Preferisco questo articolo dicendo che non sono un esperto in questo! Molti utensili da taglio costosi hanno incontrato la loro fine mentre li “usavo” per lavorare l’alluminio. C’è una tonnellata di buone informazioni dal mondo dei macchinisti su internet sul taglio dell’alluminio. Quasi tutte sono fatte con vere frese di metallo e centri di lavorazione. Anche una fresa di metallo piuttosto dinky è molto più rigida e meno incline alle vibrazioni di un router pesante. Questa è una discussione su come ottenere risultati decenti e non incasinare le cose mentre si usa un utensile che è ok ma non ideale per un lavoro.

Le cinque grandi sfide che ho avuto con il taglio di alluminio vari router che ho avuto sono:

• selezione della lega
• rigidità della macchina
• selezione del percorso utensile/strategia
• alimentazioni e velocità
• chiarimento/raffreddamento dei chip
• fissaggio

Il fatto di sistemare ognuno di questi aspetti farà una grande differenza nel tuo successo!

Sicurezza!

Prima di tutto un po’ di sicurezza – perché tagliare il metallo comporta alcune preoccupazioni reali che non si hanno quando si taglia il legno o la plastica! C’è una ragione per cui i centri commerciali di lavorazione del metallo hanno delle coperture. I trucioli volanti e il refrigerante fanno un gran casino e rappresentano anche un vero pericolo per gli operatori. Internet è pieno di video di macchine che lanciano pezzi fuori dalle morse e di frese che si staccano e volano. Con la lavorazione del metallo, i pezzi sono più pesanti, più taglienti e più caldi. Indossare sempre occhiali di sicurezza durante la lavorazione dell’alluminio!

Tenere il materiale in modo sicuro è molto importante. A causa della forza dell’alluminio e dell’aumento delle forze di taglio, i pezzi piccoli e i ritagli possono essere lanciati con grande forza e velocità – il che è super spaventoso. Non è irragionevole allestire uno scudo o una tenda per proteggersi!

Selezione della lega: Che tipo di alluminio?

L’alluminio è più spesso in lega con altri metalli per migliorare specifiche proprietà. Una panoramica può essere trovata qui: Leghe di alluminio 101. In generale, le migliori leghe per la lavorazione sono le serie 6xxx. Questo è un bene perché sono molto comuni e facili da ottenere. La maggior parte dell’estrusione è in lega 6xxx. Il “xxx” significa che ci sono molti sottotipi di alluminio della serie 6. Il 6061 è molto comune ed è una buona opzione per la lavorazione. Ho lavorato fogli della serie 5xxx – una volta quando un cliente me li ha portati – ed è stato un disastro su un router. Molto gommoso e incline a caricare le frese. Lezione imparata. Se possibile, attenersi alle leghe della serie 6xxx.

Il trattamento termico (per quelle leghe dove funziona) ha anche effetti sulla durezza del materiale. Il trattamento termico è indicato come un numero che segue la lettera “T” – come “6061-T6”. Generalmente le leghe trattate termicamente saranno migliori (più dure e meno gommose) per la lavorazione. Il materiale non trattato termicamente sarà designato “T3” o “T4” e quello trattato termicamente (o invecchiato) sarà “T5” o “T6” – quindi a parità di condizioni, se vuoi lavorarlo, assicurati di ottenere materiale trattato termicamente. Il materiale trattato termicamente è anche un po’ più forte. Chiunque venda metallo sarà molto più consapevole dei dettagli di me – quindi chiedete prima di comprare.

Se dovessi scegliere qualcosa da lavorare, sarebbe “6061-T6” per cose di uso generale o “Mic-6” piastra fusa per cose che devono essere stabili o beneficiare di stock iniziale piatto. Mic-6 è una designazione di prodotto Alcoa, ma il nome è spesso usato un po’ come “Kleenex” o “Xerox” per significare solo “piastra fusa”. È fuso in un foglio invece che estruso, quindi ha uno stress interno minimo e non si deforma quando viene lavorato. Viene anche rettificato super piatto – ma è più costoso!

