Pengolahan Aluminium Dijelaskan: Alat, Teknik, dan Operasi
Apa Itu Aluminum Machining?
Machining adalah proses manufaktur pengurangan, artinya ia menghapus material dari workpiece untuk menciptakan bagian atau produk yang diinginkan. Ini sangat serbaguna, menampung berbagai macam substrat logam dan non-logam. Salah satu material yang paling banyak digunakan dalam operasi machining adalah aluminium.
Karena berat material yang lebih ringan, kekerasan material yang lebih rendah, dan formabilitas yang lebih besar, aluminium ideal untuk digunakan dalam machining dan operasi manufaktur lainnya. Di bawah ini kami menyoroti beberapa keuntungan lain menggunakan aluminium untuk aplikasi machining, membahas bagaimana aluminium digunakan dalam berbagai proses machining, dan memberikan rincian beberapa bagian machined yang biasanya terbuat dari aluminium.
Ringkasan Proses Pengolahan Aluminium
“Machining” adalah istilah gabungan yang mencakup berbagai proses manufaktur pengurangan misalnya, milling, turning, drilling. Ada juga beberapa jenis teknologi dan teknik machining misalnya, CNC machining, Swiss screw machining, vertical dan horizontal milling, dan electrical discharge machining (EDM). Di bawah ini kami menjelaskan bagaimana aluminium ditangani dalam setiap metode machining ini.
Computer numerical control (CNC) machining: Proses CNC machining menggunakan perangkat lunak komputer dan peralatan kompatibel CNC untuk memandu gerakan dan motion mesin alat di seluruh permukaan workpiece. Ini memungkinkan produksi bagian dan produk aluminium CNC yang sangat presisi dan akurat.
Swiss screw machining: Swiss screw machining ideal untuk produksi komponen silinder kecil—tetapi sangat presisi yang terbuat dari aluminium, seperti bagian elektronik atau medis.
Vertical/horizontal milling: Milling adalah proses machining yang menggunakan alat pemutaran untuk menghapus material berlebih dari workpiece. Peralatan milling dapat memiliki konfigurasi vertikal atau horizontal; unit vertikal ideal untuk jumlah kecil bagian aluminium sederhana, sementara unit horizontal lebih cocok untuk jumlah besar bagian aluminium kompleks.
Electronic discharge machining (EDM): EDM menggunakan pengapilan listrik yang dihasilkan di antara dua elektroda untuk menghapus material dari workpiece. Meskipun umumnya digunakan untuk memproses material yang lebih keras dan lebih sulit diolengkapi, ia dapat digunakan pada setiap material konduktif listrik, termasuk aluminium.
Mengapa Aluminium Bisa Menantang?
Jika Anda membuat bracket untuk Farmer Joe, tidak akan terlalu penting seberapa efisien Anda menghapus material. Namun jika Anda membuat 10.000 bracket seminggu untuk Hustler Joe, Anda perlu melakukan pekerjaan yang baik.
Tantangan utama dalam mengolah aluminium secara efektif hanyalah mendapatkan tingkat pengelaran material maksimal tanpa meledakkan sesuatu.
Aluminium dapat meleleh dan menempel pada alat jika terlalu banyak panas. Jadi meskipun ia dipotong seperti mentega, ia tidak akan lama jika aluminium menempel pada alat dan Anda akhirnya melakukan friction stir welding alih-alih machining.
Di luar menjaga gesekan menjadi minimum, chatter bisa menjadi biara ketika Anda mendorong mesin. Ini sangat masalah ketika Anda mencoba memproses pocket yang terlihat rapi. Ok, cukup keluhan. Mari kita lihat bagaimana Anda bisa mengaturnya di lapangan.
Alat Pemotong untuk Aluminium
Pada kenyataannya, Anda sebaiknya tidak pernah menggunakan cutter general-purpose untuk aluminium. Secara teknis itu akan bekerja, tetapi aluminium benar-benar berbeda dari steel.
Berikut beberapa aspek pemilihan alat yang akan membantu Anda mendapatkan hasil terbaik dari mesin Anda.
Material Alat Pemotong
Carbide: Semoga itu tidak perlu diragukan lagi untuk Anda. Bahkan dalam aplikasi non-performance, carbide akan melebihi high-speed steel dalam nilai baik dari biaya alat selama masa pakai maupun finishing permukaan.
Masih, ada beberapa hal baik yang perlu diketahui tentang carbide yang akan membantu Anda mencocokkan alat yang sempurna untuk pekerjaan. Pada dasarnya, kita hanya perlu memahami apa yang kita inginkan dari alat. Aluminium adalah soft cutting, artinya alat tidak mengalami gaya impact keras saat memotong.
Yang krusial adalah menjaga tepi yang tajam. Karena alasan ini, kita akan memilih hardness daripada toughness untuk karakteristik material. Ada dua hal utama yang mempengaruhi properti ini: ukuran grain carbide dan rasio binder.
Untuk ukuran grain, grain yang lebih besar menghasilkan material yang lebih keras, sedangkan grain yang lebih kecil menghasilkan material yang lebih tahan impact dan lebih tenat. Untuk aluminium, kita ingin menjaga kejinaman tepi, jadi kita ingin ukuran grain yang kecil untuk retensi tepi maksimal.
