Lavorazione CNC in alluminio
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Martin.Mu

Esperto di prototipazione rapida e produzione rapida

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La guida definitiva alla lavorazione CNC dell'alluminio

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AN-Prototype è un fornitore leader di servizi di lavorazione CNC dell'alluminio in Cina. Disponiamo di un team di ingegneri, macchinisti e specialisti del controllo qualità altamente qualificati in grado di produrre parti in alluminio con accuratezza e precisione. Questo articolo spiega alcuni dei principali vantaggi della lavorazione CNC dell'alluminio, rendendolo uno dei nostri processi di prototipazione e produzione più estesi, presentando anche suggerimenti per la lavorazione CNC dell'alluminio.

officina di lavorazione cnc

Le caratteristiche della lega di alluminio

L'alluminio è un materiale metallico resistente, non magnetico ed economico. Ha buone proprietà meccaniche e duttilità. La sua duttilità consente di trasformarlo in un foglio di alluminio, mentre la sua duttilità consente di trasformare l'alluminio in barre e fili. L'alluminio è anche altamente resistente alla corrosione poiché uno strato protettivo di ossido si forma naturalmente quando il blocco di alluminio è esposto all'aria. Lo strato protettivo naturale dell'alluminio lo rende più resistente alla corrosione rispetto all'acciaio al carbonio. Inoltre, l’alluminio è un buon conduttore di calore ed elettricità, migliore dell’acciaio al carbonio e dell’acciaio inossidabile. L'alluminio è più veloce e più facile da lavorare con macchine CNC rispetto all'acciaio e al titanio, mentre il suo rapporto resistenza/peso lo rende una delle scelte migliori per molte applicazioni che richiedono un materiale resistente e duro. L'alluminio è di gran lunga il nome dell'elemento metallico più abbondante presente nella crosta terrestre, ed è in parte il motivo per cui viene utilizzato in molti degli oggetti che incontriamo ogni giorno. Infatti, l’alluminio è il metallo non ferroso più utilizzato, presente sia in oggetti comuni come fogli di alluminio o lattine di alluminio, sia in applicazioni estremamente impegnative come veicoli spaziali e parti sottomarine.

Naturalmente, l'alluminio presenta alcuni svantaggi, non è duro come l'acciaio, il che lo rende una scelta sbagliata per le parti soggette a maggiori impatti o con capacità di carico estremamente elevata. L'alluminio ha anche un punto di fusione significativamente più basso (660°C rispetto al punto di fusione inferiore dell'acciaio di circa 1400°C), quindi non può resistere ad applicazioni a temperature estremamente elevate.

L'alluminio è un materiale popolare per la lavorazione CNC

La lavorazione CNC è una tecnica di produzione tradizionale che utilizza trapani e utensili di tornitura per creare parti rimuovendo materiale da un blocco solido di materiale. Il processo è veloce e altamente ripetibile, il che lo rende ideale per la produzione di parti complesse con tolleranze strette. La lavorazione CNC può lavorare quasi tutti i materiali, dalla plastica ai metalli alla fibra di vetro, e l'alluminio è una scelta popolare tra tutti. Le iterazioni delle macchine CNC hanno reso la lavorazione dell'alluminio molto più semplice, ma ciò non significa che realizzare parti in alluminio sia più semplice di quanto lo fosse in passato. Con molti gradi (o leghe) di alluminio oggi sul mercato, il successo del tuo progetto di alluminio CNC dipenderà dalla selezione della lega di alluminio più adatta e dal processo di lavorazione CNC più adatto. Pochi metalli o plastiche possono eguagliare l’incredibile versatilità dell’alluminio. La lavorazione CNC dell’alluminio è da tre a quattro volte più veloce rispetto alla lavorazione di altri materiali comuni come acciaio e titanio.

La flessibilità dell'alluminio e l'impressionante rapporto resistenza/peso lo rendono ideale per l'uso come rivestimento di qualsiasi cosa, dalle automobili, ai treni, agli aerei e alle navi. La maggiore enfasi odierna sull'efficienza del carburante e sulla “leggerezza” ha visto l'alluminio sostituire i “metalli pesanti” come l'acciaio inossidabile e l'acciaio al carbonio tradizionalmente utilizzati nella produzione di componenti e strutture interne. L'elevata resistenza alla corrosione dell'alluminio evita inoltre gli ingombranti e costosi rivestimenti anticorrosione spesso richiesti da altri materiali.

