Алюминий - один из наиболее часто используемых в производстве материалов. Однако из-за его уникальных свойств многие сталкиваются с проблемами при работе с ним. Многие инженеры сталкиваются с проблемами износа инструмента, плохой обработки поверхности и точности размеров. Правильные методы могут решить эти проблемы и помочь вам быстро и эффективно создавать идеальные алюминиевые детали.
Фрезерование алюминия требует особых подходов, отличных от других металлов. Правильное сочетание режущих инструментов, скоростей, подач и методов охлаждения может значительно улучшить результаты. При правильном подходе можно добиться превосходной чистоты поверхности, продлить срок службы инструмента и обеспечить жесткие допуски в проектах.
Фрезерование алюминия требует точности и правильных методов. Давайте рассмотрим, как эти проверенные методы могут улучшить ваши операции по фрезерованию алюминия.
Понимание алюминия как материала
Прежде чем мы обсудим конкретные методы фрезерования, давайте рассмотрим материал, с которым мы работаем. Уникальные свойства алюминия напрямую влияют на то, как мы должны подходить к его обработке.
Свойства алюминия
Алюминий обладает рядом отличительных характеристик, которые выделяют его среди других металлов, обычно используемых в производстве. Эти свойства определяют оптимальные методы фрезерования.
Легкий, но прочный
Алюминий весит примерно на треть меньше стали, сохраняя при этом хорошую прочность. При фрезеровании алюминия этот малый вес означает меньшее давление на инструмент по сравнению со сталью, что позволяет увеличить скорость резания.
Прочность материала сильно различается в зависимости от сплава. Некоторые сплавы аэрокосмического класса конкурируют со сталью по прочности, сохраняя при этом преимущество в весе.
Высокая теплопроводность
Алюминий исключительно хорошо проводит тепло - примерно в три раза лучше, чем сталь. Это свойство имеет два важнейших последствия для фрезерных работ. Во-первых, тепло, выделяемое при резке, быстро распространяется по заготовке, а не концентрируется на режущей кромке. Это помогает предотвратить локальный перегрев.
Однако высокая теплопроводность также означает, что заготовки могут расширяться во время обработки по мере их нагревания. Это тепловое расширение необходимо учитывать при изготовлении прецизионных деталей.
Мягкость по сравнению с другими металлами
Благодаря своей мягкости алюминий легче поддается резке, чем более твердые металлы, такие как сталь или титан. Эта мягкость позволяет использовать более высокие скорости резания и подачи. Инструменты меньше изнашиваются при резке алюминия, что продлевает срок их службы при правильном использовании.
Обратная сторона этой мягкости проявляется в образовании стружки. Алюминий образует длинную, нитевидную стружку, которая может запутаться вокруг инструмента. Эта стружка также может прилипать к режущим кромкам, образуя наросты, которые портят качество обработки поверхности.
Выберите правильный алюминиевый сплав
Выбор конкретного алюминиевого сплава напрямую влияет на процесс и результаты фрезерования. Давайте сравним три распространенных сплава и их характеристики при фрезеровании.
| Недвижимость | 6061 Алюминий | Алюминий 5052 | 7075 Алюминий |
|---|---|---|---|
| Основные приложения | Общего назначения, прототипы, конструкционные | Морское, электронное, пищевое оборудование | Аэрокосмическая, военная промышленность, детали, подвергающиеся высоким нагрузкам |
| Твердость (по Бринеллю) | 95-97 (закалка T6) | 60-70 | 150 (закалка T6) |
| Формирование стружки | Хорошо сформирован, ломается чисто | Более длинные и жилистые чипсы | Мелкие, хрупкие осколки |
| Скорость изнашивания инструмента | Низкий | Очень низкий | Умеренный |
| Возможность финишной обработки поверхности | Превосходно (32 RMS или лучше) | От хорошего до отличного | Превосходно с надлежащими параметрами |
| Выработка тепла | Умеренный | Низкий | Выше |
| Основные аспекты фрезерования | Сбалансированные свойства делают его щадящим; используйте острые инструменты | Требуются очень острые инструменты; сосредоточьтесь на эвакуации стружки | Повышенные силы резания; сокращение срока службы инструмента; снижение частоты вращения |
Выбор правильных инструментов для фрезерования алюминия
Выбор инструмента - основа успешного фрезерования алюминия. Выбирая инструменты, специально предназначенные для алюминия, мы обеспечиваем себе лучшие результаты.
Материалы для режущего инструмента
Инструменты из быстрорежущей стали (HSS) и твердого сплава представляют собой два основных варианта для фрезерования алюминия, но они обладают различными преимуществами в зависимости от ваших конкретных потребностей.
Твердосплавные инструменты обладают рядом преимуществ:
- Они сохраняют свою режущую кромку в 10 раз дольше, чем быстрорежущая сталь.
- Они обеспечивают скорость резки в 2-3 раза выше, чем HSS.
- Они лучше сопротивляются нагреву, что очень важно при длительном фрезеровании.
