Przedstawię ten artykuł mówiąc, że nie jestem w tym ekspertem! Wiele drogich narzędzi skrawających spotkało swój koniec, gdy „używałem” ich do obróbki aluminium. Istnieje mnóstwo dobrych informacji z świata maszynistów w Internecie na temat cięcia aluminium. Prawie wszystkie z nich są wykonane z prawdziwych młynów metalowych i centrów obróbczych. Nawet dość dinky młyn metalowy jest znacznie sztywniejszy i mniej podatne na wibracje niż ciężki router cła. Jest to dyskusja o tym, jak uzyskać przyzwoite wyniki i nie zepsuć rzeczy podczas korzystania z narzędzia, które jest w porządku, ale nie jest idealne do pracy.

Pięć dużych wyzwań, które miałem z cięcia aluminium różne routery miałem są:

• wybór stopu
• sztywność maszyny
• wybór ścieżki narzędzia/strategii
• podajniki i prędkości
• wyczyszczanie/chłodzenie wiórów
• fixturing

Uzyskanie każdego z tych posortowanych zrobi ogromną różnicę w twoim sukcesie!

Bezpieczeństwo!

Przede wszystkim trochę o bezpieczeństwie – ponieważ cięcie metalu przynosi pewne realne obawy, których nie masz podczas cięcia drewna lub plastiku! Nie bez powodu komercyjne centra obróbcze do metalu mają obudowy. Latające wióry i chłodziwo powodują ogromny bałagan, a także stanowią realne zagrożenie dla operatorów. W Internecie pełno jest filmów, na których maszyny wyrzucają części z wizjerów, a frezy hamują i latają. Przy obróbce metalu, wióry są cięższe, ostrzejsze i gorętsze. Podczas obróbki aluminium należy zawsze nosić okulary ochronne!

Utrzymanie materiału w bezpieczny sposób jest bardzo ważne. Ze względu na wytrzymałość aluminium i zwiększone siły skrawania, małe części i ścinki mogą zostać wyrzucone z dużą siłą i prędkością – co jest bardzo przerażające. To nie jest nierozsądne, aby przygotować tarczę lub zasłonę, aby chronić siebie!

Wybór stopu: Jaki rodzaj aluminium?

Aluminium jest najczęściej stopione z innymi metalami w celu poprawy określonych właściwości. Przegląd można znaleźć tutaj: Aluminum Alloys 101. Ogólnie rzecz biorąc, najlepsze stopy do obróbki skrawaniem to seria 6xxx. Jest to dobre, ponieważ są one bardzo powszechne i łatwe do zdobycia. Większość wytłoczek to stop 6xxx. The „xxx” oznacza, że istnieje wiele podtypów aluminium serii 6. 6061 jest bardzo powszechne i jest dobrą opcją do obróbki. Obrabiałem blachę z serii 5xxx – raz, kiedy klient mi ją przyniósł – i była to katastrofa na frezarce. Bardzo gumowata i podatna na ładowanie się frezów. Wyciągnięta lekcja. Jeśli to w ogóle możliwe, trzymaj się stopów serii 6xxx.

Obróbka cieplna (dla tych stopów, gdzie to działa) również wpływa na twardość materiału. Obróbka cieplna jest pokazana jako liczba po literze „T” – jak „6061-T6”. Generalnie stopy poddane obróbce cieplnej będą lepsze (twardsze i mniej gumiaste) do obróbki. Materiał nie poddany obróbce cieplnej będzie oznaczony „T3” lub „T4”, a poddany obróbce cieplnej (lub starzeniu) będzie „T5” lub „T6” – więc wszystko inne jest równe, jeśli chcesz go obrabiać, upewnij się, że masz materiał poddany obróbce cieplnej. Materiał poddany obróbce cieplnej jest również nieco mocniejszy. Każdy, kto sprzedaje metal, będzie o wiele bardziej świadomy szczegółów niż ja – więc zapytaj, zanim kupisz.

Jeżeli miałbym wybrać coś do obróbki, byłoby to „6061-T6” do rzeczy ogólnego przeznaczenia lub „Mic-6” płyta odlewana do rzeczy, które muszą być stabilne lub korzystać z płaskiego zapasu początkowego. Mic-6 jest oznaczeniem produktu Alcoa, ale nazwa ta jest często używana podobnie jak „Kleenex” lub „Xerox”, oznaczając po prostu „płytę odlewaną”. Jest ona odlewana w formie arkusza, a nie wytłaczana, dzięki czemu ma minimalne naprężenia wewnętrzne i nie odkształca się podczas obróbki. Dostarczana jest również super płaska – ale jest droższa!

