Aloitan tämän artikkelin sanomalla, että en ole asiantuntija tässä asiassa! Moni kallis leikkuutyökalu on kohdannut loppunsa, kun olen ”käyttänyt” sitä alumiinin työstämiseen. Internetissä on valtavasti hyvää tietoa koneistajien maailmasta alumiinin leikkaamisesta. Lähes kaikki se on tehty oikeilla metallijyrsimillä ja työstökeskuksilla. Jopa melko nihkeä metallijyrsin on paljon jäykempi ja vähemmän altis tärinälle kuin raskas jyrsin. Tämä on keskustelua siitä, miten saada kunnollisia tuloksia ja olla sotkematta asioita, kun käytetään työkalua, joka on ok, mutta ei ihanteellinen työhön.

Viisi suurta haastetta, joita minulla on ollut alumiinin leikkaamisessa eri reitittimillä, joita minulla on ollut, ovat:

• seoksen valinta
• koneen jäykkyys
• työkaluväylän/strategian valinta
• syötöt ja nopeudet
• lastun tyhjennys/jäähdytys
• fixturointi

Kaikkien näiden asioiden kuntoon saamisella on suuri merkitys onnistumiselle!

Turvallisuus!

Aluksi hieman turvallisuudesta – koska metallin leikkaaminen tuo mukanaan joitakin todellisia huolenaiheita, joita sinulla ei ole puuta tai muovia leikatessasi! Kaupallisissa metallintyöstökeskuksissa on syystä kotelot. Lentävät lastut ja jäähdytysneste aiheuttavat valtavan sotkun ja ovat myös todellinen vaara käyttäjille. Internet on täynnä videoita, joissa koneet sinkoilevat osia ulos visiiristä ja leikkurit jarruttavat ja lentävät. Metallintyöstössä kappaleet ovat raskaampia, terävämpiä ja kuumempia. Käytä suojalaseja aina alumiinia työstäessäsi!

Materiaalin tukeva pito on erittäin tärkeää. Alumiinin lujuuden ja lisääntyneiden leikkausvoimien vuoksi pienet osat ja tähteet voivat sinkoutua suurella voimalla ja nopeudella – mikä on erittäin pelottavaa. Ei ole kohtuutonta varustautua kilvellä tai verholla suojaamaan itseään!

Alloy Selection:

Alumiinia seostetaan useimmiten muiden metallien kanssa tiettyjen ominaisuuksien parantamiseksi. Yleiskatsaus löytyy täältä: Alumiiniseokset 101. Yleisesti ottaen parhaita työstöseoksia ovat 6xxx-sarjan seokset. Tämä on hyvä, koska ne ovat hyvin yleisiä ja niitä on helppo saada. Suurin osa suulakepuristuksesta on 6xxx-seosta. ”xxx” tarkoittaa, että 6-sarjan alumiinin alatyyppejä on paljon. 6061 on hyvin yleinen ja hyvä vaihtoehto koneistukseen. Olen työstänyt 5xxx-sarjan levyä – kerran, kun asiakas toi sen minulle – ja se oli katastrofi reitittimellä. Erittäin tahmea ja altis lastuamaan jyrsimet. Oppitunti. Jos mahdollista, pitäydy 6xxx-sarjan seoksissa.

Lämpökäsittely (niissä seoksissa, joissa se toimii) vaikuttaa myös materiaalin kovuuteen. Lämpökäsittely ilmoitetaan numerona T-kirjaimen jälkeen – kuten ”6061-T6”. Yleisesti ottaen lämpökäsitellyt seokset ovat parempia (kovempia ja vähemmän sitkeitä) työstettäviksi. Lämpökäsittelemättömän materiaalin merkintä on ”T3” tai ”T4” ja lämpökäsitellyn (tai vanhennetun) merkintä on ”T5” tai ”T6” – joten jos kaikki muut seikat ovat samat, jos haluat koneistaa, varmista, että hankit lämpökäsiteltyä materiaalia. Lämpökäsitelty materiaali on myös hieman lujempaa. Kuka tahansa metallia myyvä henkilö on paljon paremmin perillä yksityiskohdista kuin minä – joten kysy ennen ostamista.

