CNC obrábění výrobků z hliníkových slitin

Výběr typu hliníkové slitiny je třeba zvážit: 1) Požadavky na pevnost: Pro vysoce namáhané součásti zvolte 7. sérii (7075) nebo 2. sérii (2024); 2) Odolnost proti korozi: Pro vlhké prostředí zvolte 5. sérii (5052, 5083); 3) Obráběcí vlastnosti: Pro složité tvary zvolte 6. sérii (6061, 6063); 4) Požadavky na svařování: Upřednostňujte 5. nebo 6. sérii; 5) Povrchová úprava: Pro anodickou oxidaci zvolte 6. sérii; 6) Cenový faktor: Pro běžné použití lze zvolit 1. sérii čistého hliníku. Například v letectví a kosmonautice se běžně používá 7075, v automobilových komponentech se často používá 6061, pro námořní prostředí je vhodná 5083, pro dekorativní díly lze zvolit 6063.

Běžné problémy při obrábění hliníku a jejich řešení: 1) Nalepování třísky/nárůstky: Používejte ostré nástroje, zvyšte řeznou rychlost, zlepšete chlazení; 2) Špatná drsnost povrchu: Optimalizujte řezné parametry, použijte vysoké otáčky a nízký posuv, zajistěte ostrost nástrojů; 3) Deformace: Použijte hrubovací a dokončovací operace odděleně, vhodně naplánujte pořadí řezání, použijte speciální upínací přípravky; 4) Oštřepy: Optimalizujte úhel nástroje (zvětšete přední úhel), snižte posuv, přidejte operaci odstraňování oštřepů; 5) Nestabilita rozměrové přesnosti: Kontrolujte teplotu obrábění, používejte klimatizované dílny, vybírejte materiál ve stabilním stavu (jako stav T6).

Vliv tepelného zpracování hliníkových slitin na obrábění: 1) Změny mechanických vlastností: Stav T6 výrazně zvyšuje tvrdost (tvrdost 6061-T6 je asi 95 HB), zvyšuje obtížnost obrábění; 2) Efektivita obrábění: Efektivita obrábění v žíhaném stavu (stav O) je o 30-50% vyšší než ve zpevněném stavu; 3) Pořadí obrábění: Obvykle se používá proces "hrubovací obrábění - tepelné zpracování - dokončovací obrábění", aby se zabránilo vlivu deformace z tepelného zpracování na konečnou přesnost; 4) Rozměrová stabilita: Po tepelném zpracování je materiál lépe uvolněn od vnitřního pnutí, má lepší rozměrovou stabilitu; 5) Povrchová úprava: Stav tepelného zpracování ovlivňuje výsledek anodické oxidace, je třeba zvolit vhodný stav podle požadavků na povrchovou úpravu. Pro vysoce přesné součásti se doporučuje po tepelném zpracování provést stabilizační žíhání, aby se snížilo následné deformování.

Běžné povrchové úpravy hliníku a jejich charakteristiky: 1) Anodická oxidace: Vytváří porézní oxidovou vrstvu, lze barvit, zvyšuje odolnost proti korozi a opotřebení, tloušťka vrstvy 5-25μm; 2) Tvrdá anodická oxidace: Tloušťka vrstvy 25-150μm, vysoká tvrdost (≥300 HV), vynikající odolnost proti opotřebení, vhodné pro pohyblivé součásti; 3) Galvanické pokovování: Pokovení chromem zvyšuje tvrdost a odolnost proti opotřebení, pokovení niklem zlepšuje odolnost proti korozi, pokovení zlatem/stříbrem se používá pro vodivé a dekorativní účely; 4) Chemická konverze: Úprava chromany zvyšuje odolnost proti korozi a přilnavost nátěrů, bezchromová pasivace je ekologičtější; 5) Nátěr/Práškové lakování: Dekorativní vzhled, různé barvy, dobré ochranné vlastnosti; 6) Elektrolytické leštění: Zvyšuje povrchovou jakost a odolnost proti korozi, vhodné pro lékařská a potravinářská zařízení. Výběr je třeba určit podle použitelného prostředí a požadavků na výkon.

Přesnost obrábění hliníku: Běžné obrábění může dosáhnout stupně IT7-IT8 (±0.015-0.03mm), přesné obrábění může dosáhnout stupně IT5-IT6 (±0.002-0.008mm), ultra-přesné obrábění může dosáhnout ±0.001mm. Opatření k zajištění přesnosti: 1) Zařízení: Použití vysoce přesných CNC strojů (přesnost polohování ≤0.003mm); 2) Nástroje: Diamantové nebo ultra-jemnozrné tvrdokovové nástroje; 3) Uchycení: Vysoce přesné upínací přípravky, snížení chyb upnutí; 4) Prostředí: Klimatizované dílny (kolísání teploty ≤±1℃); 5) Měření: Souřadnicové měřicí přístroje (přesnost ≤0.001mm); 6) Proces: Použití odděleného hrubovacího a dokončovacího obrábění, vícenásobné žíhání, stabilizační zpracování; 7) Personál: Zkušení programátoři a obsluha. Prostřednictvím řízení celého procesu lze stabilně zajišťovat vysoké požadavky na přesnost.

Srovnání nákladů na obrábění hliníku s jinými kovy: 1) Náklady na materiál: Cena hliníkových slitin je asi 2-3x vyšší než u běžné oceli, nižší než u měděných slitin a titanových slitin; 2) Efektivita obrábění: Rychlost obrábění hliníku je 3-5x vyšší než u oceli, 8-10x vyšší než u titanových slitin, doba obrábění je krátká; 3) Spotřeba nástrojů: Životnost speciálních nástrojů pro hliník je dlouhá, náklady jsou asi poloviční oproti obrábění oceli; 4) Náklady na energii: Náklady na energii pro obrábění jsou pouze 1/3 oproti oceli; 5) Náklady na dodatečné zpracování: Náklady na povrchovou úpravu hliníku (jako anodická oxidace) jsou nižší než u galvanického pokovování oceli; 6) Celkové náklady: Ačkoli jsou náklady na materiál vyšší, vysoká efektivita obrábění a nízká spotřeba energie vedou k tomu, že celkové náklady jsou obvykle o 10-20% nižší než u nerezové oceli a o více než 50% nižší než u titanových slitin, což představuje výraznou cenovou výhodu.