L’alluminio è il metallo non ferroso più utilizzato e la sua gamma di applicazioni continua ad espandersi. Esistono oltre 700.000 tipi di prodotti in alluminio, destinati a vari settori, tra cui l'edilizia, la decorazione, i trasporti e l'aerospaziale. In questa discussione esploreremo la tecnologia di lavorazione dei prodotti in alluminio e come evitare la deformazione durante la lavorazione.
I vantaggi e le caratteristiche dell'alluminio includono:
- Bassa densità: L'alluminio ha una densità di circa 2,7 g/cm³, che è circa un terzo di quella del ferro o del rame.
- Elevata plasticità:L'alluminio ha un'eccellente duttilità, che gli consente di essere formato in vari prodotti attraverso metodi di lavorazione a pressione, come l'estrusione e lo stiramento.
- Resistenza alla corrosione:L'alluminio sviluppa naturalmente una pellicola protettiva di ossido sulla sua superficie, sia in condizioni naturali che attraverso l'anodizzazione, offrendo una resistenza alla corrosione superiore rispetto all'acciaio.
- Facile da rinforzare:Sebbene l'alluminio puro abbia un basso livello di resistenza, la sua resistenza può essere notevolmente aumentata mediante l'anodizzazione.
- Facilita il trattamento superficiale:I trattamenti superficiali possono migliorare o modificare le proprietà dell'alluminio. Il processo di anodizzazione è ben consolidato e ampiamente utilizzato nella lavorazione dei prodotti in alluminio.
- Buona conduttività e riciclabilità:L’alluminio è un ottimo conduttore di elettricità ed è facile da riciclare.
Tecnologia di lavorazione dei prodotti in alluminio
Stampaggio di prodotti in alluminio
1. Stampaggio a freddo
Il materiale utilizzato è pellet di alluminio. Questi pellet vengono modellati in un unico passaggio utilizzando una macchina di estrusione e uno stampo. Questo processo è ideale per creare prodotti a colonna o forme difficili da ottenere tramite allungamento, come forme ellittiche, quadrate e rettangolari. (Come mostrato nella Figura 1, la macchina; Figura 2, i pellet di alluminio; e Figura 3, il prodotto)
Il tonnellaggio della macchina utilizzata è correlato alla sezione trasversale del prodotto. Lo spazio tra la matrice superiore e la matrice inferiore in acciaio al tungsteno determina lo spessore della parete del prodotto. Una volta completata la pressatura, lo spazio verticale tra il punzone superiore e quello inferiore indica lo spessore superiore del prodotto. (Come mostrato nella Figura 4)
Vantaggi: Ciclo di apertura dello stampo breve, costi di sviluppo inferiori rispetto allo stampo di allungamento. Svantaggi: processo di produzione lungo, ampia fluttuazione delle dimensioni del prodotto durante il processo, costo della manodopera elevato.
2. Allungamento
Materiale utilizzato: lamiera di alluminio. Utilizzare la macchina a stampo continuo e lo stampo per eseguire deformazioni multiple per soddisfare i requisiti di forma, adatti a corpi non colonnari (prodotti con alluminio curvo). (Come mostrato nella Figura 5, macchina, Figura 6, stampo e Figura 7, prodotto)
Vantaggi:Le dimensioni dei prodotti complessi e multi-deformati sono controllate stabilmente durante il processo di produzione e la superficie del prodotto è più liscia.
Svantaggi:Costo elevato dello stampo, ciclo di sviluppo relativamente lungo ed elevati requisiti di selezione e precisione della macchina.
Trattamento superficiale dei prodotti in alluminio
1. Sabbiatura (pallinatura)
Il processo di pulizia e irruvidimento della superficie metallica mediante l'impatto del flusso di sabbia ad alta velocità.