Jos minun pitäisi valita jotain työstettävää, se olisi ”6061-T6” yleiskäyttöön tarkoitettuihin tavaroihin tai ”Mic-6” valettu levy asioihin, joiden on oltava vakaita tai jotka hyötyvät litteästä alkuvarastosta. Mic-6 on Alcoan tuotenimi, mutta nimeä käytetään usein kuten ”Kleenex” tai ”Xerox” tarkoittamaan vain ”valettua levyä”. Se on valettu levyksi eikä suulakepuristettu, joten sen sisäinen jännitys on minimaalinen eikä se väänny koneistettaessa. Se myös hiotaan erittäin tasaiseksi – mutta se on kalliimpaa!

Leikkauskuormat

Voit testata, kuinka (epä)jäykkä koneesi on, hankkimalla mittakellon ja asettamalla sen lukemaan taipumaa jollakin akselilla jossain lähellä päätä. Tartu koneeseen (kara irti) ja vedä sitä niin kovaa kuin uskallat. Ellei sinulla ole todella järeää konetta, se liikkuu paljon. Minulla oli kone, joka leikkasi puuta hyvin kauniisti ja tarkasti, mutta se taipui 0,06 tuumaa (1,5 mm) pelkällä paineella, jonka pystyin tekemään käsilläni. Totuus on – jos teet sen oikein – että normaalia työstöä tekevä leikkuri aiheuttaa koneelle paljon vähemmän kuormitusta kuin luulisi! Kun tähän yhdistetään koneenohjausohjelmisto, joka on suunniteltu hallitsemaan kiihtyvyyksiä hienovaraisesti – ja melko löysällä koneella voidaan tehdä erittäin tarkkoja leikkauksia.

Kun teet hypyn puun leikkaamisesta (tiheys enintään 50lbs/kuutiojalkaa) alumiiniin (noin 170lbs/kuutiojalkaa), leikkaat jotain neljä kertaa tiheämpää. Kuten arvata saattaa, leikkauskuormat nousevat reilusti, jos otat saman leikkurin samalla nopeudella – joten älä tee niin!

Jos haluat lisää alumiinin työstöstä kevyillä koneilla, katso tämä erinomainen video NYCCNC:ltä: Shapeoko Syötöt & Nopeudet ja työstövinkit!

Leikkausstrategiat

Levyisellä koneella työkalun kuormitukset on pidettävä alhaisina ja tasaisina, tai muuten työkalusta jää ruma pinta. Nykyaikaisissa CAM-paketeissa on tyylikkäät työkalupolkujen strategiat, joiden avulla leikkurin kuormitus pysyy tasaisena. Karhennusta varten nämä strategiat (nimeltään ”Adaptive” Autodesk-tuotteissa, ”Dynamic” Mastercamissa jne.) ovat erittäin tehokkaita ja antavat paljon parempia tuloksia. Tämä on erityisen huomattavaa kulmissa tai taskuissa, joissa perinteiset strategiat pakottavat jyrsimen ottamaan valtavan suupalan heti, kun se vaihtaa suuntaa!

Myös aksiaalinen leikkuusyvyys (kuinka syvälle jyrsimen urat on kiinnitetty) on tärkeä. Jos sinulla on pienitehoinen kara, jossa on runsaasti kierroslukuja, saatat huomata, että on parempi liikkua nopeammin, mutta ottaa vähemmän kuin täysi leikkuusyvyys ”Adaptive”-tyylisen leikkausstrategian avulla. Lastunpoisto on helpompaa, ja prosessin luotettavuus voi parantua vain pienen nopeuden kustannuksella.

