CNC-Aluminiumbearbeitungsverformung „großer Kampf“ – praktische Fähigkeiten, die Ihnen bei der präzisen Bearbeitung helfen

Bei der CNC-Aluminiumbearbeitung ist eine unbeabsichtigte Verformung ein häufiges und heikles Problem. Verformungen beeinträchtigen nicht nur die Maßhaltigkeit und das Erscheinungsbild von Aluminiumprodukten, sondern können auch dazu führen, dass das Produkt nicht den Designanforderungen entspricht oder sogar Ausschuss ist. Dies hat zu enormen wirtschaftlichen Verlusten für die Produktionsunternehmen geführt und auch die Produktionseffizienz und die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte auf dem Markt beeinträchtigt.

Beispielsweise ist bei der Herstellung einiger Präzisionsinstrumente und elektronischer Produkte die Maßhaltigkeit von Aluminiumkomponenten sehr hoch. Wenn während der Verarbeitung eine unerwartete Verformung auftritt, kann dies dazu führen, dass Teile nicht ordnungsgemäß zusammengebaut werden, was die Leistung und Zuverlässigkeit des gesamten Produkts beeinträchtigt. Darüber hinaus kann die Verformung auch dazu führen, dass die Oberfläche von Aluminiumprodukten uneben und verzerrt erscheint und andere Probleme auftreten, was das Erscheinungsbild der Produktqualität beeinträchtigt und die Kaufbereitschaft der Verbraucher beeinträchtigt.

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Leere Eigenspannung

Die Rohlingseigenspannung entsteht hauptsächlich durch die Überlagerung von Spannungen, die durch die ungleichmäßige Verformung während des Abschreckprozesses und des Strangpressens von Profilen verursacht werden. Während des Abschreckprozesses bildet die Aluminiumlegierung eine große thermische Restspannung und Gefügespannung. Gleichzeitig kommt es beim Extrusionsprozess aufgrund der ungleichmäßigen Belastung jedes Teils auch zu Spannungen. Diese Spannungen überlagern sich und bilden die Rohlingseigenspannung.

Die Eigenspannung des Rohlings hat großen Einfluss auf die Bearbeitung. Aufgrund der Spannung im Inneren des Rohlings kommt es während des Bearbeitungsprozesses, wenn das Material durch Schneiden entfernt wird, zu einer Umverteilung der Spannung, was zu einer Verformung des Werkstücks führt. Diese Verformung kann die Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität der Teile beeinträchtigen und sogar dazu führen, dass die Teile nicht mehr den Konstruktionsanforderungen entsprechen.

Stress verarbeiten

Die Hauptgründe für den Verarbeitungsstress sind folgende:

1. Asymmetrie im Schneidprozess: Eine Asymmetrie im Schneidprozess führt zu einer ungleichmäßigen Schnittkraft und damit zu einer Verformung des Werkstücks. Wenn beispielsweise die Schnittzugabe groß ist, ist die Materialentfernungsrate hoch und es entsteht eine große Bearbeitungsbelastung. Darüber hinaus ist das Bearbeitungsintervall kurz, so dass die Eigenspannung nicht abgebaut wird, die Eigenspannung im Gesamtprofil aus dem Gleichgewicht gerät und dann zu einer Verformung des Werkstücks führt.
2. Schlechte Werkstücksteifigkeit: Eine schlechte Werkstücksteifigkeit führt zu ungleichmäßiger Schnitt- und Spannkraft, was zu Verformungen führt. Bei einigen Teilen mit dünnen Wänden und geringer Steifigkeit, wie z. B. dünnwandigen Aluminiumschalenteilen, ist es wahrscheinlicher, dass es während des Schneidvorgangs zu Verformungen kommt.
3. Unterschiedliche Bearbeitungsreihenfolge: Eine unterschiedliche Bearbeitungsfolge führt dazu, dass die Restspannung asymmetrisch abgebaut wird, was zu einer Verformung des Werkstücks führt. Beispielsweise kann die Bearbeitung eines Teils und dann eines anderen Teils zu einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung führen, was wiederum zu Verformungen führt.

