Aluminium CNC-machine:voordelen en mogelijke alternatieven

Voor CNC-bewerkingsprojecten is aluminium een ​​van de meest populaire materiaalkeuzes vanwege de gewenste fysieke eigenschappen. Het is sterk, waardoor het ideaal is voor mechanische onderdelen, en de geoxideerde buitenlaag is bestand tegen corrosie door de elementen. Door deze voordelen zijn aluminium onderdelen gemeengoed geworden in alle industrieën, hoewel ze vooral de voorkeur genieten in de automobiel-, ruimtevaart-, gezondheidszorg- en consumentenelektronica.

Aluminium biedt ook specifieke voordelen die het proces van CNC-bewerking vereenvoudigen en verbeteren. In tegenstelling tot veel andere metalen met vergelijkbare materiaaleigenschappen, biedt aluminium een ​​uitstekende bewerkbaarheid:veel van zijn kwaliteiten kunnen effectief worden gepenetreerd door snijgereedschappen, waarbij ze gemakkelijk afbrokkelen en relatief gemakkelijk te vormen zijn. Hierdoor kan aluminium meer dan drie keer sneller worden bewerkt dan ijzer of staal.

Dit artikel legt enkele van de belangrijkste voordelen van aluminium CNC-bewerking uit - redenen waarom het een van onze meest gevraagde prototyping- en productieprocessen is - maar suggereert ook bewerkingsalternatieven voor aluminium.

Andere metalen en kunststoffen kunnen vergelijkbare voordelen bieden als aluminium, naast hun eigen unieke voordelen.

Voordelen van aluminium CNC-bewerking

• Bewerkbaarheid
• Corrosiebestendigheid
• Sterkte-gewichtsverhouding
• Elektrische geleidbaarheid
• Anodisatiepotentieel
• Recyclebaarheid

Typische CNC aluminium onderdelen van 3ERP

Bewerkbaarheid

Een van de belangrijkste redenen waarom ingenieurs aluminium kiezen voor hun bewerkte onderdelen, is omdat het materiaal eenvoudig te bewerken is. Hoewel dit een groter voordeel lijkt te zijn voor de machinist die het onderdeel vervaardigt, heeft het ook aanzienlijke voordelen voor het bedrijf dat het onderdeel bestelt, evenals voor de eindgebruiker die het uiteindelijk zal gebruiken.

Omdat aluminium gemakkelijk verspant, en omdat het gemakkelijk te vormen is, kan het snel en nauwkeurig worden gesneden met CNC-bewerkingsmachines. Dit heeft enkele belangrijke gevolgen:ten eerste maakt de korte tijdspanne van de verspaningsklus het proces goedkoper (omdat er minder arbeid nodig is van de machinist en minder bedieningstijd van de machine zelf); ten tweede betekent een goede bewerkbaarheid minder vervorming van het onderdeel als het snijgereedschap door het werkstuk gaat. Hierdoor kan de machine aan nauwere toleranties voldoen (tot ± 0,025 mm) en leidt dit tot een hogere nauwkeurigheid en herhaalbaarheid.

Corrosiebestendigheid

Verschillende aluminiumkwaliteiten verschillen sterk in hun weerstand tegen corrosie - de mate waarin ze bestand zijn tegen oxidatie en chemische schade. Gelukkig zijn enkele van de meest populaire soorten voor CNC-bewerking het meest resistent. 6061 biedt bijvoorbeeld een uitstekende corrosieweerstand, net als andere legeringen aan de onderkant van het sterktespectrum. (Sterke aluminiumlegeringen zijn mogelijk minder bestand tegen corrosie door de aanwezigheid van gelegeerd koper.)

Sterkte-gewichtsverhouding

Aluminium heeft gewenste fysieke eigenschappen die het ideaal maken voor zowel mechanische als aspectonderdelen. Twee van de belangrijkste zijn de hoge sterkte en het lichte gewicht van het metaal, die beide het materiaal gunstig maken voor kritieke onderdelen zoals die nodig zijn in de lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie. Vliegtuigfittingen en auto-assen zijn twee voorbeelden van onderdelen die met succes kunnen worden bewerkt met aluminium.