Obciążenia tnące

Możesz przetestować jak (nie)sztywna jest twoja maszyna poprzez zdobycie czujnika zegarowego i umieszczenie go w celu odczytania ugięcia w jakiejś osi gdzieś w pobliżu głowicy. Chwyć maszynę (z wyłączonym wrzecionem) i pociągnij za nią tak mocno, jak się odważysz. O ile nie masz naprawdę solidnej maszyny, będzie się ona sporo ruszać. Miałem maszynę, która cięła drewno bardzo ładnie i dokładnie, ale odchylała się o 1,5 mm (0,06″) przy nacisku, jaki mogłem wykonać rękami. Prawda jest taka – jeśli robisz to dobrze – frez wykonujący normalną operację obróbczą tworzy dużo mniejsze obciążenie dla maszyny niż by się wydawało! Dopasuj to do oprogramowania w sterowaniu maszyny, które jest zaprojektowane tak, aby kontrolować przyspieszenia z wdziękiem – i dość niezdarna maszyna może wykonywać bardzo dokładne cięcia.

Gdy robisz skok z cięcia drewna (gęstość do 50lbs/cubic ft.) do aluminium (około 170lbs/cubic ft) tniesz coś cztery razy bardziej gęstego. Jak można się spodziewać, obciążenia przy cięciu znacznie wzrosną, jeśli weźmiesz ten sam nóż z tą samą prędkością – więc nie rób tego!

Aby dowiedzieć się więcej o obróbce aluminium na lekkich maszynach, sprawdź ten doskonały film z NYCCNC: Shapeoko Feeds & Speeds and Machining Tips!

Strategie skrawania

Z maszyną typu floppy musisz utrzymywać obciążenia na narzędziu na niskim i jednolitym poziomie lub pozostawi ono brzydką powierzchnię. Nowoczesne pakiety CAM mają eleganckie strategie ścieżki narzędzia dla utrzymania stałego obciążenia frezu. Dla obróbki zgrubnej, te strategie (zwane „Adaptacyjne” dla produktów Autodesk, „Dynamiczne” dla Mastercam, itp.) są bardzo skuteczne i dają dużo lepsze rezultaty. Jest to szczególnie zauważalne w narożnikach lub kieszeniach, gdzie tradycyjne strategie zmuszają frez do wzięcia ogromnej dawki wody zaraz po zmianie kierunku!

Osiowa głębokość skrawania (jak głęboko rowki frezu są zaangażowane) jest również ważna. Jeśli masz niską moc wrzeciona z dużą ilością obrotów na minutę, może się okazać, że lepiej jest poruszać się szybciej, ale wziąć mniej niż pełna głębokość cięcia z „Adaptive” stylu strategii cięcia. Usuwanie wiórów będzie łatwiejsze i możesz uzyskać lepszą niezawodność procesu kosztem tylko niewielkiej prędkości.

Dla operacji wykańczających, zwłaszcza 3D z młynem kulowym – „wstępne wykończenie” podejście naprawdę pomoże uczynić końcową powierzchnię ładną. Aby to zrobić, wystarczy wykonać zestaw operacji, które są takie same jak ścieżki wykańczania, ale pozostawiają niewielki kawałek materiału (.02″ / 0.5mm) i używają większego step-over o 2 do 4X. Ścieżki te pozostawią bardzo jednolitą warstwę materiału dla końcowych operacji wykończeniowych do usunięcia. W narożnikach, to zmniejszy objętość materiału, który musi być usunięty i wyeliminuje kroki z zgrubnego przejścia, które mogą umieścić nierównomierne obciążenie na frez. Próbując przeforsować stopniowe wykończenie zgrubne z frezem wykańczającym może spowodować, że bit (lub maszyna) odchyli się telegrafując kroki zgrubne do gotowej części.

Dla więcej o podstawowych podejściach do obróbki 3D, sprawdź mój artykuł: INTRODUCTION TO CNC MACHINING SURFACES

Feeds and Speeds

Istnieją wzory pozwalające obliczyć właściwy zakres parametrów skrawania dla danego narzędzia w danym materiale, a maszyniści wkładają wiele wysiłku w obliczanie „posuwów i prędkości”. Większość dostawców narzędzi będzie miała konkretne wytyczne, które są bardzo pomocne. Oto kilka dobrych zasobów, które mogą w tym pomóc:

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

Oto szybki przegląd tego, co musisz wiedzieć, aby wybrać rozsądną prędkość posuwu i RPM dla swojej sytuacji (przepraszam, nie ma jeszcze metrycznych!) :

