Waarom Aluminium Het Go-To Materiaal Is Voor CNC-bewerking: Voordelen, Toepassingen en Alternatieven

Voor CNC-bewerkingsprojecten is aluminium een van de populairste materiaalkeuzes vanwege de gewenste fysieke eigenschappen. Het is sterk, wat het ideaal maakt voor mechanische onderdelen, en de geoxideerde buitenlaag is bestendig tegen corrosie door de elementen. Deze voordelen hebben aluminiumonderdelen gemeengoed gemaakt in alle industrieën, hoewel ze met name in de automotive, luchtvaart, gezondheidszorg en consumentenelektronica sectoren favoriet zijn.

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 uitstekende bewerkbaarheid: veel van de graden kunnen effectief worden gepenetreerd door snijgereedschappen, splijten gemakkelijk terwijl ze relatief gemakkelijk te vormgeven zijn. Hierdoor kan aluminium meer dan drie keer sneller bewerkt worden dan ijzer of staal.

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

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

Voordelen van aluminium CNC-bewerking

• Bewerkbaarheid
• Corrosieweerstand
• Sterkte-gewichtsverhouding
• Elektrische geleidbaarheid
• Anodisatiepotentieel
• Herwinbaarheid

Typische CNC Aluminium Onderdelen van 3ERP

Bewerkbaarheid

Een van de hoofdredenen waarom ingenieurs aluminium kiezen voor hun bewerkte onderdelen is omdat, heel simpel, het materiaal gemakkelijk te bewerken is. Hoewel dit meer een voordeel voor de bewerker lijkt die het onderdeel produceert, heeft het ook significante voordelen voor het bedrijf dat het onderdeel bestelt, alsook de eindgebruiker die het uiteindelijk zal gebruiken.

Omdat aluminium gemakkelijk splijnt, en omdat het gemakkelijk te vormgeven is, kan het snel en nauwkeurig gesneden worden met CNC-machinegereedschappen. Dit heeft enkele belangrijke gevolgen: ten eerste maakt de korte tijdslijn van de bewerkingsklus het proces goedkoper (omdat minder arbeid van de bewerker vereist is en minder bedrijfstijd van de machine zelf); ten tweede betekent goede bewerkbaarheid minder vervorming van het onderdeel terwijl het snijgereedschap door het werkstuk gaat. Dit kan de machine in staat stellen strakkere tolerantiës te halen (zo laag als ±0,025 mm) en leidt tot hogere nauwkeurigheid en herhaalbaarheid.

Corrosieweerstand

Verschillende aluminiumgraden verschillen sterk in hun weerstand tegen corrosie – de mate waarin ze oxidatie en chemische schade kunnen weerstaan. Gelukkig zijn enkele van de populairste graden voor CNC-bewerking de meest bestendige. 6061 biedt bijvoorbeeld uitstekende corrosieweerstand, evenals andere legeringen op het lagere einde van het krachtspectrum. (Sterke aluminiumlegeringen kunnen minder bestendig zijn tegen corrosie door de aanwezigheid van geloode koper.)

Sterkte-gewichtsverhouding

Aluminium heeft gewenste fysieke eigenschappen die het ideaal maken voor zowel mechanische als esthetische onderdelen. Twee van de belangrijkste zijn de hoge sterkte van het metaal en het lichte gewicht, beide maken het materiaal gunstig voor cruciale onderdelen zoals die vereist in de luchtvaart- en auto-industrie. Vliegtuigbevestigingen en auto-asassen zijn twee voorbeelden van onderdelen die succesvol met aluminium bewerkt kunnen worden.

Echter, verschillende graden aluminium dienen verschillende doeleinden. Vanwege hun gunstige sterkte-gewichtsverhouding kunnen algemeen gebruikte graden zoals 6061 voor een brede verscheidenheid aan onderdelen gebruikt worden, terwijl opvallend sterke graden zoals 7075 bevorzugd kunnen worden in luchtvaart- en maritieme toepassingen.

Elektrische geleidbaarheid

CNC-gebeoordeelde aluminiumonderdelen kunnen nuttig zijn voor elektrische componenten vanwege hun elektrische geleidbaarheid. Hoewel niet zo geleidend als koper, heeft zuiver aluminium een elektrische geleidbaarheid van ongeveer 37,7 miljoen siemens per meter bij kamertemperatuur. Legeringen kunnen lagere geleidbaarheden hebben, maar aluminiummaterialen zijn significant meer geleidend dan, bijvoorbeeld, roestvrij staal.