Grazie alla sua finitura liscia color argento, è perfetto anche per dispositivi elettronici come smartphone, laptop, tablet e TV a schermo piatto. Ad esempio, l'involucro del cellulare prodotto da Apple è in alluminio. L’alluminio è un materiale più leggero dell’acciaio, più resistente della plastica, più affidabile, economico, facilmente disponibile e infinitamente adattabile.

L'alluminio è facilmente lavorabile a CNC, quindi può essere tagliato rapidamente e con precisione con una macchina CNC. Ciò porta ad alcuni risultati desiderabili: in primo luogo, meno tempo per la lavorazione CNC, rendendola più economica (poiché l’operatore ha bisogno di meno manodopera e la macchina stessa richiede meno tempo per funzionare); in secondo luogo, una buona lavorabilità del taglio significa una minore deformazione del pezzo quando l'utensile da taglio CNC taglia il pezzo. Ciò consente alle macchine di soddisfare tolleranze più strette (fino a ±0.005 mm) e si traduce in maggiore precisione e ripetibilità.

La conduttività elettrica dell'alluminio ne determina l'utilizzo nella produzione di componenti elettrici. Sebbene non sia conduttivo come il rame, l'alluminio puro ha una conduttività di circa 37.7 milioni di Siemens per metro a temperatura ambiente. Le leghe possono avere una bassa conduttività elettrica, ma i materiali in alluminio sono significativamente più conduttivi rispetto a materiali come l'acciaio inossidabile.

Le parti in alluminio lavorate a CNC sono particolarmente apprezzate nel settore dell'elettronica di consumo, non solo per i requisiti di resistenza e peso, ma anche per le crescenti esigenze estetiche delle persone. L'alluminio è anodizzato per aggiungere una finitura protettiva in ossido e ottenere un'estetica colorata. Ad esempio, Apple produce diversi tipi di custodie per cellulari, tutte anodizzate.

L’alluminio può essere riciclato oltre il 95%, rendendolo più adatto alle aziende che desiderano ridurre al minimo il proprio impatto ambientale. I materiali riciclabili sono molto importanti per la lavorazione CNC, perché nel processo di lavorazione CNC ci saranno molti rifiuti sotto forma di trucioli.

Tecnologia di lavorazione CNC in alluminio

Fresatura CNC
Riproduci video sulla fresatura CNC

La fresatura CNC è l'uso di un sistema controllato da computer combinato con un utensile da taglio, o fresa, per tagliare il materiale da un blocco solido per creare parti costituite da materiali come metallo, plastica, legno e fibra di vetro.

tornitura cnc
Riproduci video sulla tornitura CNC

La tornitura CNC avviene quando un'asta di materiale viene tenuta in un mandrino e ruotata mentre un utensile viene inserito nel pezzo e rimuove il materiale per creare la parte nella forma desiderata. Le parti tornite a CNC sono per lo più caratteristiche circolari.

Lavorazione CNC svizzera
Lavorazione CNC svizzera

La lavorazione CNC Swiss è una tecnica di produzione avanzata che utilizza il taglio di utensili specializzati progettati per lavorare pezzi grezzi di metallo in componenti complessi, sottili o delicati che richiedono tolleranze strette.

Lavorazione laser CNC
Taglio laser CNC

Il taglio laser CNC utilizza un raggio laser focalizzato e ad alta potenza per tagliare o incidere il materiale per formare forme personalizzate. È estremamente preciso, soprattutto quando si tagliano forme complesse e piccoli fori.

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Foratura CNC

La foratura CNC è un processo di lavorazione che utilizza un utensile da taglio rotante per creare un foro rotondo in un pezzo. Questi fori servono solitamente per accogliere viti o bulloni a scopo di assemblaggio.

Foratura CNC e maschiatura CNC
Maschiatura CNC

La maschiatura CNC è il processo di creazione di filettature su una parte. Deve essere forato con un maschio e filettato nel foro smussando l'estremità in modo che la vite o il bullone possano essere avvitati nel foro.

Lavorazione EDM

Elettroerosione a tuffo

L'elettroerosione a tuffo è il processo di immersione di due parti conduttrici in un liquido isolante (dielettrico) per creare parti di alta precisione controllando le scintille, raffreddando il pezzo ed eliminando le particelle erose.

Elettroerosione a filo

Elettroerosione a filo

L'elettroerosione a filo è un processo di produzione sottrattiva senza contatto che utilizza sottili fili caricati e un fluido dielettrico per tagliare parti metalliche in forme diverse, compatibili con quasi tutti i materiali conduttivi.

