زبان 
غواصی عمیق ساخت دقیق
آلومینیوم ماشینکاری شده: چیست، چگونه کار می کند و چرا از سایر فلزات بهتر عمل می کند
آلومینیوم ماشینکاری شده تحملهایی به اندازه 0.005± میلیمتر، نسبت استحکام به وزن تقریباً سه برابر بهتر از فولاد، و پرداخت سطحی تا 0.4 میکرومتر Ra دارد. - آن را به انتخاب پیشفرض برای براکتهای هوافضا، بدنه خودرو، ابزار پزشکی و محفظههای لوازم الکترونیکی مصرفی تبدیل میکند. چه نقطه شروع یک ریخته گری آلومینیوم باشد، یک شمش اکسترود شده یا یک صفحه نورد، مرحله ماشینکاری بعدی تعیین می کند که آیا یک قطعه الزامات ابعادی دنیای واقعی را برآورده می کند یا خیر. این مقاله تصویر کامل را توضیح میدهد: درجههای آلیاژ، فرآیندهای ماشینکاری، نحوه ورود ریختهگری به جریانهای کاری ماشینکاری، استراتژی ابزار، کنترل کیفیت، و معیارهای هزینه واقعی.
آلومینیوم ماشینکاری شده واقعاً به چه معناست - و چرا شکل شروع مهم است
عبارت "آلومینیوم ماشینکاری شده" هر قطعه آلومینیومی را توصیف می کند که به جای (یا علاوه بر) فرآیندهای شکل دهی، توسط فرآیندهای کاهشی - برش، حفاری، آسیاب، تراشکاری، یا سنگ زنی شکل گرفته است. ذخایر خام می تواند به چندین شکل مختلف زندگی خود را آغاز کند و این انتخاب پیامدهای پایین دستی برای هزینه، خواص مکانیکی و حداقل ضخامت دیوار دارد.
بیلت (فرفورژه).
بیلت های آلومینیومی اکسترود شده یا نورد شده یکنواخت ترین ساختار دانه را ارائه می دهند. از آنجایی که ماده هرگز پس از مرحله شمش اولیه ذوب نشده و دوباره جامد نشده است، تخلخل اساساً صفر است. قطعات ماشینکاری شده با بیلت معمولاً به استحکام کششی 310-570 مگاپاسکال بسته به آلیاژ و مزاج دست می یابند. بدون هیچ حفره داخلی برای به خطر انداختن زندگی خستگی.
قطعات ریخته گری آلومینیوم
ریخته گری آلومینیوم - چه با ریخته گری دایکاست، چه ریخته گری شن و ماسه یا ریخته گری قالب دائمی - می تواند به شکلی نزدیک به شبکه برسد و ضایعات مواد را قبل از شروع ماشینکاری به طور چشمگیری کاهش دهد. سپس ماشینکاری پس از ریختهگری ویژگیهای حیاتی را اصلاح میکند: سوراخها، وجههای آببندی، سوراخهای رزوهای و پایههایی که فرآیند ریختهگری نمیتواند آنها را تا حد تحمل محدود نگه دارد. عمل صنعت اجازه می دهد تا 1-3 میلی متر ماشینکاری روی سطوح ریخته گری شود.
بشقاب و ورق
صفحه آلومینیومی مسطح (معمولاً 6 تا 100 میلی متر ضخامت) برای محفظه ها، پانل ها و جگ ها مناسب است. روترها و آسیاب های CNC پروفیل ها و جیب های دو بعدی را با راندمان بالا برش می دهند. ورق زیر 6 میلیمتر معمولاً با مهر و موم یا برش لیزری انجام میشود و ماشینکاری محدود به ویژگیهای سوراخشده یا ضربهای است.
بینش کلیدی این است ریخته گری آلومینیوم و آلومینیوم ماشینکاری شده فرآیندهای رقابتی نیستند - آنها مراحل تکمیلی در یک گردش کار تولید واحد هستند. قطعات با حجم بالا اغلب به عنوان ریخته گری برای به حداقل رساندن هزینه مواد خام شروع می شوند، سپس از طریق سلول ماشینکاری عبور می کنند تا به دقت ابعادی دست یابند که یک ریخته گری به تنهایی نمی تواند ارائه دهد.
انتخاب آلیاژ آلومینیوم مناسب برای ماشینکاری
انتخاب آلیاژ ماشینکاری، مقاومت در برابر خوردگی، سختی و اینکه آیا میتوان قطعه را به رنگ عمیق و ثابت آنودایز کرد، کنترل میکند. جدول زیر به طور خلاصه گریدهایی را که معمولاً در کارگاه های ماشینکاری در سراسر جهان با آن مواجه می شوند، نشان می دهد.
| آلیاژ | سری | استحکام کششی | رتبه ماشین کاری | استفاده معمولی |
|---|---|---|---|---|
| 6061-T6 | 6xxx (Mg-Si) | 310 مگاپاسکال | خوب (B) | ساختاری، خودرویی، دریایی |
| 7075-T6 | 7xxx (Zn-Mg) | 572 مگاپاسکال | خوب (B) | هوافضا، براکت های پراسترس |
| 2024-T4 | 2xxx (مس - منیزیم) | 470 مگاپاسکال | خوب (B) | پوسته هواپیما، خستگی بحرانی است |
| 6082-T6 | 6xxx (Mg-Si) | 340 مگاپاسکال | خوب (B) | استاندارد سازه اروپا |
| 2011-T3 | 2xxx (Cu-Bi) | 380 مگاپاسکال | عالی (A) | قطعات ماشین پیچ، اتصالات |
| A380 (بازیگری) | ریخته گری السی کو | 320 مگاپاسکال | بعد از بازیگری خوبه | محفظه های دایکست، پوشش ها |
| A356-T6 (بازیگری) | ریخته گری السی-مگ | 283 مگاپاسکال | پس از درمان حرارتی T6 خوب است | چرخ ها، بدنه پمپ ها، هوافضا |
6061-T6 اکثر قطعات آلومینیومی ماشینکاری شده همه منظوره در سراسر جهان را به خود اختصاص می دهد. زیرا استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، جوش پذیری و هزینه را متعادل می کند. 7075-T6 زمانی مناسب است که وزن باید بدون کاهش ظرفیت بار به حداقل برسد - استحکام کششی آن با بسیاری از فولادهای ملایم در یک سوم چگالی رقابت می کند. برای قطعاتی که بهعنوان ریختهگری آلومینیوم شروع میشوند، A380 و A356 آلیاژهای غالب در عملیات ریختهگری با فشار بالا در سطح جهانی هستند، با توجه به انجمن ریختهگری آمریکای شمالی (NADCA)، A380 تقریباً 60 درصد از آلیاژ آلومینیوم ریختهگری را در آمریکای شمالی در اختیار دارد.
فرآیندهای ماشینکاری هسته به کار رفته در آلومینیوم
آلومینیوم در هر عملیات برش متفاوت از فولاد پاسخ می دهد. نقطه ذوب پایین آن (660 درجه سانتیگراد)، رسانایی حرارتی بالا، و تمایل به ایجاد لبه ساخته شده روی ابزار نیازمند پارامترهای فرآیندی است که به طور خاص برای مواد تنظیم شده است.