Surface Feet per Minute (SFM): Jest to jak daleko punkt na powierzchni – powiedzmy czubek rowka narzędzia przemieszcza się w ciągu jednej minuty. Wyobraź sobie, że toczysz narzędzie wzdłuż powierzchni obok linijki. SFM jest jak daleko narzędzie będzie się toczyć w ciągu minuty. Nie jest to coś, co obliczamy – jest to bardziej metryka, aby powiedzieć „jak szybko” skrawamy. Dobre wytyczne mogą być wzięte z tabeli dostarczonej przez producenta narzędzi – lub z przybliżonych wytycznych dla danego materiału. Dla narzędzi z węglików spiekanych w aluminium jest to około 600-1500 – wyższa dla obróbki wykańczającej, niższa dla zgrubnej. Dla stali nierdzewnej i innych ciężkich materiałów, idealny SFM może być poniżej 100.

Obroty na minutę (RPM): To jest po prostu jak szybko narzędzie się obraca. Druga wskazówka na zegarze idzie 1 RPM. Miejmy nadzieję, że twoje narzędzie będzie szybsze. Plotery mają zazwyczaj duży zakres obrotów na minutę, ale nie mają zbyt dużego momentu obrotowego, więc prawdopodobnie najlepiej będzie Ci się pracowało w zakresie 8000-25000 obrotów na minutę.

Średnica frezu (D): Jest to średnica części tnącej frezu.

Liczba zębów frezu (T): Ile rowków/zębów ma narzędzie tnące? Dla aluminium, im mniej tym lepiej. Dwa jest prawie zawsze dużo, a do cięcia blachy lub zgrubnej obróbki bez chłodziwa powodzi, pojedyncze frezy są niesamowite! (patrz poniżej po więcej)

Aby dokonać kilku przydatnych obliczeń, zaczniemy od standardu 1000 SFM dla naszego aluminium i D – średnicy naszego narzędzia. Wyobraźmy sobie, że mamy ładny 1/4″ dwuostrzowy frez spiralny z węglika spiekanego. Więc D będzie .25″ i T będzie 2.

Używając tego wzoru, możemy obliczyć RPM, które będziemy używać:

RPM = (3.8 x SFM) / D

15200 = (3.8 x 1000) / .25

Więc mamy nasze teoretyczne RPM! Teraz możemy obliczyć, jak szybko pracować na maszynie, używając dwóch dodatkowych zmiennych:

Obciążenie wiórowe na ząb (CPT): Jest to wielkość zgryzu, jaki wykonuje każdy ząb przy pełnej zaprogramowanej prędkości posuwu. Ogólnie wyrażone w tysięcznych cala, na przykład nasz 1/4″ frez węglika może pracować dobrze z 0,002″ CPT.

Cale na minutę (IPM): Jest to prędkość cięcia – jak szybko wrzeciono porusza się przez materiał.

Więc, możemy obliczyć prędkość posuwu (IPM) z RPM, obciążenia wiórem na ząb (CPT) i liczby zębów (T) na narzędziu:

IPM = RPM x CPT x T

Z naszą prędkością 15,200 RPM i 0.002″ CPT na narzędziu z dwoma rowkami:

60.8 =15200 x 0.002 x 2

Nasz posuw wyniesie 60.8 cali na minutę!

To dobry początek – i prawdopodobnie będzie działać ok. Sprawdzenie opublikowanych przez producenta danych dotyczących SFM i obciążenia wiórami pozwoli Ci na użycie liczb bardziej specyficznych dla narzędzia i uzyskanie lepszych wyników. Obciążenie wiórem 0.002″, którego używamy w tym przykładzie jest po niskiej stronie dla obróbki zgrubnej z narzędziem 1/4″ i możesz być w stanie podkręcić je dość mocno w dziale posuwu bez problemów.

Nie staraj się, aby wszystko szło lepiej, idąc naprawdę wolno! To jest prawie tak złe jak zbyt szybkie, ponieważ zamiast złamać frez od razu – będzie trzeć i generować ciepło i gumy – a następnie złamać. Oprzyj się pokusie, aby zwolnić za bardzo. Chcesz się upewnić, że wióry wychodzące z cięcia są rzeczywistymi wiórami. Weź suwmiarkę i zmierz jeden – idealnie grubość na „grubym końcu” powinna być bliska wartości obciążenia wiórami na ząb, którą wybrałeś.

Powinieneś też domyślnie „wspinać się” – opcja w twoim oprogramowaniu CAM. Spowoduje to, że gruba część wióra zostanie pobrana jako pierwsza i unikniesz tarcia i generowania ciepła. Sprawdź ten krótki artykuł Harvey Tool o różnicy pomiędzy frezowaniem wznoszącym a konwencjonalnym.