Gradi di alluminio lavorati a CNC

Alluminio utilizzato nei progetti di lavorazione CNC non è puro: contiene sempre piccole quantità di elementi leganti. Questi elementi di lega conferiscono all'alluminio maggiore resistenza e durezza. Le leghe di alluminio contengono ancora dal 99% al 99.6% di alluminio (l'elemento) in peso, con le restanti percentuali costituite da materiali comuni come silicio, manganese, magnesio, rame e zinco. Regolando leggermente il contenuto degli elementi di lega, è possibile realizzare un numero infinito di leghe di alluminio. Tuttavia, alcune composizioni si sono rivelate più utili di altre. Queste comuni leghe di alluminio sono raggruppate in base ai principali elementi di lega. Ogni serie ha alcune proprietà comuni. Ad esempio, le leghe di alluminio delle serie 3000, 4000 e 5000 non possono essere trattate termicamente, quindi viene utilizzata la lavorazione a freddo, nota anche come incrudimento. AN-Prototype riassume le caratteristiche di 8 leghe di alluminio basate su anni di esperienza nella lavorazione CNC dell'alluminio.

Le leghe di alluminio 1xxx sono la forma più pura di alluminio, contenente almeno il 99% di alluminio in peso. Teoricamente non ci sono altri elementi di lega. Ad esempio, l'alluminio 1199 è composto per il 99.99% da alluminio ed è comunemente utilizzato per produrre fogli di alluminio. Le leghe di alluminio della serie 1000 sono i gradi di alluminio più morbidi, ma possono indurirsi, il che significa che diventano più resistenti se deformate ripetutamente.

Le leghe di alluminio della serie 2000 utilizzano il rame come principale elemento di lega. Questo tipo di alluminio può essere indurito e può essere resistente quasi quanto l'acciaio. L'indurimento per precipitazione comporta il riscaldamento di un metallo a un calore tale che i precipitati di altri metalli fuoriescono dalla soluzione del metallo (mentre il metallo rimane solido) e aiutano ad aumentare la resistenza allo snervamento del metallo. Tuttavia, i gradi di alluminio 2xxx hanno una resistenza alla corrosione inferiore a causa dell'aggiunta di rame. L'alluminio 2024 contiene anche manganese e magnesio ed è spesso utilizzato nelle parti aerospaziali.

Le leghe di alluminio 3xxx hanno il manganese come aggiunta più importante. Queste leghe di alluminio possono anche essere temprate (questo è necessario per ottenere una durezza sufficiente, poiché l'alluminio della serie 3000 non può essere trattato termicamente). L'alluminio 3004 contiene anche magnesio, una lega comunemente utilizzata nelle lattine per bevande in alluminio e nelle sue varianti temprate. Tra questi, l'alluminio 3004 è un metallo comune utilizzato per realizzare lattine per bevande e i relativi coperchi.

Il principale elemento legante dell'alluminio serie 4000 è il silicio. Il silicio abbassa il punto di fusione dell'alluminio di grado 4xxx. L'alluminio 4043 viene utilizzato come materiale per barre di riempimento per la saldatura delle leghe di alluminio della serie 6000, mentre l'alluminio 4047 viene utilizzato nella costruzione come piastre e rivestimenti.

Il magnesio è il principale elemento di lega della serie 5000. Le leghe di alluminio della serie 5000 hanno la migliore resistenza alla corrosione, quindi sono spesso utilizzate in applicazioni marine o altre situazioni che affrontano ambienti estremi. L'alluminio 5083 è un metallo comunemente usato nelle parti marine.

I principali elementi di lega delle leghe di alluminio della serie 6000 sono magnesio e silicio. Le leghe di alluminio della serie 6000 sono generalmente facili da lavorare con macchine CNC e possono essere indurite per precipitazione. Soprattutto il 6061 è una delle leghe di alluminio più comuni e ha anche un'elevata resistenza alla corrosione.

Il principale elemento di lega delle leghe di alluminio della serie 7000 è lo zinco, talvolta con rame, cromo e magnesio, e può essere la più resistente di tutte le leghe di alluminio grazie all'indurimento per precipitazione. Le serie 7000 sono comunemente utilizzate nelle applicazioni aerospaziali grazie alla loro elevata resistenza. 7075 è un grado comune con maggiore resistenza alla corrosione rispetto alle leghe di alluminio della serie 2000. L'alluminio 7075 è particolarmente adatto per applicazioni aerospaziali.