فرز CNC
مراکز فرز سه محوره و پنج محوره ستون فقرات تولید آلومینیوم ماشینکاری شده هستند. آلومینیوم را می توان با سرعت های سطحی آسیاب کرد 500-3000 متر در دقیقه با ابزار کاربید - پنج تا ده برابر سریعتر از فولاد. استراتژیهای ماشینکاری با سرعت بالا (HSM) از عمق برش محوری کم همراه با نرخ تغذیه بالا برای ثابت نگه داشتن بارهای تراشه و جلوگیری از تجمع گرما در قطعه استفاده میکنند. فرز جیبی، کانتورینگ و فرز چهره سه عملیاتی هستند که بیشتر در محفظه های آلومینیومی و براکت های ساختاری اعمال می شوند.
تراشکاری CNC
مقاطع گرد - شفت، بوش، اتصالات و اتصالات رزوه ای - بر روی ماشین های تراش CNC تولید می شوند. آلومینیوم با درج های کاربید بدون پوشش یا PCD (الماس پلی کریستالی) تمیز می شود. مقادیر Ra سطح پایینتر از 0.8 میکرومتر به طور معمول در یک گردش چرخشی قابل دستیابی هستند. بدون مرحله سنگ زنی ثانویه، که زمان چرخه را به طور قابل توجهی در مقایسه با عملیات فولادی معادل کاهش می دهد.
حفاری و ضربه زدن
سوراخهای رزوهشده در آلومینیوم ماشینکاری شده تقریباً همیشه به یک نخ درشت نیاز دارند (مواد به اندازهای نرم است که گامهای ریز در چرخههای مونتاژ مکرر نوار میشوند). رزوه های M6 در 6061-T6 با حداقل درگیری با قطر 1.5× در کاربردهای سازه ای استاندارد هستند. مته های زاویه دار با مارپیچ بالا (35 تا 40 درجه) تخلیه تراشه را بهبود می بخشد و از خرابی فلوت های بسته بندی شده که با مته های فولادی استاندارد که در آلومینیوم کار می کنند رخ می دهد جلوگیری می کند.
خسته کننده و ریمینگ
سوراخهای دقیق - محفظه یاتاقانها، سوراخهای پین، سوراخهای سیلندر هیدرولیک - تحملهای سختتر از متهها هستند. میله های حفاری تک نقطه سوراخ ها را با تحمل H7 (تقریباً 0.012 ± میلی متر برای سوراخ 20 میلی متری) به عنوان یک موضوع معمول در مرکز ماشینکاری تکمیل می کنند. Reaming مرحله نهایی اندازه گیری را اضافه می کند. ریمورهای آلومینیومی با 30 تا 50 درصد سرعتی که در فولاد استفاده می شود کار می کنند، در غیر این صورت ریمر به صدا در می آید.
سنگ زنی
آلومینیوم به دلیل انعطاف پذیری فلز، چرخ های سنگ زنی معمولی را به سرعت مسدود می کند. هنگامی که سنگ زنی اجتناب ناپذیر است - صافی زیر 0.01 میلی متر، الزامات موازی در سطوح آب بندی - چرخ های کاربید سیلیکون یا CBN با ساختار دانه باز با خنک کننده سیل فراوان استفاده می شود. بسیاری از تولیدکنندگان سنگ زنی را به طور کامل با استفاده از میله های حفاری با نوک الماس یا فلای کاتر دور می زنند تا به صافی مورد نیاز روی سطوح آلومینیومی دست یابند.
EDM (ماشینکاری تخلیه الکتریکی)
EDM یک فرآیند آلومینیومی اولیه نیست، اما برای ویژگی های پیچیده استفاده می شود - شکاف های باریک زیر 1 میلی متر، حفره های عمیق با گوشه های داخلی تیز - جایی که یک برش چرخان نمی تواند به آنجا برسد. رسانایی الکتریکی آلومینیوم آن را به یک قطعه کار EDM قابل دوام تبدیل می کند، اگرچه این فرآیند به طور قابل توجهی کندتر از برش است و برای هندسه هایی که هزینه را توجیه می کنند، محفوظ است.
چگونه ریخته گری آلومینیوم با جریان کار ماشینکاری ادغام می شود
رابطه بین ریخته گری آلومینیوم و آلومینیوم ماشینکاری شده یکی از مهمترین روابط تجاری پردازش مواد در تولید است. درک نحوه تعامل این دو مرحله - و جایی که هر کدام ارزش اضافه میکنند - برای مهندسانی که قطعات را طراحی میکنند و تیمهای تدارکاتی که منبع آنها هستند ضروری است.
مرحله 1
ریختهگری به شکل نزدیک به شبکه
ریختهگری با فشار بالا (HPDC)، ریختهگری گرانشی یا ریختهگری شن و ماسه، قطعهای را تولید میکند که از قبل به هندسه نهایی نزدیک است. ضخامت دیوار، کانتور کلی، زوایای کشش و باس های بزرگ با حداقل هزینه افزایشی برای هر قطعه در قالب شکل می گیرد. زمان چرخه برای HPDC می تواند به همان سرعت باشد 30-90 ثانیه در هر شلیک برای قطعات کوچک تا متوسط (منبع: استانداردهای مشخصات محصول NADCA برای ریخته گری قالب، ویرایش نهم). این امر باعث می شود ریخته گری آلومینیوم به استراتژی کاهش هزینه غالب برای حجم های بیش از 1000 قطعه تبدیل شود.
مرحله 2
تمیز کردن و بازرسی پس از بازیگری
فلاش (پره های نازک آلومینیومی در خطوط جداکننده) با پیرایش قالب ها یا صاف کردن دستی حذف می شود. اسکن اشعه ایکس یا سی تی اسکن تخلخل داخلی در ریختهگریهای حیاتی ایمنی را قبل از شروع ماشینکاری تشخیص میدهد - گرفتن یک خالی متخلخل قبل از صرف زمان ماشینکاری باعث صرفهجویی در هزینه میشود. تست سختی سطح شرایط متالورژیکی ریخته گری را تایید می کند.
مرحله 3
طراحی فیکسچر برای سطوح ریخته گری
ماشینکاری ثابت قطعات ریخته گری نیاز به انتخاب دقیق مبنا دارد. سطوح ریختهگری تغییرات ابعادی ناشی از سایش قالب و انقباض حرارتی دارند، بنابراین فیکسچر باید از پایههای ریختهگری که سپس در همان تنظیمات ماشینکاری میشوند، قرار بگیرد تا از رابطه هندسی اطمینان حاصل شود. یک خطای رایج، تعیین محل ریختهگری از سطحی است که خود ماشینکاری میشود - این خطاهای تغییر مبنا را معرفی میکند که میتوانند بیش از 0.5 میلیمتر در سراسر قطعه جمع شوند.
مرحله 4
ماشینکاری ویژگی های حیاتی
هنگامی که ریختهگری ثابت شد، ماشینکاری ویژگیهایی را هدف قرار میدهد که به تحمل محکم نیاز دارند: قطر سوراخ برای یاتاقانها یا آببند (معمولاً مناسب H7/h6، ± 0.010-0.025 میلیمتر)، سطوح آببندی مسطح (تحمل صافی 0.05 میلیمتر یا بهتر)، سوراخهای رزوهدار (موقعیت 0. موقعیت مونتاژی 0.1 میلیمتر برای تحمل سطح واقعی) ماشینکاری معمولاً 0.5-3 میلی متر از مواد را در هر سطح ریخته گری حذف می کند - فقط برای پاک کردن تخلخل سطح و ایجاد یک مرجع هندسی واقعی کافی است.
