L'alluminio è il metallo non ferroso più utilizzato e il suo campo di applicazione continua ad ampliarsi. Esistono oltre 700.000 tipi di prodotti in alluminio, che soddisfano le esigenze di vari settori, tra cui edilizia, decorazione, trasporti e aerospaziale. In questa discussione, esploreremo la tecnologia di lavorazione dei prodotti in alluminio e come evitare deformazioni 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 consente di trasformarlo in vari prodotti mediante 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 tramite 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 tramite anodizzazione.
- Facilita il trattamento superficiale:I trattamenti superficiali possono migliorare o modificare le proprietà dell'alluminio. Il processo di anodizzazione è 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 sono pellet di alluminio. Questi pellet vengono modellati in un unico passaggio utilizzando una macchina per estrusione e uno stampo. Questo processo è ideale per creare prodotti colonnari o forme difficili da ottenere tramite stiramento, come forme ellittiche, quadrate e rettangolari. (Come mostrato nella Figura 1, la macchina; nella Figura 2, i pellet di alluminio; e nella Figura 3, il prodotto)
Il tonnellaggio della macchina utilizzata è correlato all'area della sezione trasversale del prodotto. La distanza tra il punzone superiore e la matrice inferiore in acciaio al tungsteno determina lo spessore della parete del prodotto. Una volta completata la pressatura, la distanza verticale tra il punzone superiore e la matrice inferiore indica lo spessore superiore del prodotto (come mostrato in Figura 4).
Vantaggi: ciclo di apertura dello stampo breve, costi di sviluppo inferiori rispetto allo stampo a stiramento. Svantaggi: lungo processo di produzione, ampie fluttuazioni delle dimensioni del prodotto durante il processo, elevati costi di manodopera.
2. Allungamento
Materiale utilizzato: lamiera di alluminio. Utilizzare una macchina a stampo continuo e uno stampo per eseguire molteplici deformazioni per soddisfare i requisiti di forma, adatti a corpi non colonnari (prodotti con alluminio curvato). (Come mostrato in Figura 5, macchina, Figura 6, stampo e Figura 7, prodotto)
Vantaggi:Le dimensioni dei prodotti complessi e multideformati vengono controllate in modo stabile durante il processo di produzione e la superficie del prodotto risulta più liscia.
Svantaggi:Elevato costo dello stampo, ciclo di sviluppo relativamente lungo e requisiti elevati per la selezione e la precisione delle macchine.
Trattamento superficiale dei prodotti in alluminio
1. Sabbiatura (pallinatura)
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 rugosità della superficie del pezzo. Di conseguenza, le proprietà meccaniche della superficie risultano migliorate, con conseguente maggiore resistenza alla fatica. Questo miglioramento aumenta l'adesione tra la superficie e qualsiasi rivestimento applicato, prolungandone la durata. Inoltre, facilita il livellamento e l'aspetto estetico del rivestimento. Questo processo è comunemente utilizzato in vari prodotti Apple.
2. Lucidatura
Il metodo di lavorazione impiega tecniche meccaniche, chimiche o elettrochimiche per ridurre la rugosità superficiale di un pezzo, ottenendo una superficie liscia e lucida. Il processo di lucidatura può essere suddiviso in tre tipologie principali: lucidatura meccanica, lucidatura chimica e lucidatura elettrolitica. Combinando la lucidatura meccanica con quella elettrolitica, i componenti in alluminio possono ottenere una finitura a specchio simile a quella dell'acciaio inossidabile. Questo processo conferisce un senso di sobrietà, eleganza e un fascino futuristico.
3. Trafilatura
La trafilatura del filo metallico è un processo di produzione in cui le linee vengono ripetutamente raschiate via dalle lastre di alluminio con carta vetrata. La trafilatura può essere suddivisa in trafilatura dritta, trafilatura casuale, trafilatura a spirale e trafilatura a filo. Il processo di trafilatura del filo metallico può mostrare chiaramente ogni sottile segno di seta, in modo che il metallo opaco abbia una lucentezza simile a quella dei capelli, e il prodotto sia alla moda che tecnologico.
