Jeg vil indlede denne artikel med at sige, at jeg ikke er ekspert på dette! Mange dyre skæreværktøjer har mødt deres ende, mens jeg “brugte” det til at bearbejde aluminium. Der findes et væld af gode oplysninger fra maskinarbejdernes verden på internettet om skæring af aluminium. Næsten alt er lavet med rigtige metalfræsere og bearbejdningscentre. Selv en temmelig dinky metalfræser er meget stivere og mindre tilbøjelig til at vibrere end en tung router. Dette er en diskussion omkring, hvordan man får ordentlige resultater og ikke ødelægger noget, mens man bruger et værktøj, der er ok, men ikke ideelt til en opgave.

De fem store udfordringer jeg har haft med at skære aluminium forskellige routere jeg har haft er:

De fem store udfordringer jeg har haft med at skære aluminium forskellige routere jeg har haft er:

• legeringsvalg
• maskinens stivhed
• værktøjsbane/strategivalg
• fremføring og hastigheder
• chip clearing/køling
• fixturering

Få hver af disse sorteret vil gøre en stor forskel i din succes!

Sikkerhed!

Først lidt om sikkerhed – for skæring af metal medfører nogle reelle bekymringer, som du ikke har, når du skærer i træ eller plastik! Der er en grund til, at kommercielle metalbearbejdningscentre har kabinetter. Flyvende spåner og kølemiddel skaber et stort rod og udgør også en reel fare for operatørerne. Internettet er fyldt med videoer af maskiner, hvor dele ryger ud af skruer, og hvor fræsere bremser af og flyver rundt. Ved metalbearbejdning er spånerne tungere, skarpere og mere varme. Brug altid sikkerhedsbriller, når du bearbejder aluminium!

Det er meget vigtigt at holde dit materiale sikkert fast. På grund af aluminiums styrke og de øgede skærekræfter kan små dele og reststykker blive kastet med stor kraft og hastighed – hvilket er super skræmmende. Det er ikke urimeligt at rigge et skjold eller et gardin op for at beskytte dig selv!

Valg af legering: Hvilken type aluminium?

Aluminium er oftest legeret med andre metaller for at forbedre specifikke egenskaber. Du kan finde en oversigt her: Aluminiumslegeringer 101. Generelt er de bedste legeringer til bearbejdning 6xxx-serien de bedste. Det er godt, fordi de er meget almindelige og nemme at få fat i. Det meste ekstrudering er 6xxx-legering. “xxx” betyder, at der findes masser af undertyper af aluminium i 6-serien. 6061 er meget almindelig og er en god mulighed for bearbejdning. Jeg har bearbejdet plader af 5xxx-serien – en gang da en kunde bragte det til mig – og det var en katastrofe på en fræser. Meget gummiagtig og tilbøjelig til at belaste fræsere. Lektion lært. Hvis det overhovedet er muligt, skal du holde dig til legeringer i 6xxx-serien.

Varmebehandling (for de legeringer, hvor det virker) påvirker også materialets hårdhed. Varmebehandling vises som et tal efter bogstavet “T” – som f.eks. “6061-T6”. Generelt vil varmebehandlede legeringer være bedre (hårdere og mindre gummiagtige) til bearbejdning. Det ikke-varmebehandlede materiale vil blive betegnet “T3” eller “T4”, og det varmebehandlede (eller ældede) vil være “T5” eller “T6” – så alt andet lige, hvis du vil bearbejde det, skal du sørge for at få varmebehandlet materiale. Varmebehandlet materiale er også en smule stærkere. Enhver, der sælger metal, vil være langt mere bekendt med detaljerne end jeg – så spørg, før du køber.

Hvis jeg skulle vælge noget at bearbejde, ville det være “6061-T6” til ting til generelle formål eller “Mic-6” støbt plade til ting, der skal være stabile eller har gavn af fladt udgangsmateriale. Mic-6 er en Alcoa produktbetegnelse, men navnet bruges ofte lidt ligesom “Kleenex” eller “Xerox” til blot at betyde “støbt plade”. Det er støbt i en plade i stedet for ekstruderet, så det har minimal indre spænding og vil ikke forvrænge sig, når det bearbejdes. Det bliver også slebet superfladt – men det er dyrere!