مرحله 5
درمان سطحی
آنودایز کردن، پوشش تبدیل کرومات، یا پوشش پودری به دنبال ماشین کاری انجام می شود. ترتیب اهمیت دارد: سطوح ماشینکاری شده باید تمیز، عاری از باقیمانده سیال برش و بررسی ابعادی قبل از عملیات سطحی باشند، زیرا آندایز کردن 5 تا 25 میکرومتر ضخامت بر روی هر سطح اضافه میکند (نوع II: 5 تا 12 میکرومتر؛ آنودایز سخت نوع III: 13 تا 25 میکرومتر)، که سوراخهای محکم بسته میشود و در صورت عدم تغییر ابعاد شافت، قطر شفت را تغییر میدهد.
این گردش کار ماشین ریخته گری استاندارد در تولید پیشرانه خودرو است. بلوکهای موتور، جعبههای انتقال و محفظههای دیفرانسیل تقریباً به طور کلی ریختهگری آلومینیومی با تمام سطوح و سوراخهای جفتگیری حیاتی هستند که توسط خطوط ماشینکاری اختصاصی تولید میشوند. به عنوان مثال، کارخانه ریخته گری Landshut BMW، سالانه بیش از 1.8 میلیون قطعه ریخته گری آلومینیومی تولید می کند که متعاقباً قبل از مونتاژ موتور از سلول های ماشینکاری عبور می کند.
ملاحظات ابزارآلات خاص برای آلومینیوم ماشینکاری شده
انتخاب ابزار در مقایسه با سایر فلزات مهندسی رایج تأثیر بیشتری بر روی سطح، قوام ابعادی و زمان چرخه در آلومینیوم دارد. هندسه ابزار نادرست یک سطح پاره شده و لکه دار با پراکندگی ابعادی ایجاد می کند که بدون عبور مجدد ماشینکاری کامل قابل اصلاح نیست.
هندسه ابزار برش
زوایای چنگک بالا (مثبت 15 تا 20 درجه) برای آلومینیوم ضروری است. زاویه چنگک بالا نیروی برش را کاهش می دهد و باعث می شود تراشه به جای فشرده شدن در برابر قطعه کار، محکم پیچ خورده و تمیز بشکند. شمارش فلوت مهم است: آسیاب های انتهایی دو یا سه فلوت از ابزارهای چهار فلوت در آلومینیوم عملکرد بهتری دارند زیرا گلوله فلوت بزرگتر تراشه های بزرگ و پیوسته آلومینیوم را در خود جای می دهد. ابزارهای چهار فلوت طراحی شده برای برش مجدد تراشه های فولادی در آلومینیوم، تولید گرما و ایجاد یک سطح ناهموار.
زوایای مارپیچ 35 تا 45 درجه باعث تخلیه صاف تراشه ها از جیب های عمیق می شود. زوایای تسکین محوری 10 تا 14 درجه از مالش بر روی پشت ابزار جلوگیری می کند. شعاع گوشه یا هندسه بینی توپی، بریدگی گوشه روی دیوارهای نازک را کاهش می دهد.
مواد و پوشش های ابزار
کاربید بدون پوشش (درجه K10 یا K20) برای اکثر ماشینکاری های آلومینیوم به خوبی کار می کند. ابزارهای با نوک PCD با سرعت 3 تا 5× بیشتر از کاربید کار می کنند و برای تولید با حجم بالا که زمان خرابی تعویض ابزار یک گلوگاه است مقرون به صرفه هستند. از پوشش های TiN برای آلومینیوم خودداری کنید - قلع میل به آلومینیوم دارد و لبه های ساخته شده (BUE) را تقویت می کند. پوششهای ZrN یا کربن مانند الماس (DLC) در صورت نیاز به پوشش قابل قبول هستند، اما بدون پوشش اغلب بهترین انتخاب برای کاربردهای فقط آلومینیومی است.
خروجی ابزار باید زیر 0.005 میلی متر TIR (خوانش شاخص کل) نگه داشته شود تا از گپ زدن جلوگیری شود و بار تراشه ثابت بماند. به همین دلیل، نگهدارندههای ابزار هیدرولیک یا شرینک فیت نسبت به نگهدارندههای کولت معمولی ترجیح داده میشوند.
استراتژی برش مایعات و خنک کننده
آلومینیوم در ناحیه برش گرما تولید می کند که باید به سرعت حذف شود تا از خطاهای انبساط حرارتی در قطعه جلوگیری شود. خنک کننده سیل (روغن محلول یا مصنوعی در غلظت 5-8٪) رویکرد استاندارد برای ماشینکاری عمومی است. حداقل مقدار روغن کاری (MQL) - یک غبار ریز از روغن برش که تقریباً خشک استفاده می شود - به طور فزاینده ای به دلایل محیطی و تمیزی استفاده می شود و عمر ابزار قابل مقایسه با خنک کننده سیل با نرخ مصرف روغن کمتر از 50 میلی لیتر در ساعت است.
ماشینکاری خشک برای پاس های تکمیل سبک در 6061 که در آن مرحله تمیز کردن بعدی (التراسونیک یا شیمیایی) استفاده می شود، عملی است، اما خشن کردن خشک آلومینیوم باعث آسیب حرارتی قطعه در تغذیه و سرعت تهاجمی می شود.
سرعت، تغذیه و عمق برش
یک مجموعه پارامتر شروع عملی برای آسیاب 6061-T6 با آسیاب انتهایی کاربید دو فلوت 10 میلی متری: سرعت سطح 600-800 متر در دقیقه، تغذیه در هر دندان 0.04-0.08 میلی متر، عمق محوری برش 10-15 میلی متر (1-1.5×1.5 × قطر شعاعی 02 میلی متر قطر 02-3 میلی متر) مسیر ابزار این اعداد با قطر ابزار و سفتی ماشین مقیاس می شوند.
برای چرخاندن 6061-T6 روی تراش CNC: سرعت برش 300-500 متر در دقیقه، تغذیه 0.15-0.4 میلی متر در دور برای خشن کردن، 0.05-0.1 میلی متر در دور برای تکمیل. عمق برش 1-4 میلی متر زبر کردن، 0.1-0.5 میلی متر تکمیل. این پارامترها تنظیم سفت و سخت و منبع خنک کننده را فرض می کنند.
