Voi prefața acest articol spunând că nu sunt un expert în acest domeniu! Multe scule de tăiere scumpe și-au găsit sfârșitul în timp ce le-am „folosit” pentru a prelucra aluminiu. Există o tonă de informații bune din lumea mecanicienilor pe internet despre tăierea aluminiului. Aproape toate sunt realizate cu freze și centre de prelucrare a metalelor reale. Chiar și o freză metalică destul de drăguță este mult mai rigidă și mai puțin predispusă la vibrații decât un router de mare putere. Aceasta este o discuție în jurul modului de a obține rezultate decente și de a nu strica lucrurile în timp ce se folosește o sculă care este ok, dar nu ideală pentru o lucrare.

Cele cinci mari provocări pe care le-am avut la tăierea aluminiului diferitelor routere pe care le-am avut sunt:

:

• selecția aliajului
• rigiditatea mașinii
• selecția căii de rulare/strategiei
• alimente și viteze
• degajarea/răcire a așchiilor
• fixturări

Să le rezolvați pe fiecare dintre acestea va face o mare diferență în succesul dumneavoastră!

Siguranță!

În primul rând un pic despre siguranță – pentru că tăierea metalului aduce unele preocupări reale pe care nu le aveți când tăiați lemn sau plastic! Există un motiv pentru care centrele comerciale de prelucrare a metalelor au carcase. Așchiile și lichidul de răcire care zboară fac o mizerie imensă și reprezintă, de asemenea, un real pericol pentru operatori. Internetul este plin de videoclipuri cu mașini care aruncă piese din menghine și freze care frânează și zboară. În cazul prelucrării metalelor, bucățile sunt mai grele, mai ascuțite și mai fierbinți. Purtați ochelari de protecție în permanență în timpul prelucrării aluminiului!

Susținerea sigură a materialului este foarte importantă. Din cauza rezistenței aluminiului și a forțelor de tăiere crescute, piesele mici și resturile pot fi aruncate cu mare forță și viteză – ceea ce este super înfricoșător. Nu este nerezonabil să montați un scut sau o perdea pentru a vă proteja!

Selecție de aliaje: Ce tip de aluminiu?

Aluminiul este cel mai adesea aliat cu alte metale pentru a spori proprietățile specifice. O prezentare generală poate fi găsită aici: Aliaje de aluminiu 101. În general, cele mai bune aliaje de prelucrare sunt cele din seria 6xxx. Acest lucru este bun deoarece sunt foarte comune și ușor de obținut. Cele mai multe extrudate sunt din aliaj 6xxx. „xxx” înseamnă că există o mulțime de subtipuri de aluminiu din seria 6. 6061 este foarte comun și este o opțiune bună pentru prelucrare. Am prelucrat tablă din seria 5xxx – o dată când un client mi-a adus-o – și a fost un dezastru pe un router. Foarte gumoasă și predispusă la încărcarea frezelor. Lecție învățată. Dacă este posibil, rămâneți la aliaje din seria 6xxx.

Tratarea termică (pentru acele aliaje în care funcționează) afectează, de asemenea, duritatea materialului. Tratarea termică este prezentată sub forma unui număr care urmează litera „T” – cum ar fi „6061-T6”. În general, aliajele tratate termic vor fi mai bune (mai dure și mai puțin gumoase) pentru prelucrare. Materialul netratat termic va fi desemnat „T3” sau „T4”, iar cel tratat termic (sau îmbătrânit) va fi „T5” sau „T6” – deci, dacă toate celelalte condiții sunt egale, dacă doriți să îl prelucrați, asigurați-vă că obțineți material tratat termic. Materialul tratat termic este, de asemenea, un pic mai rezistent. Oricine vinde metal va fi mult mai la curent cu aceste detalii decât mine – așa că întrebați înainte de a cumpăra.

Dacă ar trebui să aleg ceva de prelucrat, ar fi „6061-T6” pentru chestii de uz general sau placa turnată „Mic-6” pentru lucruri care trebuie să fie stabile sau care beneficiază de un stoc inițial plat. Mic-6 este o denumire a unui produs Alcoa, dar numele este adesea folosit la fel ca „Kleenex” sau „Xerox” pentru a însemna doar „placă turnată”. Este turnată într-o foaie în loc să fie extrudată, astfel încât are o tensiune internă minimă și nu se va deforma atunci când este prelucrată. De asemenea, este rectificată super plată – dar este mai scumpă!

