Megelőlegezem ezt a cikket azzal, hogy nem vagyok szakértő ebben! Sok drága vágószerszám érte már a végét, miközben alumínium megmunkálására “használtam”. Az interneten rengeteg jó információ található a gépészek világából az alumínium vágásáról. Szinte az egészet valódi fémmarókkal és megmunkáló központokkal végzik. Még egy elég vacak fémmaró is sokkal merevebb és kevésbé hajlamos a vibrációra, mint egy nagy teljesítményű router. Ez a vita arról szól, hogyan lehet tisztességes eredményeket elérni és nem elrontani a dolgokat, miközben egy olyan szerszámot használunk, amely rendben van, de nem ideális a munkához.

Az öt nagy kihívás, amit az alumínium vágásával kapcsolatban tapasztaltam a különböző routereknél, amelyekkel rendelkeztem, a következők:

• ötvözet kiválasztása
• gép merevsége
• szerszámpálya / stratégia kiválasztása
• előtétek és sebességek
• forgács tisztítás/hűtés
• fixálás

Ezek mindegyikének rendezése nagyban hozzájárul a sikerhez!

Biztonság!

Először is egy kicsit a biztonságról – mert a fémvágás valódi aggodalmakkal jár, amelyek a fa vagy műanyag vágása során nem merülnek fel! A kereskedelmi fémmegmunkáló központok nem véletlenül rendelkeznek burkolattal. A repülő forgácsok és a hűtőfolyadék hatalmas felfordulást okoznak, és valódi veszélyt jelentenek a kezelőkre is. Az internet tele van olyan videókkal, amelyeken a gépek alkatrészeket pattintanak ki a vizslákból, a vágógépek pedig lefékeznek és elrepülnek. A fémmegmunkálásnál a forgácsok nehezebbek, élesebbek és forróbbak. Alumínium megmunkálásakor mindig viseljen védőszemüveget!

Az anyag biztonságos rögzítése nagyon fontos. Az alumínium szilárdsága és a megnövekedett vágóerők miatt az apró alkatrészek és a forgácsolási maradékok nagy erővel és sebességgel ki tudnak pattanni – ami szuper ijesztő. Nem ésszerűtlen egy pajzs vagy egy függöny felszerelése, hogy megvédje magát!

Az ötvözet kiválasztása:

Az alumíniumot leggyakrabban más fémekkel ötvözik bizonyos tulajdonságok javítása érdekében. Egy áttekintés itt található: Alumíniumötvözetek 101. Általában a legjobb megmunkáló ötvözetek a 6xxx sorozatúak. Ez azért jó, mert ezek nagyon gyakoriak és könnyen beszerezhetők. A legtöbb extrudálás 6xxx ötvözetből készül. Az “xxx” azt jelenti, hogy a 6-os sorozatú alumíniumnak rengeteg altípusa van. A 6061 nagyon gyakori, és jó választás a megmunkáláshoz. Én már megmunkáltam 5xxx sorozatú lemezeket – egyszer, amikor egy ügyfél hozta el nekem – és ez egy katasztrófa volt a routerrel. Nagyon gumiszerű és hajlamos a marók feltöltésére. Ebből tanultam a leckét. Ha csak lehet, ragaszkodjon a 6xxx sorozatú ötvözetekhez.

A hőkezelés (azoknál az ötvözeteknél, ahol működik) az anyag keménységét is befolyásolja. A hőkezelést a “T” betűt követő számmal jelzik – például “6061-T6”. Általában a hőkezelt ötvözetek jobbak (keményebbek és kevésbé gumiszerűek) a megmunkáláshoz. A nem hőkezelt anyagot “T3” vagy “T4”, a hőkezelt (vagy öregített) anyagot pedig “T5” vagy “T6” jelöléssel látják el – tehát ha minden más egyenlő, ha meg akarja gépelni, mindenképpen hőkezelt anyagot vegyen. A hőkezelt anyag egy kicsit erősebb is. Bárki, aki fémet árul, sokkal jobban tisztában lesz a részletekkel, mint én – szóval kérdezzen, mielőtt vásárol.