Verschillende soorten aluminium dienen echter verschillende doelen. Vanwege hun gunstige sterkte-gewichtsverhouding kunnen algemeen gebruikte soorten zoals 6061 worden gebruikt voor een breed scala aan onderdelen, terwijl met name zeer sterke soorten zoals 7075 de voorkeur kunnen hebben in lucht- en ruimtevaart en maritieme toepassingen.

Elektrische geleidbaarheid

CNC-gefreesde aluminium onderdelen kunnen vanwege hun elektrische geleidbaarheid nuttig zijn voor elektrische componenten. Hoewel het niet zo geleidend is als koper, heeft puur aluminium een ​​elektrische geleidbaarheid van ongeveer 37,7 miljoen siemens per meter bij kamertemperatuur. Legeringen kunnen een lagere geleidbaarheid hebben, maar aluminium materialen zijn aanzienlijk beter geleidend dan bijvoorbeeld roestvrij staal.

Materiaal	Geleidbaarheid (S/m) bij kamertemperatuur
Koper	59,6 miljoen
Aluminium	37,7 miljoen
Zink	16,9 miljoen
Strijkijzer	10 miljoen
Koolstofstaal	7 miljoen
Titanium	2,4 miljoen
Roestvrij staal	1,5 miljoen

Anodisatiepotentieel

Bewerkte aluminium onderdelen zijn vooral populair in de consumentenelektronica-industrie, niet alleen vanwege de sterkte- en gewichtseisen, maar ook vanwege belangrijke esthetische overwegingen. Aluminium is niet alleen ontvankelijk voor verven en tinten, maar kan ook worden behandeld met anodisatie, een oppervlakteafwerkingsprocedure die de beschermende en geoxideerde buitenlaag van het onderdeel dikker maakt.

Het anodisatieproces, dat over het algemeen plaatsvindt nadat de bewerking is voltooid, houdt in dat een elektrische stroom door het onderdeel in een elektrolytisch zuurbad wordt geleid en resulteert in een stuk aluminium dat beter bestand is tegen fysieke impact en corrosie.

Belangrijk is dat anodiseren het gemakkelijker maakt om kleur toe te voegen aan een machinaal bewerkt aluminium onderdeel, omdat de geanodiseerde buitenlaag zeer poreus is. Kleurstoffen kunnen hun weg vinden door de poreuze delen van de buitenste laag en hebben minder kans om af te schilferen of af te schilferen omdat ze zijn ingebed in de harde buitenkant van het metalen onderdeel.

Recyclebaarheid

Een ander voordeel van aluminium is de hoge recyclebaarheid, waardoor het de voorkeur verdient voor bedrijven die hun impact op het milieu willen minimaliseren of voor diegenen die gewoon materiaalverspilling willen verminderen en een deel van hun uitgaven willen terugverdienen. Recyclebare materialen zijn vooral belangrijk bij CNC-bewerkingen, waar relatief veel afvalmateriaal in de vorm van spanen van het snijgereedschap aanwezig is.

Alternatieven voor aluminium bij CNC-bewerking

Bedrijven kunnen om verschillende redenen op zoek gaan naar alternatieven voor aluminium voor CNC-bewerking. Het metaal heeft immers een paar zwakke punten:de oxidecoating kan gereedschap beschadigen en het is over het algemeen duurder dan alternatieven zoals staal, mede door de hoge energiekosten van aluminiumproductie.

Hier zijn enkele mogelijke bewerkingsalternatieven voor aluminium, met de nadruk op hun verschillen en overeenkomsten met het populaire zilvergrijze metaal.