تحمل ابعاد و کنترل کیفیت برای قطعات آلومینیومی ماشینکاری شده
هدف از ماشین کاری دستیابی به دقت هندسی و ابعادی است که فرآیند ریخته گری، آهنگری یا اکستروژن به تنهایی نمی تواند به آن برسد. درک اینکه چه تلورانس ها واقع بینانه هستند - و چه هزینه ای دارند - از تعیین بیش از حد گران قیمت جلوگیری می کند.
| نوع ویژگی | تحمل استاندارد | تحمل دقیق | فوق العاده دقیق | فرآیند مورد نیاز |
|---|---|---|---|---|
| قطر سوراخ | 0.05 ± میلی متر | 0.010 ± میلی متر (H7) | 0.002 ± میلی متر | نوار خسته کننده / reaming |
| قطر شفت | 0.05 ± میلی متر | 0.010 ± میلی متر (h6) | 0.002 ± میلی متر | چرخش پاس پایانی |
| بعد خطی | ± 0.1 میلی متر | 0.025 ± میلی متر | 0.005 ± میلی متر | فرز CNC چند محوره |
| صافی | 0.1 میلی متر / 100 میلی متر | 0.02 میلی متر / 100 میلی متر | 0.005 میلی متر / 100 میلی متر | فرز صورت / لپینگ |
| زبری سطح (Ra) | 3.2 میکرومتر | 0.8 میکرومتر | 0.2 میکرومتر | الماس تراش / پرداخت |
| موقعیت نخ | ± 0.2 میلی متر TP | ± 0.1 میلی متر TP | 0.05 ± میلی متر TP | CNC 5 محوره با پروبینگ |
روشهای تأیید کیفیت مورد استفاده در تولید آلومینیوم ماشینکاری شده شامل ماشینهای اندازهگیری مختصات (CMM) است که سطوح سهبعدی را با دقت زیر میکرون بررسی میکنند. مقایسه کننده های نوری برای تأیید پروفایل دوبعدی قطعات کوچک؛ پروفیلومتر زبری سطح؛ و گیج های go/no-go برای بازرسی سوراخ و رزوه با حجم بالا. بازرسی CMM یک محفظه آلومینیومی ماشینکاری شده معمولی با ابعاد کنترل شده 20-30 در یک CMM خودکار مدرن 8 تا 15 دقیقه طول می کشد. - به اندازه کافی سریع که در چرخه تولید برای کارهای با حجم متوسط بدون ایجاد گلوگاه قرار گیرد.
گزینه های تکمیل سطح برای آلومینیوم ماشینکاری شده
سطح ماشینکاری شده لخت آلومینیوم دارای یک لایه نازک اکسیدی است که به طور طبیعی تشکیل شده است که محافظت در برابر خوردگی متوسطی را در محیط های ملایم فراهم می کند. برای اکثر کاربردهای صنعتی، یک عملیات سطحی عمدی پس از ماشینکاری اعمال می شود تا مقاومت در برابر خوردگی، سختی، عملکرد سایش یا ظاهر بهبود یابد.
آندایزینگ نوع دوم
با اکسیداسیون الکتروشیمیایی در اسید سولفوریک، یک لایه اکسید آلومینیوم متخلخل به ضخامت 5 تا 12 میکرومتر می سازد. منافذ را می توان قبل از آب بندی به هر رنگی رنگ کرد. مقاومت در برابر خوردگی بیش از 336 ساعت در آزمایش اسپری نمک است (ASTM B117). به طور گسترده در محفظه های لوازم الکترونیکی مصرفی، اجزای معماری و محفظه های نوری استفاده می شود. ضخامت ابعادی 5-12 میکرومتر در هر سطح را اضافه می کند - باید در ابعاد سوراخ/شفت در نظر گرفته شود.
نوع سوم آنودایز سخت
لایه ضخیم تر (25-100 میکرومتر) در دماهای پایین تر و چگالی جریان بالاتر تولید می شود. سختی سطح به 400-600 HV می رسد - سخت تر از فولاد نرم. مورد استفاده در سطوح سایش: پیستون، ریل کشویی، بدنه سوپاپ، اجزای هیدرولیک. افزایش ضخامت و شکنندگی لایه به این معنی است که سوراخهای با تحمل محکم باید پس از آنودایز سخت به جای قبل ماشینکاری شوند.
پوشش تبدیل کرومات
عملیات شیمیایی تولید یک لایه کرومات نازک (0.5-1 میکرومتر). ابعاد قطعه را تغییر نمی دهد. مقاومت در برابر خوردگی و پایه عالی برای چسبندگی رنگ یا پرایمر را فراهم می کند. به طور گسترده در هوا فضا بر روی سازه های آلومینیومی استفاده می شود. فرمولهای هگز کروم (Cr6) با جایگزینهای سه ظرفیتی (Cr3) در اکثر بازارها به دلیل مقررات زیست محیطی جایگزین میشوند.
آبکاری نیکل الکترولس
یک لایه نیکل-فسفر یکنواخت به ضخامت 12-75 میکرومتر بدون توجه به هندسه قطعه رسوب می کند. سختی پس از عملیات حرارتی به 850-1000 HV می رسد. هنگامی که یک قطعه آلومینیومی نیاز به مقاومت در برابر سایش فولاد مانند روی سطوح لغزنده بدون جریمه وزن قطعه فولادی جامد دارد، استفاده می شود. 12-75 میکرومتر به هر سطح اضافه می کند - برای جاهای تنگ قابل توجه است. حفره های بلبرینگ باید قبل از آبکاری به اندازه 0.1 تا 0.15 میلی متر باقی بماند.
پوشش پودری
پودر ترموپلاستیک یا ترموست به صورت الکترواستاتیک اعمال می شود و در دمای 160 تا 200 درجه سانتی گراد پخت می شود. یک پوشش 60 تا 120 میکرومتری با مقاومت عالی در برابر ضربه و UV ایجاد می کند. برای سطوح بلبرینگ دقیق یا رزوه های ظریف که باید قبل از پوشش پوشانده شوند، مناسب نیست. در آلومینیوم معماری، مبلمان فضای باز، و اجزای ساختاری که ثبات رنگ و مقاومت در برابر تراشه رنگ بیشتر از دقت ابعادی اهمیت دارد، رایج است.
Bead Blasting Clear Anodize
بلاست مهره با محیط شیشه یا سرامیک، بافت مات یکنواختی را با لایه برداری سطح ایجاد می کند. یک آنودایز شفاف بعدی سطح را آب بندی کرده و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد و در عین حال ظاهر مات را حفظ می کند. این ترکیب در محصولات مصرفی ممتاز استاندارد است - محفظههای مک بوک، بدنه دوربین و تجهیزات صوتی پیشرفته معمولاً در آلومینیوم ماشینکاری شده با این ترتیب پایانی تولید میشوند.
عوامل هزینه در تولید آلومینیوم ماشینکاری شده
هزینه در کار آلومینیوم ماشینکاری شده به پنج عامل اصلی بستگی دارد: هزینه مواد، زمان راه اندازی، زمان چرخه، مصرف ابزار و بار بازرسی. درک نحوه تعامل این دو به مهندسان و خریداران اجازه می دهد تا تشخیص دهند که تغییرات طراحی بیشترین صرفه جویی در هزینه را در کجا ایجاد می کند.