Ha választanom kellene valamit a megmunkáláshoz, akkor a “6061-T6” lenne az általános célú dolgokhoz, vagy a “Mic-6” öntött lemez olyan dolgokhoz, amelyeknek stabilnak kell lenniük, vagy előnyös a lapos kiindulási állomány. A Mic-6 az Alcoa termékmegjelölése, de a nevet gyakran használják úgy, mint a “Kleenex”-et vagy a “Xerox”-ot, hogy csak “öntött lemezt” jelentsen. Extrudálás helyett lemezből öntötték, így minimális belső feszültséggel rendelkezik, és megmunkáláskor nem vetemedik. Ez is szuper laposra van csiszolva – de drágább!

Vágóterhelés

Tesztelheti, hogy mennyire (nem)merev a gépe, ha szerez egy mérőórát, és elhelyezi, hogy leolvassa a kitérést valamelyik tengelyen valahol a fej közelében. Fogd meg a gépet (orsó ki) és húzd meg olyan erősen, ahogy csak mered. Hacsak nem egy nagyon masszív géped van, akkor sokat fog mozogni. Volt olyan gépem, amely nagyon szépen és pontosan vágott fát, de 0,06″ (1,5 mm) eltérést mutatott a kezemmel kifejtett nyomással. Az igazság az – ha jól csinálod -, hogy egy normál megmunkálást végző maró sokkal kisebb terhelést okoz a gépnek, mint gondolnád! Ha ezt párosítjuk a gépvezérlésben lévő szoftverrel, amelyet a gyorsulások kíméletes szabályozására terveztek – és egy eléggé lötyögő gép is képes nagyon pontos vágásokat végezni.

Amikor a fa vágásáról (sűrűsége legfeljebb 50 font/köbméter) az alumíniumra (kb. 170 font/köbméter) ugrik, akkor valami négyszer olyan sűrűséget vág. Ahogy az várható volt, a vágási terhelések jócskán megnőnek, ha ugyanazt a vágógépet veszed ugyanolyan sebességgel – szóval ne tedd ezt!

Ha többet szeretne megtudni az alumínium könnyű gépekkel történő megmunkálásáról, nézze meg ezt a kiváló videót a NYCCNC-től: Shapeoko Feeds & Speeds and Machining Tips!

Cutting Strategies

A floppy gépnél alacsonyan és egyenletesen kell tartani a szerszám terhelését, különben csúnya felületet hagy. A modern CAM-csomagok elegáns szerszámpálya-stratégiákkal rendelkeznek az egyenletes maróterhelés fenntartására. Az érdesítéshez ezek a stratégiák (az Autodesk termékeknél “Adaptív”, a Mastercam esetében “Dinamikus” stb.) nagyon hatékonyak és sokkal jobb eredményeket adnak. Ez különösen észrevehető a sarkokban vagy zsebeknél, ahol a hagyományos stratégiák arra kényszerítik a marót, hogy egy hatalmas szájat vegyen be, amint irányt vált!!!

A tengelyirányú vágási mélység (milyen mélyen vannak a maróhornyok) is fontos. Ha alacsony teljesítményű orsója van, sok fordulatszámmal, akkor lehet, hogy jobb, ha gyorsabban mozog, de a teljes mélységnél kisebb vágási mélységű vágást végez az “adaptív” stílusú vágási stratégiával. A forgácseltakarítás könnyebb lesz, és a folyamat megbízhatósága is jobb lehet, csak egy kis sebesség árán.

