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你需要了解的有关CNC加工铝的知识

2021-11-16 阅读 2124

铝是最常用的有色金属的原因有很多。它非常具有延展性和延展性,因此适用于广泛的应用。它的延展性使它可以制成铝箔,而它的延展性使铝可以被拉制成棒和线。 


铝还具有很高的耐腐蚀性,因为当材料暴露在空气中时,会自然形成一层保护性氧化层。这种氧化也可以被人工诱导,以提供更强大的保护。铝的天然保护层使其比碳钢更耐腐蚀,此外,铝是良好的导热体和导电体,比碳钢和不锈钢都好。


(铝箔)


它比钢更快、更容易加工,而它的强度重量比使它成为许多需要坚固、坚硬材料应用的良好选择。最后,与其他金属相比,铝可以很好地回收,因此更多的芯片材料可以被保存、熔化和再利用。与生产纯铝所需的能源相比,回收铝可以节省高达95%的能源。

 

当然,使用铝也有一些缺点,尤其是与钢相比。它不像钢那么硬,这使得它对于承受更大冲击力或极高承载力的零件来说是一个糟糕的选择。铝的熔点也明显较低(660℃,钢的熔点较低时约为1400℃),因此无法承受极端高温应用。它也有很高的热膨胀系数,因此,如果在加工过程中温度过高,它会变形,难以保持严格的公差。最后,由于消耗过程中更高的电力需求,铝可能比钢更贵。


铝合金


通过稍微调整铝合金元素的数量,可以制造出无数种铝合金。然而,一些组合物已被证明比其他组合物更有用。这些常见的铝合金根据主要合金元素进行分组。每个系列都有一些共同的属性。例如,3000、4000、5000系列的铝合金不能进行热处理,所以采用冷加工,也称为加工硬化。 


主要铝合金类型


1000系列


铝1xxx合金含有最纯的铝,按重量计铝含量至少为99%。没有特定的合金元素,其中大部分几乎都是纯铝。例如,铝1199按重量计含有99.99%的铝,用于制造铝箔。这些是最软的等级,但它们可以加工硬化,这意味着它们在反复变形时变得更坚固。


2000系列


2000系列铝的主要合金元素是铜。这些等级的铝可以沉淀硬化,这使它们几乎和钢一样坚固。沉淀硬化涉及将金属加热到一定的温度,使其他金属的沉淀从金属溶液中析出(同时金属保持固态),并有助于提高屈服强度。然而,由于添加了铜,2xxx铝牌号的耐腐蚀性较低。铝2024还含有锰和镁,用于航空航天零件。


3000系列


铝3000系列中锰是其最重要的添加元素。这些铝合金也可以进行加工硬化(这对于达到足够的硬度水平是必要的,因为这些等级的铝不能进行热处理)。铝3004还含有镁,是铝饮料罐中使用的合金,以及其硬化变体。




4000系列


4000系列铝包括硅作为主要合金元素。硅降低了4xxx级铝的熔点。铝4043用作焊接6000系列铝合金的填充棒材料,而铝4047用作薄板和覆层。


5000系列


镁是5000系列的主要合金元素。这些等级具有一些最佳的耐腐蚀性,因此它们通常用于海洋应用或其他面临极端环境的情况。铝5083是一种常用于船用零件的合金。


6000系列


镁和硅都被用来制造一些最常见的铝合金。这些元素的组合用于创建6000系列,该系列通常易于加工,并且可以沉淀硬化。6061尤其是最常见的铝合金之一,并且具有高耐蚀性。它通常用于结构和航空航天应用。


7000系列


这些铝合金由锌制成,有时还含有铜、铬和镁,可以通过沉淀硬化成为所有铝合金中强度最高的。7000 牌号因其高强度而常用于航空航天应用。7075 是一种普通牌号,虽然它的耐腐蚀性高于 2000 系列材料,但它的耐腐蚀性比其他合金低。这种合金被普遍使用,但特别适用于航空航天应用。 


这些铝合金由锌、有时还有铜、铬和镁制成,通过沉淀硬化可以成为所有铝合金中最坚固的。7000级由于其高强度,通常用于航空航天应用。7075是一种普通等级,其耐腐蚀性低于其他合金。


