pasiekiant galutinį dydį, presuotą detalę reikia atleisti ir sumažinti slėgį, kad ji atgautų pradinę formą. Tada reikia taikyti antrą slėgį, kad sumažėtų prispaudimo metu susidariusios ruošinio deformacija.
Atraminis paviršius yra optimali vieta antrajam prispaudimo taškui, o prispaudimo jėga turėtų būti taikoma maksimalaus standumo kryptimi.
Suspaudimo jėga turėtų būti pakankama, kad ruošinys neatsipalaiduotų, jei viskas tvarkoje.
Šiai procedūrai reikalingi kvalifikuoti operatoriai, tačiau ji gali užtikrinti, kad apdoroti CNC aliuminio apdirbimo komponentai būtų kuo mažiau deformuoti.
10. Gręžimas ir frezavimas
CNC aliuminio apdirbimo komponentų ertmių apdirbimas turi savų iššūkių. Kai freza naudojama tiesiai ant komponento, pjovimo drožlės nebus lygios dėl frezos fragmentacijos erdvės trūkumo. Dėl to susidaro didelis pjovimo šilumos kiekis, kuris plečia ir deformuoja CNC aliuminio apdirbimo detales, taip pat pažeidžia komponentą ar įrankį.
Pirmiausia gręžti, o tada frezuoti – geriausias būdas išspręsti šią problemą.
Tai reiškia, kad prieš įdedant frezą į skylę, reikia išgręžti skylę įrankiu, ne mažesniu už frezą.
11. Naudokite specialią aliuminio lydinių pjovimo alyvą
Speciali pjovimo alyva yra skysčio rūšis, kuri turi būti naudojama visame CNC pjovimo procese tepimui, aušinimui ir valymui.
Aliuminio apdirbimo metu gali būti naudojami keli aušinimo skysčiai.
Vandenyje tirpūs mišiniai gali būti sėkmingai naudojami šilumai išsklaidyti grubaus apdirbimo metu, kai šilumai susidaryti pakanka vien pašalinant medžiagas.
Kiti alyvos variantai yra grynas mineralinis sandarinimo alyvos mišinys, 50–50 mineralinio sandarinimo alyvos ir žibalo mišinys, 10 % kiaulinių taukų aliejaus ir 90 % žibalo mišinys bei 100 sekundžių mineralinė alyva, praskiesta mineraliniu sandarinimo alyva arba žibalu.
Naujose pjovimo alyvose paprastai naudojami sieringi ekstremalaus slėgio apsaugos nuo dilimo priedai. Taip yra dėl nuolatinio greitaeigių pjovimo įrankių, įrangos ir procesų tobulinimo. Tai padeda apsaugoti įrankius itin greito pjovimo procese, pagerinti proceso tikslumą ir pjovimo efektyvumą.
