Precisie bereiken: Dimensionele stabiliteit behouden bij aluminium bewerking

Geplaatst op 23 okt. 2020, | Door WayKen Rapid Manufacturing

Het behouden van nauwkeurige dimensionele controle voor onderdelen waar precisie een kernvereiste is, is altijd een kwestie van belang voor metalen bewerkingsdienstverleners. Dit heeft geleid tot verschillende onderzoeksactiviteiten op het gebied van dimensionele stabiliteit. De studies omvatten diverse verschijnselen zoals elastische grenzen, micro-rekking, micro-kruip, de mechanismen die ze veroorzaken, en een verscheidenheid aan voorgestelde methoden om dimensionele controle te verbeteren. Onder dimensionele stabiliteit van een materiaal verstaan we de vermogen om zijn oorspronkelijke vorm, afmeting te behouden en binnen de voorspelde dimensionele toleranties te blijven over een gespecificeerde periode onder een set omgevingsomstandigheden.

In dit artikel zullen we dimensionele instabiliteit bespreken in een van de meest gebruikte metalen, nl. aluminium, en we zullen manieren presenteren om de dilemma's te neutraliseren die bij de bewerking van aluminium worden ontmoet.

We ondersteunen de meest recente CNC aluminium bewerkings- en freesprocessen, als u problemen heeft met aluminium bewerking, helpen we u graag.

Waarom Aluminium Bewerking Bespreken?

Als het meest voorkomende metaal in de aardkorst, nl. 8,1%, wordt aluminium breed gebruikt in bijna elke industrie, waaronder luchtvaart, automobiel en bouw. De unieke aard van aluminiumlegeringen en de diverse eigenschappen die ze bieden voor verschillende toepassingen maken het een werkelijk fenomenaal metaal. Echter, de diverse toepassingen gaan ten koste van het feit dat de bewerking van aluminiumlegeringen verschillende bewerkingsoverwegingen vereist om rekening mee te houden, in tegenstelling tot staal.

Het hoofddilemma is de aanzienlijk hogere waarden van thermische uitdijingscoëfficiënten van aluminiumlegeringen vergeleken met andere veelgebruikte metalen. Laten we eens kijken naar de vergelijkende waarden van thermische uitdijingscoëfficiënten in de onderstaande tabel.

Op basis van deze tabel kunnen we duidelijk de relatief hogere waarden van thermische uitdijingscoëfficiënten voor aluminium en zijn legeringen opmerken. Daarom zullen we de vitale overwegingen betrokken bij aluminium bewerking bespreken naarmate het artikel vordert.

Dilemma's Bij Aluminium Bewerking

Bewerking van aluminiumlegeringen ondervindt grote vervormingen in meerdere bewerkingsoperaties, waaronder dunwandbewerking en smeden. Voordat we verdergaan, is het nodig om het verschil te begrijpen tussen herstelbare dimensionele veranderingen, plastische vervorming (micro-rekking) en dimensionele instabiliteit.

• Herstelbare dimensionele veranderingen zijn tijdsonafhankelijk en van nature voorspelbaar. Het omvat elastische rek, thermische uitdijing en magnetostrictieve rek.
• Plastische vervorming verwijst naar onherstelbare plastische rekkingen die tijdsafhankelijk zijn en een resultaat zijn van toegepaste spanningen.
• Dimensionele instabiliteit verwijst naar veranderingen in afmetingen als resultaat van interne spanningen. Het verwijst naar metallurgische instabiliteiten, bv. fasetransformaties, uitvalling. Deze vorm van instabiliteit treedt op in de afwezigheid van externe krachten.

Twee kern- of primaire mechanismen leiden tot dimensionele instabiliteiten in metalen. Het eerste is metallurgische instabiliteit en het tweede is ontspanning van residuele spanningen. Laten we verschillende redenen voor de vervorming van aluminium onderdelen bespreken. Deze redenen omvatten materiaalaspecten, de vorm van onderdelen, condities tijdens productie, en de prestaties van de koelvloeistof.

• Vervormingen veroorzaakt door interne spanningen in een ruwstuk
• Vervormingen veroorzaakt door snijkrachten
• Vervormingen door warmteafgifte in snijoperaties
• Vervormingen door spankrachten tijdens bewerkingsoperaties

Het is daarom monumentaal kritiek om deze vervormingen te controleren om hoogwaardige bewerking van aluminiumlegeringen te waarborgen. Daarom zullen we diverse maatregelen in de volgende sectie classificeren en bespreken.