Frez

Wybór frezu robi dużą różnicę, szczególnie jeśli jesteś ograniczony w użyciu chłodziwa. Wiele standardowych frezów jest zoptymalizowanych do pracy z chłodziwem w zamkniętym centrum obróbczym. Jeśli nie używasz chłodziwa lub tylko podmuch powietrza, musisz uważać, aby nie załadować frezów z otartym lub gumowatym metalem. Unikaj wszystkiego z więcej niż dwoma rowkami. Jeśli wykańczasz końcówkę kulistą z trzema rowkami może być ok, ale jest bardziej podatna na obciążenia. Dodatkowe flety zwiększyć sztywność frezu choć co może być pomocne.

Single flute narzędzia są ogromną pomocą podczas cięcia aluminium na routerze. Zazwyczaj masz dużo RPM wrzeciona, ale nie dużo sztywności, a chip clearing jest problemem. Pojedyncze frezy flute są „najlepsze dopasowanie” dla tego scenariusza. Spójrzcie na to – dwuostrzowy się gumował, a jednoostrzowy pracował jak mistrz!

Chcesz również ograniczyć „wystawanie” swoich narzędzi do minimum. Ustal, jak głęboko musisz ciąć, a następnie dodaj niewielki margines – może 0,125″ / 3mm – tylko po to, abyś się nie rozbił. Krótkie narzędzia „stub-length” są świetne!

Clearing Chips and Cooling

Gdy już pracujesz z rozsądnymi „posuwami i prędkościami” dojdziesz do następnego problemu – jak wydostać wióry z cięcia i jak utrzymać frez w chłodzie? W idealnym świecie, wióry byłyby zgrabnie odcinane i wyrzucane poza obszar cięcia, zabierając ze sobą całe ciepło wytworzone podczas procesu cięcia. Tak się raczej nie stanie… ale masz inne możliwości!

Twoją najmniej kłopotliwą opcją jest sprężone powietrze – wydmuchiwanie wiórów z miejsca cięcia i utrzymywanie narzędzia w czystości. Powietrze samo w sobie nie absorbuje dużo ciepła, więc będzie to działać tylko w przypadku lekkiego cięcia bez głębokich kieszeni… najlepiej z frezem jednokrawędziowym lub strategią obróbki, która nie obejmuje jednoprzebiegowego rowkowania. Istnieją „zimne pistolety powietrzne”, wykonane przez Vortec i inne, które działają dobrze, ale każdy dławiony skoncentrowany podmuch powietrza powinien działać ok.

Schodząc z samego powietrza, można użyć mgły chłodziwa lub „minimalnej ilości smarowania” systemu. Fogbuster, Koolmist, i wiele innych są wspólne dodatki do routerów CNC. Trzeba tylko zbiornik i dyszę i przewód sprężonego powietrza do obszaru wrzeciona. Jest wystarczająco dużo chłodziwa, aby zapewnić pewne smarowanie i odparować odciągając ciepło. Jest on połączony z powietrzem, aby wyczyścić wióry. To jest niechlujny, ale zazwyczaj można ustawić jakiś rodzaj systemu odwadniającego, aby utrzymać ciecz z ważnego ruchu i elektryczne bity. Minimalne systemy ilości smaru są lżejsze na powietrzu i więcej o dostarczanie smaru do cięcia, a mniej o oczyszczanie wiórów. W zależności od zastosowania, to może być mnóstwo.

Jeśli masz ciężką maszynę i jest skonfigurowany do obsługi, chłodziwo powodzi jest doskonała. Jest to standard dla frezowania metali w ogóle, a niektóre routery mogą obsługiwać przepływ nadmiaru chłodziwa ze stołu i z powrotem do pompy chłodziwa. Do lekkiej i średniej pracy z aluminium, prawdopodobnie nie jest to konieczne. Na routerze jest mało prawdopodobne, aby być make lub break problem, ponieważ maszyny nie są zazwyczaj potężne lub wystarczająco sztywne, aby podjąć ciężkie cięcia.

Utrzymanie

Jak zamierzasz to utrzymać? W zależności od twojej maszyny i wyboru chłodziwa oraz opcji usuwania wiórów, możesz to zrobić na kilka sposobów…

Powyżej widać najprostszą opcję – wywierć kilka otworów w miejscu, w którym nie będziesz obrabiał i przykręć do sklejki! Tutaj również położyłem trochę plastikowej folii, aby chronić łóżko z MDF-u maszyny. To nie jest opcja gotowa do produkcji, ale jeśli musisz to zrobić przed przerwą obiadową, to warto spróbować. Być może będziesz musiał użyć zakładek (prawdopodobnie opcja w twoim oprogramowaniu CAM), aby utrzymać małe elementy na miejscu.