Carichi di taglio

Puoi testare quanto è (dis)rigida la tua macchina prendendo un comparatore e mettendolo a leggere la deflessione in qualche asse da qualche parte vicino alla testa. Prendete la macchina (senza mandrino) e tiratela più forte che potete. A meno che tu non abbia una macchina molto robusta, si muoverà molto. Avevo una macchina che tagliava il legno molto bene e con precisione, ma deviava di 0,06″ (1,5 mm) con la sola pressione che potevo fare con le mani. La verità è che – se lo stai facendo bene – una fresa che fa una normale lavorazione crea molto meno carico sulla macchina di quanto si pensi! Abbinate questo con il software nei controlli della macchina che è progettato per controllare le accelerazioni con grazia – e una macchina piuttosto floscia può fare tagli molto accurati.

Quando si fa il salto dal taglio del legno (densità fino a 50 libbre/piede cubo) all’alluminio (circa 170 libbre/piede cubo) si sta tagliando qualcosa quattro volte più denso. Come ci si può aspettare i carichi di taglio salgono molto se si prende la stessa fresa alla stessa velocità – quindi non fatelo!

Per saperne di più sulla lavorazione dell’alluminio con macchine leggere, guarda questo eccellente video della NYCCNC: Shapeoko Feeds & Speeds and Machining Tips!

Strategie di taglio

Con una macchina floppy devi mantenere bassi e uniformi i carichi sull’utensile o lascerà una brutta superficie. I moderni pacchetti CAM hanno eleganti strategie di percorso utensile per mantenere il carico dell’utensile costante. Per la sgrossatura, queste strategie (chiamate “Adaptive” per i prodotti Autodesk, “Dynamic” per Mastercam, etc.) sono molto efficaci e daranno risultati molto migliori. Questo è particolarmente evidente negli angoli o nelle tasche dove le strategie tradizionali costringono la fresa a prendere un’enorme boccata appena cambia direzione!

Anche la profondità assiale di taglio (quanto profondi sono impegnati i flauti della vostra fresa) è importante. Se avete un mandrino a bassa potenza con un sacco di RPM, potreste scoprire che è meglio muoversi più velocemente ma fare un taglio meno profondo con una strategia di taglio in stile “adattivo”. La rimozione dei trucioli sarà più facile e si può ottenere una migliore affidabilità del processo al costo di una piccola velocità.

Per le operazioni di finitura, specialmente quelle 3D con una fresa a sfera – un approccio di “pre-finitura” aiuterà davvero a rendere bella la superficie finale. Per fare questo basta fare una serie di operazioni che sono le stesse dei vostri percorsi di finitura, ma che lasciano un po’ di materiale (.02″ / 0.5mm) e usano un passo più grande da 2 a 4X. Questi percorsi lasceranno uno strato di materiale molto uniforme per le operazioni finali di finitura da rimuovere. Negli angoli, questo ridurrà il volume di materiale che deve essere rimosso ed eliminerà i passi di una passata di sgrossatura che può mettere un carico irregolare sulla vostra fresa. Cercare di passare attraverso una finitura grezza a gradini con una fresa di finitura può causare la deviazione della punta (o della macchina) che telegrafa i passi di sgrossatura nel pezzo finito.

Per maggiori informazioni sugli approcci di base alla lavorazione 3D, guardate il mio articolo: INTRODUZIONE ALLE SUPERFICI DI LAVORAZIONE CNC

Alimentazioni e velocità

Ci sono formule per calcolare la giusta gamma di parametri di taglio per un dato utensile in un dato materiale e i macchinisti mettono molto impegno nel calcolare “avanzamenti e velocità”. La maggior parte dei fornitori di utensili hanno linee guida specifiche che sono molto utili. Ecco alcune buone risorse per aiutare con questo:

• Harvey Tool Blog: Velocità e avanzamenti 101
• NYC CNC: Velocità & Tutorial sugli avanzamenti per macchine CNC! WW164

Ecco una rapida panoramica di ciò che è necessario sapere per scegliere una velocità di avanzamento ragionevole e RPM per la vostra situazione (Spiacente, non ancora metrico!) :

