Aluminium en zijn legeringen hebben talloze toepassingen in verschillende sectoren, zoals transport, algemene techniek, elektriciteit, constructie en constructie. Het is ook nuttig bij de productie van huishoudelijke producten en voor verpakkingen in de chemische en voedingssector. Aluminium heeft in vergelijking met andere metalen een lage hardheid en een hoge thermische uitzettingswaarde. Dit maakt de productie van aluminium precisiecomponenten kwetsbaar voor productvervorming.
Een verscheidenheid aan factoren draagt bij aan de vervorming van precisiecomponenten van aluminiumlegeringen. Deze factoren omvatten materiaal, productieomgeving, vorm van het onderdeel en prestaties van de snijvloeistof. Hieronder volgen manieren om vervorming in componenten van aluminiumlegeringen tijdens CNC-bewerking te verminderen:
1. Verminder de interne spanning van het aluminiummateriaal
Spanning wordt gedefinieerd als de meting van interne krachten die worden veroorzaakt door deeltjes in een materiaal die druk op elkaar uitoefenen. Rek is een maat voor spanning, die de mate van vervorming weerspiegelt die wordt veroorzaakt door de interne spanning van een materiaal. Rek in een materiaal wordt veroorzaakt door interne of externe krachten. Externe krachten oefenen spanning uit op de massa van het materiaal (bijv. zwaartekracht) of op het oppervlak ervan (bijv. contactkrachten, externe druk, wrijving).
Restspanning is een veel voorkomende vorm van spanning die vaak overblijft na het productieproces. Restspanning veroorzaakt de grootste vervorming in dunne componenten.
Enkele van de meest gebruikelijke methoden om spanning in aluminium op te heffen zijn:
- Een reeks milde sneden maken naarmate het onderdeel de voltooide grootte nadert. Door het onderdeel tussen de voorbewerking en de nabewerking te ontlasten, kan ook de vervorming die door bewerkingsspanningen wordt veroorzaakt, worden verminderd of geëlimineerd
- Vibrational stress release (VSR) is ook een andere veelvoorkomende manier voor spanningsverlichting. VSR houdt in dat het metaal met voldoende amplitude wordt gebogen om de gegenereerde en resterende spanning te combineren. Hierdoor ontstaat plastische stroming, wat resulteert in spanningsverlichting. Om de hoeveelheid spanningsverlichting te optimaliseren, richt VSR zich op de resonantiefrequentie van het metaal. Deze niet-thermische spanningsverlichtingsmethode wordt gebruikt in de metaalbewerking om de dimensionale stabiliteit en mechanische integriteit te verbeteren. Het wordt met name gebruikt voor gegoten, gesmeed of gelast aluminium. Precisiecomponenten met uitzonderlijk nauwe dimensionale of geometrische toleranties worden vaak gebruikt met VSR.
- Cryogenica is een andere methode voor spanningsverlichting die de restspanning vermindert en de slijtvastheid en corrosieweerstand verbetert. Een aluminium voorwerp wordt in een specifieke tank geplaatst en onderworpen aan vloeibare stikstof. Afhankelijk van het soort legering en de dikte daalt de temperatuur tot -300°F, en blijft het metaal daar gedurende een bepaalde tijd. Vervolgens wordt de temperatuur geleidelijk verhoogd tot kamertemperatuur. De cryogene methode is een optie voor meer voorkomende warmtebehandelingstechnieken. Op deze manier behandeld aluminium heeft minder kans op vervorming en is sterker en duurzamer. Andere voordelen zijn onder meer minder spanningsscheuren, een lagere wrijvingscoëfficiënt en een grotere slagvastheid. Onderdelen die op deze manier worden behandeld, zijn gemakkelijker te bewerken en te herstellen, en voltooide onderdelen hebben een langere levensduur.
- Warmtebehandelingsmethoden voor aluminium
- Gloeien. Aluminiumlegeringen worden vaak vroeg in de productiecyclus gehard. De opzettelijke plastische vervorming van een werkstuk wordt vaak omschreven als rekverharding. Door spanningsharding wordt de kristallijne structuur in het metaal gewijzigd en vervolgens door uitgloeien gereset. Het metaal wordt maximaal drie uur verwarmd tot temperaturen variërend van 570°F tot 770°F. Dit vermindert de spanning die wordt veroorzaakt door het hardingsproces en helpt bij het oplossen van kromtrekken en andere problemen.
- Oplossingswarmtebehandeling is een ander type warmtebehandeling. Het metaal wordt ondergedompeld in een oplossing bij een hoge temperatuur (tussen 825°F en 980°F) en vervolgens geblust om de substantie snel af te koelen. Hierdoor worden opgeloste componenten vastgehouden, die vervolgens neerslaan, wat resulteert in een verouderingsverhardend effect. Het metaal is direct na het afschrikken gemakkelijk te bewerken, maar het wordt na verloop van tijd hard en wordt steeds moeilijker om mee te werken.