Werkzeugoptimierung

Bei der CNC-Aluminiumbearbeitung kann die Verformung von Teilen wirksam reduziert werden, indem die richtigen Werkzeugparameter ausgewählt und der Werkzeugverschleiß kontrolliert werden. Insbesondere kann es unter folgenden Gesichtspunkten optimiert werden:

1. Spiralwinkel: Der Spiralwinkel sollte so groß wie möglich sein, um die Frässtabilität zu verbessern und die Fräskraft zu reduzieren. Beispielsweise kann der größere Spiralwinkel in der tatsächlichen Bearbeitung den Schneidprozess stabiler machen und die durch übermäßige Schneidkraft verursachte Verformung von Teilen verringern.
2. Vorderer Winkel: Die angemessene Konfiguration des vorderen Winkels kann die Festigkeit der Klinge aufrechterhalten, den Verschleiß der scharfen Kante verringern, eine reibungslose Spanabfuhr gewährleisten und dadurch die Schnittkraft verringern. Es wird im Allgemeinen nicht empfohlen, ein Werkzeug mit negativem Frontwinkel zu verwenden, da ein negativer Frontwinkel die Schnittkraft erhöht und das Risiko einer Teileverformung erhöht.
3. Hinterwinkel: Die Größe des Hinterwinkels hat einen wichtigen Einfluss auf die Bearbeitungsqualität und den Oberflächenverschleiß des Hinterwerkzeugs. Beim Schruppfräsen sollte der Rückwinkel kleiner gewählt werden, da die Schnittgeschwindigkeit groß ist, die Schnittlast hoch ist und bessere Bedingungen für die Wärmeableitung des Werkzeugs erforderlich sind. Beim Präzisionsfräsen sollte der hintere Winkel größer gewählt werden, um die Kante scharf zu machen, die Reibung zwischen Werkzeug und Bearbeitungsoberfläche zu verringern und elastische Verformungen zu reduzieren.
4. Ablenkwinkel: Eine Reduzierung des Ablenkwinkels kann die Wärmeableitung verbessern und die durchschnittliche Verarbeitungstemperatur senken. Der richtige Ablenkwinkel kann die Wärmeverteilung während der Verarbeitung verbessern und die durch Wärmestau verursachte Verformung von Teilen verringern.
5. Werkzeugverschleißkontrolle: Mit dem Werkzeugverschleiß nimmt die Rauheit der Werkstückoberfläche zu, was zu einem Anstieg der Werkstücktemperatur und dann zu einer Verformung der Teile führt. Daher sollten Werkzeuge mit guter Verschleißfestigkeit verwendet werden und der Werkzeugverschleiß sollte 0,2 mm nicht überschreiten, um die Bildung von Knötchen zu vermeiden. Gleichzeitig kann vor dem Einsatz des neuen Werkzeugs das Grat- und Zackenmuster der Messerzähne mit einem feinen Stein vorsichtig geschärft werden, sodass die Rauheit der Schneidkante des Werkzeugs Ra=0 erreichen kann.4μm, wodurch die Möglichkeit einer Schnittverformung minimiert wird.

Richtige Verarbeitungsmethoden

Um das Risiko einer Teileverformung zu verringern, können die folgenden Verarbeitungstechniken verwendet werden:

1. Symmetrische Bearbeitung: Durch die symmetrische Bearbeitung kann die Wärme während der CNC-Bearbeitung von Aluminiumlegierungen effektiv abgeleitet werden, wodurch eine übermäßige Wärmeansammlung um die Teile herum verhindert und so das Risiko einer thermischen Verformung verringert wird. Bei Teilen mit großem Bearbeitungsspielraum kann die symmetrische Bearbeitung zu besseren Wärmeableitungsbedingungen während der Bearbeitung führen und eine Wärmekonzentration vermeiden. Beispielsweise muss ein 90 mm dickes Blech auf 60 mm bearbeitet werden. Wenn die symmetrische Bearbeitung mit wiederholtem Vorschub und zwei Bearbeitungen auf jeder Seite auf die endgültige Größe verwendet wird, kann sichergestellt werden, dass die Ebenheit im Vergleich zu einer einteiligen Platte eine höhere Präzision erreicht. Durch die Zeitverarbeitung auf die endgültige Größe kann die Verformung wirksam reduziert werden.
2. Verarbeitung mit Schichttechnologie: Bei Teilen mit mehreren Hohlräumen kann aufgrund der ungleichmäßigen Kraft der Platte leicht eine Verformung vorgenommen werden. Für die Verarbeitung kann die Schichttechnologie verwendet werden. Die Teile werden zunächst in mehrere Schichten aufgeteilt und dann Schicht für Schicht auf die gewünschte Größe bearbeitet. Auf diese Weise ist die beim CNC-Bearbeitungsprozess der Aluminiumlegierung ausgeübte Kraft gleichmäßiger und das Risiko einer Verformung ist geringer als bei der direkten Bearbeitung des Teils.
3. Vorbohren und Fräsen: Bei Teilen mit Hohlräumen können beim Fräsen Probleme auftreten, z. B. ungleichmäßige Späne, Wärmeentwicklung, die zu einer Verformung der Komponenten durch Ausdehnung oder Werkzeugbruch führt. Diese Probleme können durch Vorbohren und anschließendes Fräsen gelöst werden. Bohren Sie Löcher mit einem Werkzeug, das etwas größer als der Fräser ist, um Platz für das Schneidmaterial zu schaffen, damit die Späne gleichmäßig vom blanken Aluminium abgeführt werden, und schließlich fräsen.
4. Verwenden Sie verschiedene Fräsmethoden: Die CNC-Bearbeitung von Aluminiumlegierungen verfügt über zwei Methoden zum Schruppen und Schlichten. Beim Schruppen werden Rohlinge in kürzester Zeit mit der höchsten Schnittgeschwindigkeit geschnitten, wobei der Schwerpunkt auf der Materialentfernungsrate und der Bearbeitungseffizienz liegt. Die Endbearbeitung erfordert eine präzisere Bearbeitung und Oberflächenqualität, wobei der Schwerpunkt auf der Fräsqualität liegt. Eine sinnvolle Anwendung dieser beiden Methoden kann die Verformungsrate von Teilen erheblich verändern.

Angemessene Schnittparameter

Durch die Wahl der richtigen Schnittparameter können die Schnittkraft und die Schnittwärme reduziert und die Verformung von Teilen aufgrund übermäßiger Schnittkraft und übermäßiger Hitze vermieden werden. Unter den drei Elementen der Schnittparameter hat die Menge des Hinterschneidwerkzeugs einen großen Einfluss auf die Schnittkraft. Wenn die Bearbeitungszugabe zu groß ist, ist die Schnittkraft des Werkzeugs zu groß, was nicht nur die Teile verformt, sondern auch die Steifigkeit der Werkzeugmaschinenspindel beeinträchtigt und die Haltbarkeit des Werkzeugs verringert. Daher kann die Methode des Hochgeschwindigkeitsfräsens verwendet werden, um gleichzeitig die Anzahl der hinterschneidenden Werkzeuge zu reduzieren, den Vorschub und die Maschinengeschwindigkeit zu verbessern, wodurch die Schnittkraft reduziert und die Bearbeitungseffizienz sichergestellt wird. Beispielsweise kann die Schnittgeschwindigkeit auf 250 bis 300 m/min gesteuert werden, die Vorschubgeschwindigkeit beträgt 300 bis 400 mm/min, der Rückschnittbetrag beim Grobfräsen beträgt ap = 0,5 mm und beim Feinfräsen beträgt der Wert ap = 0,1 bis 0,2 mm.