Metalen

Staal en roestvrij staal

Beter dan aluminium voor:

• Kracht
• Temperatuurbestendigheid

Erger dan aluminium voor:

• Bewerkbaarheid
• Gewicht

Staal en roestvast staal zijn veelgebruikte materialen bij CNC-bewerkingen. Vanwege hun hoge sterkte hebben staalsoorten de voorkeur voor toepassingen met hoge spanning en die waarvoor sterke lassen vereist zijn. Staalsoorten zijn bestand tegen zeer hoge temperaturen en roestvast staal kan een warmtebehandeling ondergaan om hun corrosieweerstand te verbeteren.

Hoewel machinale bewerking van staal is ontworpen voor verbeterde bewerkbaarheid, blijft aluminium de meest bewerkbare van de twee materialen. Staalsoorten zijn ook zwaarder en hebben een hogere hardheid dan aluminium, wat al dan niet wenselijk is, afhankelijk van de toepassing.

Als temperatuurbestendigheid een belangrijke overweging is en gewicht niet, kan staal een ideaal alternatief zijn voor aluminium.

Titanium

Beter dan aluminium voor:

• Sterkte-gewichtsverhouding

Erger dan aluminium voor:

• Kosten

Titanium kan worden gebruikt als een vergelijkbare vervanging voor aluminium, omdat het belangrijkste voordeel een uitzonderlijke sterkte-gewichtsverhouding is - ook een van de belangrijkste voordelen van aluminium. Titanium heeft een vergelijkbaar gewicht als aluminium, maar is bijna twee keer zo sterk. Net als aluminium is het ook zeer goed bestand tegen corrosie.

Deze voordelen worden weerspiegeld in de hogere prijs van titanium. Hoewel het materiaal een uitstekende keuze is voor onderdelen zoals vliegtuigonderdelen en medische apparaten, kunnen de kosten onbetaalbaar zijn.

Titanium is een geschikt alternatief voor aluminium wanneer lichtgewicht een primaire zorg is en, belangrijker nog, wanneer het productiebudget enige flexibiliteit biedt.

Magnesium

Beter dan aluminium voor:

• Bewerkbaarheid
• Gewicht

Erger dan aluminium voor:

• Bewerkingsveiligheid
• Corrosiebestendigheid

Hoewel het niet het meest voorkomende bewerkingsmateriaal is, biedt het lichtgewicht metaalmagnesium veel van de voordelen van gewone aluminiumlegeringen. Magnesium is zelfs een van de meest bewerkbare metalen die er zijn, waardoor het bewerkingsproces snel en efficiënt is.

Een mogelijk nadeel voor machinewerkplaatsen? Magnesiumchips zijn uiterst ontvlambaar en worden verder verergerd door water, wat betekent dat machinisten voorzichtig moeten zijn bij het opruimen van puin.

Messing

Beter dan aluminium voor:

• Enkele esthetische toepassingen

Erger dan aluminium voor:

• Kosten

Een metaal met een gouden uitstraling, messing is een zeer bewerkbaar metaal dat verkrijgbaar is tegen een iets hogere prijs dan aluminium. Het wordt vaak gezien op onderdelen zoals kleppen en mondstukken, evenals structurele componenten, terwijl de hoge bewerkbaarheid het geschikt maakt voor bestellingen met een hoog volume.

Koper

Beter dan aluminium voor:

• Elektrische geleidbaarheid

Erger dan aluminium voor:

• Bewerkbaarheid

Koper deelt verschillende materiaaleigenschappen met aluminium. De superieure elektrische geleidbaarheid van koper kan het echter de voorkeur geven voor verschillende elektrische toepassingen. Hoewel puur koper moeilijk te bewerken is, bieden veel koperlegeringen vergelijkbare bewerkbaarheid als populaire aluminiumsoorten.

Technische thermoplasten

POM (Delrin)

Beter dan aluminium voor:

• Elektrische isolatie
• Lage wrijving

Erger dan aluminium voor:

• Kracht
• Hittebestendigheid

CNC-bewerkingsprojecten hoeven niet beperkt te blijven tot metalen. In feite kunnen verschillende technische thermoplasten sommige van de voordelen van aluminium evenaren of overtreffen, afhankelijk van de toepassing.