Skærebelastninger

Du kan teste, hvor (u)stiv din maskine er, ved at få fat i en måler og placere den til at aflæse udbøjning i en eller anden akse et sted nær hovedet. Tag fat i maskinen (uden spindel) og træk i den så hårdt, som du tør. Medmindre du har en virkelig robust maskine, vil den bevæge sig meget. Jeg havde en maskine, der skar træ meget pænt og præcist, men som ville bøje sig 1,5 mm (0,06″) bare med det tryk, jeg kunne lægge på den med mine hænder. Sandheden er – hvis du gør det rigtigt – at en fræser, der udfører en normal bearbejdning, skaber en meget mindre belastning på maskinen, end man skulle tro! Kombiner dette med softwaren i maskinstyringen, der er designet til at styre accelerationer elegant – og en temmelig slap maskine kan lave meget præcise snit.

Når du foretager springet fra skæring af træ (densitet op til 50 pund/kubikfod) til aluminium (ca. 170 pund/kubikfod) skærer du noget, der er fire gange så tæt. Som man kan forvente, stiger skærebelastningerne meget, hvis man tager den samme skærekniv med samme hastighed – så lad være med at gøre det!

For mere om bearbejdning af aluminium med lette maskiner kan du se denne fremragende video fra NYCCNC: Shapeoko Feeds & Speeds and Machining Tips!

Skærestrategier

Med en floppy maskine skal du holde belastningerne på værktøjet lave og ensartede, ellers efterlader det en grim overflade. Moderne CAM-pakker har elegante værktøjsbanestrategier til at opretholde en ensartet belastning af skæret. Ved grovbearbejdning er disse strategier (kaldet “Adaptive” for Autodesk-produkter, “Dynamic” for Mastercam osv.) meget effektive og vil give meget bedre resultater. Dette er især mærkbart i hjørner eller lommer, hvor traditionelle strategier tvinger fræseren til at tage en stor mundfuld, lige når den skifter retning!

Den aksiale skæredybde (hvor dybt dine fræserkanaler er engageret) er også vigtig. Hvis du har en spindel med lav effekt og mange omdrejninger pr. minut, kan du finde ud af, at det er bedre at bevæge dig hurtigere, men tage et snit med mindre dybde end fuld dybde med en “adaptiv” skærestrategi. Det vil være lettere at rydde spåner, og du kan få en bedre processikkerhed på bekostning af kun lidt hastighed.

For efterbehandlingsoperationer, især 3D-operationer med en kuglefræser – en “pre-finishing”-tilgang vil virkelig hjælpe med at gøre den endelige overflade flot. For at gøre dette laver du bare et sæt operationer, der er de samme som dine finisherbaner, men som efterlader en lille smule materiale (.02″ / 0.5mm) og bruger et større step-over med 2 til 4X. Disse baner vil efterlade et meget ensartet lag af materiale, som de endelige efterbehandlingsoperationer skal fjerne. I hjørner vil dette reducere mængden af materiale, der skal fjernes, og eliminere trin fra en grovbearbejdning, der kan medføre ujævn belastning på din fræser. Hvis man forsøger at presse sig igennem en trinvis grovfinish med en finisherfræser, kan det medføre, at boret (eller maskinen) afbøjes og telegraferer groftrinene ind i den færdige del.

For mere om grundlæggende tilgange til 3D-bearbejdning kan du læse min artikel: INTRODUKTION TIL CNC BEARBEJDNING AF OVERFLADER

Fødder og hastigheder

Der findes formler til at beregne det rigtige interval af skæreparametre for et givet værktøj i et givet materiale, og maskinarbejdere bruger mange kræfter på at beregne “fodringer og hastigheder”. De fleste værktøjsleverandører vil have specifikke retningslinjer, som er meget nyttige. Her er nogle gode ressourcer til at hjælpe med dette:

• Harvey Tool Blog: Hastigheder og fremføringer 101
• NYC CNC: Speeds & Feeds Tutorial for CNC-maskiner! WW164

Her er en hurtig oversigt over, hvad du skal vide for at vælge en fornuftig fremføringshastighed og omdrejningstal for din situation (Beklager, ingen metrisk endnu!) :