Stappen om Aluminium Bewerkingsvervormingen te Verminderen

Met uitgebreide ervaring in de bewerkingsindustrie, laten we u door de sleutelstappen leiden om bewerkingsvervormingen specifiek voor aluminiumlegeringen te verminderen. De stappen omvatten technologische aspecten, keuze van CNC-machine apparatuur, het instellen van geschikte machineparameters, gereedschapsselectie, spanningsmethoden en vereiste operatorvaardigheden.

Vermindering van interne spanningen in het metaalstuk

Zoals eerder besproken, is dimensionele instabiliteit grotendeels afhankelijk van interne spanningen en zijn er geen externe krachten betrokken. Om interne spanningen te elimineren, zijn de meest gebruikte methoden voor aluminiumlegeringen vibratiebehandeling en natuurlijke of kunstmatige veroudering van het werkstuk. Volgens de ASM Handbook kunnen drie methoden worden gebruikt om spanning te verlichten.

De eerste omvat het op een gecontroleerde manier plastisch vervormen van het materiaal met behulp van een druk- of treklasting. Deze methode is alleen van toepassing op open-die smedestukken. De tweede methode omvat thermische behandelingen zoals sub-nul behandeling of koudestabilisatie waarbij het materiaal wordt blootgesteld aan cyclische temperaturen tussen -73 tot 100 graden Celsius. Dit helpt interne spanningen met maximaal 25% te verminderen. De laatste aanbevolen methode is het gebruik van opwaarts afschrikken waarbij het ruwstuk wordt afgekoeld tot -273 graden Celsius en vervolgens snel wordt opgeverwarmd door een stroom hete stoom.

Verbetering van het snijvermogen van het gereedschap

De juiste keuze van gereedschapsparameters beïnvloedt direct de kwaliteit van de snijkracht en de hoeveelheid warmteafgifte. Laten we daarom eens kijken naar de belangrijke geometrische parameters gevolgd door de keuze van de juiste gereedschapsstructuur.

Geometrische Parameters

1. Gereedschappen voor het bewerken van aluminiumlegeringen moeten correct geschliffen worden. Dit stelt grotere achter- en zij-snijhoeken in staat. Grotere snijhoeken moeten worden gebruikt voor gereedschappen bedoeld voor afwerking. Bovendien zijn grotere snijhoeken ook gunstig voor het bewerken van aluminiumlegeringen die zachter zijn, omdat grotere snijhoeken betekenen dat de snijden van het gereedschap scherper zijn. Kleinere snijhoeken zijn gunstig voor ruwe sneden of diepe sneden en hoge voedsnelheden. Snijhoeken variëren van 0 tot 40 graden en mogen nooit negatief zijn.
2. De hoeveelheid vrijstandshoek moet altijd groot zijn omdat het direct de slijtage van de achtermes-oppervlak en de kwaliteit van de oppervlakteafwerking beïnvloedt. De vrijstandshoek hangt af van de voedsnelheid en snijdiepte. Als er behoefte is aan ruw frezen en hoge voedsnelheden, moet de vrijstandshoek kleiner zijn. Echter, in precisie CNC aluminium bewerkingsoperaties is er behoefte aan het verminderen van elastische vervormingen en het waarborgen van minder wrijving tussen de snijder en werkstukoppervlakken om hoge oppervlakteafwerking te leveren. Hiervoor moet de grootte van de vrijstandshoek zo groot mogelijk zijn.
3. Het is nodig om het belang van de vrijheidshoek voor het correct functioneren van het gereedschap te begrijpen. In het geval van een heel kleine vrijheidshoek, zal de hiel (zijde) van het gereedschap in staat zijn om tegen het werkstuk te wrijven en dienovereenkomstig warmte af te geven. Aan de andere kant zal een grote vrijheidshoek ervoor zorgen dat het gereedschap te diep in het werkstuk penetreert en trillingen veroorzaakt. Daarom moet de keuze van de vrijheidshoek optimaal zijn. In de meeste toepassingen zijn hoeken tussen 6 tot 10 graden optimaal.
4. Last but not least in geometrische parameters komt de spiraalhoek. Om soepel frezen te waarborgen en de benodigde freeskracht voor een toepassing te verminderen, moet de spiraalhoek zo groot mogelijk zijn.