4. Taglio in luce intensa
Il taglio con evidenziazione utilizza una macchina per incisione di precisione per rinforzare la lama diamantata sul mandrino rotante ad alta velocità (generalmente 20.000 giri/min) della macchina per incisione di precisione, per tagliare i pezzi e produrre aree di evidenziazione localizzate sulla superficie del prodotto. La luminosità delle aree di evidenziazione del taglio è influenzata dalla velocità della fresa. Maggiore è la velocità della fresa, più luminose sono le aree di evidenziazione del taglio. Al contrario, più scure sono le aree di evidenziazione del taglio, maggiore è la probabilità che producano segni di taglio. Il taglio lucido è particolarmente comune nei telefoni cellulari, come l'iPhone 5. Negli ultimi anni, alcune cornici metalliche per TV di fascia alta hanno adottato l'alta lucentezza.fresatura CNCLa tecnologia e i processi di anodizzazione e spazzolatura rendono il televisore un concentrato di stile e tecnologia.
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 uno specifico elettrolita 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 essenziale del trattamento superficiale dell'alluminio ed è attualmente uno dei metodi più utilizzati e di successo disponibili.
6. Anodo bicolore
L'anodo bicolore si riferisce al processo di anodizzazione di un prodotto per applicare colori diversi a specifiche aree. Sebbene questa tecnica di anodizzazione bicolore sia raramente utilizzata nel settore televisivo a causa della sua complessità e dei costi elevati, il contrasto tra i due colori esalta l'aspetto esclusivo e di alta qualità del prodotto.
Diversi fattori contribuiscono alla deformazione dei componenti in alluminio durante la lavorazione, tra cui le proprietà del materiale, la forma del pezzo e le condizioni di produzione. Le principali cause di deformazione includono: tensioni interne presenti nel pezzo grezzo, forze di taglio e calore generati durante la lavorazione, nonché forze esercitate durante il serraggio. Per ridurre al minimo queste deformazioni, è possibile adottare misure di processo specifiche e competenze operative.
Misure di processo per ridurre la deformazione di lavorazione
1. Ridurre lo stress interno del grezzo
L'invecchiamento naturale o artificiale, insieme al trattamento di vibrazione, può contribuire a ridurre lo stress interno di un grezzo. Anche la pre-lavorazione è un metodo efficace a questo scopo. Per un grezzo con una testa spessa e orecchie grandi, durante la lavorazione possono verificarsi deformazioni significative a causa del margine considerevole. Pre-lavorando le parti in eccesso del grezzo e riducendo il margine in ciascuna area, possiamo non solo ridurre al minimo la deformazione che si verifica durante la lavorazione successiva, ma anche alleviare parte dello stress interno presente dopo la pre-lavorazione.
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 dei pezzi durante la lavorazione.
1) Selezione ragionevole dei parametri geometrici dell'utensile.
① Angolo di spoglia:A condizione di mantenere la resistenza della lama, l'angolo di spoglia è opportunamente selezionato su un angolo di spoglia maggiore. Da un lato, può affilare un tagliente affilato e, dall'altro, può ridurre la deformazione di taglio, rendere più fluida l'asportazione del truciolo e quindi ridurre la forza di taglio e la temperatura di taglio. Evitare l'uso di utensili con angolo di spoglia negativo.
② Angolo posteriore:La dimensione dell'angolo di inclinazione ha un impatto diretto sull'usura della faccia posteriore dell'utensile e sulla qualità della superficie lavorata. Lo spessore di taglio è un fattore importante per la scelta dell'angolo di inclinazione. Durante la fresatura di sgrossatura, a causa dell'elevata velocità di avanzamento, del carico di taglio elevato e dell'elevata generazione di calore, è necessario che le condizioni di dissipazione del calore dell'utensile siano ottimali. Pertanto, l'angolo di inclinazione deve essere selezionato più piccolo. Durante la fresatura di finitura, è necessario che il tagliente sia affilato, che l'attrito tra la faccia posteriore dell'utensile e la superficie lavorata sia ridotto e che la deformazione elastica sia ridotta. Pertanto, l'angolo di inclinazione deve essere selezionato più grande.