Questo metodo di trattamento superficiale dell'alluminio migliora la pulizia e la ruvidità della superficie del pezzo. Di conseguenza, le proprietà meccaniche della superficie migliorano, portando ad una migliore resistenza alla fatica. Questo miglioramento aumenta l'adesione tra la superficie e gli eventuali rivestimenti applicati, prolungando la durata del rivestimento. Inoltre facilita il livellamento e l'aspetto estetico del rivestimento. Questo processo è comunemente visto in vari prodotti Apple.
2. Lucidatura
Il metodo di lavorazione impiega tecniche meccaniche, chimiche o elettrochimiche per ridurre la ruvidità superficiale di un pezzo, ottenendo una superficie liscia e lucida. Il processo di lucidatura può essere classificato in tre tipi principali: lucidatura meccanica, lucidatura chimica e lucidatura elettrolitica. Combinando la lucidatura meccanica con la lucidatura elettrolitica, le parti in alluminio possono ottenere una finitura a specchio simile a quella dell'acciaio inossidabile. Questo processo conferisce un senso di semplicità di fascia alta, moda e un fascino futuristico.
3. Trafilatura
La trafilatura del filo metallico è un processo di produzione in cui le linee vengono ripetutamente raschiate dalle piastre di alluminio con carta vetrata. La trafilatura può essere suddivisa in trafilatura diritta, trafilatura casuale, trafilatura a spirale e trafilatura di fili. Il processo di trafilatura del filo metallico può mostrare chiaramente ogni sottile segno di seta in modo che il metallo opaco abbia una lucentezza fine e il prodotto abbia sia moda che tecnologia.
4. Taglio ad alta luminosità
Il taglio dei punti salienti utilizza una macchina per incisione di precisione per rinforzare il coltello diamantato sul mandrino della macchina per incisione di precisione rotante ad alta velocità (generalmente 20.000 giri/min) per tagliare parti e produrre aree di evidenziazione locali sulla superficie del prodotto. La luminosità dei punti salienti del taglio è influenzata dalla velocità della punta di fresatura. Maggiore è la velocità di perforazione, più luminosi saranno i punti salienti del taglio. Al contrario, più scuri sono i punti salienti del taglio, maggiore è la probabilità che producano segni di coltello. Il taglio lucido è particolarmente comune nei telefoni cellulari, come l'iPhone 5. Negli ultimi anni, alcuni telai metallici di TV di fascia alta hanno adottato il taglio lucidoFresatura CNCLa tecnologia e i processi di anodizzazione e spazzolatura rendono la TV piena di moda e nitidezza tecnologica.
5. Anodizzazione
L'anodizzazione è un processo elettrochimico che ossida metalli o leghe. Durante questo processo, l'alluminio e le sue leghe sviluppano una pellicola di ossido quando una corrente elettrica viene applicata in un elettrolita specifico in determinate condizioni. L'anodizzazione migliora la durezza superficiale e la resistenza all'usura dell'alluminio, ne prolunga la durata e ne migliora l'aspetto estetico. Questo processo è diventato una componente vitale del trattamento superficiale dell'alluminio ed è attualmente uno dei metodi disponibili più ampiamente utilizzati e di successo.
6. Anodo bicolore
Un anodo bicolore si riferisce al processo di anodizzazione di un prodotto per applicare colori diversi ad aree specifiche. Sebbene questa tecnica di anodizzazione a due colori sia impiegata raramente nel settore televisivo a causa della sua complessità e dei costi elevati, il contrasto tra i due colori migliora l'aspetto esclusivo e di fascia alta del prodotto.
Esistono diversi fattori che contribuiscono alla deformazione durante la lavorazione delle parti in alluminio, tra cui le proprietà del materiale, la forma della parte e le condizioni di produzione. Le principali cause di deformazione includono: stress interno presente nel pezzo grezzo, forze di taglio e calore generati durante la lavorazione e forze esercitate durante il bloccaggio. Per ridurre al minimo queste deformazioni possono essere implementate specifiche misure di processo e competenze operative.