2. Verbeter de snij-efficiëntie van het gereedschap.
Het is van cruciaal belang om de juiste snijgereedschappen te kiezen om de vervorming van de bewerking van componenten te verminderen. Snijgereedschapmateriaal en geometrische factoren hebben een aanzienlijke invloed op de snijkracht en hitte.
Geometrische factoren die de gereedschapsefficiëntie beïnvloeden zijn:
i. Front Hoek
De voorhoek moet zorgvuldig worden ingesteld om de sterkte van het blad te behouden; anders zouden de scherpe randen verslechteren. De spaanhoek moet behoorlijk groot zijn om de sterkte van de rand te behouden. Enerzijds kan het worden gebruikt om randen te slijpen. Anderzijds kan het ook snijvervorming verminderen, zorgen voor een soepele spaanafvoer en vervolgens de snijkracht en temperatuur verlagen. Het gebruik van gereedschappen met een negatieve spaanhoek wordt afgeraden.
ii. Hoek achter
De achterhoek heeft een aanzienlijk effect op de zijslijtage en de verwerkingskwaliteit. Bij het bepalen van de achterhoek is de snijdikte een essentiële factor om rekening mee te houden. Het gebruikte gereedschap moet over de juiste omstandigheden voor warmteafvoer beschikken, daarom moet een lagere ontlastingshoek worden gebruikt. Dit komt door de hoge voedingssnelheid, de sterke snijbelasting en de hoge warmteproductie bij het voorfrezen. Bij fijn frezen zijn scherpe randen nodig om de wrijving tussen de zijkant en het bewerkte oppervlak en de elastische vervorming te verminderen. Daarom moet een bredere ontlastingshoek worden gekozen.
iii. Helix Hoek
De spiraalhoek moet zo groot zijn als nodig is om soepel frezen en een lagere freeskracht te garanderen.
iv. Belangrijkste afwijkingshoek
Door de primaire afwijkingshoek op de juiste manier te verlagen, kunt u de warmteafvoer verbeteren en de gemiddelde temperatuur in het verwerkingsgebied verlagen.
3. Werkstukklemtechnieken moeten worden verbeterd
Bij bepaalde dunwandige aluminium componenten met lage stijfheid kunnen de hieronder beschreven klemmethoden worden gebruikt om de vervorming te verminderen:
Zelfcentrerende boorkop met drie klauwen
- Als een zelfcentrerende klauwplaat met drie klauwen of een veerklauwplaat wordt gebruikt om dunwandige CNC-bewerkingsbusonderdelen vanuit radiale richting vast te klemmen, zal het werkstuk ongetwijfeld vervormen zodra het na de bewerking wordt losgelaten.
Er moet een methode worden toegepast om het axiale eindvlak met goede stijfheid te persen. Er wordt een schroefdraaddoorn vervaardigd om het binnenste gat van het onderdeel te vinden op basis van de positie van het binnenste gat van het onderdeel. Deze moet in het binnenste gat van het onderdeel worden gestoken. Het eindvlak wordt samengedrukt met de afdekplaat en de moer wordt naar achteren vastgedraaid, met de ontklemvervorming kan worden voorkomen tijdens het bewerken van de buitencirkel en kan de bewerkingsprecisie worden bereikt.
- Tenzij dunwandige plaatcomponenten worden verwerkt, is het raadzaam om vacuümzuignappen te gebruiken om een gelijkmatiger verdeelde klemkracht te bereiken, en vervolgens te bewerken met een kleinere snijhoeveelheid om vervorming van het onderdeel te voorkomen.
Als alternatief kunnen vulprocedures worden toegepast. Om de processtijfheid van dunwandige werkstukken te vergroten, kunnen media in het werkstuk worden geïntroduceerd om de vervorming van het werkstuk tijdens het spannen en snijden te verminderen. Zo kan men bijvoorbeeld een ureumsmelt met 3% tot 6% kaliumnitraat in het werkstuk gieten. Na verwerking het werkstuk onderdompelen in water of alcohol, vervolgens het vulmiddel oplossen en weg laten lopen.
4. Verbeter het ontwerp van snijgereedschappen
Snijgereedschappen
- Reduceer het aantal tanden van de frees en vergroot tegelijkertijd de ruimte om de spanen vast te houden.
Een groter spaanoppervlak is noodzakelijk vanwege de hoge plasticiteit van aluminiummateriaal en de hoge snijvervorming tijdens de verwerking.