| راننده هزینه | رویکرد کم هزینه | رویکرد هزینه بالا | تاثیر هزینه معمولی |
|---|---|---|---|
| مواد خام | اکستروژن 6061 به اندازه شبکه نزدیک | بشقاب 7075، موجودی زیاد | 2-4× تفاوت هزینه مواد |
| زمان راه اندازی | راه اندازی تک، ثابت مدولار | چند گیره مجدد | هر تعمیر مجدد 15 تا 45 دقیقه با قیمت 80 تا 150 دلار در ساعت اضافه می کند |
| تشدید تحمل | ± 0.1 میلی متر general tolerances | 0.005 ± میلی متر on all features | ضریب هزینه 3-10× |
| پرداخت سطح | Ra 3.2 میکرومتر بصورت ماشینکاری شده | Ra 0.2 میکرومتر الماس تبدیل شده است | 2-5× زمان ماشینکاری |
| فرم شروع | ریخته گری آلومینیوم (حجم بالا) | بیلت ماشینکاری شده از جامد (حجم کم) | ریخته گری باعث صرفه جویی 40 تا 70 درصدی مواد در حجم می شود |
| مقدار | 1000 قطعه در سال | 1-10 قسمت (نمونه اولیه) | راه اندازی بیش از قطعات بیشتر مستهلک شد |
یک قانون کلی که به طور گسترده در تولید قراردادی استفاده می شود: سفت کردن تلورانس از 0.1 ± میلی متر به 0.01 ± میلی متر تقریباً هزینه ماشینکاری برای آن ویژگی را دو برابر می کند. زیرا باعث کاهش نرخ خوراک، پاس های تکمیلی اضافی و بازرسی 100% به جای نمونه برداری آماری می شود. طراحانی که نقشهها را برای کاهش هزینه بررسی میکنند به طور مداوم متوجه میشوند که 30 تا 40 درصد از تلورانسهای محکم مشخصشده در یک قطعه معمولی از نظر عملکردی غیرضروری هستند - آنها از بلوکهای تلورانس پیشفرض کپیشده از نقشههای قبلی نشات میگیرند تا تحلیل مهندسی الزامات عملکردی.
هنگام مقایسه ماشینکاری بیلت در برابر جریان کار ماشین ریخته گری برای یک محفظه آلومینیومی با پیچیدگی متوسط با وزن 2 کیلوگرم، مسیر ریخته گری آلومینیوم معمولاً هزینه مواد هر قطعه را 50 تا 65٪ در حجم های بالاتر از 500 واحد در سال کاهش می دهد. سرمایه گذاری ابزار برای قالب ریخته گری (15000-80000 دلار برای ابزار HPDC، بسته به پیچیدگی) در بیشتر موارد بین 1000 تا 3000 قطعه صرفه جویی می شود.
جایی که آلومینیوم ماشینکاری شده استفاده می شود: صنایع و کاربردهای کلیدی
ترکیبی از چگالی کم، ماشین کاری بالا، مقاومت در برابر خوردگی خوب و انتخاب گسترده آلیاژ، آلومینیوم ماشینکاری شده را به ماده پیش فرض برای طیف گسترده ای از اجزای دقیق تبدیل می کند. صنایع زیر مجموعا بیشترین حجم را مصرف می کنند.
هوافضا و دفاع
آلیاژهای آلومینیوم تقریباً به حساب می آیند 70 تا 80 درصد وزن ساختاری هواپیماهای تجاری (منبع: گروه فناوری مواد بوئینگ). اجزای آلومینیومی ماشینکاری شده شامل دنده های بال، قاب بدنه، اتصالات اسپار، دیواره ها و اجزای ناسل موتور هستند. 7075-T7351 و 2024-T351 آلیاژهای اسب کار هستند. مراکز ماشینکاری چند محوره بزرگ با طول بستر 5 متر تجهیزات استاندارد در زنجیره تامین هوافضا برای تولید این قطعات هستند. ایرباس A350 XWB از آلیاژ آلومینیوم-لیتیوم به شدت ماشینکاری شده در ساختار اولیه برای دستیابی به کاهش چگالی در مقایسه با آلیاژهای معمولی سری 7000 استفاده میکند.
خودرو
بلوکهای موتور، سرسیلندرها، محفظههای گیربکس، مجموعههای عمودی تعلیق، کالیپرهای ترمز، و توپی چرخها، قطعات آلومینیومی ماشینکاری شده با بالاترین حجم در خودرو هستند. اکثر بلوک های موتور امروزه ریخته گری آلومینیومی (A319، A380 یا آلیاژهای اختصاصی) با تمام سوراخ های سیلندر، سوراخ های یاتاقان اصلی، سطوح عرشه و وجه های درگاه خنک کننده هستند که توسط خطوط انتقال اختصاصی یا سلول های ماشینکاری انعطاف پذیر تولید می شوند. محتوای جهانی آلومینیوم در هر وسیله نقلیه از حدود 50 کیلوگرم در سال 1990 به بیش از 180 کیلوگرم در سال 2022 افزایش یافته است (منبع: مطالعه بازار آلومینیوم جهانی خودروی داکر کارلایل در سال 2022)، که بر اساس قوانین مصرف سوخت که نیازمند کاهش وزن هستند، هدایت می شود.
لوازم الکترونیکی مصرفی
محفظه های یکپارچه لپ تاپ ها، تبلت ها و گوشی های هوشمند نشان دهنده کاربرد عمده و قابل مشاهده آلومینیوم ماشینکاری شده است. برای مثال، محفظههای مکبوک اپل از یک اکستروژن آلومینیومی 6061 از طریق یک توالی عملیات فرز، سوراخکاری و ضربه زدن که تقریباً 60 تا 70 درصد وزن اولیه بیلت را حذف میکند، ماشینکاری میشوند. در حالی که این ضایعات آلومینیوم قابل توجهی تولید میکند، مواد بازیافت میشوند و ساختار تکتکهای سختی نسبت به وزن و کیفیت سطح ممتازی را فراهم میکند که محفظههای مونتاژ شده با آن مطابقت ندارند.
تجهیزات پزشکی
محفظههای تجهیزات تصویربرداری، دستههای ابزار جراحی، ابزارهای آزمایشی ایمپلنت ارتوپدی، و قابهای ابزار آزمایشگاهی از آلومینیوم ماشینکاری شده برای زیست سازگاری آن (در صورت آنودایز)، استریلپذیری (در صورت درمان مناسب در اتوکلاو پایدار) و وزن سبک برای ارگونومی جراح استفاده میکنند. الزامات سطح معمولی برای آلومینیوم ابزار پزشکی Ra 0.8 میکرومتر یا بهتر است برای جلوگیری از ذخیره باکتری در ویژگی های سطحی
ماشین آلات صنعتی
بدنه دریچه های پنوماتیک، منیفولدهای هیدرولیک، محفظه پمپ، پوشش گیربکس و صفحات دقیق جیگ از آلومینیوم در ماشین آلات صنعتی ماشینکاری می شوند. بلوک های منیفولد با شبکه های پیچیده روغن داخلی یا گالری هوا معمولاً از بیلت جامد 6061 ماشینکاری می شوند زیرا هندسه کانال داخلی را نمی توان با ریخته گری به دست آورد. حفاری سوراخ عمیق پیچیده (نسبت L/D تا 30:1) برای ایجاد گالری های متصل به هم استفاده می شود، با سوراخ های متقابل سوراخ شده که توسط توپ های فولادی فشرده شده یا شاخه های رزوه ای مهر و موم شده اند.
رباتیک و اتوماسیون
پیوندهای بازوی ربات، قابهای افکتور انتهایی، کالسکههای مرحله خطی و براکتهای نصب دوربین از آلومینیوم ماشینکاری شده استفاده میکنند، زیرا کاهش جرم متحرک مستقیماً عملکرد دینامیکی را بهبود میبخشد - قابلیت شتاب، زمان چرخه و نیازهای نیروی موتور همه در مقیاس با جرم است. کاهش 10 درصدی جرم پیوند بازو در انتهای بازوی ربات می تواند حداکثر گشتاور موتور مورد نیاز را 15 تا 25 درصد کاهش دهد. با توجه به اثر مزیت مکانیکی، انتخاب مواد به یک تصمیم عملکرد مستقیم در سیستمهای رباتیک تبدیل میشود.