Misure di processo per ridurre la deformazione della lavorazione
1. Ridurre lo stress interno del pezzo grezzo
L'invecchiamento naturale o artificiale, insieme al trattamento con vibrazioni, può aiutare a ridurre lo stress interno di un grezzo. Anche la preelaborazione è un metodo efficace a questo scopo. Per un pezzo grezzo con testa grassa e orecchie grandi, durante la lavorazione può verificarsi una deformazione significativa a causa del margine considerevole. Preelaborando le parti in eccesso del pezzo grezzo e riducendo il margine in ciascuna area, non solo possiamo ridurre al minimo la deformazione che si verifica durante la lavorazione successiva, ma anche alleviare parte dello stress interno presente dopo la preelaborazione.
2. Migliorare la capacità di taglio dell'utensile
Il materiale e i parametri geometrici dell'utensile influiscono in modo significativo sulla forza di taglio e sul calore. La corretta selezione dell'utensile è essenziale per ridurre al minimo la deformazione durante la lavorazione delle parti.
1) Selezione ragionevole dei parametri geometrici dell'utensile.
① Angolo di spoglia:A condizione di mantenere la resistenza della lama, l'angolo di spoglia viene opportunamente selezionato per essere maggiore. Da un lato, può levigare un bordo affilato e, dall'altro, può ridurre la deformazione del taglio, rendere uniforme la rimozione dei trucioli e quindi ridurre la forza di taglio e la temperatura di taglio. Evitare l'uso di utensili con angolo di spoglia negativo.
② Angolo dello schienale:La dimensione dell'angolo posteriore ha un impatto diretto sull'usura della faccia posteriore dell'utensile e sulla qualità della superficie lavorata. Lo spessore di taglio è una condizione importante per la selezione dell'angolo posteriore. Durante la fresatura di sgrossatura, a causa dell'elevata velocità di avanzamento, del carico di taglio pesante e dell'elevata generazione di calore, le condizioni di dissipazione del calore dell'utensile devono essere buone. Pertanto, l'angolo dello schienale dovrebbe essere selezionato più piccolo. Durante la fresatura di precisione, il tagliente deve essere affilato, l'attrito tra la superficie posteriore dell'utensile e la superficie lavorata deve essere ridotto e la deformazione elastica deve essere ridotta. Pertanto, l'angolo dello schienale dovrebbe essere selezionato per essere maggiore.
③ Angolo dell'elica:Per rendere la fresatura uniforme e ridurre la forza di fresatura, l'angolo dell'elica deve essere selezionato il più ampio possibile.
④ Angolo di deflessione principale:Riducendo opportunamente l'angolo di deflessione principale è possibile migliorare le condizioni di dissipazione del calore e ridurre la temperatura media dell'area di lavorazione.
2) Migliorare la struttura degli strumenti.
Ridurre il numero di denti della fresa e aumentare lo spazio del truciolo:
Poiché i materiali in alluminio presentano un'elevata plasticità e una significativa deformazione da taglio durante la lavorazione, è essenziale creare uno spazio per il truciolo più ampio. Ciò significa che il raggio del fondo del canale truciolo dovrebbe essere maggiore e il numero di denti sulla fresa dovrebbe essere ridotto.
Rettifica fine dei denti della taglierina:
Il valore di rugosità dei taglienti dei denti della fresa deve essere inferiore a Ra = 0,4 µm. Prima di utilizzare una nuova taglierina, si consiglia di levigare delicatamente più volte la parte anteriore e posteriore dei denti della taglierina con una pietra ad olio fine per eliminare eventuali bave o leggeri segni di dente di sega lasciati dal processo di affilatura. Ciò non solo aiuta a ridurre il calore di taglio, ma minimizza anche la deformazione del taglio.
Controllare rigorosamente gli standard di usura degli strumenti:
Man mano che gli utensili si consumano, la rugosità superficiale del pezzo aumenta, la temperatura di taglio aumenta e il pezzo può subire una maggiore deformazione. Pertanto, è fondamentale scegliere materiali per utensili con un'eccellente resistenza all'usura e garantire che l'usura dell'utensile non superi 0,2 mm. Se l'usura supera questo limite, può portare alla formazione di trucioli. Durante il taglio, la temperatura del pezzo dovrebbe generalmente essere mantenuta al di sotto dei 100°C per evitare deformazioni.
