Was Sie über die CNC-Bearbeitung von Aluminiumteilen wissen müssen

Es gibt viele Gründe, warum Aluminium das am häufigsten verwendete Nichteisenmetall ist. Es ist sehr formbar, so dass es für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist. Seine Duktilität ermöglicht die Verarbeitung zu Aluminiumfolie und seine Duktilität ermöglicht das Ziehen von Aluminium zu Stäben und Drähten.

Aluminium hat auch eine hohe Korrosionsbeständigkeit, denn wenn das Material der Luft ausgesetzt wird, bildet es auf natürliche Weise eine schützende Oxidschicht. Diese Oxidation kann auch künstlich induziert werden, um einen stärkeren Schutz zu bieten. Die natürliche Schutzschicht von Aluminium macht es korrosionsbeständiger als Kohlenstoffstahl. Darüber hinaus ist Aluminium ein guter Wärmeleiter und elektrischer Leiter, besser als Kohlenstoffstahl und Edelstahl.

（Aluminiumfolie）

Es ist schneller und einfacher zu verarbeiten als Stahl und sein Festigkeits-Gewichts-Verhältnis macht es zu einer guten Wahl für viele Anwendungen, die starke, harte Materialien erfordern. Schließlich lässt sich Aluminium im Vergleich zu anderen Metallen gut recyceln, sodass mehr Spanmaterial konserviert, geschmolzen und wiederverwendet werden kann. Verglichen mit der Energie, die für die Herstellung von reinem Aluminium benötigt wird, können durch das Recycling von Aluminium bis zu 95 % Energie eingespart werden.

Natürlich hat die Verwendung von Aluminium auch einige Nachteile, insbesondere im Vergleich zu Stahl. Es ist nicht so hart wie Stahl, was es zu einer schlechten Wahl für Teile macht, die größeren Stößen oder extrem hoher Belastbarkeit standhalten. Der Schmelzpunkt von Aluminium ist ebenfalls deutlich niedriger (660 °C, wenn der Schmelzpunkt von Stahl niedriger ist, etwa 1400 °C), es kann extremen Hochtemperaturanwendungen nicht standhalten. Es hat auch einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, so dass es sich bei zu hoher Temperatur während der Verarbeitung verformt und es schwierig ist, enge Toleranzen einzuhalten. Schließlich kann Aluminium aufgrund des höheren Energiebedarfs beim Verbrauch teurer sein als Stahl.

Aluminiumlegierung

Durch geringfügige Anpassung der Menge an Aluminiumlegierungselementen können unzählige Arten von Aluminiumlegierungen hergestellt werden. Einige Zusammensetzungen haben sich jedoch als nützlicher erwiesen als andere. Diese gängigen Aluminiumlegierungen werden nach den Hauptlegierungselementen gruppiert. Jede Serie hat einige gemeinsame Attribute. Aluminiumlegierungen der Serien 3000, 4000 und 5000 können beispielsweise nicht wärmebehandelt werden, daher wird Kaltbearbeitung verwendet, die auch als Kaltverfestigung bezeichnet wird. Zu

Die wichtigsten Aluminiumlegierungstypen sind wie folgt.

1000er Serie

Aluminium 1xxx-Legierungen enthalten reinstes Aluminium mit einem Aluminiumgehalt von mindestens 99 Gew.-%. Es gibt keine spezifischen Legierungselemente, die meisten davon sind fast reines Aluminium. Aluminium 1199 enthält beispielsweise 99,99 Gew.-% Aluminium und wird zur Herstellung von Aluminiumfolie verwendet. Dies sind die weichsten Sorten, die jedoch kaltverfestigt werden können, was bedeutet, dass sie bei wiederholter Verformung fester werden.

2000er Serie

Das Hauptlegierungselement von Aluminium der Serie 2000 ist Kupfer. Diese Aluminiumsorten können ausscheidungsgehärtet werden, was sie fast so fest wie Stahl macht. Beim Ausscheidungshärten wird das Metall auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, damit andere Metalle aus der Metalllösung ausgeschieden werden können (während das Metall fest bleibt) und die Streckgrenze erhöht wird. Aufgrund der Zugabe von Kupfer weisen 2xxx-Aluminiumsorten jedoch eine geringere Korrosionsbeständigkeit auf. Aluminium 2024 enthält außerdem Mangan und Magnesium und wird in Luft- und Raumfahrtteilen verwendet.

3000er Serie

Mangan ist das wichtigste Additivelement der Aluminium 3000er Serie. Diese Aluminiumlegierungen können auch kaltverfestigt werden (dies ist notwendig, um eine ausreichende Härte zu erreichen, da diese Aluminiumsorten nicht wärmebehandelt werden können). Aluminium 3004 enthält auch Magnesium, eine Legierung, die in Getränkedosen aus Aluminium verwendet wird, und seine gehärteten Varianten.

