Was ist Aluminiumbearbeitung? - Werkzeuge und Vorgänge

Was ist Aluminiumbearbeitung?

Die maschinelle Bearbeitung ist ein subtraktiver Fertigungsprozess, d. h. es wird Material von einem Werkstück entfernt, um das gewünschte Teil oder Produkt herzustellen. Es ist äußerst vielseitig und kann eine breite Palette von metallischen und nichtmetallischen Substraten aufnehmen. Eines der am häufigsten verwendeten Materialien bei der Bearbeitung ist Aluminium.

Aufgrund seines geringeren Materialgewichts, der geringeren Materialhärte und der besseren Formbarkeit ist Aluminium ideal für die Verwendung in der maschinellen Bearbeitung und anderen Fertigungsvorgängen. Im Folgenden heben wir einige der anderen Vorteile der Verwendung von Aluminium für Bearbeitungsanwendungen hervor, erörtern, wie Aluminium in verschiedenen Bearbeitungsprozessen verwendet wird, und skizzieren einige der typischen bearbeiteten Teile aus Aluminium.

Ein Überblick über Aluminiumbearbeitungsprozesse

„Zerspanung“ ist ein Überbegriff, der eine Reihe von subtraktiven Fertigungsverfahren umfasst, z. B. Fräsen, Drehen, Bohren. Es gibt auch verschiedene Arten von Bearbeitungstechnologien und -techniken, z. B. CNC-Bearbeitung, Schweizer Schraubenbearbeitung, vertikales und horizontales Fräsen und Funkenerosionsbearbeitung (EDM). Nachfolgend beschreiben wir, wie Aluminium bei jedem dieser Bearbeitungsverfahren gehandhabt wird.

• CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control): Der CNC-Bearbeitungsprozess verwendet die Verwendung von Computersoftware und CNC-kompatibler Ausrüstung, um die Bewegung und Bewegung von Werkzeugmaschinen über die Oberfläche des Werkstücks zu führen. Es ermöglicht die Herstellung von hochpräzisen und genauen Aluminium-CNC-Teilen und -Produkten.
• Schweizer Schraubenbearbeitung :Die Schweizer Schraubenbearbeitung ist ideal für die Herstellung von kleinen, aber hochpräzisen zylindrischen Komponenten aus Aluminium, wie z. B. elektronischen oder medizinischen Teilen.
• Vertikal-/Horizontalfräsen: Fräsen ist ein Bearbeitungsprozess, bei dem rotierende Schneidwerkzeuge verwendet werden, um überschüssiges Material vom Werkstück zu entfernen. Fräsgeräte können eine vertikale oder horizontale Konfiguration aufweisen; vertikale Einheiten sind ideal für kleine Mengen einfacher Aluminiumteile, während horizontale Einheiten eher für große Mengen komplexer Aluminiumteile geeignet sind.
• Elektronische Entladungsbearbeitung (EDM): EDM nutzt die elektrische Entladung, die zwischen zwei Elektroden erzeugt wird, um Material vom Werkstück zu entfernen. Während es im Allgemeinen verwendet wird, um härtere und schwieriger zu bearbeitende Materialien zu bearbeiten, kann es auf jedem elektrisch leitfähigen Material, einschließlich Aluminium, verwendet werden.

Warum kann Aluminium eine Herausforderung darstellen?

Wenn Sie eine Halterung für Farmer Joe herstellen, spielt es keine Rolle, wie effizient Sie Material entfernen. Aber wenn Sie 10.000 Klammern pro Woche für Hustler Joe herstellen, müssen Sie einen ordentlichen Job machen.

Die größte Herausforderung bei der effektiven Bearbeitung von Aluminium besteht einfach darin, die maximalen Materialabtragsraten zu erreichen, ohne etwas in die Luft zu jagen.

Aluminium kann schmelzen und mit dem Werkzeug verschmelzen, wenn es zu viel Hitze gibt. Auch wenn es wie Butter schneidet, hält es nicht lange, wenn das Aluminium am Werkzeug haften bleibt und Sie am Ende Rührreibschweißen statt spanende Bearbeitung durchführen.

Abgesehen davon, dass die Reibung auf ein Minimum reduziert wird, kann Rattern ein Biest sein, wenn Sie die Maschine schieben. Dies ist besonders problematisch, wenn Sie versuchen, sauber aussehende Taschen zu bearbeiten. Ok, genug gejammert. Sehen wir uns an, wie Sie es auf dem Boden töten können.