3. Migliorare il metodo di bloccaggio del pezzo. Per pezzi in alluminio a pareti sottili con scarsa rigidità, è possibile utilizzare i seguenti metodi di bloccaggio per ridurre la deformazione:
① Per le parti con boccola a parete sottile, l'utilizzo di un mandrino autocentrante a tre griffe o di una pinza a molla per il bloccaggio radiale può portare alla deformazione del pezzo una volta allentato dopo la lavorazione. Per evitare questo problema, è meglio utilizzare un metodo di bloccaggio assiale della faccia terminale che offra maggiore rigidità. Posizionare il foro interno del pezzo, creare un mandrino passante filettato e inserirlo nel foro interno. Quindi, utilizzare una piastra di copertura per bloccare la faccia terminale e fissarla saldamente con un dado. Questo metodo aiuta a prevenire la deformazione del bloccaggio durante la lavorazione del cerchio esterno, garantendo una precisione di lavorazione soddisfacente.
② Durante la lavorazione di pezzi in lamiera a pareti sottili, si consiglia di utilizzare una ventosa a vuoto per ottenere una forza di serraggio uniformemente distribuita. Inoltre, l'utilizzo di una quantità di taglio inferiore può aiutare a prevenire la deformazione del pezzo.
Un altro metodo efficace consiste nel riempire l'interno del pezzo con un mezzo per migliorarne la rigidità di lavorazione. Ad esempio, nel pezzo può essere versata una massa fusa di urea contenente dal 3% al 6% di nitrato di potassio. Dopo la lavorazione, il pezzo può essere immerso in acqua o alcool per sciogliere il riempitivo e quindi versarlo.
4. Disposizione ragionevole dei processi
Durante il taglio ad alta velocità, il processo di fresatura genera spesso vibrazioni a causa degli ampi sovrametalli di lavorazione e del taglio intermittente. Questa vibrazione può avere un impatto negativo sulla precisione della lavorazione e sulla ruvidità della superficie. Di conseguenza, ilProcesso di taglio CNC ad alta velocitàè tipicamente suddiviso in più fasi: sgrossatura, semifinitura, pulitura degli angoli e finitura. Per le parti che richiedono un'elevata precisione, potrebbe essere necessaria una semifinitura secondaria prima della finitura.
Dopo la fase di sgrossatura è consigliabile lasciare raffreddare i pezzi in modo naturale. Ciò aiuta ad eliminare lo stress interno generato durante la sgrossatura e riduce la deformazione. Il sovrametallo rimasto dopo la sgrossatura dovrebbe essere maggiore della deformazione prevista, generalmente tra 1 e 2 mm. Durante la fase di finitura, è importante mantenere un sovrametallo di lavorazione uniforme sulla superficie finita, generalmente compreso tra 0,2 e 0,5 mm. Questa uniformità garantisce che l'utensile da taglio rimanga in uno stato stabile durante la lavorazione, riducendo significativamente la deformazione del taglio, migliorando la qualità della superficie e garantendo la precisione del prodotto.
Capacità operative per ridurre la deformazione della lavorazione
Le parti in alluminio si deformano durante la lavorazione. Oltre ai motivi sopra indicati, anche il metodo operativo è molto importante nel funzionamento reale.
1. Per le parti che dispongono di ampi margini di lavorazione, si consiglia la lavorazione simmetrica per migliorare la dissipazione del calore durante la lavorazione e per prevenire la concentrazione di calore. Ad esempio, quando si lavora una lamiera spessa 90 mm fino a 60 mm, se un lato viene fresato immediatamente dopo l'altro lato, le dimensioni finali potrebbero comportare una tolleranza di planarità di 5 mm. Tuttavia, se viene utilizzato un approccio di lavorazione simmetrico ad avanzamento ripetuto, in cui ciascun lato viene lavorato due volte fino alla sua dimensione finale, la planarità può essere migliorata fino a 0,3 mm.