Die Klemmmethode ist geeignet

Bei der Bearbeitung dünnwandiger Aluminiumteile kann eine falsche Spannmethode leicht zu Wandverformungen führen. Um dieses Risiko zu verringern, kann das gepresste Teil gelöst werden, bevor das endgültige Element fertiggestellt ist. Dabei wird der Druck abgelassen, sodass das Teil in seine ursprüngliche Form zurückkehren kann, und dann kann der Druck erneut ausgeübt werden. Der zweite ausgeübte Druck sollte auf die Auflagefläche wirken, die Richtung sollte möglichst steif sein und die Kraft sollte ausreichen, um die Stabilität des Werkstücks während der Bearbeitung aufrechtzuerhalten. Bei dünnwandigen Wellenhülsenteilen kann die radiale Innenlochklemmmethode verwendet werden, um das Innengewinde des Teils zu lokalisieren, einen Wellenzapfen mit Gewinde herzustellen, das Innengewinde des Teils einzusetzen, das Innenloch mit der Abdeckplatte zu drücken und es dann mit dem festzuziehen Mutter, um Klemmverformungen bei der Bearbeitung des Außenkreises zu vermeiden. Bei dünnwandigen Blechwerkstücken kann der Vakuumsauger verwendet werden, um eine gleichmäßige Aufnahme der Spannkraft zu erreichen, die Bearbeitung erfolgt mit einer geringen Schnittmenge, oder die Füllmethode wird verwendet, um Harnstoffschmelze mit 3 % bis 6 % Kaliumnitrat einzuspritzen in das Werkstück, um die Bearbeitungssteifigkeit des Werkstücks zu verbessern, und das Werkstück wird nach der Bearbeitung in Wasser oder Alkohol getaucht, um den Füllstoff aufzulösen.

Bei der CNC-Aluminiumbearbeitung ist versehentliche Verformung ein Problem, das große Aufmerksamkeit erfordert. Durch die Analyse der Verformungsursachen und das Ergreifen entsprechender vorbeugender Maßnahmen kann die unbeabsichtigte Verformung bei der Aluminiumverarbeitung wirksam vermieden werden.

Erstens sind die Eigenspannung des Rohlings und die Verarbeitungsspannung die Hauptursachen für Verformungen bei der Aluminiumverarbeitung. Die Rohlingseigenspannung entsteht hauptsächlich durch die Überlagerung von Spannungen, die durch die ungleichmäßige Verformung beim Abschrecken und Strangpressen verursacht werden. Bearbeitungsspannungen können durch Faktoren wie asymmetrisches Schneiden, geringe Werkstücksteifigkeit und unterschiedliche Bearbeitungsreihenfolge verursacht werden. Das Verständnis dieser Ursachen hilft uns, gezielte Präventionsmaßnahmen zu ergreifen.

Zweitens kann das Risiko einer Aluminiumverformung unter den Gesichtspunkten der Werkzeugoptimierung, der richtigen Verarbeitungsmethoden, angemessener Schnittparameter und geeigneter Spannmethoden wirksam reduziert werden. Im Hinblick auf die Werkzeugoptimierung können die Wahl des richtigen Spiralwinkels, Vorderwinkels, Hinterwinkels und Ablenkwinkels sowie die Kontrolle des Werkzeugverschleißes die Schnittkraft und die Schnittwärme reduzieren und die Teileverformung reduzieren. In Bezug auf die Bearbeitungsmethoden können symmetrische Bearbeitung, Schichttechnologiebearbeitung, Vorbohren und Fräsen sowie der Einsatz verschiedener Fräsmethoden und anderer Fähigkeiten die Bearbeitung stabiler machen und das Auftreten von Verformungen reduzieren. Angemessene Auswahl der Schnittparameter, Reduzierung der Schnittkraft und der Schnittwärme, Vermeidung von Teilen aufgrund übermäßiger Schnittkraft und Hitzeverformung. Was die Spannmethoden betrifft, so kann bei dünnwandigen Aluminiumteilen das Risiko einer Wandverformung durch den Einsatz geeigneter Spannmethoden verringert werden.

Kurz gesagt: Die Vermeidung unbeabsichtigter Verformungen bei der CNC-Aluminiumbearbeitung hat einen wichtigen praktischen Nutzen für die Verbesserung der Produktqualität, die Senkung der Produktionskosten und die Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens. In der tatsächlichen Produktion sollten wir diese Methoden je nach Situation umfassend einsetzen und ständig erforschen und innovieren, um die Stabilität und Zuverlässigkeit der Aluminiumverarbeitung sicherzustellen.