De straal van de onderkant van de spaangroef moet dus groter zijn, maar het aantal freestanden moet kleiner zijn. De straal van de onderkant van de tank moet worden vergroot, terwijl het aantal freestanden moet worden verkleind. Om vervorming van dunwandige componenten van aluminiumlegering door spaanblokkering te minimaliseren, worden twee snijtanden gebruikt in een frees van 20 mm of minder, en drie snijtanden in een frees van 30 tot 60 mm.
- Slijp de tanden fijn.
De snijkant heeft een ruwheid van Ra=0.4um of minder. Voordat u een nieuw snijgereedschap gebruikt, moet u de voor- en achterkant van de tanden van de frees voorzichtig wrijven met fijn asfalt om eventuele bramen of kleine gekartelde markeringen te verwijderen die mogelijk zijn achtergebleven na het slijpen van de tanden van het gereedschap. Dankzij deze methode wordt de snijwarmte verlaagd en de snijvervorming geminimaliseerd.
- Controleer de slijtagenorm van het gereedschap zo strikt mogelijk.
De oppervlakteruwheid van het werkstuk neemt toe naarmate het gereedschap slijt, samen met de snijtemperatuur en vervorming van het werkstuk. Daarom mag, naast het selecteren van gereedschapsmaterialen met een sterke slijtvastheid, de slijtagenorm van het gereedschap niet groter zijn dan 0.2 mm, anders worden er gemakkelijk spaanranden geproduceerd. Om vervorming te voorkomen, mag de temperatuur van het behandelde werkstuk niet hoger zijn dan 100 °C tijdens het snijden met CNC-frezen of CNC-draaien.
5. Organiseer het productieproces op de juiste manier
Trillingen treden vaak op tijdens het frezen bij hogesnelheidsfrezen vanwege de grote bewerkingstolerantie en het intermitterende snijden. Dit heeft invloed op de nauwkeurigheid van de bewerking en de oppervlakteruwheid. Als gevolg hiervan wordt het CNC-hogesnelheidssnijproces grofweg als volgt geclassificeerd: voorbewerking, halfnabewerking, bewerking van heldere hoeken en afwerking. Het kan essentieel zijn om een tweede semi-afwerkingsstap uit te voeren voordat u klaar bent met het afwerken van items die een hoge mate van precisie vereisen. De stukken mogen na ruwe bewerking op natuurlijke wijze afkoelen om interne spanning en vervorming te verminderen.
Na grof bewerken moet de resterende marge groter zijn dan de vervorming, over het algemeen 1-2 mm. Het oppervlak van het onderdeel moet homogeen zijn tijdens de afwerking.
Over het algemeen is het stabiel houden van het gereedschap tijdens het afwerkingsproces met 0.2-0.5 mm de beste techniek om snijvervorming te verminderen, een hoge oppervlakteverwerkingskwaliteit te bereiken en de productnauwkeurigheid te behouden.
Afgezien van de bovengenoemde redenen is de bedieningstechniek ook van cruciaal belang bij daadwerkelijk gebruik, en de juiste bedieningsmethode kan het buigen van componenten van aluminiumlegeringen aanzienlijk minimaliseren.
6. Symmetrische bewerking
Om de warmteafvoer te verbeteren en thermische vervorming te voorkomen in cnc-aluminiumbewerkingscomponenten met hoge bewerkingstoleranties, moet extreme warmteconcentratie worden vermeden. Symmetrische verwerking is een techniek die hiervoor kan worden gebruikt.
Denk aan het geval van een 90 mm dikke metalen plaat die moet worden teruggebracht tot 60 mm dikte. Ook al wordt elk oppervlak behandeld tot de uiteindelijke maat en is de continue bewerkingstoeslag aanzienlijk, als de freeszijde onmiddellijk naar de andere zijde wordt overgebracht, zal de warmteconcentratie een probleem zijn en zal de vlakheid van de legeringsplaat slechts 5 mm zijn.
Wanneer echter de symmetrische bewerkingstechniek aan beide zijden wordt uitgevoerd, kan ieder oppervlak nog minimaal twee keer worden behandeld totdat de uiteindelijke maat is bereikt, wat gunstig is voor de warmteafvoer en de vlakheid kan worden geregeld op 0.3 mm.
7. Selecteer de geschikte snijparameters
Snijkracht en de resulterende snijwarmte kunnen worden verminderd door de juiste snijparameters te gebruiken. Wanneer de snijparameters groter zijn dan gebruikelijk in het mechanische verwerkingsproces, zal dit resulteren in een overmatige snijkracht. Overmatige snijkracht kan gemakkelijk vervorming van de componenten veroorzaken, evenals de stijfheid van de spindel en de levensduur van het gereedschap beïnvloeden.