طراحی برای ماشینکاری: اصولی که هزینه را بدون قربانی کردن عملکرد کاهش می دهد
موثرترین راه برای کاهش هزینه قطعات آلومینیومی ماشینکاری شده، ایجاد تغییراتی در طراحی است که عملیات دشوار را حذف می کند - نه مذاکره بر روی قیمت پس از ثابت شدن طرح. اصول زیر توسط مهندسان محصول با تجربه برای بهینه سازی طراحی قطعات آلومینیومی قبل از رسیدن به کارگاه ماشینکاری استفاده می شود.
- شعاع گوشه را به تمام جیب های داخلی اضافه کنید. حداقل شعاع گوشه داخلی 1 میلیمتر (ترجیحاً 2 میلیمتر) به آسیابهای انتهای دماغهای استاندارد اجازه میدهد تا گوشهها را بدون نیاز به برش غوطهور یا EDM پاک کنند. گوشه های داخلی مربعی رایج ترین ویژگی طراحی هستند که EDM گران قیمت را مجبور می کند یا زمان چرخه را از طریق چندین تغییر ابزار افزایش می دهد.
- ضخامت دیواره را ثابت نگه دارید. بخش های جدار نازک مجاور بخش های ضخیم، شیب های حرارتی در طول ریخته گری (برای قطعات ریخته گری آلومینیوم) و ارتعاش در هنگام ماشین کاری ایجاد می کنند. نسبت تغییرات ضخامت دیواره بالاتر از 3:1 نرخ ضایعات در ریختهگری و خطر پچ پچ در ماشینکاری را افزایش میدهد.
- جیب هایی با نسبت عمق به عرض زیر 4:1 طراحی کنید. جیبهای عمیقتر به ابزارهای بلندتر و انعطافپذیرتری نیاز دارند که به صدا در میآیند و سطح ضعیفتری ایجاد میکنند. در جایی که الزامات عملکردی هندسه عمیق تری را می طلبد، تقسیم قطعه یا استفاده از طرح پلاگین/درج را در نظر بگیرید.
- ویژگی ها را با یک مبنا تراز کنید. قطعاتی که نیاز به تثبیت مجدد در ویژگیهای ماشین در چند چهره دارند، خطاهای تغییر داده را جمع میکنند و زمان راهاندازی را چند برابر میکنند. در صورت امکان، تمام ویژگیهای حیاتی را طوری طراحی کنید که از یک یا دو راهاندازی در یک ماشین 3 2 یا 5 محور قابل دسترسی باشند.
- از اندازه های استاندارد نخ استفاده کنید. M4، M5، M6، M8، M10، M12 (متریک) یا 10-32، 1/4-20، 5/16-18، 3/8-16 (یکپارچه) در موجودی شیر هر مغازه موجود است. تماسهای نخی غیراستاندارد نیاز به ضربههای سفارشی ویژه دارند و زمان تحویل و هزینه ابزار را افزایش میدهند.
- تحمل ویژگی های غیر کاربردی را کاهش دهید. قبل از انتشار یک طرح، هر بلوک تحمل را بررسی کنید. تلورانس های محدود را فقط برای ویژگی هایی اعمال کنید که مستقیماً بر تناسب مونتاژ، آب بندی یا عملکرد پویا تأثیر می گذارد. چهره های آرایشی، دیوارهای غیر جفت، و سوراخ های خالی به ندرت به تلرانس های تنگ تر از 0.1 ± میلی متر نیاز دارند.
- شروع با ریختهگری آلومینیوم در حجم تولید بالای 500 واحد در سال را در نظر بگیرید. طراحی قابلیت ریختهگری از ابتدا - زوایای پیشکشی 1 تا 3 درجه، ضخامت دیواره یکنواخت، شعاع فیلههای سخاوتمندانه - و برنامهریزی دادههای ماشینکاری در نقشه ریختهگری، زمانی که حجمها سرمایهگذاری ابزارسازی را توجیه میکنند، هزینههای مقاومسازی را حذف میکند.
آلومینیوم ماشینکاری شده در مقابل سایر فلزات مهندسی رایج
انتخاب بین آلومینیوم، فولاد، فولاد ضد زنگ و تیتانیوم برای یک جزء ماشینکاری شده نیازمند متعادل کردن عملکرد مکانیکی، وزن، مقاومت در برابر خوردگی، قابلیت ماشینکاری و هزینه است. جدول زیر مقایسه مستقیمی را در بین معیارهای مرتبط با تصمیمات طراحی ارائه می دهد.
| اموال | 6061 آلومینیوم | فولاد ضد زنگ 304 | فولاد ملایم (A36) | Ti-6Al-4V |
|---|---|---|---|---|
| چگالی (g/cm³) | 2.70 | 8.00 | 7.85 | 4.43 |
| استحکام کششی (MPa) | 310 | 515 | 400 | 950 |
| قدرت ویژه (MPa·cm³/g) | 115 | 64 | 51 | 214 |
| ماشینکاری نسبی | عالی (پایه = 100%) | ضعیف (30-40%) | خوب (65-75%) | خیلی ضعیف (20-25%) |
| مقاومت در برابر خوردگی | خوب (آنودایز شده: عالی) | عالی | ضعیف (نیاز به پوشش دارد) | عالی |
| هزینه نسبی مواد | 1× | 2-3× | 0.5-0.7× | 8-15× |
| قابلیت ریخته گری | عالی | منصفانه | خوب | بیچاره |
داده ها روشن می کند که چرا آلومینیوم در زمانی که کاربرد به مقاومت شدید دمایی یا حداکثر استحکام در کوچکترین مقطع ممکن نیاز ندارد غالب است. ماشین آلات آلومینیوم 3-5× سریعتر از فولاد نرم و 4-5× سریعتر از فولاد ضد زنگ ، که در صورت ثابت بودن نرخ ساعتی دستگاه، مستقیماً به هزینه کمتر برای هر قطعه ترجمه می شود. برای کاربردهایی که آلومینیوم فاقد استحکام کافی است، 7075-T6 اغلب نقطه مقایسه بهتری نسبت به 6061 است – در استحکام کششی 572 مگاپاسکال، از فولاد ملایم فراتر می رود در حالی که در یک سوم چگالی باقی می ماند.
جنبه های پایداری آلومینیوم ماشینکاری شده و ریخته گری آلومینیوم
عملکرد زیستمحیطی یک عامل مهم فزاینده در انتخاب مواد و فرآیند است، بهویژه برای تولیدکنندگانی که OEMهای خودرو، پرایم هوافضا و برندهای الکترونیک مصرفی را با تعهدات پایداری منتشر شده عرضه میکنند.
راندمان بازیافت آلومینیوم
آلومینیوم یکی از قابل بازیافت ترین فلزات صنعتی است. بازیافت آلومینیوم تنها به حدود 5 درصد انرژی مورد نیاز برای تولید آلومینیوم اولیه از سنگ معدن بوکسیت نیاز دارد. (منبع: موسسه بین المللی آلومینیوم، داده های 2022). swarf ماشینکاری - تراشه ها و تراشکاری های تولید شده در طول عملیات CNC - ارزش بازیافتی بالایی دارد زیرا آلیاژ شناخته شده و غیر آلوده است. اکثر کارگاههای ماشینکاری، swarf را مستقیماً به کارخانههای ریختهگری یا ذوب آلومینیوم میفروشند، جایی که دوباره وارد زنجیره تولید میشود. عملیات ریخته گری آلومینیوم به طور مشابه باعث ذوب مجدد مواد رانر، رایزر و فلاش در همان خانواده آلیاژی می شود و در صورت شمارش ضایعات داخلی، تقریباً 100٪ استفاده از مواد حاصل می شود.