Omdat aluminium vaak de voorkeur geniet vanwege zijn uitstekende bewerkbaarheid, is POM (Delrin) een levensvatbaar alternatief voor kunststof, dat net als aluminium zeer geschikt is voor het bewerkingsproces. POM heeft een laag smeltpunt maar een indrukwekkend hoge sterkte voor een kunststof.

POM is een elektrische isolator, waardoor het geschikt is voor onderdelen zoals elektronische behuizingen. Het is ook geschikt voor mechanische onderdelen. Gezien het radicaal andere isolatiegedrag in vergelijking met aluminium, mag het echter alleen worden gebruikt als een vergelijkbare vervanging in situaties waar thermische en elektrische geleidbaarheid van verwaarloosbaar belang is.

PTFE (Teflon)

Beter dan aluminium voor:

• Elektrische isolatie
• Zeer lage wrijving

Erger dan aluminium voor:

• Kracht

Net als POM is PTFE (Teflon) een zeer bewerkbare thermoplast die een uitstekende elektrische isolator is. In tegenstelling tot POM is PTFE echter ook bestand tegen hoge temperaturen (tot 260 °C), waardoor het een levensvatbaar aluminiumalternatief is voor toepassingen bij hoge temperaturen.

De hoge chemische bestendigheid van PTFE maakt het ook een populair verspaningsmateriaal voor onderdelen die in de voedingsindustrie zullen worden gebruikt.

KIJKEN

Beter dan aluminium voor:

• Medisch gebruik

Erger dan aluminium voor:

• Bewerkbaarheid
• Kosten

Hoewel PEEK moeilijker te bewerken is dan de vorige twee thermoplasten, maken de hoge sterkte en thermische stabiliteit (bestand tegen temperaturen tot 260°C) het een echt vergelijkbaar alternatief voor aluminium. PEEK's populariteit voor onderdelen zoals kleppen, lagers, pompen en mondstukken getuigt van zijn metaalachtige capaciteiten.

Een struikelblok is de prijs. Als hoogwaardig polymeer is PEEK een van de duurdere bewerkbare thermoplasten, waardoor het alleen geschikt is voor bewerkingsprojecten waar alomtegenwoordige materialen zoals aluminium onbruikbaar zijn.

ABS

Beter dan aluminium voor:

• Thermische schokbestendigheid

Erger dan aluminium voor:

• Kracht

ABS wordt veel gebruikt als spuitgietmateriaal en, sinds de laatste jaren, als filament voor 3D-printen. Maar hoewel ABS weinig gemeen heeft met aluminium, blijft het een veelzijdig en lichtgewicht materiaal voor CNC-bewerkingen, met een bovengemiddelde slagvastheid.

Meer

Andere bewerkbare kunststoffen, waarvan de meeste sterk verschillen van aluminium, zijn PC, ABS+PC, PP, PS, PMMA (Acryl), PAGF30, PCGF30, DHPE, HDPE en PPS.

Alternatieven voor specifieke aluminiumkwaliteiten

Toepassing	Aluminium	Alternatief
Algemeen	6061	Zacht staal 1018
Ruimtevaart	7075	Roestvrij staal 303
Maritiem	5083	Roestvrij staal 304 RVS 316
Bouw	5083	Zacht staal A36
Eten	6061	PTFE pc

CNC-bewerking combineren met andere processen

Als aluminium de voorkeursmateriaalkeuze blijft voor een project, zijn er manieren om CNC-bewerkingen te combineren met andere productieprocessen om complexere, beter presterende aluminium onderdelen te creëren. Hierdoor kan de functionaliteit van aluminium worden gemaximaliseerd en tegelijkertijd de voordelen van meerdere productieprocessen worden geplukt.

CNC-bewerking is niet alleen een alles-in-één productieproces, maar kan ook worden gebruikt om onderdelen die met andere machines zijn gemaakt, te verfijnen of aan te passen. Extrusie-, giet- en smeedprocessen kunnen elk worden aangevuld met het bewerkingsproces om betere aluminiumcomponenten te maken.