Cărți de tăiere

Puteți testa cât de (ne)rigidă este mașina dvs. luând un comparator și plasându-l pentru a citi deformarea pe o anumită axă undeva în apropierea capului. Luați mașina (cu axul scos) și trageți de ea cât de tare îndrăzniți. Dacă nu aveți o mașină foarte robustă, aceasta se va mișca foarte mult. Am avut o mașină care tăia lemnul foarte frumos și cu precizie, dar care devia 0,06″ (1,5 mm) doar la presiunea pe care o puteam exercita cu mâinile mele. Adevărul este că – dacă o faci cum trebuie – o freză care execută o operațiune normală de prelucrare creează mult mai puțină sarcină asupra mașinii decât ai crede! Combinați acest lucru cu software-ul din comenzile mașinii care este conceput pentru a controla cu grație accelerațiile – și o mașină destul de flască poate face tăieturi foarte precise.

Când faceți saltul de la tăierea lemnului (densitate de până la 50lbs/mpc) la aluminiu (aproximativ 170lbs/mpc) tăiați ceva de patru ori mai dens. După cum v-ați aștepta, sarcinile de tăiere cresc foarte mult dacă luați același cutter la aceeași viteză – așa că nu faceți asta!

Pentru mai multe informații despre prelucrarea aluminiului cu mașini ușoare, urmăriți acest video excelent de la NYCCNC: Shapeoko Feeds & Speeds and Machining Tips!

Cutting Strategies

Cu o mașină floppy trebuie să mențineți sarcinile pe sculă scăzute și uniforme, altfel va lăsa o suprafață urâtă. Pachetele CAM moderne au strategii elegante de traseu al sculei pentru menținerea unei sarcini uniforme a frezei. Pentru degroșare, aceste strategii (numite „Adaptive” pentru produsele Autodesk, „Dynamic” pentru Mastercam, etc.) sunt foarte eficiente și vor da rezultate mult mai bune. Acest lucru este vizibil mai ales în colțuri sau buzunare, unde strategiile tradiționale forțează freza să ia o gură imensă chiar în momentul în care schimbă direcția!”

Adâncimea axială de tăiere (cât de adânc sunt angajate canelurile frezei dumneavoastră) este și ea importantă. Dacă aveți un fus cu putere redusă și cu multe turații, s-ar putea să considerați că este mai bine să vă mișcați mai repede, dar să luați o tăietură mai puțin adâncă decât cea completă cu o strategie de tăiere de tip „Adaptive”. Eliberarea așchiilor va fi mai ușoară și este posibil să obțineți o mai bună fiabilitate a procesului cu prețul unei viteze reduse.

Pentru operațiunile de finisare, în special cele 3D cu o freză cu bilă – o abordare de „prefinisare” va ajuta într-adevăr la obținerea unei suprafețe finale frumoase. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să realizați un set de operații care sunt identice cu traseele de finisare, dar care lasă un pic de material (.02″ / 0,5 mm) și care utilizează un pas mai mare de 2 până la 4X. Aceste trasee vor lăsa un strat foarte uniform de material pentru ca operațiile finale de finisare să îl îndepărteze. În colțuri, acest lucru va reduce volumul de material care trebuie îndepărtat și va elimina treptele de la o trecere de degroșare care pot pune o sarcină neuniformă pe freză. Încercarea de a forța un finisaj de degroșare în trepte cu o freză de finisare poate cauza devierea burghiului (sau a mașinii), telegrafiind treptele de degroșare în piesa finisată.

Pentru mai multe informații despre abordările de bază ale prelucrării 3D, consultați articolul meu: INTRODUCTION TO CNC MACHINING SURFACES

Avansări și viteze

Există formule pentru a calcula intervalul corect de parametri de tăiere pentru o sculă dată într-un material dat, iar mecanicii depun mult efort în calcularea „avansurilor și vitezelor”. Majoritatea furnizorilor de scule vor avea orientări specifice care sunt foarte utile. Iată câteva resurse bune pentru a vă ajuta în acest sens:

• Harvey Tool Blog: Speeds and Feeds 101
• NYC CNC: Speeds & Tutorial de avansuri pentru mașini CNC! WW164

Iată o scurtă trecere în revistă a ceea ce trebuie să știți pentru a alege o viteză de avans și o turație rezonabilă pentru situația dumneavoastră (Ne pare rău, nu există încă sistemul metric!) :