De hoeveelheid back cutting depth heeft de grootste impact op de snijkracht van alle snijparameters. Het verlagen van het aantal snijgereedschappen is essentieel om ervoor te zorgen dat stukken niet vervormen. Dit leidt echter tot een vermindering van de verwerkingsefficiëntie. Deze uitdaging kan worden opgelost met numerieke besturingsbewerking met hogesnelheidsfrezen.
Bewerking kan de snijkracht verlagen en de verwerkingsefficiëntie garanderen door de terugsnijdiepte te verkleinen, de voeding te vergroten en de machinesnelheid te verhogen.
8. Let op de volgorde van het looppad van het snijgereedschap
De snijvolgorde voor voorbewerking en afwerking moet verschillend zijn.
Bij voorbewerking wordt prioriteit gegeven aan de bewerkingsefficiëntie en het doel van de verwijderingssnelheid per tijdseenheid. In de meeste gevallen kan omgekeerd frezen worden gebruikt. (Een keermolen is een soort walserij waarbij het werkstuk zowel voorwaarts als achterwaarts tussen een paar rollen wordt bewogen. De keermolen dankt zijn naam aan het feit dat het staal heen en weer beweegt tussen de rollen, waardoor de dikte geleidelijk afneemt. bij elke pas)
Dat wil zeggen dat het overtollige materiaal op het oppervlak van de plano zo snel en zo efficiënt mogelijk wordt verwijderd en dat de geometrische contour die nodig is voor de afwerking in wezen wordt gegenereerd.
Als het om afwerking gaat, moet de nadruk liggen op precisie en kwaliteit, en moet gebruik worden gemaakt van tegenfrezen. De snijdikte van de freestanden daalt tijdens het tegenfrezen gestaag van maximaal naar nul, waardoor de mate van harding aanzienlijk wordt verminderd, evenals de mate van vervorming van het onderdeel.
9. Tweevoudige compressie van dunwandige onderdelen
Klemkracht veroorzaakt vervorming tijdens het verwerken van cnc-aluminiumbewerkingscomponenten. Voordat de uiteindelijke maat wordt bereikt, moet het geperste stuk worden losgelaten en moet de druk worden verminderd om het terug te brengen naar zijn oorspronkelijke vorm. Vervolgens moet de tweede druk worden uitgeoefend om de vervorming van het werkstuk veroorzaakt door het vastklemmen te verminderen.
Het steunoppervlak is de optimale plaats voor het tweede drukpunt en de klemkracht moet worden uitgeoefend in de richting van maximale stijfheid.
De compressiekracht moet voldoende zijn om te voorkomen dat het werkstuk losraakt als alles in orde is.
Deze procedure vereist het gebruik van ervaren operators, maar kan ervoor zorgen dat de bewerkte cnc-aluminiumbewerkingscomponenten zo min mogelijk worden vervormd.
10. Boren en frezen
Het bewerken van holtes in CNC-aluminiumbewerkingscomponenten kent zijn eigen uitdagingen. Wanneer de frees direct op het component wordt gebruikt, zijn de snijspanen niet glad vanwege het gebrek aan fragmentatieruimte van de frees. Dit zorgt ervoor dat er een enorme hoeveelheid snijwarmte wordt opgebouwd, wat de CNC-aluminiumbewerkingsonderdelen uitzet en vervormt, en schade aan het component of gereedschap veroorzaakt.
Eerst boren en dan frezen is de beste techniek om dit probleem op te lossen.
Dit houdt in dat u een gat boort met een gereedschap dat niet kleiner is dan de frees voordat u de frees in het gat plaatst om te beginnen met frezen.
11. Gebruik speciale snijolie van aluminiumlegeringen
Speciale snijolie is een soort vloeistof die tijdens het CNC-snijproces moet worden gebruikt voor smering, koeling en reiniging.
Bij het bewerken van aluminium kunnen verschillende soorten koelmiddelen worden gebruikt.
In water oplosbare mengsels kunnen met succes worden gebruikt om warmte af te voeren tijdens ruwe bewerking, waarbij de materiaalverwijdering voldoende is om warmte te creëren.
Pure minerale afdichtingsolie, een 50-50 mengsel van minerale afdichtingsolie en kerosine, een mengsel van 10% reuzelolie en 90% kerosine, en een minerale olie van 100 seconden ingekort met minerale afdichtingsolie of kerosine zijn enkele andere oliën die kunnen worden geadviseerd.
Nieuwe snijoliën gebruiken doorgaans gezwavelde antislijtageadditieven onder extreme druk als kerncomponenten. Dit is te danken aan de voortdurende verbetering van snijgereedschappen, apparatuur en processen met hoge snelheid. Dit helpt gereedschappen te beschermen tijdens het ultrasnelle snijproces en verbetert de procesnauwkeurigheid en snij-efficiëntie.