Aluminium extrusie + CNC-bewerking

Extrusie is het proces waarbij gesmolten materiaal door een opening in een matrijs wordt geperst, waardoor een langwerpig onderdeel met een doorlopend profiel wordt geproduceerd. Hoewel extrusie van aluminium een ​​effectieve manier is om functionele componenten te produceren met hoogwaardige oppervlakteafwerkingen en complexe doorsneden, is de reikwijdte ervan beperkt, aangezien die doorsneden over het hele onderdeel consistent moeten zijn.

Tenzij het onderdeel natuurlijk wordt aangepast na extrusie. Omdat bij aluminiumextrusie meestal kneedbare, ductiele en bewerkbare aluminiumsoorten zoals 6061 en 6063 worden gebruikt, kunnen de geëxtrudeerde onderdelen vervolgens worden nabewerkt - op verschillende manieren gesneden met behulp van een CNC-bewerkingscentrum.

Het combineren van aluminium extrusie en CNC-bewerking is een geweldige manier om veerkrachtige onderdelen te produceren met complexe doorsneden en onregelmatige geometrieën.

Spuitgieten + CNC-bewerking

Drukgieten is een productieproces waarbij gesmolten metaal onder hoge druk in een vormholte wordt geperst. Het wordt over het algemeen gebruikt bij het maken van onderdelen in grotere hoeveelheden, omdat de vereiste matrijzen van gereedschapsstaal duur zijn om te maken.

Samen met staal, magnesium en zink is aluminium een ​​van de meest populaire metalen voor spuitgieten onder druk, en gegoten aluminium onderdelen hebben over het algemeen een uitstekende oppervlakteafwerking en maatvastheid.

Deze voordelen kunnen gecombineerd worden met de voordelen van CNC verspanen. Door aluminium componenten te spuitgieten en vervolgens verdere sneden toe te voegen met behulp van een bewerkingscentrum, is het mogelijk om onderdelen te maken met een uitzonderlijke afwerking en complexere geometrieën die mogelijk zouden zijn met elk afzonderlijk proces.

Zwaartekrachtgieten kan worden gebruikt in plaats van spuitgieten onder druk als het verlagen van de kosten belangrijker is dan het garanderen van hoge precisie of het creëren van dunne wanden.

Investeringsgieten + CNC-bewerking

Investeringsgieten is een metaalgietproces waarbij waspatronen worden gebruikt om metalen onderdelen te maken. Net als andere gietprocessen produceert het onderdelen met een uitstekende oppervlakteafwerking en een hoge maatnauwkeurigheid.

Het proces levert ook unieke voordelen op:het kan worden gebruikt om meer ingewikkelde onderdelen te maken dan mogelijk zou zijn met spuitgieten, en onderdelen komen tevoorschijn zonder scheidingslijnen.

Aluminiumlegeringen zijn een veelgebruikt materiaal voor investeringsgieten en de gegoten aluminium onderdelen kunnen nabewerkt worden voor verfijning.

Smeden + CNC-bewerking

Veel bewerkbare aluminiumlegeringen zijn ook geschikt voor het eeuwenoude smeedproces, waarbij metaal wordt gevormd door middel van drukkracht. (Dit houdt vaak in dat je met een hamer op het metaal slaat.)

Aluminium 6061 is bijvoorbeeld geschikt voor heet smeden met een gesloten matrijs - een proces dat vaak wordt gebruikt om auto- en industriële componenten te produceren.

De gesmede stukken aluminium kunnen nabewerkt worden met een CNC-bewerkingscentrum. Dit kan voordelig zijn in vergelijking met alleen machinale bewerking, aangezien gesmede onderdelen over het algemeen sterker zijn dan volledig gegoten of volledig machinaal bewerkte equivalenten. Nabewerking maakt het echter mogelijk om complexere geometrieën te creëren zonder de integriteit van het onderdeel volledig in gevaar te brengen.

Voor meer informatie over CNC-bewerking met aluminium en andere materialen, neem contact op met 3ERP .