سبک وزن و انتشار چرخه زندگی
انرژی صرفه جویی شده در مرحله استفاده از محصولات آلومینیومی اغلب از هزینه انرژی تولید اولیه زمانی که در طول عمر قطعه مشاهده می شود بیشتر است. در کاربردهای خودرو، کاهش وزن 100 کیلوگرمی، انتشار CO2 را تقریباً 8.5 گرم در کیلومتر در یک وسیله نقلیه با موتور احتراقی معمولی در طول عمر خودرو معمولی 200000 کیلومتر کاهش میدهد - یعنی صرفهجویی 1.7 تن CO2 (منبع: دادههای چرخه عمر انجمن آلومینیوم اروپا). این دیدگاه چرخه عمر توضیح می دهد که چرا OEM های خودرو هزینه مواد بالاتر آلومینیوم در مقابل فولاد را برای اجزای ساختاری می پذیرند: هزینه کل مالکیت، از جمله سوخت، زمانی که حجم ها سرمایه گذاری ابزار در قالب های ریخته گری آلومینیوم و وسایل ماشینکاری را توجیه می کند، به نفع آلومینیوم است.
نرخ ضایعات ماشینکاری - نسبت مواد ورودی حذف شده به وزن قطعه نهایی - یک نگرانی واقعی پایداری برای قطعات آلومینیومی ماشینکاری بیلت است. یک قطعه پیچیده که از شمش جامد ماشین کاری شده است ممکن است نسبت خرید به پرواز (وزن کل ورودی به وزن قطعه نهایی) 5:1 تا 10:1 داشته باشد. این یکی از قویترین استدلالها برای شروع تولید با ریختهگری آلومینیوم است: ریختهگری به شکل نزدیک به تور، نسبت خرید به پرواز را به 1.5:1 به 2:1 نزدیکتر میکند و انرژی موجود در تولید و بازیافت مواد غیر ضروری را بهطور چشمگیری کاهش میدهد.
سوالات متداول در مورد آلومینیوم ماشینکاری شده
بهترین آلیاژ آلومینیوم برای ماشینکاری CNC چیست؟
6061-T6 پرکاربردترین آلیاژ برای ماشینکاری عمومی CNC است زیرا استحکام خوب (کشش 310 مگاپاسکال)، مقاومت در برابر خوردگی عالی، قابلیت جوشکاری و درجه ماشینکاری را با هم ترکیب می کند که سرعت برش بالا و پرداخت سطح تمیز را امکان پذیر می کند. برای کاربردهایی که به حداکثر استحکام نیاز دارند، 7075-T6 انتخاب ارجح است که استحکام کششی 572 مگاپاسکال را در همان چگالی ارائه می دهد. برای کار با ماشین پیچ با حجم بالا که قطعات کوچک تراشیده تولید میکند، 2011-T3 بهترین ماشینکاری را ارائه میدهد (با رتبه ASM توسط ASM)، با حداقل تمایل لبههای ساخته شده. برای قطعاتی که به عنوان ریخته گری آلومینیومی شروع می شوند، A356-T6 و A380 متداول ترین آلیاژهای ریخته گری ماشینکاری می شوند.
چه تلورانس هایی را می توان با آلومینیوم ماشینکاری شده بدست آورد؟
ماشینکاری استاندارد CNC آلومینیوم در ابعاد خطی ± 0.025-0.1 میلیمتر است و H7/h6 (تقریباً 0.010-0.020 ± میلیمتر) روی سوراخها و شفتها بهعنوان یک ماده معمولی بدون کنترلهای فرآیندی خاص به دست میآید. با ماشینکاری دقیق، اتاق های کنترل شده با دما و بازخورد CMM، تحمل 0.005 ± میلی متر در ابعاد خطی و 0.002 ± میلی متر در سوراخ ها قابل دستیابی است. تراشکاری الماس بسیار دقیق می تواند به خطاهای زیر 0.1 میکرومتر (100 نانومتر) در آینه ها و بازتابنده های آلومینیومی درجه نور برسد. زبری سطح از Ra 3.2 میکرومتر در آسیاب استاندارد تا Ra 0.2 میکرومتر در تراشکاری ریز و Ra 0.05 میکرومتر یا بهتر در پرداخت های الماسی شده متغیر است.
تفاوت بین یک قطعه آلومینیومی ماشینکاری شده و یک ریخته گری آلومینیومی چیست؟
ریخته گری آلومینیوم با ریختن یا تزریق آلومینیوم مذاب به داخل قالب تولید می شود - شکل آن از حفره قالب می آید. یک قطعه آلومینیومی ماشینکاری شده با حذف مواد از انبار با استفاده از ابزارهای برش شکل خود را ایجاد می کند. در عمل، بسیاری از قطعات آلومینیومی هر دو هستند: آنها به عنوان یک ریختهگری آلومینیومی شروع میشوند (برای دستیابی به شکل نزدیک به شبکه با هزینه کم) و سپس برای دستیابی به تلرانسهای سخت در مورد ویژگیهای حیاتی که فرآیند ریختهگری نمیتواند به دقت نگه دارد، تحت ماشینکاری قرار میگیرند. ریخته گری شکل کلی و ابعاد تقریبی را تعیین می کند. ماشینکاری ابعاد دقیق، پرداخت سطح و دقت هندسی سطوح عملکردی را تعیین می کند.
چرا دستگاه آلومینیوم سریعتر از فولاد است؟
سختی کم آلومینیوم (معمولا 60-150 HB در مقابل 150-300 HB برای فولاد)، چگالی کم و رسانایی حرارتی بالا با هم ترکیب می شوند تا سرعت برش و نرخ تغذیه بسیار بالاتری را فراهم کنند. آلومینیوم به ازای واحد حجم حذف شده نیروی برش کمتری تولید می کند که به معنای ساختار دستگاه سبک تر، سایش ابزار کمتر و گرمای کمتر در قطعه کار است. سرعت برش برای آلومینیوم با ابزار کاربید بین 300-3000 متر در دقیقه در مقابل 60-300 متر در دقیقه برای فولاد است. این مزیت سرعت 5 تا 10× به طور مستقیم به هزینه کمتر برای هر قطعه در هنگام ماشینکاری آلومینیوم در مقابل فولاد در همان دستگاه ترجمه می شود، مشروط بر اینکه زمان راه اندازی و نصب کنترل شود.
