Alüminyum, yerkabuğunda en çok bulunan metalik elementtir ve modern imalatta en yaygın kullanılan demir dışı metaldir. Ev tipi folyo ve içecek kutuları gibi günlük ürünlerde ve ayrıca uzay aracı yapıları ve denizaltı bileşenleri gibi zorlu uygulamalarda da görülür. Ancak CNC işlemede iş parçası neredeyse hiçbir zaman saf alüminyum değildir: işlenmiş neredeyse her parça, güç, korozyon direnci, işlenebilirlik, boyutsal kararlılık ve maliyet dengesi dikkate alınarak seçilen özel bir dövme alaşımdan ve temperden üretilir.
İşlemeyi Etkileyen Temel Özellikler
Alüminyum, yüksek süneklik ve plastisiteyi düşük yoğunluk, iyi elektriksel ve termal iletkenlik ve güvenilir korozyon direnciyle birleştirir. Yeni kesilmiş bir yüzey havaya maruz kaldığında, ince ve sıkı bir şekilde yapışan bir oksit filmi kendiliğinden oluşur ve alttaki metali korur; Daha sert, aşınmaya daha dayanıklı bir yüzeye ihtiyaç duyulduğunda aynı film anotlama yoluyla kasıtlı olarak kalınlaştırılabilir. Aşağıdaki özellikler malzemenin işleme merkezinde nasıl davranacağını belirler.
Yoğunluk:Yaygın alaşımlar için yaklaşık 2,70 g/cm3 (6061 için 2,70, 7075 için 2,81), kabaca karbon çeliğinin üçte biri.
Erime noktası:Saf alüminyum için yaklaşık 660 derece C, karbon çeliği için ise yaklaşık 1450 derece C'nin çok altında, bu nedenle yüksek sıcaklıkta servis uygun değildir.
Isı iletkenliği:Dövme alaşımlar için yaklaşık 200 ila 235 W/(mK), karbon çeliği için yaklaşık 50 W/(mK); ısı kesme bölgesini hızlı bir şekilde terk eder ancak aynı zamanda fikstür ve makine çerçevesine de akar.
Esneklik modülü:yaklaşık 69 GPa olduğundan ince duvarlar ve narin takımlar kolayca sapar ve yivlenme veya azaltılmış radyal kavramadan faydalanır.
Termal genleşme:K başına yaklaşık 23 x 10-6, yani çeliğin kabaca iki katı, bu da toleransların sıkı olduğu durumlarda sıcaklık kontrolünü gerekli kılar.
Geri dönüştürülebilirlik:Geri dönüştürülmüş alüminyumun yeniden eritilmesi, birincil metal üretmek için gereken enerjiden yüzde 95'e kadar tasarruf sağlar.
Aynı özellikler malzemenin sınırlarını da belirler. Alüminyum çelikten daha yumuşaktır ve ağır darbelere veya aşırı yüklere dayanması gereken parçalar için ilk tercih değildir. Yüksek termal genleşmesi ve düşük erime noktası, aşırı kesme ısısının distorsiyona neden olduğu ve yakın toleransların korunmasını zorlaştırdığı anlamına gelirken, düşük sertliği, desteklenmeyen bölümler agresif bir şekilde işlendiğinde çatırtıyı teşvik eder.
Sekiz Dövme Alaşım Serisi
Dövme alüminyum ana alaşım elementine göre sekiz seriye ayrılır. Her seri karakteristik bir dizi özellik taşır ve seri seçimi genellikle işlenmiş bir parça hakkında diğer tekil kararlardan daha fazla karar verir.