4000er Serie

Das Aluminium der 4000er Serie enthält Silizium als Hauptlegierungselement. Silizium senkt den Schmelzpunkt von Aluminium der Güteklasse 4xxx. Aluminium 4043 wird als Füllstabmaterial zum Schweißen von Aluminiumlegierungen der Serie 6000 verwendet, während Aluminium 4047 als Blech und Plattierung verwendet wird.

5000er Serie

Magnesium ist das wichtigste Legierungselement der 5000er Serie. Diese Sorten haben eine der besten Korrosionsbeständigkeiten und werden daher häufig in Schiffsanwendungen oder anderen Situationen mit extremen Umgebungsbedingungen verwendet. Aluminium 5083 ist eine Legierung, die häufig in Schiffsteilen verwendet wird.

6000er Serie

Sowohl Magnesium als auch Silizium werden verwendet, um einige der gängigsten Aluminiumlegierungen herzustellen. Aus der Kombination dieser Elemente entsteht die 6000er Serie, die meist leicht zu verarbeiten und ausscheidungshärtend ist. Insbesondere 6061 ist eine der gebräuchlichsten Aluminiumlegierungen und weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Es wird häufig in strukturellen und Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet.

7000er Serie

Diese Aluminiumlegierungen bestehen aus Zink und enthalten manchmal Kupfer, Chrom und Magnesium. Sie können ausscheidungsgehärtet werden, um die stärkste aller Aluminiumlegierungen zu werden. Die Sorte 7000 wird aufgrund ihrer hohen Festigkeit häufig in Luft- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt. 7075 ist eine übliche Sorte. Obwohl seine Korrosionsbeständigkeit höher ist als bei Materialien der Serie 2000, ist seine Korrosionsbeständigkeit geringer als bei anderen Legierungen. Diese Legierung wird häufig verwendet, eignet sich jedoch besonders für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Zu

Diese Aluminiumlegierungen bestehen aus Zink und manchmal Kupfer, Chrom und Magnesium und können durch Ausscheidungshärtung die stärkste aller Aluminiumlegierungen werden. Die Klasse 7000 wird aufgrund ihrer hohen Festigkeit normalerweise in Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet. 7075 ist eine allgemeine Sorte mit geringerer Korrosionsbeständigkeit als andere Legierungen.

8000er Serie

Die Serie 8000 ist ein allgemeiner Begriff, der auf keine anderen Arten von Aluminiumlegierungen zutrifft. Diese Legierungen können viele andere Elemente enthalten, einschließlich Eisen und Lithium. 8176 Aluminium enthält beispielsweise 0,6 Gewichtsprozent Eisen und 0,1 Gewichtsprozent Silizium und wird zur Herstellung von Drähten verwendet.

Aluminium-Anlassbehandlung und Oberflächenbehandlung

Die Wärmebehandlung ist ein gängiger Konditionierungsprozess, das heißt, sie verändert die Materialeigenschaften vieler Metalle auf chemischer Ebene. Gerade bei Aluminium ist es notwendig, die Härte und Festigkeit zu erhöhen. Unbehandeltes Aluminium ist ein weiches Metall, daher muss es, um bestimmten Anwendungen standzuhalten, einen bestimmten Anpassungsprozess durchlaufen. Bei Aluminium wird das Verfahren durch den Buchstabennamen am Ende der Sortennummer angezeigt.

Wärmebehandlung

Aluminium der Serien 2xxx, 6xxx und 7xxx kann alle wärmebehandelt werden. Dies trägt zur Erhöhung der Festigkeit und Härte des Metalls bei und ist für bestimmte Anwendungen von Vorteil. Andere Legierungen 3xxx, 4xxx und 5xxx können nur zur Erhöhung der Festigkeit und Härte kaltverformt werden. Der Legierung können verschiedene Buchstabennamen (so genannte gehärtete Namen) hinzugefügt werden, um zu bestimmen, welche Behandlung verwendet wird. Diese Namen sind:

F zeigt an, dass es sich im Herstellungszustand befindet oder das Material keiner Wärmebehandlung unterzogen wurde.

H bedeutet, dass das Material eine Art Kaltverfestigung erfahren hat, unabhängig davon, ob diese gleichzeitig mit der Wärmebehandlung erfolgt. Die Zahl nach "H" gibt die Art der Wärmebehandlung und Härte an.

O zeigt an, dass das Aluminium geglüht ist, was die Festigkeit und Härte verringert. Dies scheint eine seltsame Wahl zu sein - wer möchte ein weicheres Material? Durch das Glühen entsteht jedoch ein leichter zu verarbeitender, ggf. zäherer und duktilerer Werkstoff, was für bestimmte Herstellungsverfahren von Vorteil ist.