Faktor lainnya adalah rasio binder. Untuk alat pemotong carbide, binder adalah cobalt. Ini dapat memiliki kandungan cobalt dari 2%-20%. Karena cobalt lebih lunak dari grain carbide, lebih banyak cobalt berarti alat yang lebih tenat, lebih sedikit cobalt berarti alat yang lebih keras. Jadi, kita pada dasarnya hanya mencari cutter carbide yang memiliki ukuran grain besar dan kandungan cobalt rendah.
Feeds and Speeds
Banyak orang cukup menggunakan 1000 SFM untuk menghitung RPM mereka. Jika Anda melakukan ini, Anda sebenarnya tidak lebih cepat dari yang lain.
Untuk jujur, ini biasanya yang direkomendasikan untuk sebagian besar cutter. 1000-1500 SFM adalah kecepatan yang wajar untuk menjalankan spindle Anda. Namun, dengan pengujian harmonic, Anda dapat mencapai 3x kecepatan ini. Lebih lanjut nanti.
Feed rate adalah tempat banyak orang ragu-ragu. Jika Anda memberi feed pada 1/2″ endmill hanya 0.003″ per tooth, Anda hanya membuang waktu. Untuk produksi, Anda ingin mendorong setidaknya 1% dari diameter cutter per tooth. Ini berarti endmill 1/2″ perlu diberi feed setidaknya 0.005″ per tooth. Dengan setup yang stabil dan alat pendek, Anda bahkan mungkin dapat menggandakannya.
Pengecualian satu-satunya adalah saat Anda bekerja dengan alat kecil, seperti 1/8″ atau lebih kecil. Clear chip bisa menjadi masalah, yang berarti Anda perlu melambat untuk chip yang lebih tipis.
Operasi Umum untuk Pengolahan Aluminium
Berikut adalah daftar hal-hal umum yang akan Anda lakukan dengan aluminium, bersama beberapa tips untuk membantu Anda.
1. Facing
Jika Anda akan menggunakan shell mill, tentu pilih rake angle yang sangat agresif dan inserts yang dipolish. Finishing Anda akan luar biasa dan Anda akan dapat mendorong RPM.
2. Pocketing
Ini adalah sesuatu yang banyak orang tidak lakukan dengan benar. Jika Anda step over setengah diameter cutter dan setengah bawah, Anda akan melakukan kesalahan dari dua alasan:
Cutter dapat menangani lebih banyak. Pergi hampir lebar penuh. Pilihan saya adalah 95% dari flat cutter. Alasannya adalah cutter akan terendam di sudut-tidak-sudut bagaimanapun. Ini berarti Anda akan perlu melambat feed agar alat tidak meledak di sudut-tidak-sudut. Jika Anda pergi 100% penuh, Anda mungkin mendapatkan wafer kertas di antara tool paths karena defleksi cutter dan material.
50% stepovers buruk untuk harmonic saat Anda roughing pada tingkat yang wajar. Impact alat memasuki workpiece berada di tempat terburuk, memukul dengan setiap tooth. Bahkan menggeser alat ke 65% stepover akan menghasilkan penurunan chatter yang terlihat.
Tips lain adalah gunakan diameter cutter yang sedikit lebih kecil dari inside radius pocket. Jika Anda menggunakan 1/2″ endmill untuk memotong 1/4″ rad pocket, Anda akan cenderung menggosok sudut dengan chatter saat alat berubah arah. Pada kecepatan tinggi, alat tidak berubah arah secara instan, yang berarti alat melepaskan tekanan pemotongan. Itulah yang membuat suara chirping itu.
Saya biasanya bertanya apakah saya dapat mengubah rad tersebut menjadi 0.265″ untuk sudut bersih. Ini mengurangi kontak alat dengan geometri bagian. Mesin juga mampu menangani rounded turn pada kecepatan yang lebih tinggi. Bayangkan mobil di balap. Jika sudutnya tajam, mobil melambat. Jika radius lebih besar, mesin tidak perlu melambat.
Ini akan cukup menghilangkan chirping di sudut yang membuat bagian Anda jelek.
3. Slotting
Untuk slot yang sangat dalam, ada dua opsi yang berhasil bagi saya: gunakan trochoidal milling untuk mengurangi defleksi cutter dan chatter, atau gunakan stub flute endmill.
Saya pribadi lebih suka stub flute, karena alat jauh lebih kuat, dan Anda tidak mendapat gerakan yang sia-sia saat alat bergerak bolak-balik. Deep slotting adalah salah satu aplikasi di mana seringkali berharga untuk menggunakan alat khusus.
Untuk shallow slotting (4xD dan bawah), tidak ada pertimbangan khusus yang perlu dilakukan. Cukup lakukan saja.
4. Drilling
Gunakan. Drill. Yang tajam. Carbide drill bukan selalu jawabannya; tidak ada gunanya menjalankan carbide drill yang mahal jika Anda tidak memiliki spindle RPM atau volume produksi untuk mempertahankannya.