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

Anodisatiepotentieel

Bewerkte aluminiumonderdelen zijn met name populair in de consumentenelektronica-industrie, niet alleen voor sterkte- en gewichtseisen, maar vanwege belangrijke esthetische overwegingen. Naast het ontvankelijk zijn voor verf en tinten, kan aluminium behandeld worden met anodisatie, een oppervlakteafwerkingsprocedure die de beschermende en geoxideerde buitenlaag van het onderdeel verdikt.

Het anodisatieproces, dat doorgaans na de bewerking plaatsvindt, omvat het doorsturen van een elektrische stroom door het onderdeel in een elektrolytisch zuurbad en resulteert in een stuk aluminium dat meer bestendig is tegen fysieke impact en corrosie.

Belangrijk is dat anodiseren het makkelijker maakt om kleur toe te voegen aan een bewerkt aluminiumonderdeel, aangezien de geanodiseerde buitenlaag hoogst poreus is. Kleurstoffen kunnen hun weg vinden door de poreuze secties van de buitenlaag en zijn minder geneigd om af te scheuren of af te vliegen aangezien ze inbed zijn in het harde exterieur van het metaalonderdeel.

Herwinbaarheid

Een ander voordeel van aluminium is de hoge herwinbaarheid, wat het preferable maakt voor bedrijven die hun milieueffect willen minimaliseren of voor hen die simpelweg materiaalverspilling willen verminderen en een deel van hun uitgaven willen terugwinnen. Herwinbare materialen zijn met name belangrijk in CNC-bewerking, waar een relatief grote hoeveelheid afvalmateriaal in de vorm van spaan van het snijgereedschap ontstaat.

Alternatieven voor aluminium in CNC-bewerking

Bedrijven kunnen alternatieven voor aluminium zoeken voor CNC-bewerking om diverse redenen. Tenslotte heeft het metaal een paar zwaktes: de oxide coating kan tooling beschadigen, en het is doorgaans duurder dan alternatieven zoals staal, deels door de hoge energiekosten van aluminiumproductie.

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

Metalen

Staal & roestvrij staal

Beter dan aluminium voor:

• Sterkte
• Temperatuurbestendigheid

Erger dan aluminium voor:

• Bewerkbaarheid
• Gewicht

Stalen en roestvrije stalen zijn wijd gebruikte materialen in CNC-bewerking. Vanwege hun hoge sterkte, neigen stalen ertoe te worden bevorzugd voor hoge-spanning toepassingen en die sterke lassen vereisen. Stalen zijn bestendig tegen zeer hoge temperaturen, en roestvrije stalen kunnen warmtebehandeld worden om hun corrosieweerstand te verbeteren.

Echter, hoewel bewerkingsstalen geëngineerd zijn voor verbeterde bewerkbaarheid, blijft aluminium het meer bewerkbare van de twee materialen. Stalen zijn ook zwaarder en hebben een hogere hardheid dan aluminium, wat wel of niet gewenst kan zijn afhankelijk van de applicatie.

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

Titaan

Beter dan aluminium voor:

• Sterkte-gewichtsverhouding

Erger dan aluminium voor:

• Kosten

Titaan kan als een like-for-like vervanger voor aluminium gebruikt worden aangezien het primaire voordeel een uitzonderlijke sterkte-gewichtsverhouding is – ook een van de hoofstvoordelen van aluminium. Titaan heeft een vergelijkbaar gewicht als aluminium maar is bijna tweemaal zo sterk. Net als aluminium is het ook zeer bestendig tegen corrosie.

Deze voordelen weerspiegelen zich in het hogere prijzeniveau van titaan. Hoewel het materiaal een uitstekende keuze is voor onderdelen zoals vliegtuigcomponenten en medische apparaten, kan de kosten belemmerend zijn.

Titaan is een geschikt alternatief voor aluminium wanneer lichtgewicht een primaire zorg is en, belangrijk, wanneer het productiebudget wat flexibiliteit heeft.

Magnesium

Beter dan aluminium voor:

• Bewerkbaarheid
• Gewicht

Erger dan aluminium voor:

• Bewerkingsveiligheid
• Corrosieweerstand

Hoewel niet het meest voorkomende bewerkingsmateriaal, biedt het lichtgewicht metaal magnesium veel van de voordelen van algemene aluminiumlegeringen. In feite is magnesium een van de meest bewerkbare metalen, wat het bewerkingsproces snel en efficiënt maakt.

Een potentiële neerkant voor machine shops? Magnesiumspaan is extreem brandbaar en wordt verder verergerd door water, wat betekent dat bewerkers voorzichtig moeten zijn bij het opruimen van puin.