T zeigt an, dass das Aluminium wärmebehandelt wurde, und die Zahl nach "T" gibt die Einzelheiten des Wärmebehandlungsprozesses an. Zum Beispiel wird Al 6061-T6 einer Lösungswärmebehandlung (bei 980 Grad Fahrenheit gehalten, dann zur schnellen Abkühlung in Wasser abgeschreckt) und dann einer Alterungsbehandlung zwischen 325 und 400 Grad Fahrenheit unterzogen.

Oberflächenbehandlung

Es gibt viele Oberflächenbehandlungen, die auf Aluminium angewendet werden können, und jede Oberflächenbehandlung hat Aussehen und Schutzeigenschaften, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind. Zu

Nach dem Polieren wird das Material nicht beeinflusst. Diese Oberflächenbehandlung erfordert weniger Aufwand, reicht aber für dekorative Teile in der Regel nicht aus und eignet sich am besten für Prototypen, die nur Funktion und Eignung testen.

Schleifen ist der nächste Schritt von der bearbeiteten Oberfläche. Achten Sie mehr auf die Verwendung von scharfen Werkzeugen und Schlichtdurchgängen, um eine glattere Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen. Dies ist auch eine genauere Verarbeitungsmethode, die normalerweise zum Testen von Teilen verwendet wird. Dieser Prozess hinterlässt jedoch immer noch Maschinenspuren, so dass er normalerweise nicht im Endprodukt verwendet wird.

Sandstrahlen erzeugt eine matte Oberfläche, indem winzige Glasperlen auf Aluminiumteile gesprüht werden. Dadurch werden die meisten (aber nicht alle) Bearbeitungsspuren entfernt und es erhält ein glattes, aber körniges Aussehen. Das ikonische Aussehen und die Haptik einiger beliebter Laptops entsteht durch Sandstrahlen vor dem Eloxieren.

Eloxieren ist ein gängiges Verfahren zur Oberflächenbehandlung. Es ist eine schützende Oxidschicht, die sich auf natürliche Weise auf der Aluminiumoberfläche bildet, wenn sie der Luft ausgesetzt wird. Bei der manuellen Bearbeitung werden Aluminiumteile an eine leitfähige Unterlage gehängt, in eine Elektrolytlösung getaucht und in die Elektrolytlösung Gleichstrom eingeleitet. Wenn die Säure der Lösung die natürlich gebildete Oxidschicht auflöst, setzt der Strom an ihrer Oberfläche Sauerstoff frei und bildet so eine neue Schutzschicht aus Aluminiumoxid.

Durch das Ausbalancieren der Auflösungsrate und der Akkumulationsrate bildet die Oxidschicht Nanoporen, wodurch die Beschichtung weiter wachsen kann, was natürlich möglich ist. Später werden die Nanoporen aus ästhetischen Gründen manchmal mit anderen Korrosionsinhibitoren oder farbigen Farbstoffen gefüllt und dann versiegelt, um die Schutzbeschichtung zu vervollständigen.

Kenntnisse in der Aluminiumverarbeitung

1. Wird das Werkstück während der Bearbeitung überhitzt, beeinflusst der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium die Toleranz, insbesondere bei dünnen Teilen. Um negative Auswirkungen zu vermeiden, kann eine Wärmekonzentration vermieden werden, indem Werkzeugbahnen erstellt werden, die nicht zu lange auf einen Bereich konzentriert sind. Dieses Verfahren kann Wärme abführen und die Werkzeugbahn kann in der CAM-Software, die das CNC-Bearbeitungsprogramm generiert, angezeigt und geändert werden.

2.2. Wenn die Kraft zu groß ist, fördert die Weichheit einiger Aluminiumlegierungen die Verformung während der Verarbeitung. Daher ist entsprechend der empfohlenen Vorschubgeschwindigkeit und Geschwindigkeit eine bestimmte Aluminiumsorte zu verarbeiten, um die entsprechende Kraft während des Prozesses zu erzeugen. Eine weitere Faustregel zur Vermeidung von Verformungen besteht darin, die Teiledicke in allen Bereichen größer als 0,020 Zoll zu halten.

3. Ein weiterer Effekt der Duktilität von Aluminium besteht darin, dass es eine kombinierte Kante des Materials am Werkzeug bilden kann. Dadurch wird die scharfe Schnittfläche des Werkzeugs verdeckt, das Werkzeug stumpf und die Schneidleistung verringert. Diese Staukante kann auch eine schlechte Oberflächengüte des Teils verursachen. Experimentieren Sie mit Werkzeugmaterialien, um eine Ansammlung von Kanten zu vermeiden; Versuchen Sie, HSS (Schnellarbeitsstahl) durch Hartmetall-Wendeschneidplatten zu ersetzen oder umgekehrt, und passen Sie die Schnittgeschwindigkeit an. Sie können auch versuchen, die Menge und Art des Kühlschmierstoffs anzupassen.

Lassen Sie uns im folgenden Video wissen, wie Aluminiumteile durch CNC-Bearbeitung bearbeitet werden.

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