Perché le macchine per l'alluminio sono diverse da quelle per l'acciaio
La lavorazione CNC dell’alluminio è veloce, ma non si tratta semplicemente del taglio dell’acciaio con velocità del mandrino più elevate. Il metallo è morbido e altamente conduttivo, pertanto il calore lascia la zona di taglio attraverso l'utensile e il truciolo anziché attraverso il pezzo. Questa singola caratteristica spiega la maggior parte dei problemi-in officina: tagliente-di riporto sul tagliente, vibrazioni nelle sezioni-con pareti sottili, ri-taglio dei trucioli in tasche profonde e lenta deriva dimensionale durante lunghi cicli incustoditi. Gli operatori che pianificano innanzitutto l'evacuazione del truciolo, il comportamento termico e la geometria dell'utensile e poi la velocità di taglio, ottengono la migliore finitura superficiale e durata dell'utensile sia dal grezzo 6061-T6 che dal 7075-T6.
Bordo-costruito:la pressione del truciolo morbido e duttile-si salda al tagliente, producendo una superficie ruvida e strappata e un rapido degrado del tagliente.
Chiacchiere in pareti sottili:le elevate velocità del mandrino e il leggero impegno radiale riducono la forza di taglio ma riducono lo smorzamento, quindi le nervature sottili e le sezioni del pavimento vibrano.
Evacuazione truciolo:i trucioli lunghi e filamentosi si accumulano nelle tasche e nelle fessure, vengono ri-tagliati dal dente successivo e distruggono la finitura.
Dilatazione termica:l'alluminio si espande circa il doppio per grado rispetto all'acciaio, quindi i cicli di sgrossatura lunghi modificano la dimensione effettiva della parte man mano che il pezzo si riscalda.
Refrigerante e lubrificazione:la scelta tra liquido refrigerante, lubrificazione a quantità minima e lavorazione a secco, nonché tra prodotti miscibili con acqua e olio puro, controlla direttamente la finitura e la durata del tagliente.
Selezione degli utensili per l'alluminio
| Tipo di strumento | Utilizzo tipico | Note |
|---|---|---|
| Metallo duro non rivestito, scanalature lucidate, elica da 40-45 gradi | Fresatura generale di 6061, 5052, 3003 | Le superfici lucide non rivestite resistono all'adesione meglio dei rivestimenti spessi-per uso generale; l'alta elica solleva le fiches dalle tasche |
| Fresa in metallo duro a tre-eliche | Scanalatura, sgrossatura, profilatura | Bilancia lo spazio dei trucioli con la rigidità del nucleo, un buon compromesso tra la finitura a due-eliche e la resistenza a quattro-eliche |
| Diamante policristallino (PCD) | Produzione in-volumi elevati, leghe-contenenti silicio | Massima resistenza all'usura e migliore ripetibilità dimensionale quando il tempo ciclo domina il costo dell'utensile |
| Carburo-rivestito di diamante | Gradi abrasivi ad alto-silicio come il 4047 | La fase dura del silicio abrade rapidamente il carburo normale; un rivestimento diamantato ripristina la prevedibile durata del tagliente |
| Inserti con spoglia affilata positiva- | Affrontare, girare, noioso | Le basse forze di taglio riducono la distorsione nelle sezioni sottili e migliorano la finitura sugli stati gommosi |
Come la scelta della lega modifica i parametri di taglio
| Lega | Comportamento di lavorazione | Direzione dei parametri |
|---|---|---|
| 6061-T6 | Grado di riferimento per lavorazione libera-; buon controllo del truciolo | Velocità di taglio e avanzamenti più elevati delle comuni leghe strutturali |
| 7075-T6 | Le aggiunte di zinco e rame lo rendono più duro e abrasivo | Funziona circa il 15-20% più lentamente con un impegno radiale ridotto e bordi più affilati |
| 5052, 5083 | Gommoso,-indurente, incline al bordo-costruito | Velocità superficiale ridotta, lubrificazione generosa, elica alta e spoglia positiva |
| 2024 | Cuscinetto in rame-, robusto ma meno resistente alla corrosione | Profondità di taglio ridotta, flusso di refrigerante più intenso, evacuazione rapida |
| 4047 e altri gradi-di silicio ad alto contenuto | Altamente abrasivo per gli utensili | Utensili in diamante o PCD, avanzamenti moderati, attenzione all'usura dei taglienti |
| Leghe fuse | Porosità e tagli interrotti | Avanzamenti inferiori, configurazioni rigide, carichi di trucioli tagliati per evitare scheggiature dei bordi |
I gradi per lavorazione meccanica generalmente sono più puliti rispetto ai gradi fusi perché sono completamente densi e più omogenei. All'interno della famiglia dei pezzi lavorati, la tempra conta tanto quanto la chimica: una bobina con tempra O- morbida si strapperà e accumulerà il bordo dove la stessa lega in T6 produce un truciolo pulito e corto.