A befejező műveleteknél, különösen a golyós végű maróval végzett 3D-s műveleteknél – az “előmunkálati” megközelítés valóban segít abban, hogy a végső felület szép legyen. Ehhez egyszerűen készítsen egy sor olyan műveletet, amelyek megegyeznek a befejező utakkal, de hagy egy kis anyagot (.02″ / 0,5 mm), és használjon 2-4x nagyobb lépésközöket. Ezek az útvonalak nagyon egyenletes anyagréteget hagynak a végső befejező műveletekhez. A sarkoknál ez csökkenteni fogja az eltávolítandó anyag mennyiségét, és kiküszöböli a durva menetből származó lépéseket, amelyek egyenlőtlen terhelést jelenthetnek a marógépre. Ha egy lépcsőzetes durva megmunkáláson próbálunk átjutni egy befejező maróval, az a bit (vagy a gép) elhajlását okozhatja, ami a durva megmunkálási lépéseket a kész alkatrészre is átviszi.

A 3D megmunkálás alapvető megközelítéseiről bővebben a cikkemben olvashat: Bevezetés a CNC megmunkálási felületekre

Előrések és sebességek

Léteznek képletek a vágási paraméterek megfelelő tartományának kiszámítására egy adott szerszámhoz egy adott anyagban, és a gépészek sok energiát fordítanak az “előtétek és sebességek” kiszámítására. A legtöbb szerszámszállítónak vannak konkrét iránymutatásai, amelyek nagyon hasznosak. Íme néhány jó forrás, amely segít ebben:

• Harvey Tool Blog: Sebességek és előtétek 101
• NYC CNC: Sebességek & Feeds Tutorial for CNC Machines! WW164

Itt egy gyors áttekintés arról, hogy mit kell tudnod ahhoz, hogy a helyzetedhez megfelelő előtolási sebességet és fordulatszámot válassz (Sajnálom, még nincs metrikus!) :

Felületi lábak percenként (SFM): Ez az, hogy a felület egy pontja – mondjuk a szerszám egyik furatának csúcsa – milyen messzire jut egy perc alatt. Képzeljük el, hogy a szerszámot egy vonalzó mellett gördítjük végig egy felületen. Az SFM az, hogy a szerszám egy perc alatt milyen messzire gurulna. Ezt nem számoljuk ki – ez inkább egy olyan mérőszám, amely megmondja, hogy “milyen gyorsan” vágunk. A jó irányelveket a szerszámgyártó által biztosított táblázatból – vagy az anyagra vonatkozó durva irányelvekből – lehet venni. Keményfém szerszámok esetében alumíniumban ez körülbelül 600-1500 – magasabb a befejező, alacsonyabb a durva megmunkálásnál. Rozsdamentes acélok és más nehéz anyagok esetében az ideális SFM 100 alatt lehet.

percenkénti fordulatszám (RPM): Ez csak azt jelenti, hogy milyen gyorsan forog a szerszám. Az óra másodpercmutatója 1 fordulatszámot tesz meg. Remélhetőleg a szerszámod gyorsabb lesz. A marógépek általában bőséges fordulatszám-tartománnyal rendelkeznek, de nem sok alacsony nyomatékkal, így valószínűleg a 8 000-25 000 fordulatszám-tartományban jár a legjobban.

Vágógép átmérő (D): Ez a marógép vágó részének átmérője.

Vágófogak száma (T): Hány furat/foga van a vágószerszámnak? Alumínium esetében minél kevesebb, annál jobb. Kettő szinte mindig elég, és lemezvágáshoz vagy elárasztott hűtőközeg nélküli durvításhoz az egyfutófogú marófejek nagyszerűek! (bővebben lásd alább)

A hasznos számítások elvégzéséhez az alumíniumunk esetében 1000 SFM szabványból és D-ből – a szerszámunk átmérőjéből – indulunk ki. Képzeljük el, hogy van egy szép 1/4″-os kétfutószárú keményfém felfelé irányuló spirálmarónk. Tehát D 0,25″ lesz, T pedig 2,

Ezzel a képlettel kiszámíthatjuk a fordulatszámot, amelyet használni fogunk:

RPM = (3,8 x SFM) / D

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

Így megvan az elméleti fordulatszámunk! Most kiszámíthatjuk, hogy milyen gyorsan kell működtetni a gépet, két további változó segítségével:

Chip-load Per Tooth (CPT): Ez azt jelenti, hogy a teljes programozott előtolási sebesség mellett az egyes fogak mekkora harapást végeznek. Általában ezredrész hüvelykben kifejezve, például a mi 1/4″-os keményfémmarónk 0,002″ CPT-vel jól működhet.