③ Angolo dell'elica:Per rendere la fresatura più fluida e ridurre la forza di fresatura, l'angolo dell'elica deve essere selezionato il più grande 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 dello strumento.
Ridurre il numero di denti della fresa e aumentare lo spazio per i trucioli:
Poiché i materiali in alluminio presentano un'elevata plasticità e una significativa deformazione di taglio durante la lavorazione, è essenziale creare uno spazio di scavo più ampio. Ciò significa che il raggio del fondo della scanalatura di scavo deve essere maggiore e il numero di denti della fresa deve essere ridotto.
Rettifica fine dei denti della fresa:
La rugosità dei taglienti dei denti della fresa deve essere inferiore a Ra = 0,4 µm. Prima di utilizzare una nuova fresa, si consiglia di affilare delicatamente la parte anteriore e posteriore dei denti della fresa con una pietra abrasiva fine più volte per eliminare eventuali bave o lievi segni a dente di sega lasciati dal processo di affilatura. Questo non solo aiuta a ridurre il calore di taglio, ma riduce anche al minimo la deformazione del taglio.
Controllare rigorosamente gli standard di usura degli utensili:
Con l'usura degli utensili, 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 assicurarsi 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 deve essere generalmente mantenuta al di sotto dei 100 °C per evitare deformazioni.
3. Migliorare il metodo di serraggio del pezzo. Per i pezzi in alluminio con pareti sottili e scarsa rigidità, è possibile utilizzare i seguenti metodi di serraggio per ridurre la deformazione:
① Per boccole a parete sottile, l'utilizzo di un mandrino autocentrante a tre griffe o di una pinza elastica per il serraggio radiale può causare la deformazione del pezzo una volta allentato dopo la lavorazione. Per evitare questo problema, è preferibile utilizzare un metodo di serraggio assiale della superficie terminale che offra una 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 serrare la superficie terminale e fissarla saldamente con un dado. Questo metodo aiuta a prevenire la deformazione del serraggio durante la lavorazione del cerchio esterno, garantendo una precisione di lavorazione soddisfacente.
2. Quando si lavorano pezzi in lamiera con 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 aumentarne la rigidità durante la lavorazione. Ad esempio, è possibile versare nel pezzo 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 alcol per sciogliere il riempitivo e poi versato.
4. Disposizione ragionevole dei processi
Durante il taglio ad alta velocità, il processo di fresatura genera spesso vibrazioni dovute a sovrametalli di lavorazione elevati e tagli intermittenti. Queste vibrazioni possono influire negativamente sulla precisione di lavorazione e sulla rugosità superficiale. Di conseguenza,Processo di taglio ad alta velocità CNCè tipicamente suddiviso in diverse fasi: sgrossatura, semifinitura, pulitura degli angoli e finitura. Per i pezzi che richiedono elevata precisione, potrebbe essere necessaria una semifinitura secondaria prima della finitura.
Dopo la fase di sgrossatura, è consigliabile lasciare raffreddare naturalmente i pezzi. Ciò contribuisce a eliminare le tensioni interne generate durante la sgrossatura e a ridurre le deformazioni. Il sovrametallo di lavorazione residuo dopo la sgrossatura dovrebbe essere maggiore della deformazione prevista, generalmente compreso tra 1 e 2 mm. Durante la fase di finitura, è importante mantenere un sovrametallo di lavorazione uniforme sulla superficie finita, in genere compreso tra 0,2 e 0,5 mm. Questa uniformità garantisce che l'utensile da taglio rimanga in uno stato stabile durante la lavorazione, il che riduce significativamente le deformazioni di taglio, migliora la qualità della superficie e garantisce la precisione del prodotto.