| Seri | Ana alaşım elementi | Tipik kaliteler | İşleme davranışı |
|---|---|---|---|
| 1000 | Yok, yüzde 99,00 veya daha yüksek saflık | 1050, 1060, 1100 | En yumuşak ve en esnek; en iyi iletkenlik; sakızlı talaşlar ve zayıf talaş kırılması |
| 2000 | Bakır, yaklaşık yüzde 3 ila 5 | 2024, 2A16 | Yüksek mukavemet ve sertlik; serbest kesim çeşitleri kurşun ve bizmut içerir; sınırlı korozyon direnci |
| 3000 | Manganez, yaklaşık yüzde 1,0 ila 1,5 | 3003, 3004, 3A21 | İyi işlenebilirlik ve pas direnci; ısıl işleme tabi tutulamaz |
| 4000 | Silikon, genellikle yüzde 4,5 ila 6,0 | 4A01, 4043, 4047 | Düşük erime noktası; dolgu teli, kaplama ve aşınmaya dayanıklı parçalar için kullanılır |
| 5000 | Magnezyum | 5052, 5005, 5083, 5A05 | Yalnızca iş sertleştirmesi; 5052 yaklaşık yüzde 2,2 ila 2,8 Mg ve 5083 yaklaşık yüzde 4,0 ila 4,9 Mg içerir; güçlü, dayanıklı ve kolayca şekillendirilmiş |
| 6000 | Magnezyum ve silikon | 6061, 6063, 6082 | İşlenmiş bileşenler için varsayılan seçim; iyi bir yüzey kalitesi ile yağışla sertleştirilebilir |
| 7000 | Çinko, bakır ve magnezyum ile | 7075, 7050 | Çökelme sertleşmesinden sonra en yüksek dayanım; havacılık kullanımı; daha düşük korozyon direnci |
| 8000 | Demir ve lityum gibi diğer elementler | 8011, 8176 | Tüm serileri yakala; 8176 yaklaşık yüzde 0,6 Fe ve yüzde 0,1 Si içerir ve iletken tel için kullanılır |
3000, 4000 ve 5000 serisi alaşımlar ısıl işlemle güçlendirilemez: yalnızca soğuk indirgeme yani iş sertleştirmesi yoluyla dayanım kazanırlar. 1000 Serisi en ucuz ve en iletken olanıdır, 2000 ve 7000 serileri en yüksek mukavemeti sunar ve 6000 serisi ise mukavemet, korozyon direnci, kaynaklanabilirlik ve işleme davranışı arasında en iyi uyumu sunar.
Temper Tanımları ve Isıl İşlem
Temperleme tanımı alaşım numarasını takip eder ve stokun metalurjik durumunu açıklar. İşlenmiş parçalar için en sık belirtilen temperler, tavlanmış malzeme için O, H14, H22 ve H24 gibi gerinim sertleştirmeli temperler için H ve ısıl işlem görmüş temperler için T'dir. T grubu ayrıca bölünmüştür: T4 çözelti ısıl işlemini ve ardından doğal yaşlandırmayı kapsar, T5 yüksek sıcaklıkta şekillendirme işleminden soğutmayı ve ardından yapay yaşlandırmayı kapsar ve T6 çözelti ısıl işlemini ve ardından yapay yaşlandırmayı kapsar. 6061-T6 ve 7075-T6, hassas bileşenler için en sık alıntı yapılan iki temperlemedir.
Isıl işlem bir işleme parametresi değildir ancak hemen hemen her işleme parametresini değiştirir. Yapay yaşlandırmanın takip ettiği çözelti işlemi akma mukavemetini ve sertliği artırır, talaş oluşumunu ve kesme kuvvetlerini değiştirir ve çarpılma riskini artırır. T6 stoktan bir parça üretildiğinde, hafif bitirme geçişleri ve gerilimi giderilmiş çubuk tavsiye edilir, böylece malzeme çıkarmayla ortaya çıkan artık gerilimler, fikstür açıldıktan sonra parçayı tolerans dışına çekmez.
Belirli Bir İşlenmiş Parça için Alaşım Seçme
Genel amaçlı yapısal parçalar:6061-T6 iyi bir güç, mükemmel korozyon direnci, kaynaklanabilirlik ve temiz anodize görünüm sağlar.
İnce kesitlerde en yüksek mukavemet:7075-T6, genel kaliteler arasında en yüksek mukavemeti sunar; ağır bölümlerin aşırı distorsiyon olmadan söndürülmesi gereken durumlarda 7050 tercih edilir.
Yüksek hacimli vida işleme:2011 ve 2024 serbest kesme kaliteleri talaşları temiz bir şekilde kırar ve korozyon direnci pahasına yüksek ilerleme hızlarını tolere eder.
Elektrik ve termal donanım:1050, 1060 ve 1100 en yüksek iletkenliğe ve en düşük hammadde maliyetine sahiptir.
Denizcilik ve basınç uygulamaları:5052 ve 5083 tuzlu su saldırılarına karşı dayanıklıdır ve korozyon direncinin mukavemetten ağır bastığı yerlerde tercih edilir.
Mimari ekstrüzyonlar ve muhafazalar:6063 orta kuvvette pürüzsüz bir eloksal yüzeyi sağlar.