Messing

Beter dan aluminium voor:

• Sommige esthetische toepassingen

Erger dan aluminium voor:

• Kosten

Een metaal met een gouden uiterlijk, messing is een hoog bewerkbaar metaal beschikbaar tegen een iets hoger prijzeniveau dan aluminium. Het wordt veelvuldig gezien op onderdelen zoals kleppen en mondstukken, alsook structurele componenten, terwijl de hoge bewerkbaarheid het geschikt maakt voor hoge-volume orders.

Koper

Beter dan aluminium voor:

• Elektrische geleidbaarheid

Erger dan aluminium voor:

• Bewerkbaarheid

Koper deelt verschillende materiaaleigenschappen met aluminium. Echter, de superieure elektrische geleidbaarheid van koper kan het preferable maken voor diverse elektrische toepassingen. Hoewel zuiver koper moeilijk te bewerken is, bieden veel koperlegeringen vergelijkbare bewerkbaarheid als populaire aluminiumgraden.

Engineering Thermoplasten

POM (Delrin)

Beter dan aluminium voor:

• Elektrische isolatie
• Lage wrijving

Erger dan aluminium voor:

• Sterkte
• Hittebestendigheid

CNC-bewerkingsprojecten hoeven niet beperkt te zijn tot metalen. In feite kunnen diverse engineering thermoplasten sommige van de voordelen van aluminium evenaren of overtroffen, afhankelijk van de applicatie.

Aangezien aluminium vaak bevorzugd wordt voor zijn uitstekende bewerkbaarheid, is een haalbare plastic alternatief POM (Delrin), wat, net als aluminium, hoogst geschikt is voor het bewerkingsproces. POM heeft een laag smeltpunt maar indrukwekkend hoge sterkte voor een kunststof.

POM is een elektrische isolator, wat het geschikt maakt voor onderdelen zoals elektronische behuizingen. Het is ook geschikt voor mechanische onderdelen. Echter, gegeven het radicaal verschillende isolerende gedrag vergeleken met aluminium, zou het alleen als like-for-like vervanger gebruikt moeten worden in situaties waar thermische en elektrische geleidbaarheid van verwaarloosbare belangrijkheid is.

PTFE (Teflon)

Beter dan aluminium voor:

• Elektrische isolatie
• Zeer lage wrijving

Erger dan aluminium voor:

• Sterkte

Net als POM, is PTFE (Teflon) een hoog bewerkbare thermoplast die een uitstekende elektrische isolator is. In tegenstelling tot POM, is PTFE ook bestendig tegen hoge temperaturen (tot 260°C), wat het een haalbaar aluminium alternatief maakt voor hoge-temperatuur toepassingen.

De hoge chemische weerstand van PTFE maakt het ook een populaire bewerkingsmateriaal voor onderdelen die in de voedingsmiddelenindustrie gebruikt zullen worden.

PEEK

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 (bestendig tegen temperaturen tot 260°C) het een echte like-for-like alternatief voor aluminium. PEEK's populariteit voor onderdelen zoals kleppen, lagers, pompen en mondstukken getuigt van de metaal-achtige capaciteiten.

Een struikelblok is de prijs. Als een high-performance polymer is PEEK een van de duurdere bewerkbare thermoplasten, wat het geschikt maakt voor alleen bewerkingsprojecten waar ubiqutaire materialen zoals aluminium onbruikbaar zijn.

ABS

Beter dan aluminium voor:

• Thermische schokweerstand

Erger dan aluminium voor:

• Sterkte

ABS wordt veel gebruikt als injection molding materiaal en, vanaf recente jaren, een 3D-print filament. Maar hoewel ABS heel weinig gemeen heeft met aluminium, blijft het een veelzijdig en lichtgewicht materiaal voor CNC-bewerking, wat boven-gemiddelde impactssterkte biedt.

Meer

Andere bewerkbare kunststoffen, waarvan de meeste hoogst dissimilar zijn aan aluminium, omvatten PC, ABS+PC, PP, PS, PMMA (Acryl), PAGF30, PCGF30, DHPE, HDPE, en PPS.

Alternatieven voor specifieke aluminiumgraden

Toepassing	Aluminium	Alternatief
Algemeen	6061	Zacht staal 1018
Luchtvaart	7075	Roestvrij staal 303
Maritiem	5083	Roestvrij staal 304 Roestvrij staal 316
Bouw	5083	Zacht staal A36
Voeding	6061	PTFE PC

CNC-bewerking Combineren Met Andere Processen

Als aluminium de bevorzugde materiaalkeuze voor een project blijft, zijn er manieren om CNC-bewerking te combineren met andere productieprocessen om complexere, hoger-presterende aluminiumonderdelen te creëren. Dit kan de functionaliteit van aluminium maximaliseren terwijl de voordelen van meerdere productieprocessen worden geoogst.