Jeśli twoja maszyna ma stół próżniowy, to jest to dobra opcja, jeśli masz wystarczającą pojemność próżni, aby utrzymać arkusz w dół, jak wyciąć więcej i więcej otworów przez niego. Próżnia jest świetna do cięcia produkcyjnego, gdzie można ustawić uszczelnione oprzyrządowanie, które tylko trzyma część, gdzie nie zostanie przecięta. Biorąc pod uwagę, że aluminium jest drogie i bardzo trudno jest ponownie indeksować arkusz, który się przesunął, może być dobrze użyć podejścia „pas i szelki”, a także mechanicznie przymocować lub indeksować duże (szczególnie cienkie) arkusze względem stałych ograniczników, oprócz stosowania podciśnienia.

Sposób, który preferuję (jeśli to możliwe), to faktyczne zaciśnięcie materiału za pomocą jakiegoś rodzaju wyrównania zacisku paskowego. Działa to lepiej w przypadku grubszego materiału. Poniżej jest zdjęcie mnie cięcia niektórych 3/8 „płyta na maszynie z grubej płyty aluminiowej dla tabeli. Ten stół ma gwintowane otwory co kilka cali, więc zaciski paskowe mogą być używane. Najlepszy. Stół. Ever! Widać tu kilka standardowych metalowych zacisków, jakie można spotkać w warsztacie, jak również domowej roboty zacisk z płyty MDF, który ma większy zasięg i tłumi drgania. Używam jednoostrzowego frezu 1/4” z nadmuchem zimnego powietrza.

Na powyższym zdjęciu widać kilka innych dziwnych rzeczy – po pierwsze, pałeczki do mieszania farby wsunięte pod płytę co około stopę. Pozwalają mi one przecinać obrabiany przedmiot bez wcinania się w aluminiowy stół maszyny. Pomagają one również zrzucać wióry z rowków w miarę ich przecinania. Inną dziwną rzeczą jest ołowiana cegła pokryta plastikową taśmą. Plastikowa taśma jest po to, aby nie dotykać ołowiu, a ołów jest po to, aby tłumić drgania w płycie. Operator musi ją przesuwać i trzymać z dala od głowicy tnącej, ale dzięki temu blacha nie chrzęści, zwłaszcza że duże elementy są cięte prawie za darmo – z wyjątkiem miejsc, w których są przytrzymywane zakładkami. Nie jest to ładne, ale dobrze się sprawdziło!

Możesz również użyć wizjerów jak w centrum obróbczym. Zdarzało mi się (bardzo rzadko) przykręcić parę przyłbic do stołu w rzędzie i używać ich do przytrzymywania wytłoczek do obróbki. Inni ludzie robią to cały czas i dla mnie też to działało świetnie – ale moje doświadczenie jest ograniczone! Machinists of the internet have got this covered.

Conclusions

Now you know what I know. Nie jest to wyczerpujące, ale jest to początek i mam nadzieję, że zaoszczędzi ci to złamanego frezu lub innego bólu głowy!

Linki:

• NYC CNC: Shapeoko Feeds & Prędkości i porady dotyczące obróbki!
• Harvey Tool: Attacking Aluminum: Przewodnik Obróbka
• Harvey Tool Blog: Prędkości i posuwów 101
• NYC CNC: Prędkości & Posuwów samouczek dla maszyn CNC! WW164

Uwaga:

Ten artykuł zawiera informacje, które odzwierciedlają moje opinie – nie składam żadnych obietnic co do jego użyteczności! Może zawierać błędy (proszę dać mi znać, jeśli jakieś znajdziesz!) i będzie zawierał uprzedzenia oparte na moim ograniczonym doświadczeniu. Jeśli nie zgadzasz się z czymkolwiek tutaj, proszę skontaktuj się ze mną. To nie jest tylko dla mnie, aby podzielić się tym, co wiem, ale aby uczyć się od innych. Chętnie wstawię dodatkowe informacje i odmienne opinie, aby czytelnicy byli bardziej świadomi różnorodności „właściwych” odpowiedzi!

Dziennik zmian:

Updated: 12/5/19 – Heat treat and Mic 6, climb cutting, slow warning and fix mistakes in calculation.

Updated: 1/9/21 – Dodano frezy, sekcje strategii, linki.

.