Однако инструменты из быстрорежущей стали тоже имеют свое место:
- Они стоят значительно дешевле
- Они более снисходительны к мелким ошибкам в программировании
- Их легче заточить в домашних условиях.
Для достижения оптимальных результатов при работе с любым материалом ищите инструменты с такими характеристиками:
- Полированные канавки снижают трение, обеспечивая гладкую поверхность для отвода стружки
- Острые режущие кромки с минимальной подготовкой кромок для чистого разрезания алюминия
- 2-3 ребра (вместо 4+ ребра, используемых для стали), что создает более широкие каналы для стружки
- Специализированные покрытия, такие как TiCN (нитрид углерода титана) или ZrN (нитрид циркония), снижают трение и предотвращают образование наростов на кромках.
Геометрия инструмента
Форма и углы режущего инструмента существенно влияют на его взаимодействие с алюминием. Думайте о геометрии инструмента как об определении "личности" вашего режущего инструмента - насколько агрессивно он режет, справляется с образованием стружки и регулирует нагрев.
Для фрезерования алюминия наиболее эффективными являются следующие геометрические формы:
- Высокие положительные углы наклона в диапазоне от 15 до 20 градусов создают режущее, а не скоблящее действие, снижая силу резания и тепловыделение.
- Большие долины флейты: В них достаточно места для относительно крупной и мягкой алюминиевой стружки.
- Углы спирали от 35 до 45 градусов: Этот средний диапазон позволяет сбалансировать отвод стружки (более высокие углы быстрее выталкивают стружку вверх) и прочность инструмента (более низкие углы создают более прочные режущие кромки).
Оптимизация параметров резки
Правильное сочетание скорости и подачи превращает адекватное фрезерование алюминия в превосходное. Эти параметры работают рука об руку, определяя, как ваш инструмент взаимодействует с алюминием.
Скорость резания
Алюминий позволяет значительно увеличить скорость резки по сравнению со сталью или другими более твердыми металлами. Такая высокая скорость обусловлена меньшей твердостью алюминия и его реакцией на режущее воздействие.
Для достижения оптимальных результатов используйте следующие диапазоны скоростей:
- Инструменты из быстрорежущей стали: 500-1000 SFM (футов поверхности в минуту)
- Твердосплавные инструменты: 1,000-2,500 СМ3
- Инструменты PCD (поликристаллический алмаз): До 5 000 SFM для специализированных применений
Вы можете рассчитать нужное число оборотов шпинделя для конкретного диаметра инструмента по этой формуле:
Число оборотов в минуту = (SFM × 12) ÷ (π × диаметр инструмента в дюймах)
Например, при использовании твердосплавной торцевой фрезы 1/2″ и желаемой скорости резания 1 500 SFM:
ОБ/МИН = (1 500 × 12) ÷ (3,14159 × 0,5) = 11 459 ОБ/МИН
Скорость подачи
Скорость подачи - скорость перемещения инструмента по материалу - влияет как на качество обработки, так и на срок службы инструмента. Этот параметр требует тщательного балансирования.
Для фрезерования алюминия:
- Начните со скорости подачи в пределах 0,001-0,005 дюйма на зуб (IPT).
- Для черновых работ используйте верхний предел этого диапазона
- Для финишной обработки используйте нижнюю часть
Регулируя скорость подачи, помните, что она работает в сочетании с:
- Количество канавок на инструменте (больше канавок - больше режущих кромок, проходящих через материал за оборот)
- Диаметр инструмента (более широкие инструменты обычно обеспечивают большую подачу на зуб)
- Глубина реза (при малой глубине можно использовать более высокую подачу)
Хорошей отправной точкой является использование этой формулы: Скорость подачи (дюймы в минуту) = число оборотов в минуту × число флейт × подача на зуб.
Например, инструмент с 3 фланцами работает на скорости 10 000 об/мин с подачей 0,003″ на зуб: Скорость подачи = 10 000 × 3 × 0,003 = 90 дюймов в минуту
Повседневные операции фрезерования алюминия
Фрезерная обработка алюминия включает в себя несколько основных операций, которые составляют основу большинства проектов по механической обработке. Каждая операция представляет собой уникальные проблемы и возможности при работе с алюминием.
Лицо
Облицовочные работы создание плоских и гладких поверхностей на алюминиевых заготовках. Этот фундаментальный процесс фрезерования позволяет создать базовые поверхности для последующих операций и добиться точного контроля размеров.
Для достижения оптимального результата при работе с алюминием выполните следующие действия:
- Используйте направление фрезерования при подъеме, а не обычное фрезерование
- Установите глубину реза между 0,020″ и 0,100″ в зависимости от жесткости вашего станка.
- Работайте на высоких скоростях (1 000+ SFM), чтобы предотвратить нарастание кромки
- Поддерживайте скорость подачи на достаточно высоком уровне для создания правильного стружкообразования
Пазы
Пазовые резы каналы или пазы в алюминиевых заготовках. Эта операция позволяет создавать такие элементы, как Т-образные пазы, шпоночные пазы и монтажные пазы. Ограниченная зона резания делает отвод стружки особенно важным.