Suprafață Picioare pe minut (SFM): Aceasta este distanța parcursă de un punct de pe suprafață – să zicem vârful unei caneluri a sculei – într-un minut. Imaginați-vă că rulați scula de-a lungul unei suprafețe lângă o riglă. SFM reprezintă distanța pe care unealta o va parcurge într-un minut. Acesta nu este un lucru pe care îl calculăm – este mai mult o măsură pentru a spune „cât de repede” tăiem. Orientări bune pot fi preluate dintr-un tabel furnizat de un producător de scule – sau din orientările aproximative pentru un material. Pentru scule de carbură în aluminiu, aceasta este de aproximativ 600-1500 – mai mare pentru finisare, mai mică pentru degroșare. Pentru oțelurile inoxidabile și alte materiale grele, SFM-ul ideal poate fi sub 100.

Revoluții pe minut (RPM): Acesta este doar viteza cu care se rotește scula. Mâna a doua de pe un ceas merge la 1 RPM. Să sperăm că unealta dvs. va fi mai rapidă. Routerele au, de obicei, o gamă largă de RPM, dar nu prea mult cuplu în partea inferioară, așa că probabil vă veți descurca cel mai bine în intervalul 8.000-25.000 RPM.

Diametrul tăișului (D): Acesta este diametrul părții tăietoare a frezei.

Numărul de dinți ai frezei (T): Câte caneluri/dinte are scula de tăiere? Pentru aluminiu, cu cât mai puține, cu atât mai bine. Două sunt aproape întotdeauna suficiente, iar pentru tăierea foilor sau pentru degroșare fără lichid de răcire prin inundare, frezele cu o singură canelură sunt minunate! (a se vedea mai jos pentru mai multe)

Pentru a face niște calcule utile, vom începe cu un standard de 1000 SFM pentru aluminiul nostru și D – diametrul sculei noastre. Să ne imaginăm că avem o freză frumoasă de 1/4″ cu două caneluri din carbură cu spirală ascendentă. Deci D va fi de 0,25″ și T va fi de 2.

Utilizând această formulă, putem calcula RPM pe care îl vom folosi:

RPM = (3,8 x SFM) / D

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

Acum avem RPM-ul nostru teoretic! Acum putem calcula cât de repede trebuie să facem să funcționeze mașina, folosind două variabile suplimentare:

Carga cipului pe dinte (CPT): Aceasta este cât de mult mușcă fiecare dinte la întreaga viteză de avans programată. În general, se exprimă în miimi de inch, de exemplu, freza noastră din carbură de 1/4″ ar putea funcționa bine cu 0,002″ CPT.

Inch per Minute (IPM): Aceasta este viteza de tăiere – cât de repede se deplasează fusul prin material.

Deci, putem calcula viteza de avans (IPM) din RPM, sarcina de așchiere pe dinte (CPT) și numărul de dinți (T) de pe sculă:

IPM = RPM x CPT x T

Cu viteza noastră de 15.200 RPM și 0.002″ CPT pe o sculă cu două caneluri:

60,8 =15200 x 0,002 x 2

Avansul nostru va fi de 60,8 inci pe minut!

Este un început bun – și probabil va funcționa bine. Verificarea cu datele publicate de producător privind SFM și sarcina de așchiere vă va permite să folosiți numere mai specifice sculei și să obțineți rezultate mai bune. Sarcina de așchiere de 0,002″ pe care o folosim în acest exemplu este la limita inferioară pentru degroșare cu o sculă de 1/4″, și este posibil să o puteți mări destul de mult în departamentul de avans fără probleme.

Nu încercați să faceți ca lucrurile să meargă mai bine mergând foarte încet! Acest lucru este aproape la fel de rău ca mersul prea rapid, deoarece în loc să vă rupeți freza imediat – aceasta va freca și va genera căldură și se va guma – și apoi se va rupe. Rezistați tentației de a încetini prea mult. Vreți să vă asigurați că așchiile care ies din tăiere sunt așchii adevărate. Luați un calibru și măsurați unul – în mod ideal, grosimea la „capătul gros” ar trebui să fie aproape de valoarea sarcinii de așchii pe dinte pe care ați ales-o.

De asemenea, ar trebui să fiți „climb cutting” în mod implicit – o opțiune în software-ul CAM. Acest lucru va lua mai întâi partea grasă a așchiei și va evita frecarea și generarea de căldură. Consultați acest articol rapid de la Harvey Tool despre diferența dintre frezarea în urcare și frezarea convențională.