Schneidwerkzeuge für Aluminium

Verwenden Sie auf keinen Fall einen Allzweckschneider für Aluminium. Technisch wird es funktionieren, aber Aluminium ist völlig anders als Stahl.

Hier sind einige Aspekte der Werkzeugauswahl, die Ihnen helfen werden, das Beste aus Ihrer Maschine herauszuholen.

Schneidwerkzeugmaterial

Karbid: Hoffentlich ist das ein Kinderspiel für Sie. Selbst in leistungsschwachen Anwendungen übertrifft Hartmetall den Wert von Schnellarbeitsstahl sowohl im Hinblick auf die Kosten des Werkzeugs über die Lebensdauer als auch in Bezug auf die Oberflächenbeschaffenheit.

Trotzdem gibt es ein paar gute Dinge, die Sie über Hartmetall wissen sollten, die Ihnen helfen werden, das perfekte Werkzeug für den Job zu finden. Im Wesentlichen müssen wir nur verstehen, was wir von einem Tool erwarten. Aluminium ist weichschneidend, was bedeutet, dass das Werkzeug beim Schneiden keinen harten Stoßkräften ausgesetzt ist.

Entscheidend ist die Aufrechterhaltung einer rasiermesserscharfen Kante. Aus diesem Grund würden wir bei den Materialeigenschaften Härte der Zähigkeit vorziehen. Es gibt zwei Hauptfaktoren, die diese Eigenschaft beeinflussen:Karbidkorngröße und Bindemittelverhältnis.

Bei der Korngröße ergibt eine größere Körnung ein härteres Material, während eine kleinere Körnung ein schlagfesteres, zäheres Material ergibt. Bei Aluminium wollen wir diese Kantenschärfe beibehalten, also wollen wir eine kleine Korngröße für maximale Kantenbeständigkeit.

Der andere Faktor ist das Bindemittelverhältnis. Bei Hartmetall-Schneidwerkzeugen ist das Bindemittel Kobalt. Dieser kann zwischen 2 % und 20 % Kobalt enthalten. Da Kobalt weicher als die Hartmetallkörner ist, bedeutet mehr Kobalt ein zähes Werkzeug, weniger Kobalt ein härteres Werkzeug. Wir suchen also im Grunde nur nach einem Hartmetallfräser, der eine große Körnung und einen geringen Kobaltgehalt hat.

Vorschübe und Geschwindigkeiten

Viele Leute gehen einfach mit 1000 SFM, um ihre Drehzahl zu berechnen. Wenn Sie dies tun, sind Sie wirklich nicht schneller als alle anderen.

Um ehrlich zu sein, ist dies normalerweise das, was für die meisten Schneideplotter empfohlen wird. 1000-1500 SFM ist eine völlig normale Geschwindigkeit, mit der Sie Ihre Spindel laufen lassen können. Mit harmonischen Tests können Sie jedoch das Dreifache dieser Geschwindigkeit erreichen. Dazu später mehr.

Bei der Futterrate kneifen viele Leute. Wenn Sie einen 1/2-Zoll-Schaftfräser mit nur 0,003 Zoll pro Zahn füttern, verschwenden Sie nur Zeit. Für die Produktion möchten Sie es mindestens auf 1% des Fräserdurchmessers pro Zahn drücken. Dies bedeutet, dass ein 1/2″ Schaftfräser mindestens 0,005″ pro Zahn zugeführt werden muss. Mit einem stabilen Setup und einem kurzen Tool können Sie das vielleicht sogar verdoppeln.

Die einzige Ausnahme hiervon ist, wenn Sie mit kleinen Werkzeugen wie 1/8″ oder weniger arbeiten. Die Spänebeseitigung kann zu einem Problem werden, was bedeutet, dass Sie bei dünneren Spänen langsamer fahren müssen.

Allgemeine Operationen für die Bearbeitung von Aluminium

Hier ist eine Liste der üblichen Dinge, die Sie mit Aluminium machen werden, zusammen mit ein paar Tipps, die Ihnen dabei helfen.

1. Gesicht

Wenn Sie einen Aufsteckfräser verwenden, wählen Sie auf jeden Fall einen superaggressiven Spanwinkel und polierte Wendeschneidplatten. Dein Finish wird fantastisch sein und du wirst in der Lage sein, die Drehzahl wirklich zu pushen.