İşleme Uygulaması ve Proses Kontrolü
Alüminyum, cilalı kanallar, geniş eğim açıları ve taşma soğutucu veya yüksek basınçlı hava sisi kullanılarak 6061-T6 karbür takımlarla, sıklıkla 200 ila 600 m/dak gibi yüksek yüzey hızlarında kesilir. Ana riskler, daha yumuşak temperlerde oluşan kenarlar, derin ceplerde talaş birikmesi ve ince duvarlardaki termal bozulmadır. Keskin, kaplamasız karbür veya cilalı elmas kaplamalı takımlar, hafif radyal kavramalı tırmanma frezeleme ve kısa kanal uzunluklarının tümü stabiliteyi artırır.
Orta boyutlu parçalarda artı veya eksi 0,05 mm'lik genel toleranslara ulaşılabilir ve geometrinin sert ve termal olarak stabil olduğu durumlarda artı veya eksi 0,01 mm gerçekçidir. Ra 3,2 mikrometreden Ra 0,8 mikrometreye kadar yüzey finisajları rutindir ve anotlama, kromat dönüşüm kaplama veya lazer markalama daha sonraki yaygın işlemlerdir. Bir çizimin genel bir tolerans sistemini gerektirdiği durumlarda, kural olarak m veya f sınıfındaki ISO 2768 referans alınır ve bitmiş parçanın mekanik doğrulaması tipik olarak gerilim testi için ASTM E8/E8M'yi veya mikro girinti sertliği için ASTM E384'ü takip eder.
Sıkça Sorulan Sorular
S: CNC ile işlenmiş parçalar için hangi alüminyum alaşımı en iyisidir?
6061-T6, mukavemeti, korozyon direncini, kaynaklanabilirliği ve maliyeti dengelediği için bileşenlerin çoğuna uygundur. 7075-T6'yı yalnızca daha yüksek mukavemetin daha yüksek fiyatı ve azaltılmış korozyon direncini gerektirdiği durumlarda ve 5083 veya 5052'yi ise tuzlu suya maruz kalmanın tasarımda hakim olduğu durumlarda belirtin.
S: Alüminyum alaşımları işleme sonrasında ısıl işleme tabi tutulabilir mi?
Yalnızca 2000, 6000 ve 7000 serisindeki çökeltme sertleştirmeli alaşımlar ısıl işleme yanıt verir. 1000, 3000, 4000 ve 5000 serisi alaşımlar soğuk işlemle güçlendirilir, dolayısıyla herhangi bir ısıl işlem onları yalnızca yumuşatır.
S: Alüminyum neden işleme sırasında deforme oluyor?
Üç etki birleşiyor: düşük erime noktası, malzemenin emebileceği ısıyı sınırlar, termal genleşme katsayısı çeliğin iki katı civarındadır ve haddelenmiş veya ekstrüde edilmiş malzemede kilitlenen artık gerilimler, malzeme çıkarıldığında serbest kalır. Gerilimi azaltılmış stok, simetrik malzeme kaldırma ve bol miktarda soğutma sıvısı sorunu azaltır.
S: Öfke işlenebilirliği nasıl etkiler?
O ve H14 gibi daha yumuşak temperler kesici kenarda biriken uzun yapışkan talaşlar oluştururken, T6 ve T651 temperleri kısa, iyi kırılmış talaşlar üretir ve sağlam tutulan parçalarda daha iyi yüzey kalitesiyle daha yüksek kesme hızlarına olanak tanır.
S: Alüminyumla işlenmiş parçalar için hangi toleranslar gerçekçidir?
Artı veya eksi 0,05 mm'lik genel bir tolerans normaldir, artı veya eksi 0,02 mm'ye sıcaklık kontrolü ile ulaşılabilir ve artı veya eksi 0,01 mm, dengeli bir fikstür, uyumlu takımlar ve kontrollü bir ortamda inceleme gerektirir.
S: Alüminyum parçalar işleme sonrasında nasıl korunmalıdır?
Eloksal, aşınma ve görünüm için sert bir oksit tabakası oluşturur, kromat dönüşüm kaplaması korozyona karşı koruma sağlarken iletkenliği korur ve hızlı bir şekilde boyanacak veya monte edilecek parçalar için buhar fazı korumalı basit sızdırmaz ambalaj yeterlidir.