Surface Feet per Minute (SFM): Questo è quanto lontano un punto sulla superficie – diciamo la punta di un flauto dell’utensile viaggia in un minuto. Immaginate di far rotolare l’utensile lungo una superficie accanto a un righello. SFM è quanto lontano l’utensile rotolerebbe in un minuto. Non è qualcosa che calcoliamo – è più una metrica per dire “quanto velocemente” stiamo tagliando. Buone linee guida possono essere prese da una tabella fornita da un produttore di utensili – o da linee guida approssimative per un materiale. Per gli utensili in carburo in alluminio questo è circa 600-1500 – più alto per la finitura, più basso per la sgrossatura. Per gli acciai inossidabili e altre cose pesanti, l’SFM ideale può essere inferiore a 100.

Rivoluzioni al minuto (RPM): Questo è solo la velocità di rotazione dell’utensile. La lancetta dei secondi su un orologio fa 1 RPM. Si spera che il tuo strumento sia più veloce. I router hanno tipicamente un sacco di gamma RPM, ma non molta coppia a basso termine, quindi probabilmente farai meglio nella gamma 8.000-25.000 RPM.

Diametro della fresa (D): Questo è il diametro della parte tagliente della fresa.

Numero di denti della fresa (T): Quanti flauti/denti ha l’utensile da taglio? Per l’alluminio, meno sono meglio è. Due sono quasi sempre sufficienti, e per il taglio di lamiere o la sgrossatura senza refrigerante, le frese a singolo flauto sono fantastiche! (vedi sotto per saperne di più)

Per fare alcuni calcoli utili, inizieremo con uno standard di 1000 SFM per il nostro alluminio e D – il diametro del nostro utensile. Immaginiamo di avere una bella fresa a spirale in metallo duro a due flauti da 1/4″. Quindi D sarà .25″ e T sarà 2.

Utilizzando questa formula, possiamo calcolare il RPM che useremo:

RPM = (3,8 x SFM) / D

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

Quindi abbiamo il nostro RPM teorico! Ora possiamo calcolare quanto velocemente far funzionare la macchina, usando due variabili addizionali:

Carico di chip per dente (CPT): Questa è la quantità di morso che ogni dente prende all’intero tasso di avanzamento programmato. Generalmente espresso in millesimi di pollice, per esempio la nostra fresa in metallo duro da 1/4″ potrebbe lavorare bene con 0,002″ CPT.

Inches per Minute (IPM): Questa è la velocità di taglio – quanto velocemente il mandrino si muove attraverso il materiale.

Così, possiamo calcolare il tasso di avanzamento (IPM) da RPM, carico di trucioli per dente (CPT), e il numero di denti (T) sull’utensile:

IPM = RPM x CPT x T

Con la nostra velocità di 15.200 RPM e 0.002″ CPT su un utensile a due flauti:

60.8 =15200 x 0.002 x 2

Il nostro avanzamento sarà di 60.8 pollici al minuto!

Questo è un buon inizio – e probabilmente funzionerà bene. Controllare i dati pubblicati dal produttore su SFM e carico di trucioli vi permetterà di usare numeri più specifici dell’utensile e ottenere risultati migliori. Il carico di trucioli di 0.002″ che usiamo in questo esempio è sul lato basso per la sgrossatura con un utensile da 1/4″, e si può essere in grado di aumentare un po’ l’avanzamento senza problemi.

Non cercare di far andare meglio le cose andando molto lentamente! Questo è quasi peggio che andare troppo veloce, perché invece di rompere subito la vostra fresa, essa sfregherà e genererà calore e gommatura, e poi si romperà. Resisti alla tentazione di rallentare troppo. Volete assicurarvi che i trucioli che escono dal taglio siano trucioli veri e propri. Prendete un calibro e misurate uno – idealmente lo spessore all'”estremità grassa” dovrebbe essere vicino al valore di carico di trucioli per dente che avete scelto.

Anche voi dovreste “scalare il taglio” di default – un’opzione nel vostro software CAM. Questo prenderà la parte grassa del chip per prima ed eviterà lo sfregamento e la generazione di calore. Dai un’occhiata a questo rapido articolo di Harvey Tool sulla differenza tra scalatura e fresatura convenzionale.