2. Taschen

Das ist etwas, was viele Leute nicht richtig machen. Wenn Sie über die Hälfte des Durchmessers des Fräsers und die Hälfte nach unten treten, machen Sie aus zwei Gründen einen Fehler:

Der Cutter kann mehr verarbeiten. Gehen Sie fast in voller Breite. Mein Ziel ist 95% des Cutters flach. Der Grund dafür ist, dass der Fräser sowieso in den Ecken vergraben wird. Das bedeutet, dass Sie den Vorschub verlangsamen müssen, damit das Werkzeug nicht in den Ecken explodiert. Bei vollen 100 % können aufgrund von Fräser- und Materialdurchbiegung papierartige Oblaten zwischen den Werkzeugwegen entstehen.

50 % Zustellungen sind schrecklich für die Obertöne, wenn Sie mit einer respektablen Geschwindigkeit schruppen. Der Aufprall des in das Werkstück eintretenden Werkzeugs erfolgt an der ungünstigsten Stelle und schlägt mit jedem Zahn ein. Selbst das Anstoßen des Werkzeugs auf 65 % Zustellung führt zu einer merklichen Reduzierung des Ratterns.

Ein weiterer Tipp ist, einen Fräserdurchmesser zu verwenden, der etwas kleiner ist als der Innenradius der Tasche. Wenn Sie einen 1/2-Zoll-Schaftfräser verwenden, um 1/4-Zoll-Radtaschen zu schneiden, neigen Sie dazu, die Ecken mit Rattern auszuhöhlen, wenn das Werkzeug die Richtung ändert. Bei hohen Geschwindigkeiten ändern Werkzeuge nicht sofort die Richtung, was bedeutet, dass das Werkzeug den Schnittdruck entlastet. Das macht diese zwitschernden Geräusche.

Normalerweise frage ich, ob ich diese Radien für saubere Ecken auf 0,265″ skalieren kann. Dies verringert den Kontakt, den das Werkzeug mit der Teilegeometrie hat. Die Maschine ist auch in der Lage, diese Rundung bei höheren Geschwindigkeiten zu bewältigen. Denken Sie nur an ein Auto auf einer Rennstrecke. Wenn es eine scharfe Kurve ist, wird das Auto langsamer. Bei einem größeren Radius muss die Maschine nicht langsamer werden.

Dadurch wird das Zwitschern in Ecken, das Ihre Teile hässlich macht, ziemlich gut beseitigt.

3. Schlitzen

Für extrem tiefe Nuten gibt es zwei Optionen, die für mich gut funktionieren:entweder trochoidales Fräsen verwenden, um die Fräserdurchbiegung und das Rattern zu reduzieren, oder einen Schaftfräser mit Stummelnut verwenden.

Persönlich bevorzuge ich Stummelflöten, da das Werkzeug deutlich stärker ist und Sie keine verschwendete Bewegung bekommen, wenn das Werkzeug hin und her zischt. Tiefschlitzen ist eine dieser Anwendungen, bei der es sich oft lohnt, ein Spezialwerkzeug zu verwenden.

Für flaches Schlitzen (4xD und darunter) müssen keine besonderen Überlegungen angestellt werden. Nur Geber.

4. Bohren

Verwenden. Scharf. Bohrer. Hartmetallbohrer sind nicht immer die Lösung; Es macht keinen Sinn, einen teuren Hartmetallbohrer zu betreiben, wenn Sie nicht über die Spindeldrehzahl oder das Produktionsvolumen verfügen, um dies zu rechtfertigen.

Im Allgemeinen verwenden Sie einfach einen 135-Grad-Split-Point-Bohrer und Sie werden in Ordnung sein. Wenn sich an der Spitze des Bohrers ein Steg befindet, wird unnötig viel Wärme in den Schnitt eingebracht.

5. Tippen

Allzweck-Gewindebohrer funktionieren technisch gesehen, aber Gewindebohrer speziell für Aluminium sind wesentlich zuverlässiger. Sie haben einen viel aggressiveren Spanwinkel, was sauberere Schnitte und weniger Hitze bedeutet.

Seien Sie auch kein Weichei mit RPM. Wenn Sie mit Ihren Maschinen nie über 200 U/min fahren, verschwenden Sie nur Zeit. Natürlich sind einige Maschinen einfach alt und müde, und es gibt zu viel Spiel, um schneller zu schneiden. Aber wirklich, Sie werden auf diesen Maschinen ohnehin nicht konkurrenzfähig sein. Der Punkt ist, dass das Gewindeschneiden von Aluminium einfach ist, verschwenden Sie keine Zeit damit.

So erhalten Sie fantastische Oberflächengüten auf Aluminium

Hohe Drehzahl. Es ist kein großes Geheimnis. Kurbeln Sie es an.