Cutters

Alegerea cutterului face o mare diferență, mai ales dacă sunteți limitat în utilizarea lichidului de răcire. Multe freze standard sunt optimizate pentru utilizarea cu lichid de răcire într-un centru de prelucrare închis. Dacă nu folosiți lichid de răcire sau folosiți doar aer comprimat, va trebui să aveți grijă să nu vă încărcați frezele cu metal frecat sau gumat. Evitați orice cu mai mult de două caneluri. Dacă finisați, o freză cu bilă cu trei caneluri poate fi ok, dar este mai predispusă la încărcare. Canelurile suplimentare măresc totuși rigiditatea frezei, ceea ce poate fi de ajutor.

Uneltele cu o singură canelură sunt de mare ajutor atunci când tăiați aluminiu pe un router. De obicei, aveți o mulțime de turații ale axului, dar nu prea multă rigiditate, iar curățarea așchiilor este o problemă. Frezele cu o singură canelură sunt „cele mai potrivite” pentru acest scenariu. Uitați-vă la asta – freza cu două caneluri s-a gumat, iar cea cu o singură canelură a funcționat ca un campion!



Voi dori, de asemenea, să limitați la minimum „stick-out” al sculelor dvs. Aflați cât de adânc trebuie să tăiați și apoi adăugați o mică marjă – poate 0,125″ / 3 mm – doar pentru a nu vă prăbuși. Uneltele scurte, cu „lungime de butuc” sunt grozave!

Curățarea așchiilor și răcirea

După ce lucrați cu „avansuri și viteze” rezonabile, veți ajunge la următoarea problemă – cum scoateți așchiile din tăietură și cum mențineți freza rece? Într-o lume ideală, așchiile ar fi tăiate frumos și aruncate bine la distanță de tăietură, luând cu ele toată căldura generată de procesul de tăiere. Este puțin probabil ca acest lucru să se întâmple… dar aveți opțiuni!



Opțiunea dvs. cea mai puțin murdară este aerul comprimat – suflarea așchiilor în afara tăieturii și menținerea sculei libere. Aerul în sine nu absoarbe prea multă căldură, așa că acest lucru va funcționa doar pentru tăieri ușoare, fără buzunare adânci… în mod ideal cu o freză cu o singură canelură sau cu o strategie de prelucrare care nu implică o singură trecere de fantă. Există „pistoale cu aer rece”, fabricate de Vortec și alții, care funcționează bine, dar orice suflu de aer concentrat și controlabil ar trebui să funcționeze bine.

Prinzând de la aerul singur, puteți folosi o ceață de lichid de răcire, sau un sistem de „lubrifiere în cantitate minimă”. Fogbuster, Koolmist și multe altele sunt adaosuri comune la routerele CNC. Aveți nevoie doar de un rezervor și o duză și o conductă de aer comprimat până în zona axului. Există suficient lichid de răcire pentru a asigura o anumită lubrifiere și pentru a se evapora trăgând departe căldura. Acesta este combinat cu aer pentru a curăța așchiile. Este murdar, dar, de obicei, puteți monta un fel de sistem de drenaj pentru a ține lichidul departe de piesele importante de mișcare și electrice. Sistemele cu cantitate minimă de lubrifiant sunt mai ușoare cu aerul și se ocupă mai mult de furnizarea unui lubrifiant pentru tăiere și mai puțin de curățarea așchiilor. În funcție de aplicație, acest lucru poate fi suficient.

Dacă aveți o mașină grea și este configurată pentru a face față, lichidul de răcire prin inundare este excelent. Este standardul pentru frezarea metalelor în general, iar unele routere pot gestiona fluxul de lichid de răcire în exces de pe masă și înapoi la pompa de răcire. Pentru lucrări ușoare și medii din aluminiu, probabil că nu aveți nevoie de el. La o mașină de frezat este puțin probabil să fie o problemă care să facă sau să rupă, deoarece mașinile nu sunt de obicei suficient de puternice sau rigide pentru a suporta tăieturi grele.

Fixare

Cum ai de gând să o ții jos? În funcție de mașina dvs. și de opțiunile pe care le alegeți pentru lichidul de răcire și de curățare a așchiilor, aveți o grămadă de moduri în care ați putea face acest lucru…



Deasupra puteți vedea cea mai simplă opțiune – faceți niște găuri acolo unde nu veți prelucra și înșurubați-o pe o foaie de placaj! Aici am pus, de asemenea, câteva folii de plastic pentru a proteja patul din MDF al mașinii. Aceasta nu este o opțiune pregătită pentru producție, dar dacă trebuie să o terminați înainte de ora prânzului, atunci merită o încercare. Este posibil să trebuiască să folosiți file (probabil o opțiune în software-ul CAM) pentru a ține piesele mici la locul lor.