Viimeistelytoiminnoissa, erityisesti 3D-toiminnoissa, joissa käytetään kuulajyrsintä – ”esiviimeistely” auttaa todella tekemään lopullisesta pinnasta kauniin. Tätä varten teet vain joukon operaatioita, jotka ovat samoja kuin viimeistelypolkusi, mutta jotka jättävät hieman materiaalia (.02″ / 0.5mm) ja käyttävät suurempaa step-overia 2 – 4X. Nämä polut jättävät hyvin tasaisen materiaalikerroksen, jonka lopulliset viimeistelytoiminnot poistavat. Kulmissa tämä vähentää poistettavan materiaalin määrää ja poistaa karhennuskierroksen vaiheet, jotka voivat kuormittaa leikkuria epätasaisesti. Se, että viimeistelyleikkurilla yritetään ponnistaa portaittaisen karkean viimeistelyn läpi, voi aiheuttaa terän (tai koneen) taipumisen, jolloin karkean työstön vaiheet näkyvät valmiissa kappaleessa.

Lisätietoja 3D-työstön peruslähestymistavoista on artikkelissani

Lisätietoja 3D-työstön peruslähestymistavoista: INTRODUCTION TO CNC MACHINING SURFACES

Feeds and Speeds

On olemassa kaavoja, joiden avulla voidaan laskea oikea leikkausparametrien alue tietylle työkalulle tietyssä materiaalissa, ja koneistajat käyttävät paljon vaivaa ”syöttöjen ja nopeuksien” laskemiseen. Useimmilla työkalutoimittajilla on erityisiä ohjeita, jotka ovat erittäin hyödyllisiä. Tässä on muutamia hyviä resursseja, jotka auttavat tässä:

• Harvey Tool Blog: Speeds and Feeds 101
• NYC CNC: Speeds & Feeds Tutorial for CNC Machines! WW164

Tässä on nopea yleiskatsaus siitä, mitä sinun on tiedettävä valitaksesi järkevän syöttönopeuden ja kierrosluvun omaan tilanteeseesi (Anteeksi, ei vielä metrijärjestelmää!) :

Surface Feet per Minute (SFM): Tämä on se, kuinka pitkän matkan pinnan piste – esimerkiksi työkalun uran kärki – kulkee minuutissa. Kuvittele, että pyörität työkalua pitkin pintaa viivottimen vieressä. SFM on se, kuinka pitkälle työkalu rullaa minuutissa. Tätä ei lasketa – se on pikemminkin metriikka, jolla ilmaistaan, kuinka nopeasti leikataan. Hyvät suuntaviivat voidaan ottaa työkaluvalmistajan toimittamasta taulukosta – tai materiaalin karkeista suuntaviivoista. Alumiinin kovametallityökaluille tämä on noin 600-1500 – korkeampi viimeistelytyökaluille, matalampi karkeatyökaluille. Ruostumattomien terästen ja muiden raskaiden materiaalien osalta ihanteellinen SFM voi olla alle 100.

Kierrokset minuutissa (RPM): Tämä on vain se, kuinka nopeasti työkalu pyörii. Kellon sekuntiosoitin käy 1 kierrosta minuutissa. Toivottavasti työkalusi on nopeampi. Jyrsimissä on yleensä runsaasti kierroslukualuetta, mutta ei paljon vääntöä alhaalla, joten pärjäät luultavasti parhaiten 8 000-25 000 kierroksen alueella.

Jyrsimen halkaisija (D): Tämä on jyrsimen leikkaavan osan halkaisija.

Jyrsimen hammasluku (T): Kuinka monta uraa/hammasta jyrsimessä on? Alumiinin osalta mitä vähemmän, sitä parempi. Kaksi riittää lähes aina, ja levyn leikkaamiseen tai karhennukseen ilman jäähdytysnesteen tulvimista yhden uran jyrsimet ovat mahtavia! (katso lisätietoja jäljempänä)

Hyödyllisten laskelmien tekemiseksi lähdetään liikkeelle alumiinin 1000 SFM:n standardista ja D:stä – työkalun halkaisijasta. Kuvitellaan, että meillä on hieno 1/4″ kaksikielinen kovametalliteräspiraalijyrsin. D on siis 0,25″ ja T on 2.

Käyttämällä tätä kaavaa voimme laskea käyttämämme kierrosluvun:

Kierrosluku = (3,8 x SFM) / D

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

Siten meillä on teoreettinen kierroslukumme! Nyt voimme laskea, kuinka nopeasti koneen pitäisi käydä, käyttämällä kahta lisämuuttujaa:

Chip-load Per Tooth (CPT): Tämä on se, kuinka paljon purua kukin hammas ottaa täydellä ohjelmoidulla syöttönopeudella. Ilmaistaan yleensä tuuman tuhannesosina, esimerkiksi 1/4 tuuman kovametallileikkurimme saattaa toimia hyvin 0,002 tuuman CPT:llä.