آیا می توان آلومینیوم ماشینکاری شده را بعد از ماشینکاری جوش داد؟
بله، اما با اخطارهای مهم. آلیاژهای 6061 و 6082 به راحتی توسط فرآیندهای MIG (GMAW) یا TIG (GTAW) با استفاده از سیم پرکننده 4043 یا 5356 جوش داده می شوند. با این حال، جوشکاری یک قطعه آلومینیومی عملیات حرارتی شده (T6 temper) شرایط مزاج را در منطقه تحت تأثیر حرارت از بین میبرد و استحکام موضعی را 30 تا 50 درصد کاهش میدهد. اگر یکپارچگی سازه پس از جوشکاری حیاتی است، قطعه باید پس از جوشکاری با محلول عملیات حرارتی شده و به طور مصنوعی کهنه شود (به T6 تغییر یابد) پس از جوشکاری که نیاز به امکانات دارد و هزینه اضافه می کند. برای بسیاری از کاربردها، بست های رزوه ای یا اتصالات پرس نسبت به جوشکاری روی مجموعه های آلومینیومی ماشینکاری شده دقیق ترجیح داده می شوند تا از این کاهش استحکام جلوگیری شود. آلیاژ 7075 عموماً به دلیل حساسیت به ترک گرم غیر قابل جوشکاری در جوشکاری ذوبی در نظر گرفته می شود.
چگونه هنگام ماشینکاری قطعات آلومینیومی دیوار نازک از اعوجاج جلوگیری می کنید؟
قطعات آلومینیومی با دیواره نازک (ضخامت دیواره زیر 2 میلی متر) مستعد زنگ زدن، انحراف تحت نیروهای برش و تاب خوردگی ناشی از تنش پسماند پس از رها شدن فیکسچر هستند. استراتژیهای مؤثر عبارتند از: استفاده از ابزارهای تیز و با چنگک بالا برای به حداقل رساندن نیروهای برش. گرفتن چندین پاس تکمیلی کم عمق به جای یک برش زبر سنگین روی دیوارهای نازک. استفاده از موم، فوم یا آلیاژ کم ذوب برای حمایت از دیواره های نازک در حین ماشینکاری. ماشینکاری متناوب بین وجهه های مخالف برای یکسان سازی آزاد شدن تنش پسماند. و با استفاده از وسایل خلاء یا تنظیمات فک نرم که نیروی گیره را بدون بارگذاری نقاط نازک توزیع می کند. برای قطعات بسیار نازک (کمتر از 1 میلی متر)، میرایی ارتعاش با فوم ویسکوالاستیک اعمال شده در قسمت پشتی در حین ماشین کاری موثر است.
حداقل ضخامت دیواره قابل دستیابی در آلومینیوم ماشینکاری شده چقدر است؟
حداقل ضخامت دیوار بستگی به اندازه کلی قطعه، آلیاژ و کیفیت اتصال دارد. به طور کلی فرزکاری CNC، دیوارهایی به نازکی 0.5-1 میلی متر در 6061-T6 با استراتژی دقیق مسیر ابزار و اتصالات قابل دستیابی هستند. دیوارهای کمتر از 0.5 میلی متر امکان پذیر است، اما به تکنیک های ماشینکاری دیوار نازک تخصصی نیاز دارد. برای ریختهگریهای آلومینیومی که متعاقباً ماشینکاری میشوند، حداقل ضخامت دیواره ریختهگری معمولاً 1.5-2.5 میلیمتر برای HPDC (ریختهگری تحت فشار بالا) و 3 تا 5 میلیمتر برای ریختهگری شن و ماسه است، با ویژگیهای ماشینکاری شده 0.5 تا 2 میلیمتر کمتر از دیوار ریختهگری برای برداشتن پوسته سطح و حفظ یکپارچگی ساختاری.
چه عملیات سطحی برای آلومینیوم ماشینکاری شده در یک محیط خورنده در فضای باز بهتر است؟
برای محیطهای خورنده در فضای باز (دریایی، ساحلی یا صنعتی)، آنودایز نوع II و سپس آببندی آغشته به PTFE بهترین ترکیب مقاومت در برابر خوردگی و پایداری ابعادی را فراهم میکند. آنودایز نوع II روی 6061-T6 336 تا 500 ساعت در تست اسپری نمک ASTM B117 بدون خوردگی می گذرد. برای محیط های بسیار تهاجمی (مثلاً غوطه ور در آب دریا)، آبکاری نیکل الکترولس بر روی سطح آنودایز شده یا تحت درمان با مواد شیمیایی، مانع بیشتری را اضافه می کند. پوشش پودری نسبت به پوشش تبدیل کرومات، سیستم ارجح برای قطعات آلومینیومی ساختاری بزرگ است که در آن ظاهر و مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش نیز اولویت دارند. آلومینیوم ماشین لخت بدون هیچ گونه عملیاتی در محیط های داخلی و در محیط های غیر متراکم که لایه اکسید طبیعی در اثر مونتاژ یا ساییدگی آسیب نمی بیند قابل قبول است.
تخلخل ریخته گری آلومینیوم چگونه بر سطوح ماشین کاری شده تأثیر می گذارد؟
تخلخل در ریختهگریهای آلومینیومی - منافذ گاز، حفرههای انقباض یا شبکههای ریز انقباض - میتواند سطوح ماشینکاری شده را قطع کند و مشکلات متعددی ایجاد کند: مسیرهای نشتی از طریق دیوارههای حاوی فشار، پرداخت سطح ناهموار روی یاتاقانها یا سطوح آببندی، و کاهش استحکام خستگی در لبههای منافذ متمرکز بر تنش. استانداردهای NADCA حداکثر سطوح تخلخل قابل قبول را برای کاربردهای مختلف ریخته گری مشخص می کنند - سطوح آب بندی معمولاً به کلاس A NADCA نیاز دارند (بدون تخلخل قابل مشاهده بالای قطر 0.8 میلی متر). آغشته کردن (اجرا کردن رزین ترموست با خلاء به داخل منافذ پس از ماشینکاری) تخلخل گازی را بدون تأثیر بر دقت ابعادی آب بندی می کند و یک روش استاندارد برای قطعات ریخته گری آلومینیومی است که در کاربردهای پنوماتیک یا هیدرولیک استفاده می شود که در آن یکپارچگی فشار مورد نیاز است.
در چه حجم تولیدی باید از ماشین کاری بیلت به ریخته گری آلومینیوم به اضافه ماشینکاری تغییر کنم؟
حجم متقاطع به اندازه قطعه، پیچیدگی و فرآیند ریخته گری قابل اجرا بستگی دارد. برای HPDC (مناسب برای قطعات کوچک تا متوسط با دیوار نازک و پیچیده)، سرمایه گذاری ابزار 20000 تا 80000 دلار آمریکا است. اگر ماشینکاری بیلت 50 تا 100 دلار برای هر قطعه هزینه داشته باشد و ریخته گری HPDC به اضافه ماشینکاری آن را به 20 تا 40 دلار در هر قطعه کاهش دهد، ابزار در 500 تا 2500 قطعه بازیابی می شود. برای ریخته گری گرانشی (هزینه ابزار کمتر، 5000 تا 20000 دلار آمریکا، اما زمان چرخه کندتر)، کراس اوور اغلب 200 تا 500 قطعه است. برای ریختهگری شن و ماسه (هزینه ابزار ناچیز برای هر قطعه، اما دقت ابعادی پایینتر و ماشینکاری بالاتر)، میتواند مقرون به صرفه باشد، حتی در حجمهای بسیار کم، زمانی که قطعات بزرگ هستند و ضایعات مواد حاصل از ماشینکاری بیلت بسیار زیاد است. به عنوان یک دستورالعمل عملی، ریخته گری آلومینیوم را زمانی در نظر بگیرید که حجم سالانه از 300 تا 500 واحد و وزن قطعه از 0.5 کیلوگرم فراتر رود.