8000系列


8000系列是不适用于任何其他类别的铝合金的总称。这些合金可以包括许多其他元素,包括铁和锂。例如,8176铝按重量计含有0.6%的铁和0.1%的硅,用于制造电线。


铝材调质处理和表面处理


热处理是一种常见的调节过程,这意味着它在化学水平上改变了许多金属的材料特性。特别是对于铝,有必要增加硬度和强度。未经处理的铝是一种软金属,因此为了经得起某些应用,它需要经过某种调节过程。对于铝,该工艺由等级编号末尾的字母名称表示。


热处理


2xxx、6xxx和7xxx系列铝都可以进行热处理。这有助于提高金属的强度和硬度,并有利于某些应用。其他合金3xxx、4xxx和5xxx只能进行冷加工以增加强度和硬度。合金可以添加不同的字母名称(称为回火名称),以确定采用了何种处理。这些名称是:


F表示其为制造状态,或材料未进行任何热处理。


H意味着材料经历了某种加工硬化,无论是否与热处理同时进行。“H”后面的数字表示热处理类型和硬度。


O表示铝经过退火处理,这降低了强度和硬度。这似乎是一个奇怪的选择——谁会想要更柔软的材料?然而,退火产生了一种更易加工、可能更坚韧和更具延展性的材料,这对某些制造方法是有利的。


T表示铝已经热处理,“T”后面的数字表示热处理过程的细节。例如,Al 6061-T6经过固溶热处理(保持在980华氏度,然后在水中淬火以快速冷却),然后在325到400华氏度之间进行时效处理。


表面处理


有许多表面处理可以应用于铝,每种表面处理都具有适合不同应用的外观和保护特性。 


抛光后对材料没有任何影响。这种表面处理需要较少的时间和精力,但通常不足以用于装饰性零件,最适合于仅测试功能和适合性的原型。


打磨是从机加工表面向上的下一步。更注意使用锋利的工具和精加工道次,以产生更平滑的表面光洁度。这也是一种更精确的加工方法,通常用于测试零件。然而,这一过程仍然会留下机器痕迹,因此通常不会用于最终产品。


喷砂通过在铝件上喷涂微小的玻璃珠来产生哑光表面。这将去除大部分(但不是全部)加工痕迹,并给它一个平滑但颗粒状的外观。一些流行笔记本电脑的标志性外观和手感来自阳极氧化前的喷砂处理。




阳极氧化是一种常见的表面处理方法,它是一种保护性氧化层,当暴露在空气中时,会在铝表面自然形成。在人工加工过程中,铝部件悬挂在导电支架上,浸入电解溶液中,在电解溶液中引入直流电。当溶液的酸性溶解自然形成的氧化层时,电流在其表面释放氧气,从而形成一层新的氧化铝保护层。




通过平衡溶解速率和堆积速率,氧化层形成纳米孔,允许涂层继续生长,超出自然可能的范围。之后,为了美观,纳米孔有时会填充其他缓蚀剂或有色染料,然后密封以完成保护涂层。


铝加工技巧 


1. 如果工件在加工过程中过热,铝的高热膨胀系数会影响公差,特别是对于薄零件。为了防止任何负面影响,可以通过创建不太长时间集中在一个区域的刀轨来避免热量集中。这种方法可以散热,并且可以在生成CNC加工程序的CAM软件中查看和修改刀轨。


2. 如果力太大,某些铝合金的柔软性会促进加工过程中的变形。因此,按照推荐的进给量和速度来加工特定等级的铝,以在加工过程中产生适当的力。另一个防止变形的经验法则是在所有区域保持零件厚度大于0.020英寸。


3. 铝的延展性的另一个影响是,它可以在刀具上形成材料的组合边缘。这会掩盖刀具锋利的切削表面,使刀具变钝,并降低其切削效率。该堆积边缘也会在零件上造成较差的表面光洁度。为了避免累积堆积的边缘,使用刀具材料进行试验;试着用硬质合金刀片代替HSS(高速钢),反之亦然,并调整切削速度。你也可以尝试调整切削液的数量和类型。

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