Tuumaa minuutissa (IPM): Tämä on leikkausnopeus – kuinka nopeasti kara liikkuu materiaalin läpi.

Voidaan siis laskea syöttönopeus (IPM) kierrosluvusta RPM, lastukuormasta hammasta kohti (CPT) ja työkalun hampaiden lukumäärästä (T):

IPM = RPM x CPT x T

Meidän 15 200 RPM nopeudella ja 0.002″ CPT kahden uran työkalulla:

60,8 =15200 x 0,002 x 2

Syöttönopeutemme on 60,8 tuumaa minuutissa!

Tämä on hyvä alku – ja luultavasti toimii ok. Tarkistamalla valmistajan julkaisemat tiedot SFM:stä ja lastuamiskuormituksesta voit käyttää enemmän työkalukohtaisia lukuja ja saada parempia tuloksia. Tässä esimerkissä käyttämämme 0,002 tuuman lastuamiskuormitus on alhaisella tasolla karhennuksessa 1/4 tuuman työkalulla, ja saatat pystyä nostamaan sitä melko paljonkin syöttönopeusosastolla ilman ongelmia.

Älä yritä saada asioita sujumaan paremmin menemällä todella hitaasti! Tämä on melkein yhtä huono asia kuin liian nopea, koska sen sijaan, että jyrsin rikkoontuisi heti – se hankaa ja tuottaa lämpöä ja jumiutuu – ja sitten rikkoontuu. Vastusta kiusausta hidastaa liikaa. Haluat varmistaa, että leikkauksesta irtoavat lastut ovat todellisia lastuja. Ota mittasormi ja mittaa yksi – ideaalitapauksessa paksuuden ”paksussa päässä” pitäisi olla lähellä valitsemaasi hammaskohtaista lastukuormitusarvoa.

Sinun pitäisi myös olla oletusarvoisesti ”kiipeilevä leikkaus” – vaihtoehto CAM-ohjelmistossasi. Tämä ottaa lastun rasvaosan ensin ja välttää hankauksen ja lämmön tuottamisen. Tutustu tähän Harvey Toolin pika-artikkeliin kiipeilyjyrsinnän ja tavanomaisen jyrsinnän eroista.

Jyrsimet

Jyrsimen valinnalla on suuri merkitys, varsinkin jos jäähdytysnesteen käyttö on rajoitettua. Monet vakiojyrsimet on optimoitu käytettäväksi jäähdytysnesteen kanssa suljetussa työstökeskuksessa. Jos et käytä jäähdytysnestettä tai käytät vain ilmapuhallusta, sinun on oltava varovainen, ettet kuormita leikkureita hankautuneella tai kumimaisella metallilla. Vältä kaikkia teriä, joissa on enemmän kuin kaksi uraa. Jos viimeistelet, kolmiurainen pallopääterä voi olla ok, mutta se on alttiimpi latautumiselle. Ylimääräiset urat lisäävät kuitenkin jyrsimen jäykkyyttä, mistä voi olla hyötyä.

Yksiuraiset työkalut ovat valtava apu, kun alumiinia leikataan jyrsimellä. Tyypillisesti sinulla on paljon karan kierroslukua, mutta ei paljon jäykkyyttä, ja lastunpoisto on ongelma. Yksikieliset jyrsimet sopivat parhaiten tähän skenaarioon. Katso tätä – kaksikielinen jyrsin jumiutui ja yksikielinen toimi kuin mestari!

Työkalujesi ”tarttuvuus” kannattaa myös rajoittaa mahdollisimman vähäiseksi. Selvitä, kuinka syvälle sinun täytyy leikata ja lisää sitten pieni marginaali – ehkä 0,125″ / 3mm – jotta et törmää siihen. Lyhyet ”tynkäpituiset” työkalut ovat loistavia!