Inch per perc (IPM): Ez a vágási sebesség – milyen gyorsan mozog az orsó az anyagon keresztül.

Az előtolási sebességet (IPM) tehát kiszámíthatjuk a fordulatszámból, a fogankénti forgácsterhelésből (CPT) és a szerszám fogainak számából (T):

IPM = fordulatszám x CPT x T

A mi 15 200 fordulat/perc sebességünkkel és 0.002″ CPT egy kétfogú szerszámon:

60,8 =15200 x 0,002 x 2

A mi előtolási sebességünk 60,8 hüvelyk percenként lesz!

Ez egy jó kezdet – és valószínűleg jól fog működni. A gyártó által közzétett SFM és forgácsterhelés adatokkal való ellenőrzés lehetővé teszi, hogy szerszámspecifikusabb számokat használjon, és jobb eredményeket kapjon. Az ebben a példában használt 0,002″ forgácsterhelés az 1/4″-os szerszámmal történő érdesítéshez az alacsony oldalon van, és lehet, hogy az előtolási sebességet gond nélkül feljebb tudja tekerni.

Ne próbálja a dolgokat azzal javítani, hogy nagyon lassan megy! Ez majdnem olyan rossz, mintha túl gyorsan mennél, mert ahelyett, hogy rögtön eltörne a maród – dörzsölődni fog, hőt termel és elgumósodik – majd eltörik. Álljon ellen a kísértésnek, hogy túlságosan lelassítsa. Biztosra akarsz menni, hogy a vágásból származó forgácsok valódi forgácsok legyenek. Fogjon egy mérőkalapácsot, és mérjen meg egyet – ideális esetben a vastagságnak a “kövér végén” közel kell lennie az Ön által választott fogankénti forgácsterhelés értékéhez.

Emellett alapértelmezés szerint “mászóvágásnak” kell lennie – ez egy opció a CAM-szoftverében. Ez a forgács kövér részét veszi először, és így elkerülhető a dörzsölés és a hőtermelés. Nézze meg ezt a Harvey Tool gyors cikket a mászómarás és a hagyományos marás közötti különbségről.

Vágóeszközök

A vágóeszköz kiválasztása nagy különbséget jelent, különösen, ha korlátozott a hűtőközeg használata. Sok szabványos marógépet hűtővízzel való használatra optimalizáltak zárt megmunkálóközpontban. Ha nem használ hűtőfolyadékot vagy csak légfúvást, akkor vigyáznia kell, hogy a marógépeket ne terhelje meg dörzsölt vagy gumiszerű fémmel. Kerüljön mindent, aminek több mint két hornya van. Ha befejezőmunkát végez, egy három furatú gömbfűrész is rendben lehet, de hajlamosabb a terhelésre. A további hornyok azonban növelik a maró merevségét, ami hasznos lehet.

Az egyhornyú szerszámok nagy segítséget jelentenek az alumínium routerrel történő vágásakor. Általában rengeteg orsó fordulatszámmal rendelkezik, de nem sok merevséggel, és a forgácseltakarítás problémát jelent. Az egyfuratú marószerszámok a “legjobb megoldást” jelentik erre a forgatókönyvre. Nézze meg ezt – a kétfuratú elgumósodott, az egyfuratú pedig úgy működött, mint egy bajnok!

A szerszámok “kilógását” is a minimumra szeretné korlátozni. Számold ki, milyen mélyen kell vágnod, majd adj hozzá egy kis tartalékot – talán 0,125″ / 3 mm – csak azért, hogy ne törj össze. A rövid “csonkahosszúságú” szerszámok nagyszerűek!