Secara umum, cukup gunakan 135-degree split point drill dan Anda akan baik-baik saja. Jika ada web di ujung drill, Anda memasukkan banyak panas yang tidak perlu ke dalam pemotongan.
5. Tapping
General-purpose taps secara teknis bekerja, tetapi taps khusus untuk aluminium jauh lebih andal. Mereka memiliki rake angle yang lebih agresif, yang berarti pemotongan yang lebih bersih dan panas lebih sedikit.
Juga, jangan ragu dengan RPM. Jika Anda tidak pernah melebihi 200 RPM pada mesin Anda, Anda hanya membuang waktu. Tentu, beberapa mesin tua dan lelah, dan ada terlalu banyak backlash untuk memotong lebih cepat. Memang, Anda tidak akan kompetitif pada mesin ini bagaimanapun. Poinnya, tapping aluminium mudah, jangan buang waktu padanya.
Cara Mendapatkan Surface Finish yang Luar Biasa pada Aluminium
High RPM. Ini bukan rahasia besar. Tingkatkan saja.
Menggunakan finishing tool yang tajam, high helix, dan dengan rake angle yang sangat agresif juga akan membantu Anda mendapatkan surface finish yang sangat bersinar.
Satu hal yang perlu disebutkan adalah Anda tidak ingin membuang waktu membuat bagian lebih cantik dari yang diperlukan. Kadang-kadang Anda hanya ingin membuat pelanggan senang dan mengagumi mereka, tetapi ingat bahwa ada perbedaan antara shiny dan high Ra.
Sangat layak untuk melakukan perhitungan surface finish Anda sehingga Anda dapat menentukan max feed rate untuk finish cuts Anda. Saya biasanya melakukan perhitungan, kemudian mengurangi sekitar 10% dari itu untuk keamanan. Jika Anda berada di tepi itu, Anda akan salah setengah waktu.
Keuntungan Menggunakan Aluminium dalam Operasi Pengolahan
Selain machinability yang luar biasa, aluminium menunjukkan banyak karakteristik yang membuatnya cocok untuk digunakan dalam operasi pengolahan, seperti:
Rasio kekuatan-berat tinggi: Aluminium kuat dan ringan, kualitas yang krusial untuk bagian machined yang digunakan dalam aplikasi performa tinggi, seperti yang ditemukan di industri penerbangan dan otomotif.
Resistensi korosi: Aluminium tersedia dalam beberapa grade, yang bervariasi dalam tingkat resistensi korosi yang ditunjukkan. Dalam operasi pengolahan, grade yang paling banyak digunakan—6061—menawarkan resistensi korosi yang luar biasa.
Konduktivitas listrik: Aluminium menunjukkan konduktivitas listrik yang lebih besar (sekitar 37,7 juta siemens/meter pada suhu ruangan) daripada logam yang sering diolengkapi lainnya, seperti carbon steel (7 juta siemens/meter) dan stainless steel (1,5 juta siemens/meter). Kualitas ini membuat bagian machined aluminium cocok untuk digunakan sebagai komponen listrik dan elektronik.
Potensi finishing permukaan dan anodisasi: Aluminium dengan mudah menampung berbagai proses perawatan dan finishing permukaan, seperti cat, pewarnaan, dan anodisasi. Kualitas ini memungkinkan produsen untuk meningkatkan properti fungsional dan estetika bagian atau produk aluminium yang diolengkapi.
Recyclability: Aluminium sangat dapat didaur ulang, memungkinkan produsen untuk menggunakan kembali material sisa yang dihasilkan selama operasi pengolahan dan material konstruksi dari produk jadi yang dibuang pada akhir masa pakai.
Keterjangkauan: Dibandingkan dengan material pengolahan lainnya (misalnya, kuningan, titanium, dan PEEK), aluminium lebih murah tanpa secara signifikan mengorbankan performa. Selain itu, machinability-nya menghasilkan biaya produksi yang lebih rendah, sementara bobotnya yang lebih ringan menghasilkan biaya transportasi yang lebih rendah.
Seperti yang ditunjukkan di atas, proses pengolahan menampung berbagai macam material, mulai dari logam dan plastik hingga kertas dan kayu. Selain aluminium, beberapa material yang sering digunakan dalam operasi pengolahan meliputi logam lain (misalnya, steel dan stainless steel) dan termoplastik. Dibandingkan dengan material ini, aluminium menawarkan sejumlah keuntungan:
Dibandingkan dengan steel dan stainless steel, aluminium menunjukkan berat material yang jauh lebih ringan dan machinability yang lebih baik.
Contoh Bagian Machined Aluminium Biasa
Profesional industri menggunakan aluminium dalam operasi pengolahan untuk memproduksi berbagai bagian dan produk. Komponen-komponen ini menemukan aplikasi dalam berbagai industri, termasuk:
Automotive
Aerospace
Komunikasi
Produk listrik dan elektronik
Penerangan
Medis
Contoh produk umum meliputi dowel pins, EMI housings, front panels, lighting fixtures, medical devices, dan spline shafts.