2. Quando sono presenti più cavità sulle parti in lamiera, non è consigliabile utilizzare il metodo di lavorazione sequenziale per affrontare una cavità alla volta. Questo approccio può portare a forze irregolari sulle parti, con conseguente deformazione. Utilizzare invece un metodo di elaborazione a strati in cui tutte le cavità di uno strato vengono elaborate simultaneamente prima di passare allo strato successivo. Ciò garantisce una distribuzione uniforme delle sollecitazioni sulle parti e riduce al minimo il rischio di deformazione.
3. Per ridurre la forza di taglio e il calore, è importante regolare la quantità di taglio. Tra i tre componenti della quantità di taglio, la quantità di taglio posteriore ha un impatto significativo sulla forza di taglio. Se il sovrametallo di lavorazione è eccessivo e la forza di taglio durante una singola passata è troppo elevata, ciò può portare alla deformazione delle parti, influire negativamente sulla rigidità del mandrino della macchina utensile e ridurre la durata dell'utensile.
Se da un lato la riduzione della quantità di taglio posteriore può migliorare la longevità dell'utensile, dall'altro può anche ridurre l'efficienza produttiva. Tuttavia, la fresatura ad alta velocità nella lavorazione CNC può risolvere efficacemente questo problema. Riducendo la quantità di taglio posteriore e aumentando di conseguenza la velocità di avanzamento e la velocità della macchina utensile, è possibile ridurre la forza di taglio senza compromettere l'efficienza della lavorazione.
4. La sequenza delle operazioni di taglio è importante. La lavorazione di sgrossatura si concentra sulla massimizzazione dell'efficienza della lavorazione e sull'aumento della velocità di rimozione del materiale per unità di tempo. Tipicamente, per questa fase viene utilizzata la fresatura inversa. Nella fresatura inversa, il materiale in eccesso dalla superficie del pezzo grezzo viene rimosso alla massima velocità e nel minor tempo possibile, formando di fatto un profilo geometrico base per la fase di finitura.
D'altro canto, la finitura privilegia l'elevata precisione e qualità, rendendo la tecnica di fresatura concorde la preferita. Nella fresatura concorde lo spessore del taglio diminuisce gradualmente dal massimo fino a zero. Questo approccio riduce significativamente l'incrudimento e minimizza la deformazione delle parti lavorate.
5. I pezzi a pareti sottili spesso subiscono deformazioni dovute al serraggio durante la lavorazione, un problema che persiste anche durante la fase di finitura. Per ridurre al minimo questa deformazione, è consigliabile allentare il dispositivo di bloccaggio prima di raggiungere la dimensione finale durante la finitura. Ciò consente al pezzo in lavorazione di ritornare alla sua forma originale, dopodiché può essere ribloccato delicatamente, sufficiente solo per mantenere il pezzo in posizione, in base alla sensazione dell'operatore. Questo metodo aiuta a ottenere i risultati di elaborazione ideali.
In sintesi, la forza di bloccaggio dovrebbe essere applicata il più vicino possibile alla superficie di supporto e diretta lungo l'asse rigido più resistente del pezzo. Sebbene sia fondamentale evitare che il pezzo si allenti, la forza di serraggio deve essere mantenuta al minimo per garantire risultati ottimali.
6. Quando si lavorano pezzi con cavità, evitare che la fresa penetri direttamente nel materiale come farebbe una punta da trapano. Questo approccio può portare a uno spazio truciolo insufficiente per la fresa, causando problemi come rimozione irregolare del truciolo, surriscaldamento, espansione e potenziale collasso del truciolo o rottura dei componenti.
Invece, per prima cosa, utilizzare una punta da trapano della stessa dimensione o più grande della fresa per creare il foro iniziale della fresa. Successivamente la fresa viene utilizzata per le operazioni di fresatura. In alternativa, è possibile utilizzare il software CAM per generare un programma di taglio a spirale per l'attività.
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Orario di pubblicazione: 27 novembre 2024