Surface Feet per Minute (SFM): Dette er, hvor langt et punkt på overfladen – f.eks. spidsen af en fløjte på værktøjet bevæger sig i løbet af et minut. Forestil dig, at du ruller værktøjet langs en overflade ved siden af en lineal. SFM er, hvor langt værktøjet vil rulle på et minut. Det er ikke noget, vi beregner – det er mere et metrisk mål for at sige, “hvor hurtigt” vi skærer. Gode retningslinjer kan tages fra en tabel, der leveres af en værktøjsproducent – eller fra grove retningslinjer for et materiale. For hårdmetalværktøj i aluminium er dette ca. 600-1500 – højere for færdigbearbejdning, lavere for grovbearbejdning. For rustfrit stål og andre tunge materialer kan den ideelle SFM være under 100.

Omdrejninger pr. minut (RPM): Dette er blot, hvor hurtigt værktøjet drejer rundt. Sekundviseren på et ur går 1 RPM. Forhåbentlig vil dit værktøj være hurtigere. Overfræsere har typisk masser af RPM-område, men ikke meget drejningsmoment i den lave ende, så du klarer dig sandsynligvis bedst i intervallet 8.000-25.000 RPM.

Cutter Diameter (D): Dette er diameteren på den skærende del af skæret.

Skærets antal tænder (T): Hvor mange riller/tænder har skæreværktøjet? For aluminium gælder, at jo færre, jo bedre. To er næsten altid rigeligt, og til pladeskæring eller grovskæring uden oversvømmelse af kølemiddel er enkeltfløjede fræsere fantastiske! (se mere nedenfor)

For at foretage nogle nyttige beregninger starter vi med en standard på 1000 SFM for vores aluminium og D – diameteren på vores værktøj. Lad os forestille os, at vi har en dejlig 1/4″ to-kantet hårdmetal opspiralfræser med to spidser. Så D bliver 0,25″, og T bliver 2.

Med denne formel kan vi beregne det omdrejningstal, vi skal bruge:

RPM = (3,8 x SFM) / D

15200 = (3,8 x 1000) / 0,25

Så vi har vores teoretiske omdrejningstal! Nu kan vi beregne, hvor hurtigt maskinen skal køre, ved hjælp af to yderligere variabler:

Chip-load Per Tooth (CPT): Dette er, hvor meget af et bid hver tand tager ved den fulde programmerede fremføringshastighed. Generelt udtrykt i tusindedele af en tomme, f.eks. kan vores 1/4″ hårdmetalfræser fungere godt med 0,002″ CPT.

Tommer pr. minut (IPM): Dette er skærehastigheden – hvor hurtigt spindlen bevæger sig gennem materialet.

Så vi kan beregne fremføringshastigheden (IPM) ud fra RPM, spånbelastning pr. tand (CPT) og antallet af tænder (T) på værktøjet:

IPM = RPM x CPT x T

Med vores hastighed på 15.200 RPM og 0.002″ CPT på et værktøj med to fløjter:

60,8 =15200 x 0,002 x 2

Vores fremføringshastighed vil være 60,8 tommer pr. minut!

Det er en god start – og vil sandsynligvis fungere ok. Hvis du kontrollerer med producentens offentliggjorte data om SFM og spånbelastning, kan du bruge mere værktøjsspecifikke tal og få bedre resultater. Den 0,002″ spånbelastning, som vi bruger i dette eksempel, er i den lave ende til grovbearbejdning med et 1/4″ værktøj, og du kan muligvis skrue en hel del op i afdelingen for fremføringshastighed uden problemer.

Forsøg ikke at få tingene til at gå bedre ved at gå rigtig langsomt! Det er næsten lige så slemt som at gå for hurtigt, for i stedet for at bryde din fræser med det samme – vil den gnide og generere varme og gumme op – og derefter gå i stykker. Modstå fristelsen til at sætte den for langsomt ned for meget. Du vil være sikker på, at de spåner, der kommer fra skæret, er rigtige spåner. Tag en skridttæller og mål en – ideelt set skal tykkelsen i den “fede ende” ligge tæt på den spånbelastning pr. tandværdi, du har valgt.