Die Verwendung eines rasiermesserscharfen Endbearbeitungswerkzeugs mit hoher Steigung und sehr aggressiven Spanwinkeln hilft Ihnen auch dabei, eine superglänzende Oberflächengüte zu erzielen.

Erwähnenswert ist jedoch, dass Sie Ihre Zeit nicht damit verschwenden wollen, das Teil schöner zu machen, als es sein muss. Manchmal möchten Sie den Kunden einfach glücklich machen und ihn beeindrucken, aber denken Sie daran, dass es einen Unterschied zwischen einem glänzenden und einem hohen Ra gibt.

Es lohnt sich wirklich, Ihre Oberflächengüteberechnungen durchzuführen, damit Sie die maximale Vorschubgeschwindigkeit für Ihre Fertigschnitte bestimmen können. Ich werde normalerweise rechnen und dann ungefähr 10% davon zurücknehmen, um sicher zu sein. Wenn Sie diese Grenze überschreiten, liegen Sie die Hälfte der Zeit falsch.

Vorteile der Verwendung von Aluminium bei der Bearbeitung

Zusätzlich zu seiner hervorragenden Bearbeitbarkeit weist Aluminium viele Eigenschaften auf, die es für den Einsatz in Bearbeitungsvorgängen geeignet machen, wie z. B.:

• Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht: Aluminium ist sowohl stark als auch leicht, Eigenschaften, die für bearbeitete Teile in Hochleistungsanwendungen, wie sie in der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie zu finden sind, von entscheidender Bedeutung sind.
• Korrosionsbeständigkeit: Aluminium ist in mehreren Qualitäten erhältlich, die sich im Grad der nachgewiesenen Korrosionsbeständigkeit unterscheiden. Bei der Bearbeitung bietet eine der am häufigsten verwendeten Sorten – 6061 – eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit.
• Elektrische Leitfähigkeit: Aluminium weist eine höhere elektrische Leitfähigkeit auf (etwa 37,7 Millionen Siemens/Meter bei Raumtemperatur) als andere üblicherweise bearbeitete Metalle wie Kohlenstoffstahl (7 Millionen Siemens/Meter) und Edelstahl (1,5 Millionen Siemens/Meter). Diese Qualität macht bearbeitete Aluminiumteile für den Einsatz als elektrische und elektronische Komponenten geeignet.
• Oberflächenveredelung und Eloxalpotential: Aluminium eignet sich problemlos für verschiedene Oberflächenbehandlungs- und Veredelungsverfahren wie Lackieren, Abtönen und Eloxieren. Diese Qualität ermöglicht es den Herstellern, die funktionalen und ästhetischen Eigenschaften des bearbeiteten Aluminiumteils oder -produkts zu verbessern.
• Wiederverwertbarkeit: Aluminium ist in hohem Maße recycelbar, was es Herstellern ermöglicht, bei Bearbeitungsvorgängen anfallendes Abfallmaterial und Baumaterialien aus fertigen Produkten, die am Ende ihrer Lebensdauer entsorgt werden, wiederzuverwenden.
• Erschwinglichkeit: Im Vergleich zu anderen Bearbeitungsmaterialien (z. B. Messing, Titan und PEEK) ist Aluminium billiger, ohne die Leistung erheblich zu beeinträchtigen. Darüber hinaus führt seine Bearbeitbarkeit zu niedrigeren Produktionskosten, während sein geringeres Gewicht zu niedrigeren Transportkosten führt.

Wie oben angegeben, nimmt der Bearbeitungsprozess eine Vielzahl von Materialien auf, die von Metall und Kunststoff bis zu Papier und Holz reichen. Neben Aluminium gehören zu den Materialien, die regelmäßig bei Bearbeitungsvorgängen verwendet werden, andere Metalle (z. B. Stahl und rostfreier Stahl) und Thermoplaste. Gegenüber diesen Materialien bietet Aluminium eine Reihe von Vorteilen:

Im Vergleich zu Stahl und Edelstahl weist Aluminium ein viel geringeres Materialgewicht und eine bessere Bearbeitbarkeit auf.

Typische bearbeitete Aluminiumteile

Branchenexperten verwenden Aluminium in Bearbeitungsvorgängen, um eine Vielzahl von Teilen und Produkten herzustellen. Diese Komponenten finden Anwendung in einer Vielzahl von Branchen, darunter:

• Automobil
• Luft- und Raumfahrt
• Kommunikation
• Elektrische und elektronische Produkte
• Beleuchtung
• Medizinisch

Typische Produktbeispiele sind Passstifte, EMI-Gehäuse, Frontplatten, Beleuchtungskörper, medizinische Geräte und Keilwellen.