Frese

La scelta della fresa fa una grande differenza, specialmente se sei limitato nell’uso del refrigerante. Molte frese standard sono ottimizzate per l’uso con il refrigerante in un centro di lavoro chiuso. Se non usate refrigerante o solo aria compressa, dovrete fare attenzione a non caricare le vostre frese con metallo sfregato o gommoso. Evitare qualsiasi cosa con più di due scanalature. Se stai rifinendo una ball-end a tre flauti può essere ok, ma è più incline al carico. I flauti aggiuntivi aumentano la rigidità della fresa anche se che può essere utile.

Gli strumenti a flauto singolo sono un aiuto enorme quando si taglia l’alluminio su un router. In genere si ha un sacco di giri del mandrino, ma non molta rigidità, e la pulizia dei trucioli è un problema. Le frese ad elica singola sono un “best fit” per questo scenario. Guardate questo – i due flauti si sono gommati e il singolo flauto ha lavorato come un campione!

Vorrete anche limitare lo “stick-out” dei vostri utensili al minimo. Capite quanto in profondità avete bisogno di tagliare e poi aggiungete un piccolo margine – forse 0.125″ / 3mm – giusto per non andare a sbattere. Gli utensili corti “stub-length” sono ottimi!

Scarico dei trucioli e raffreddamento

Una volta che state operando con “avanzamenti e velocità” ragionevoli, arriverete al prossimo problema – come fate a togliere i trucioli dal taglio, e come fate a mantenere la fresa fredda? In un mondo ideale, i trucioli sarebbero ordinatamente tagliati via e gettati ben lontani dal taglio, portando via con sé tutto il calore generato dal processo di taglio. Questo non è probabile che accada… ma hai delle opzioni!

La tua opzione meno disordinata è l’aria compressa – soffiando i chip fuori dal taglio e mantenendo l’utensile libero. L’aria in sé non assorbe molto calore quindi questo funzionerà solo per tagli leggeri senza sacche profonde… idealmente con una fresa a flauto singolo o con una strategia di lavorazione che non implichi una scanalatura a passaggio singolo. Ci sono “pistole ad aria fredda”, fatte da Vortec e altri che funzionano bene, ma qualsiasi getto d’aria focalizzato e strozzato dovrebbe funzionare bene.

Superando la sola aria, si può usare una nebbia refrigerante, o un sistema di “lubrificazione a quantità minima”. Fogbuster, Koolmist, e molti altri sono comuni componenti aggiuntivi per i router CNC. Avete solo bisogno di un serbatoio, un ugello e una linea di aria compressa per la zona del mandrino. C’è abbastanza refrigerante per fornire un po’ di lubrificazione e per evaporare tirando via il calore. Si combina con l’aria per eliminare i trucioli. È disordinato, ma di solito si può allestire un qualche tipo di sistema di drenaggio per tenere il liquido fuori dai pezzi importanti di movimento ed elettrici. I sistemi di lubrificante a quantità minima sono più leggeri per quanto riguarda l’aria e più per fornire un lubrificante al taglio e meno per eliminare i trucioli. A seconda dell’applicazione, questo può essere sufficiente.

Se hai una macchina pesante ed è impostata per gestirla, il refrigerante per inondazioni è eccellente. È lo standard per la fresatura di metalli in generale e alcune fresatrici possono gestire il flusso di refrigerante in eccesso fuori dal tavolo e di nuovo alla pompa del refrigerante. Per lavori leggeri o medi in alluminio, probabilmente non ne hai bisogno. Su un router è improbabile che sia il problema di fare o rompere perché le macchine non sono tipicamente potenti o abbastanza rigide per prendere tagli pesanti.

Fissaggio

Come hai intenzione di tenerlo fermo? A seconda della tua macchina e della tua scelta del refrigerante e delle opzioni di rimozione dei trucioli, hai un sacco di modi per farlo…

Sopra puoi vedere l’opzione più semplice – fai dei fori dove non lavorerai e avvitalo su un foglio di compensato! Qui ho anche messo dei fogli di plastica per proteggere il letto in MDF della macchina. Questa non è un’opzione pronta per la produzione, ma se dovete farlo prima dell’ora di pranzo, allora vale la pena tentare. Potresti dover usare delle linguette (probabilmente un’opzione nel tuo software CAM) per tenere i pezzi piccoli in posizione.