Også bør du som standard være “klatreskæring” – en mulighed i din CAM-software. Dette vil tage den fede del af spånen først og undgå gnidning og varmeudvikling. Se denne hurtige artikel fra Harvey Tool om forskellen mellem climb og konventionel fræsning.

Skærer

Valg af skærer gør en stor forskel, især hvis du er begrænset i dit brug af kølemiddel. Mange standardfræsere er optimeret til brug med kølemiddel i et lukket bearbejdningscenter. Hvis du ikke bruger kølemiddel eller kun luftblæsning, skal du være forsigtig med ikke at fylde dine fræsere med gnidret eller gummiagtigt metal. Undgå alt med mere end to flutes. Hvis du er i færd med at efterbehandle, kan en trefløjlet kugleende være ok, men den er mere tilbøjelig til at blive belastet. De ekstra flutes øger dog skærets stivhed, hvilket kan være nyttigt.

Single flute-værktøjer er en stor hjælp, når du skærer aluminium på en router. Typisk har du masser af spindelomdrejninger, men ikke meget stivhed, og spånrydning er et problem. Enkeltfløjede fræsere er en “bedste pasform” til dette scenario. Se på det her – den tofløjede fræser blev gummieret, og den enkeltfløjede fræser fungerede som en mester!



Du ønsker også at begrænse “stick-out” af dine værktøjer til et minimum. Find ud af, hvor dybt du skal skære, og tilføj derefter en lille margin – måske 0,125″ / 3 mm – bare så du ikke kører galt. Korte “stub-længde”-værktøjer er gode!

Fjernelse af spåner og køling

Når du arbejder med fornuftige “fremføringer og hastigheder”, kommer du til det næste problem – hvordan får du spåner ud af snittet, og hvordan holder du skæret køligt? I en ideel verden ville spånerne blive skåret pænt af og kastet langt væk fra snittet og tage al den varme, som skæreprocessen genererede, med sig. Det er ikke sandsynligt, at dette vil ske … men du har muligheder!



Din mindst rodet mulighed er trykluft – den blæser spåner ud af snittet og holder værktøjet fri. Luft i sig selv absorberer ikke meget varme, så dette vil kun virke ved let skæring uden dybe lommer … ideelt set med en enkelt fløjtefræser eller med en bearbejdningsstrategi, der ikke involverer enkeltpasset slidsning. Der findes “koldluftpistoler” fremstillet af Vortec og andre, som fungerer godt, men enhver målbar fokuseret luftstorm, der kan styres, bør fungere ok.

Såfremt man går væk fra luft alene, kan man bruge en kølemiddeldåge eller et “minimumsmøresystem”. Fogbuster, Koolmist og mange andre er almindelige tilføjelser til CNC-routere. Du skal blot bruge et reservoir og en dyse og en trykluftledning til spindelområdet. Der er nok kølemiddel til at give en vis smøreevne og til at fordampe den varme, der trækker væk. Det kombineres med luft til at fjerne spåner. Det er rodet, men man kan normalt rigge en form for afløbssystem op for at holde væsken væk fra de vigtige bevægelses- og elektriske dele. Systemer med minimal mængde smøremiddel er mindre luftkrævende og handler mere om at give et smøremiddel til skåret og mindre om at fjerne spåner. Afhængigt af anvendelsen kan dette være rigeligt.

Hvis du har en tung maskine, og den er indrettet til at klare det, er flodkølevæske fremragende. Det er standarden for fræsning af metaller generelt, og nogle overfræsere kan håndtere strømmen af overskydende kølevæske fra bordet og tilbage til kølevæskepumpen. Til let til medium aluminiumarbejde har du sandsynligvis ikke brug for det. På en overfræser er det ikke sandsynligt, at det vil være afgørende, fordi maskinerne typisk ikke er kraftige eller stive nok til at tage tunge snit.

Fixturing

Hvordan vil du holde den nede? Afhængigt af din maskine og dit valg af kølemiddel og spånrensningsmuligheder har du en masse måder, du kan gøre det på …



Ovenfor kan du se den enkleste mulighed – bor nogle huller, hvor du ikke skal bearbejde, og skru den fast til en plade krydsfiner! Her har jeg også lagt noget plastikfolie ned for at beskytte maskinens MDF-seng. Dette er ikke en produktionsklar løsning, men hvis du skal have det gjort inden frokosttid, så er det et forsøg værd. Det kan være nødvendigt at bruge faner (sandsynligvis en mulighed i din CAM-software) for at holde små stykker på plads.