Lastujen poistaminen ja jäähdytys

Kun olet käyttänyt kohtuullisia ”syöttöjä ja nopeuksia”, tulet seuraavaan ongelmaan – miten saat lastut pois leikkauksesta ja miten pidät jyrsimen viileänä? Ihanteellisessa maailmassa lastut leikattaisiin siististi irti ja heitettäisiin reilusti pois leikkauksesta, jolloin ne veisivät mukanaan kaiken leikkausprosessin tuottaman lämmön. Näin ei todennäköisesti tapahdu… mutta sinulla on vaihtoehtoja!

Vaihtoehto, joka on vähiten sotkuinen, on paineilma – se puhaltaa lastut pois leikkauksesta ja pitää työkalun puhtaana. Ilma itsessään ei absorboi paljon lämpöä, joten tämä toimii vain kevyessä leikkauksessa, jossa ei ole syviä taskuja… mieluiten yhden uran leikkurilla tai työstöstrategialla, joka ei sisällä yhden läpiviennin uritusta. On olemassa Vortecin ja muiden valmistamia ”kylmäilmapistooleja”, jotka toimivat hyvin, mutta minkä tahansa kuristettavissa olevan keskitetyn ilmapuhalluksen pitäisi toimia ok.

Pelkästä ilmasta ylöspäin voit käyttää jäähdytysnestesumua tai ”minimimäärävoitelujärjestelmää”. Fogbuster, Koolmist ja monet muut ovat yleisiä lisälaitteita CNC-jyrsimiin. Tarvitset vain säiliön ja suuttimen sekä paineilmalinjan karan alueelle. Jäähdytysnestettä riittää antamaan jonkin verran voiteluainetta ja haihduttamaan pois vetävää lämpöä. Se yhdistetään ilmaan lastujen poistamiseksi. Se on sotkuista, mutta voit yleensä asentaa jonkinlaisen viemäröintijärjestelmän, joka pitää nesteen poissa tärkeistä liike- ja sähköosista. Vähimmäismäärävoitelujärjestelmissä käytetään vähemmän ilmaa, ja niissä on kyse enemmän voiteluaineen antamisesta leikkaukselle ja vähemmän lastujen poistamisesta. Sovelluksesta riippuen tämä voi riittää.

Jos sinulla on raskas kone ja se on säädetty sitä varten, tulvajäähdytysneste on erinomaista. Se on standardi metallien jyrsinnässä yleensä, ja jotkut jyrsimet pystyvät käsittelemään ylimääräisen jäähdytysnesteen virtauksen pöydältä takaisin jäähdytysnestepumppuun. Kevyessä tai keskiraskaassa alumiinityössä et luultavasti tarvitse sitä. Jyrsimessä se ei todennäköisesti ole ratkaiseva tekijä, koska koneet eivät yleensä ole riittävän tehokkaita tai jäykkiä raskaiden leikkausten tekemiseen.

Kiinnitys

Miten aiot pitää sitä alhaalla? Riippuen koneestasi ja valitsemastasi jäähdytysnesteestä ja lastunpoistovaihtoehdoista, voit tehdä sen monella eri tavalla…

Ylhäällä näet yksinkertaisimman vaihtoehdon – poraa muutama reikä sinne, missä et työstä ja ruuvaa se kiinni vanerilevyyn! Tähän olen myös laittanut muovikalvoa suojaamaan koneen MDF-pohjaa. Tämä ei ole tuotantokelpoinen vaihtoehto, mutta jos sinun on saatava se valmiiksi ennen lounasaikaa, tämä on kokeilemisen arvoinen. Saatat joutua käyttämään kielekkeitä (luultavasti vaihtoehto CAM-ohjelmistossasi) pienten kappaleiden pitämiseksi paikallaan.

Jos koneessasi on tyhjiöpöytä, se on hyvä vaihtoehto, jos sinulla on tarpeeksi tyhjiökapasiteettia pitämään levyn alhaalla, kun leikkaat siihen yhä enemmän reikiä. Tyhjiö on loistava tuotantoleikkaukseen, jossa voit asettaa tiivisteellisen kiinnikkeen, joka pitää kappaleen vain siellä, mistä sitä ei leikata läpi. Ottaen huomioon, että alumiini on kallista ja että on hyvin vaikeaa indeksoida uudelleen levy, joka on siirtynyt, voi olla hyvä käyttää ”vyö ja henkselit” -lähestymistapaa ja kiinnittää tai indeksoida suuret (erityisesti ohuet) levyt mekaanisesti kiinteitä pysäyttimiä vasten tyhjiön käytön lisäksi.