Maradékeltávolítás és hűtés

Ha már ésszerű “előtolással és sebességgel” dolgozik, akkor jön a következő probléma – hogyan távolítja el a forgácsot a vágásból, és hogyan tartja hűvösen a marót? Egy ideális világban a forgácsot szépen levágnánk és jó messze a vágásból kidobnánk, magunkkal vinnénk a vágási folyamat során keletkezett összes hőt. Ez valószínűleg nem fog megtörténni… de vannak lehetőségei!

A legkevésbé piszkos megoldás a sűrített levegő – a forgács kifújása a vágásból és a szerszám tisztán tartása. A levegő önmagában nem sok hőt nyel el, így ez csak könnyű vágás esetén működik, mély zsebek nélkül… ideális esetben egyfúvókás maróval vagy olyan megmunkálási stratégiával, amely nem jár egymenetes hornyolással. Vannak a Vortec és mások által gyártott “hideglevegős pisztolyok”, amelyek jól működnek, de bármilyen fojtószelepes, fókuszált légsugárnak működnie kell.

A csak levegőből feljebb lépve, használhat hűtőközegködöt vagy “minimális mennyiségű kenési” rendszert. A Fogbuster, a Koolmist és sok más gyakori kiegészítője a CNC routereknek. Csak egy tartályra és egy fúvókára, valamint egy sűrített levegővezetékre van szükség az orsó területére. Elég hűtőfolyadék van ahhoz, hogy némi kenhetőséget biztosítson és elpárologtassa az elhúzódó hőt. Ezt levegővel kombinálják a forgácsok eltávolításához. Rendetlen, de általában fel lehet szerelni valamilyen vízelvezető rendszert, hogy a folyadékot távol tartsa a fontos mozgás és az elektromos bitektől. A minimális mennyiségű kenőanyagot tartalmazó rendszerek kevesebb levegőt használnak, és inkább a vágás kenésére, és kevésbé a forgácsok eltávolítására szolgálnak. Az alkalmazástól függően ez bőven elegendő lehet.

Ha van egy nagy teherbírású gépe, és az úgy van beállítva, hogy kezelni tudja, az árvízi hűtőfolyadék kiváló. Általában ez a szabvány a fémek marásához, és néhány marógép képes kezelni a felesleges hűtőfolyadék áramlását az asztalról és vissza a hűtőfolyadék-szivattyúhoz. Könnyű és közepes alumínium munkákhoz valószínűleg nincs rá szükség. Egy router esetében nem valószínű, hogy ez lesz a döntő kérdés, mert a gépek általában nem elég erősek vagy merevek ahhoz, hogy nehéz vágásokat is kibírjanak.

Feszítés

Hogyan fogod lefogni? Attól függően, hogy milyen gépet használsz, és milyen hűtőfolyadékot és forgácseltávolítási lehetőségeket választasz, többféleképpen is megoldhatod…

Fentebb látható a legegyszerűbb megoldás – fúrj néhány lyukat oda, ahol nem fogsz megmunkálni, és csavarozd le egy rétegelt lemezre! Ide műanyag fóliát is tettem, hogy megvédjem a gép MDF-ágyát. Ez nem egy gyártásra alkalmas megoldás, de ha ebédidő előtt kell elkészülnie, akkor ez megér egy próbát. Lehet, hogy fülekkel kell rögzítenie a kis darabokat (valószínűleg ez egy opció a CAM-szoftverében).

Ha a gépe rendelkezik vákuumasztallal, akkor ez egy jó lehetőség, ha van elég vákuumkapacitása ahhoz, hogy a lapot lefelé tartsa, miközben egyre több és több lyukat vág át rajta. A vákuum nagyszerű a gyártási vágáshoz, ahol beállíthatsz egy tömített rögzítőt, amely csak ott tartja az alkatrészt, ahol nem vágják át. Tekintettel arra, hogy az alumínium drága, és nagyon nehéz újraindexelni egy elmozdult lapot, jó lehet az “öv és nadrágtartó” megközelítést alkalmazni, és a vákuum használata mellett mechanikusan is rögzíteni vagy indexelni a nagy (különösen vékony) lapokat rögzített ütközőkhöz.