Hvis din maskine har et vakuumbord, er det en god mulighed, hvis du har tilstrækkelig vakuumkapacitet til at holde pladen nede, mens du skærer flere og flere huller igennem den. Vakuum er fantastisk til produktionsskæring, hvor du kan opsætte en pakningsfastgørelse, der kun holder delen, hvor den ikke skal skæres igennem. Da aluminium er dyrt, og det er meget svært at genindeksere en plade, der har forskudt sig, kan det være godt at bruge en “bælte og seler”-tilgang og også mekanisk fastgøre eller indeksere store (især tynde) plader mod faste anslag ud over at bruge vakuum.

Den måde, jeg foretrækker (hvis det er muligt), er faktisk at fastspænde materialet med en eller anden form for remspændearradering. Dette fungerer bedre ved tykkere materiale. Nedenfor er et billede af mig, hvor jeg skærer noget 3/8″ plade på en maskine med en tyk aluminiumsplade som bord. Dette bord har gevindhuller med nogle få tommer mellemrum, så der kan anvendes remklemmer. Bedst. Bord. Ever! Du kan se nogle standard metalklemmer, som du ville se i et maskinværksted, samt en hjemmelavet MDF-klemme, som har længere rækkevidde og dæmper vibrationer. Jeg bruger en 1/4″ enkeltfløjlet endefræser med kold luftblæsning.



Der er et par andre mærkelige ting, der er synlige på billedet ovenfor – for det første glider malingrørepindene ind under pladen for hver fod eller deromkring. Disse lod mig skære gennem arbejdsstykket uden at skære i aluminiummaskinebordet. De hjælper også med at slippe spåner ud af slidserne, mens de skæres igennem. Den anden mærkelige ting er blyklodsen, der er dækket af plastiktape. Plastikbåndet er der, så man ikke rører ved blyet, og blyet er der for at dæmpe vibrationer i pladen. Operatøren er nødt til at flytte det rundt og holde det fri af skærehovedet, men det forhindrer pladen i at klapre, især når store dele skæres næsten frit – undtagen hvor de holdes fast med faner. Ikke kønt, men det fungerede dog godt!

Du kan også bruge skruer som på et bearbejdningscenter. Jeg har (meget sjældent) boltet et par skruer til bordet i en række og brugt dem til at holde ekstruderet materiale til bearbejdning. Andre gør det hele tiden, og det har også virket fint for mig – men min erfaring er begrænset! Maskinisterne på internettet har styr på det.

Konklusioner

Nu ved du, hvad jeg ved. Det er ikke omfattende, men det er en start, og jeg håber, at det sparer dig for en ødelagt fræser eller anden hovedpine!

Links:

• NYC CNC: Shapeoko Feeds & Hastigheder og bearbejdningstips!
• Harvey Tool: Attacking Aluminum: En bearbejdningsguide
• Harvey Tool Blog: Hastigheder og tilførsler 101
• NYC CNC: Hastigheder & Tutorial om tilførsler til CNC-maskiner! WW164

Note:

Denne artikel indeholder oplysninger, der afspejler mine holdninger – jeg giver ingen løfter om dens anvendelighed! Den kan indeholde fejl (lad mig vide, hvis du finder nogle!) og vil indeholde fordomme baseret på min begrænsede erfaring. Hvis du er uenig i noget her, så kontakt mig venligst. Dette er ikke kun for mig for at dele det, jeg ved, men også for at lære af andre. Jeg vil med glæde indsætte yderligere oplysninger og afvigende meninger, så læserne bliver mere bevidste om mangfoldigheden af “rigtige” svar!

Ændringsprotokol:

Opdateret: 12/5/19 – Varmebehandling og Mic 6, klatreskæring, langsom advarsel og rettelse af fejl i beregning.

Opdateret:

: Opdateret: 1/9/21 – Tilføjet skærere, strategisektioner, links.