Competenze operative per ridurre le deformazioni di lavorazione
I componenti in alluminio si deformano durante la lavorazione. Oltre ai motivi sopra menzionati, anche il metodo di lavorazione è molto importante nel funzionamento effettivo.
1. Per i componenti con ampie tolleranze di lavorazione, si consiglia una lavorazione simmetrica per migliorare la dissipazione del calore durante la lavorazione e prevenirne la concentrazione. Ad esempio, quando si lavora una lamiera da 90 mm di spessore fino a 60 mm, se un lato viene fresato subito dopo l'altro, le dimensioni finali potrebbero comportare una tolleranza di planarità di 5 mm. Tuttavia, se si utilizza un approccio di lavorazione simmetrica con avanzamento ripetuto, in cui ogni 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 sui componenti in lamiera, non è consigliabile utilizzare il metodo di lavorazione sequenziale, che prevede la lavorazione di una cavità alla volta. Questo approccio può comportare forze non uniformi sui componenti, con conseguente deformazione. È invece consigliabile utilizzare un metodo di lavorazione a strati, in cui tutte le cavità di uno strato vengono lavorate simultaneamente prima di passare allo strato successivo. Ciò garantisce una distribuzione uniforme delle sollecitazioni sui componenti 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 le tre componenti della quantità di taglio, la quantità di controtaglio influisce in modo 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 dei pezzi, influire negativamente sulla rigidità del mandrino della macchina utensile e ridurre la durata dell'utensile.
Sebbene la riduzione del taglio in controfresa possa aumentare la longevità dell'utensile, può anche ridurre l'efficienza produttiva. Tuttavia, la fresatura ad alta velocità nelle lavorazioni CNC può risolvere efficacemente questo problema. Riducendo il taglio in controfresa 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 di lavorazione.
4. La sequenza delle operazioni di taglio è importante. La sgrossatura si concentra sulla massimizzazione dell'efficienza di lavorazione e sull'aumento della velocità di asportazione del materiale per unità di tempo. In genere, per questa fase si utilizza 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 di base per la fase di finitura.
D'altro canto, la finitura privilegia l'elevata precisione e qualità, rendendo la fresatura concorde la tecnica preferita. Nella fresatura concorde, lo spessore del taglio diminuisce gradualmente dal massimo a zero. Questo approccio riduce significativamente l'incrudimento e minimizza la deformazione dei pezzi lavorati.
5. I pezzi con pareti sottili subiscono spesso deformazioni dovute al serraggio durante la lavorazione, una sfida che persiste anche durante la fase di finitura. Per ridurre al minimo questa deformazione, è consigliabile allentare il dispositivo di serraggio prima del raggiungimento delle dimensioni finali durante la finitura. Ciò consente al pezzo di tornare alla sua forma originale, dopodiché può essere serrato delicatamente, quanto basta per mantenerlo in posizione, in base alla sensibilità dell'operatore. Questo metodo aiuta a ottenere risultati di lavorazione ideali.
In sintesi, la forza di serraggio deve essere applicata il più vicino possibile alla superficie di appoggio e diretta lungo l'asse rigido più resistente del pezzo. Sebbene sia fondamentale impedire che il pezzo si allenti, la forza di serraggio deve essere ridotta al minimo per garantire risultati ottimali.
6. Quando si lavorano componenti con cavità, evitare di far penetrare la fresa direttamente nel materiale come farebbe una punta da trapano. Questo approccio può portare a uno spazio di evacuazione dei trucioli insufficiente per la fresa, causando problemi come rimozione non uniforme dei trucioli, surriscaldamento, espansione e potenziale collasso dei trucioli o rottura dei componenti.
In alternativa, è possibile utilizzare una punta da trapano di dimensioni uguali o superiori a quelle della fresa per creare il foro iniziale. Successivamente, si utilizza la fresa per le operazioni di fresatura. In alternativa, è possibile utilizzare un software CAM per generare un programma di taglio a spirale per l'attività.
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Data di pubblicazione: 27-11-2024