Az általam preferált módszer (ha lehetséges) az, hogy ténylegesen rögzítjük az anyagot valamilyen hevederes rögzítő elrendezéssel. Ez vastagabb anyagoknál jobban működik. Az alábbi képen egy 3/8″-os lemez vágását végzem egy gépen egy vastag alumíniumlemezzel ellátott asztalon. Ez az asztal néhány centiméterenként furatokkal rendelkezik, így hevederbilincsek használhatók. A legjobb. Asztal. Valaha! Láthat néhány szabványos fém bilincset, mint amilyet egy gépműhelyben lát, valamint egy házi készítésű MDF-et, amelynek nagyobb a hatósugara és csillapítja a rezgést. Én egy 1/4″-os egyfuvolású végmarót használok hideglevegős fúvással.

A fenti képen látható még néhány furcsa dolog – először is, a festékkeverő pálcák nagyjából lábanként becsúsztak a lemez alá. Ezekkel tudtam átvágni a munkadarabot anélkül, hogy belevágtam volna az alumínium gépasztalba. Segítenek abban is, hogy a forgácsok kiesnek a nyílásokból, miközben átvágják azokat. A másik furcsaság a műanyag szalaggal borított ólomtégla. A műanyag szalag azért van, hogy ne érjen hozzá az ólomhoz, az ólom pedig azért van ott, hogy csillapítsa a lemez rezgéseit. A kezelőnek kell mozgatnia és távol tartani a vágófejtől, de ez megakadályozza a lemez csattogását, különösen mivel a nagyméretű alkatrészek szinte szabadon vágódnak – kivéve ott, ahol fülekkel vannak rögzítve. Nem szép, de azért jól bevált!

A megmunkálóközponthoz hasonlóan használhat vizslákat is. Én (nagyon ritkán) csavaroztam egy pár vizslát az asztalhoz egy sorban, és használtam őket extrudáláshoz a megmunkáláshoz. Mások is folyton ezt csinálják, és nekem is bevált – de az én tapasztalataim korlátozottak! Az internet megmunkálói ezt is megoldották.

Következtetések

Most már tudod, amit én tudok. Nem teljes körű, de kezdetnek jó, és remélem, megkímél téged egy törött marótól vagy más fejfájástól!

Linkek:

• NYC CNC: Shapeoko Feeds & Sebességek és megmunkálási tippek!
• Harvey Tool: Támadó alumínium: A Machining Guide
• Harvey Tool Blog: Sebességek és előtétek 101
• NYC CNC: Sebességek & Táplálási útmutató CNC gépekhez! WW164

Figyelem:

Ez a cikk olyan információkat tartalmaz, amelyek az én véleményemet tükrözik – hasznosságára vonatkozóan nem ígérek semmit! Hibákat tartalmazhat (kérem, jelezze, ha talál!), és korlátozott tapasztalataimon alapuló előítéleteket fog tartalmazni. Ha nem értesz egyet az itt leírtakkal, kérlek, vedd fel velem a kapcsolatot. Ez nem csak azért van, hogy megosszam, amit tudok, hanem azért is, hogy tanuljak másoktól. Szívesen beillesztek további információkat és eltérő véleményeket, hogy az olvasók jobban tisztában legyenek a “helyes” válaszok sokféleségével!

Változási napló:

Frissítve:

Frissítve: 12/5/19 – Hőkezelés és Mic 6, mászóvágás, lassú figyelmeztetés és a számítási hibák javítása.

Frissítve: 1/9/21 – Hozzáadott vágók, stratégiák szakaszok, linkek.