Dacă mașina dvs. are o masă de vid, aceasta este o opțiune bună dacă aveți suficientă capacitate de vid pentru a menține foaia în jos pe măsură ce tăiați din ce în ce mai multe găuri prin ea. Vidul este grozav pentru tăierea de producție, unde puteți configura un dispozitiv de fixare cu garnitură care ține doar piesa unde nu va fi tăiată. Având în vedere că aluminiul este scump și că este foarte greu să reindexați o foaie care s-a deplasat, ar putea fi bine să folosiți o abordare de tip „curea și bretele” și, de asemenea, să fixați sau să indexați mecanic foile mari (în special cele subțiri) împotriva unor stopuri fixe, în plus față de utilizarea vidului.

Metoda pe care o prefer (dacă este posibil) este de a fixa efectiv materialul cu un fel de ancorare cu curea. Acest lucru funcționează mai bine pentru materiale mai groase. Mai jos este o fotografie în care am tăiat o placă de 3/8″ pe o mașină cu o placă groasă de aluminiu ca masă. Această masă are găuri filetate la fiecare câțiva centimetri, astfel încât se pot folosi cleme de curea. Cel mai bun. Masă. Ever! Puteți vedea niște cleme metalice standard, așa cum ați vedea într-un atelier mecanic, precum și una făcută acasă din MDF, care are o rază de acțiune mai mare și amortizează vibrațiile. Folosesc o freză de 1/4″ cu o singură canelură cu suflare de aer rece.



Există alte câteva lucruri ciudate vizibile în imaginea de mai sus – în primul rând, bețele de amestecat vopseaua au alunecat sub placă la fiecare 30 de centimetri sau cam așa ceva. Acestea mi-au permis să tai prin piesa de lucru fără să tai în masa de aluminiu a mașinii. Ele ajută, de asemenea, să scadă așchiile din fantele pe măsură ce sunt tăiate prin ele. Celălalt lucru ciudat este cărămida de plumb acoperită cu bandă de plastic. Banda de plastic este pentru a nu atinge plumbul, iar plumbul este acolo pentru a amortiza vibrațiile din placă. Operatorul trebuie să o deplaseze și să o țină la distanță de capul de tăiere, dar împiedică foaia să zdrăngănească, mai ales că piesele mari sunt tăiate aproape liber – cu excepția locurilor în care sunt ținute cu filete. Nu este drăguț, dar a funcționat bine totuși!

De asemenea, puteți folosi menghine ca la un centru de prelucrare. Am înșurubat (foarte rar) o pereche de menghine pe masă pe un rând și le-am folosit pentru a ține extrudatele pentru prelucrare. Alți oameni fac acest lucru tot timpul și a funcționat foarte bine și pentru mine – dar experiența mea este limitată! Mașiniștii de pe internet s-au ocupat de asta.

Concluzii

Acum știți ce știu eu. Nu este cuprinzător, dar este un început, și sper că vă scutește de o freză spartă sau de alte dureri de cap!

Links:

• NYC CNC: Shapeoko Feeds & Viteze și sfaturi de prelucrare!
• Harvey Tool: Atacarea aluminiului: A Machining Guide
• Harvey Tool Blog: Viteze și avansuri 101
• NYC CNC: Viteze & Tutorial de avansuri pentru mașini CNC! WW164

Nota:

Acest articol conține informații care reflectă opiniile mele – nu fac promisiuni cu privire la utilitatea lor! Este posibil să conțină greșeli (vă rog să mă anunțați dacă găsiți unele!) și va include prejudecăți bazate pe experiența mea limitată. Dacă nu sunteți de acord cu ceva de aici, vă rog să mă contactați. Aceasta nu este doar pentru ca eu să împărtășesc ceea ce știu, ci și pentru a învăța de la alții. Voi insera cu plăcere informații suplimentare și opinii diferite, astfel încât cititorii să fie mai conștienți de diversitatea răspunsurilor „corecte”!

Registru de modificări:

Updated: 12/5/19 – Tratament termic și Mic 6, tăiere în urcare, avertizare lentă și corectarea greșelilor de calcul.

Updated: 1/9/21 – Adăugat tăietori, secțiuni de strategii, link-uri.

.