Se la tua macchina ha un tavolo a vuoto, questa è una buona opzione se hai abbastanza capacità di vuoto per tenere il foglio giù mentre tagli sempre più fori attraverso di esso. Il vuoto è ottimo per il taglio di produzione, dove è possibile impostare un dispositivo con guarnizione che tiene solo la parte dove non sarà tagliata. Dato che l’alluminio è costoso ed è molto difficile re-indicizzare un foglio che si è spostato, può essere buono usare un approccio “cintura e bretelle” e anche fissare meccanicamente o indicizzare grandi fogli (specialmente sottili) contro fermi fissi oltre a usare il vuoto.

Il modo che preferisco (se possibile) è quello di bloccare effettivamente il materiale verso il basso con un qualche tipo di allineamento a fascetta. Questo funziona meglio per il materiale più spesso. Qui sotto c’è una foto di me che taglio alcuni 3/8″ piastra su una macchina con una piastra di alluminio spessa per un tavolo. Questo tavolo ha dei fori filettati ogni pochi pollici in modo da poter usare i morsetti a cinghia. Migliore. Tavolo. Mai! Potete vedere alcuni morsetti metallici standard come si vedrebbe in un negozio di macchine così come un fatto in casa MDF uno che ha più portata e smorza le vibrazioni. Sto usando una fresa da 1/4″ a flauto singolo con getto d’aria fredda.

Ci sono alcune altre cose strane visibili nella foto qui sopra – in primo luogo, i bastoni per mescolare la vernice scivolati sotto la piastra ogni metro o giù di lì. Questi mi permettono di tagliare il pezzo da lavorare senza incidere il tavolo di alluminio della macchina. Aiutano anche a far cadere i chip dalle fessure mentre vengono tagliati. L’altra cosa strana è il mattone di piombo coperto di nastro di plastica. Il nastro di plastica è per non toccare il piombo, e il piombo è lì per smorzare le vibrazioni nella piastra. L’operatore deve muoverlo in giro e tenerlo lontano dalla testa di taglio, ma evita che la lastra vibri, specialmente perché le parti grandi sono tagliate quasi liberamente – tranne dove sono tenute da linguette. Non è bello, ma ha funzionato bene!

Si possono anche usare le morse come su un centro di lavoro. Ho (molto raramente) imbullonato un paio di morse al tavolo in fila e le ho usate per tenere l’estrusione per la lavorazione. Altre persone lo fanno sempre e ha funzionato benissimo anche per me – ma la mia esperienza è limitata! I macchinisti di internet hanno tutto sotto controllo.

Conclusioni

Ora sapete quello che so io. Non è completo, ma è un inizio, e spero che vi eviti la rottura di una fresa o qualche altro mal di testa!

Links:

• NYC CNC: Shapeoko Feeds & Velocità e suggerimenti di lavorazione!
• Harvey Tool: Attaccare l’alluminio: Una guida alla lavorazione
• Harvey Tool Blog: Velocità e avanzamenti 101
• NYC CNC: Velocità & Tutorial sugli avanzamenti per macchine CNC! WW164

Nota:

Questo articolo contiene informazioni che riflettono le mie opinioni – non faccio promesse sulla sua utilità! Può contenere errori (per favore fatemi sapere se ne trovate!) e includerà pregiudizi basati sulla mia limitata esperienza. Se non sei d’accordo con qualcosa qui, per favore contattami. Questo non serve solo a me per condividere ciò che so, ma per imparare dagli altri. Sarò lieto di inserire informazioni aggiuntive e opinioni diverse in modo che i lettori siano più consapevoli della diversità delle risposte “giuste”!

Log delle modifiche:

Aggiornato: 12/5/19 – Trattamento termico e Mic 6, taglio a scalare, avviso lento e correzione errori di calcolo.

Aggiornato: 1/9/21 – Aggiunte frese, sezioni di strategie, link.

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