Tolleranze e finitura superficiale ottenibile
La fresatura e la tornitura mantengono circa più o meno 0,025 mm su elementi ben-supportati, circa un ordine di grandezza più stretto rispetto ai più o meno 0,3 mm usuali per la pressofusione, motivo per cui i componenti lavorati sono preferiti per le superfici di accoppiamento, i fori e le superfici di tenuta. La lavorazione standard lascia una rugosità superficiale di Ra 3,2-6,3 micrometri. Le passate di rettifica di precisione, alesatura fine o finitura ad alta-velocità raggiungono Ra 0,4 micrometri o migliore su superfici a specchio. Le strategie di finitura tramite vibrazione-e ad alta-velocità riducono i segni di vibrazione, la brillantatura chimica aumenta la riflettività e l'anodizzazione dopo la lavorazione converte la superficie finita in uno strato di ossido duro e resistente alla corrosione senza modificare la geometria stabilita dagli utensili da taglio.
Lavorazione CNC dell'alluminio rispetto a fusione, estrusione e additiva
Contro la pressofusione:Il CNC mantiene tolleranze molto più strette ed elimina i tempi di lavorazione e il costo di uno stampo, ma il tempo di ciclo e il costo del materiale per parte sono più elevati per volumi molto grandi.
Contro la stampa 3D:una billetta lavorata è completamente densa, quindi le parti lavorate sono più forti e più resistenti alla fatica rispetto all'alluminio costruito in modo additivo di forma comparabile.
Contro l’EDM:per prototipi e piccoli lotti, la fresatura e la tornitura sono molto più economiche e molto più veloci dell’elettroerosione a filo o a tuffo.
Contro l'estrusione:la lavorazione a cinque-assi crea tasche, rastremazioni e sottosquadri che un'estrusione a sezione-costante non può produrre.
Percorsi ibridi:La combinazione di forme additive Near{0}}net con la lavorazione di finitura riduce i tempi di consegna su parti complesse e a basso volume-mantenendo la resistenza meccanica nelle caratteristiche critiche.
Domande frequenti
D: Quale velocità del mandrino dovrebbe essere utilizzata per l'alluminio?
La velocità di superficie è la variabile di controllo piuttosto che il numero di giri. L'alluminio tollera velocità superficiali elevate, quindi le frese piccole funzionano a un numero di giri elevato mentre le frese per spianatura di grandi dimensioni funzionano molto più lentamente per mantenere la stessa velocità superficiale e il carico di truciolo.
D: Perché il 6061 viene lavorato più facilmente del 7075?
6061-T6 è il riferimento a lavorazione libera tra le leghe strutturali, mentre 7075-T6 è più duro e più abrasivo a causa del suo contenuto di zinco e rame, quindi gli avanzamenti e l'impegno radiale sono ridotti di circa il 15-20% per proteggere il tagliente.
D: Gli utensili rivestiti o non rivestiti sono migliori per l'alluminio puro?
Per l'alluminio puro e basso{0}legato, i rivestimenti lucidi sottili e il carburo lucido non rivestito solitamente offrono prestazioni migliori rispetto ai rivestimenti spessi per uso generico- perché resistono all'adesione del materiale e mantengono affilata la superficie di spoglia.
D: Come si previene il-bordo costruito?
Prevenitelo con una geometria di spoglia-positiva affilata, una velocità superficiale più elevata, una lubrificazione adeguata e un carico di truciolo sufficientemente grande da tagliare sotto lo strato-indurito invece di sfregarvi sopra.
D: Quale tolleranza si può ragionevolmente citare?
Più o meno 0,025 mm rappresentano una normale tolleranza di lavorazione su caratteristiche stabili, sebbene pareti sottili e parti lunghe richiedano limiti più ampi poiché l'espansione termica e le forze di taglio spostano il materiale durante il ciclo.
D: Per quanto tempo le parti in alluminio possono funzionare incustodite?
Solo finché le fiches continuano a accumularsi. Le tasche profonde e gli utensili piccoli richiedono strategie di refrigerante-attraverso l'utensile, getto d'aria o a becco, e le parti dovrebbero essere lasciate raffreddare prima del passaggio di finitura in modo che l'espansione termica non sposti la dimensione finale.