При пазовании алюминия:
- Выбирайте концевые фрезы с меньшим количеством фрез (1-2 фреза), чтобы увеличить зазор для стружки
- Уменьшите глубину резания до 0,5-1× диаметра инструмента за проход, чтобы предотвратить образование стружки
- По возможности подавайте охлаждающую жидкость под высоким давлением непосредственно в гнездо
- Используйте более высокую скорость, но умеренную подачу для поддержания контроля над стружкой.
Карманы
При создании карманов в алюминиевых деталях удаляется материал для создания внутренних полостей. Эта обычная операция применяется во всех деталях, начиная от электронные корпуса легким конструктивным элементам.
Для эффективной обработки алюминиевых карманов требуется:
- Спиральное вхождение в материал, а не погружение
- Диаметр инструмента 25-50% меньше радиуса внутренних углов
- Высокая скорость вращения шпинделя для поддержания чистоты резания
- Трохоидальные траектории инструмента для более глубоких карманов
- Стратегия прогрессивной глубины для карманов глубиной более 1× диаметра инструмента
Поиск и устранение неисправностей при фрезеровании алюминия
Даже при тщательном планировании и настройке могут возникнуть проблемы при фрезеровании алюминия. Давайте рассмотрим наиболее частые проблемы, с которыми сталкиваются машинисты при работе с алюминием, и их решения.
Предотвращение образования встроенного края (BUE)
Наросты на кромке возникают, когда мелкие частицы алюминия привариваются к режущей кромке инструмента. Это создает ложную кромку, которая портит качество обработки поверхности и ускоряет износ инструмента.
К счастью, несколько проверенных стратегий могут значительно уменьшить или устранить нарастание кромки при фрезеровании алюминия:
- Увеличение скорости резки на 15-20% вместо замедления
- Используйте специальную алюминиевую охлаждающую жидкость, направленную на границу резания
- Заменяйте инструменты при первых признаках затупления
- Выбирайте инструменты со специализированными покрытиями, такими как ZrN или алмазоподобный углерод
- Поддерживайте надлежащую нагрузку на стружку, чтобы обеспечить режущее действие, а не трение
Управление сваркой и эвакуацией стружки
Правильное управление стружкой представляет собой одну из самых больших проблем при фрезеровании алюминия. Если не обеспечить эффективное управление, то длинная, нитевидная стружка может быстро намотаться на инструмент, забить канавки и испортить заготовку.
Если вы столкнулись с проблемой удаления стружки при фрезеровании алюминия, вам помогут эти стратегии вмешательства:
- Нанесите охлаждающую жидкость под высоким давлением непосредственно на место образования стружки
- Программируйте периодическое втягивание инструмента при выполнении операций в глубоких карманах
- По возможности уменьшите ширину реза до 30-50% от диаметра инструмента
- Выбирайте инструменты с меньшим количеством фрез для лучшего удаления стружки
- Используйте инструменты с геометрией, разрушающей стружку
Предотвращение поломки и чрезмерного износа инструмента
Отказ инструмента при фрезеровании алюминия обычно происходит по причинам, которые можно предотвратить. Понимание предупреждающих признаков и принятие упреждающих мер может значительно продлить срок службы инструмента и улучшить результаты.
Применяйте эти проверенные подходы, чтобы максимально увеличить срок службы инструмента при фрезеровании алюминия:
- Увеличьте скорость подачи, если слышен высокочастотный визг.
- Минимизация свеса инструмента для снижения вибрации
- Делайте более легкие разрезы на высоких скоростях, а не тяжелые разрезы на низких скоростях.
- Для внутренних деталей используйте проходные инструменты с охлаждающей жидкостью
- Обеспечьте надлежащий отвод стружки, чтобы предотвратить повторное измельчение стружки
Заключение
Фрезерование алюминия лучше всего работает, когда вы понимаете, как этот металл ведет себя под режущими инструментами. Для достижения хороших результатов вам понадобятся правильные инструменты, скорости и методы. Каждый алюминиевый сплав обладает различными свойствами, которые влияют на его фрезерование.
Вам нужна помощь в работе над алюминиевыми проектами? Наши инженеры помогут вам выбрать материалы, найти нужные инструменты и усовершенствовать ваши методы. Связаться с нами сегодня для бесплатной встречи по поводу вашей следующей алюминиевой работы.
Привет, я Кевин Ли
Последние 10 лет я занимался различными формами изготовления листового металла и делился здесь интересными идеями из своего опыта работы в различных мастерских.
Связаться
Кевин Ли
У меня более десяти лет профессионального опыта в производстве листового металла, специализирующегося на лазерной резке, гибке, сварке и методах обработки поверхности. Как технический директор Shengen, я стремлюсь решать сложные производственные задачи и внедрять инновации и качество в каждом проекте.