Naast het zijn van een all-in-one productieproces, kan CNC-bewerking gebruikt worden om onderdelen die met andere machines gemaakt zijn, te verfijnen of wijzigen. Extrusie, gieten en smeden processen kunnen elk gecompliceerd worden met het bewerkingsproces om betere aluminiumcomponenten te maken.

Aluminium Extrusie + CNC-bewerking

Extrusie is het proces van het dwingen van vloeibaar materiaal door een opening in een matrix, wat een verlengd component produceert met een continu profiel. Hoewel aluminiumextrusie een effectieve manier is om functionele componenten met kwalitatieve oppervlakteafwerkingen en complexe dwarsdoorsnedes te produceren, is het beperkt in scope, aangezien die dwarsdoorsnedes consistent moeten zijn over het onderdeel.

Tenzij, natuurlijk, het onderdeel na extrusie gewijzigd wordt. Omdat aluminiumextrusie doorgaans malleable, duktiele en bewerkbare aluminiumgraden zoals 6061 & 6063 omvat, kunnen de geëxtrudeerde onderdelen daarna post-gebewerkt worden – in diverse manieren gesneden met een CNC-bewerkingscentrum.

Het combineren van aluminiumextrusie en CNC-bewerking is een geweldige manier om veerkrachtige onderdelen met complexe dwarsdoorsnedes en irreguliere geometrieën te produceren.

Drukgieterij + CNC-bewerking

Drukgieterij is een productieproces waarin vloeibaar metaal met hoge druk in een moldkavel wordt gedwongen. Het wordt doorgaans gebruikt bij het maken van onderdelen in grotere hoeveelheden aangezien de vereiste toolstaal matrijzen duur zijn om te maken.

Naast staal, magnesium en zink, is aluminium een van de populairste metalen voor drukgieterij, en drukgegietene aluminiumonderdelen hebben doorgaans een uitstekende oppervlakteafwerking en dimensionale consistentie.

Deze voordelen kunnen gecombineerd worden met de voordelen van CNC-bewerking. Door aluminiumcomponenten te drukgieteren en daarna verdere sneden toe te voegen met een bewerkingscentrum, is het mogelijk om onderdelen te creëren met een uitzonderlijke afwerking en complexere geometrieën die mogelijk zouden zijn met elk proces op zich.

Zwaartekrachtgieterij kan gebruikt worden in plaats van drukgieterij als het verlagen van kosten belangrijker is dan het garanderen van hoge precisie of het creëren van dunne wanden.

Wasmicrogieterei + CNC-bewerking

Wasmicrogieterei is een metalen gietproces dat waspatronen gebruikt om metalen onderdelen te creëren. Net als andere gietprocessen, produceert het onderdelen met een uitstekende oppervlakteafwerking en hoge dimensionale nauwkeurigheid.

Het proces produceert ook unieke voordelen: het kan gebruikt worden om ingewikkelder onderdelen te creëren dan mogelijk met drukgieterij, en onderdelen komen zonder scheidingslijnen tevoorschijn.

Aluminiumlegeringen zijn een gemeenschappelijk materiaal gebruikt voor wasmicrogieterei, en de gegoten aluminiumonderdelen kunnen post-gebewerkt worden voor verfijning.

Smeden + CNC-bewerking

Veel bewerkbare aluminiumlegeringen zijn ook geschikt voor het ouderdomse proces van smeden, wat het vormgeven van metaal door compressieve kracht omvat. (Dit omvat vaak het slaan van het metaal met een hamer.)

Aluminium 6061 is bijvoorbeeld geschikt voor houtsmeden met een gesloten matrice – een proces dat algemeen gebruikt wordt om auto- en industriële componenten te produceren.

De gesmeden stukken aluminium kunnen post-gebewerkt worden met een CNC-bewerkingscentrum. Dit kan gunstig zijn vergeleken met alleen bewerken aangezien gesmeden onderdelen doorgaans sterker zijn dan volledig gegoten of volledig bewerkte equivalenten. Echter, post-bewerking stelt de creatie van complexere geometrieën in zonder de integriteit van het onderdeel volledig te compromitteren.

Om meer te leren over CNC-bewerking met aluminium en andere materialen, neem contact op met 3ERP.