Tapa, jota pidän parempana (jos mahdollista), on materiaalin todellinen kiinnittäminen jonkinlaisella hihnapuristimen kohdistuksella. Tämä toimii paremmin paksummalle materiaalille. Alla on kuva minusta leikkaamassa jotain 3/8″ levyä koneella, jossa on paksu alumiinilevy pöytänä. Tässä pöydässä on muutaman tuuman välein reikiä, joten hihnapuristimia voidaan käyttää. Paras. Pöytä. Ever! Näet joitakin tavallisia metallipuristimia, jollaisia näkee konepajassa, sekä kotitekoisen MDF-puristimen, jolla on pidempi ulottuvuus ja joka vaimentaa tärinää. Käytän 1/4″ yksihuippuista päätyjyrsintä kylmäilmapuhalluksella.

Ylläolevassa kuvassa näkyy muutama muukin outo asia – ensinnäkin maalin sekoituspuikot liukuvat levyn alle noin metrin välein. Niiden avulla pystyin leikkaamaan työkappaleen läpi leikkaamatta alumiinista työstöpöytää. Ne auttavat myös pudottamaan lastuja pois urista, kun niitä leikataan läpi. Toinen outo asia on muoviteipillä päällystetty lyijytiili. Muoviteippi on sitä varten, ettei lyijyyn kosketa, ja lyijy on siellä vaimentamassa levyn tärinää. Käyttäjän on siirreltävä sitä ja pidettävä se poissa leikkuupäästä, mutta se estää levyä kolisemasta varsinkin, kun suuret osat leikataan lähes vapaasti – paitsi siellä, missä niitä pidetään kiinni kielekkeillä. Ei nätti, mutta toimi kuitenkin hyvin!

Voi myös käyttää visiiriä kuten työstökeskuksessa. Olen (hyvin harvoin) pultannut pari visiiriä pöytään peräkkäin ja käyttänyt niitä pitämään ekstruusiota koneistusta varten. Muut tekevät tätä koko ajan ja se toimi minullakin hyvin – mutta kokemukseni on rajallinen! Internetin koneistajat ovat hoitaneet tämän.

Johtopäätökset

Nyt tiedät mitä minä tiedän. Se ei ole kattava, mutta se on alku, ja toivon, että se säästää sinut rikkoutuneelta leikkurilta tai muulta päänsäryltä!

Linkit:

• NYC CNC: Shapeoko Feeds & Nopeudet ja koneistusvinkit!
• Harvey Tool: Hyökkääminen alumiinin kimppuun: A Machining Guide
• Harvey Tool Blog: Speeds and Feeds 101
• NYC CNC: Speeds & Feeds Tutorial for CNC Machines! WW164

Huomautus:

Tämä artikkeli sisältää tietoa, joka kuvastaa mielipiteitäni – en lupaa mitään sen hyödyllisyydestä! Se saattaa sisältää virheitä (ilmoittakaa minulle, jos löydätte sellaisia!) ja sisältää ennakkoluuloja, jotka perustuvat rajalliseen kokemukseeni. Jos olet eri mieltä jostain tässä esitetystä, ota yhteyttä. Tämän tarkoituksena ei ole vain jakaa tietojani, vaan myös oppia muilta. Lisään mielelläni lisätietoja ja eriäviä mielipiteitä, jotta lukijat ovat tietoisempia ”oikeiden” vastausten moninaisuudesta!

Muutosloki:

Päivitetty: Päivitetty: 12/5/19 – Lämpökäsittely ja Mic 6, kiipeilyleikkaus, hidas varoitus ja virheiden korjaaminen laskennassa.

Päivitetty: 1/9/21 – Lisätty leikkureita, strategioiden osioita, linkkejä.