Verbetering van spanningsmethoden voor het werkstuk

Er zijn twee manieren voor betere spanning van aluminium werkstukken. In het geval van dunwandige cilindrische onderdelen, veroorzaakt spannen met een drieklauw-zelfcentrerende spanhoofd vervormingen. Daarom komt de eindvlak-compressiemethode hier van pas. Het eindvlak wordt gecomprimeerd met een deklap en vastgezet met een moer. Dit stelt bevredigende bewerkingsnauwkeurigheid in.

De tweede methode is van toepassing op dunwandige plaatwerkstukken. Het omvat het gebruik van zuignappen om een gelijkmatige verdeling van spankracht langs de dunne plaat te verkrijgen. Een additionele methode is het gebruik van een vloeibaar medium om vervormingen door spannen te voorkomen. Bijvoorbeeld, gesmolten ureum met 3 tot 6% kaliumnitraat kan op het werkstuk worden gegoten. Alcohol of water kan het eindonderdeel afspoelen om ervoor te zorgen dat het vloeibare medium volledig wordt uitgeplast.

Gereedschapsstructuur

1. Vermindering van het aantal tanden van de frees is belangrijk voor aluminium bewerking. Dit is door de hoge mate van plasticiteit van aluminium wat resulteert in grotere vervorming tijdens bewerkingsoperaties. Aluminium spannen hebben een plakkerigheidselement wat ervoor zorgt dat ze interfereren in de productie van fijn onderdelen met gewenste toleranties. Verhoogde ruimte tussen snijden stelt grotere spannen in staat om uit te gaan.
2. Het is vitaal om de ruwheid van de snijde minder dan 0,4 µm te houden en de snijde te verwerken met juiste slijpoperaties. Dit zal alle onnodige graten elimineren wat uiteindelijk warmteafgifte en snijvervormingen zal verminderen.
3. Gereedschapsvervanging of herstel moet volgens standaarden gebeuren. Daarom, wanneer de oppervlakteruwheidswaarde 0,2 mm overschrijdt en wanneer snijtemperatuurwaarden 100 graden Celsius overschrijden, moet het gereedschap vervangen of aangevuld worden.

Tips voor de bewerkingsoperator

1. Een bekwame operator moet voldoende kennis hebben over de berekening van voedsnelheden en snelheden. Het bereik van voedsnelheden en snelheden is veel smaller voor aluminiumlegeringen dan voor andere materialen. Snijden van aluminium vereist hoge spindelsnelheden, maar de voedsnelheden zijn subjectief aan vereisten. Hogere spindelsnelheden stellen kleinere diameter bitten in staat. Daarom moet een bekwame operator ervaring hebben in het gebruik van geschikte formules voor voedsnelheden en spindelsnelheden afgestemd op aluminium bewerking.
2. Aluminium bewerking vereist een langzame en vaste aanpak. De verleiding om de CNC-machine te programmeren met diepere sneden per pas voor verhoogde productiviteit kan in het geval van aluminium tegenwerken. Het wissen van plakkerige aluminium spannen wordt een angstaanjagende taak en betekent ook slechte oppervlakteafwerking door graten. Een goede CNC-bewerkingsoperator zal altijd geduldig bewegen voor een betere uitkomst. Hij/zij zal correcte berekeningen uitvoeren voor ideale snijdieptes per pas.
3. Speciale aandacht voor het gebruik van koelmiddel is noodzakelijk namens de operator. Bovendien zijn pre-verwerking en na-verwerking van werkstukken nodig en de operator moet geduldig en zorgvuldig zijn om eventuele kleine fouten in de afgeronde onderdelen aan te wijzen om de geloofwaardigheid van een goede bewerkingdienstverlener te behouden.

Conclusie

We hopen dat deze uitgebreide maar beknopte gids over aluminium bewerking uw technische kennis zal ondersteunen, zodat de volgende keer dat u een aluminium onderdeel laat bewerken, u elk aspect technisch kunt bespreken met uw bewerkingsdienstverlener heel effectief.