La serie 8000 è un termine generico per altre classi di leghe di alluminio. Le leghe di alluminio della serie 8000 contengono molti altri elementi, tra cui ferro e litio. Ad esempio, l'alluminio 8176 contiene lo 0.6% di ferro e lo 0.1% di silicio in peso e viene spesso utilizzato per realizzare fili.

Comunemente leghe di alluminio per progetti di lavorazione CNC

Anche se le opzioni tra cui scegliere sono numerose, solo alcune leghe di alluminio sono adatte alla lavorazione CNC. Sulla base degli anni di esperienza di AN-Prototype nella lavorazione CNC e nella produzione rapida, le seguenti sono le leghe di alluminio più popolari per progetti CNC:

Alluminio 6061-T6

6061-T6 è la lega di alluminio più popolare ed è utilizzata dalla maggior parte delle aziende di produzione rapida come qualità standard per la lavorazione CNC. 6061-T6 è un eccellente uso generale, facilmente lavorabile a CNC e può essere sottoposto a diversi trattamenti termici. Le applicazioni comuni includono telai di biciclette, valvole, parti automobilistiche e altro ancora.

Alluminio 7075-T6

Noto per il suo eccellente rapporto resistenza/peso, il 7075-T6 rivaleggia anche con alcuni acciai più morbidi in termini di durezza. Il 7075-T6 è ampiamente utilizzato nei settori aerospaziale e della difesa militare, le applicazioni comuni includono accessori per aerei, carri armati, biciclette ad alte prestazioni e altro ancora. L'alluminio 7075-T6 è molto più costoso del 6061 T6.

Alluminio 2024-T4

L'alluminio 2024-T4 è una lega a resistenza medio-alta con buona resistenza alla fatica e tenacità alla frattura. L'alluminio 2024-T4 non è resistente quanto il 7075-T6, ma è comunque adatto per applicazioni aerospaziali. Le applicazioni comuni includono fusoliere di aerei, parti di veicoli da trasporto e ali. 2024-T4 ha scarsa resistenza alla corrosione ed è altamente sensibile allo shock termico.

MIC6 in alluminio

L'alluminio MIC 6 è stato sviluppato appositamente per la produzione di lamiere stabili e altamente resistenti con impressionanti proprietà di scarico della trazione, eccellente precisione ed elevata lavorabilità. Inoltre l'alluminio MIC 6 non è inquinante e non è poroso ed è spesso utilizzato in elettronica. Lo svantaggio è che i thread MIC 6 non sono robusti quanto i thread 6061.

Alluminio 6082

L'alluminio 6082 ha proprietà simili all'alluminio 6061, ma con una resistenza maggiore, la resistenza più elevata di tutte le leghe della serie 6000 e un'eccellente resistenza alla corrosione. L'alluminio 6082 è particolarmente adatto al settore edile e può essere trovato in molti ponti, torri e capriate. Vale la pena notare che l'alluminio 6082 è difficile da produrre parti a pareti sottili.

Alluminio 5083-T6

L'alluminio 5083-T6 è noto per le sue prestazioni eccezionali in condizioni estreme. Questo tipo di alluminio è molto resistente alla corrosione in ambienti marini e chimici. Il 5083 non è adatto all'uso in ambienti con temperatura superiore a 65°C. Il 5083 ha una vasta gamma di applicazioni nel mercato criogenico. È ideale anche per applicazioni marine, applicazioni chimiche, parti di veicoli da trasporto, apparecchiature a pressione e altro ancora.

Condizionamento e trattamento superficiale dell'alluminio

Trattamento termico: L'alluminio è un metallo più morbido dell'acciaio. Il trattamento termico si riferisce a un processo che modifica le proprietà dei metalli a livello chimico ed è un modo efficace per aumentare la durezza e la resistenza dell'alluminio. L'alluminio delle serie 2xxx, 6xxx e 7xxx può essere trattato termicamente. 3xxx, 4xxx e 5xxx possono essere aumentati in resistenza e durezza solo mediante lavorazione a freddo. I gradi di alluminio hanno suffissi con nomi diversi per identificare il trattamento impiegato. Questi sono i nomi:

Servizi di finitura

Sabbiatura

Sabbiatura

La sabbiatura è un processo di trattamento superficiale utilizzato principalmente per scopi estetici. Alle parti in alluminio viene data una finitura satinata o opaca facendo esplodere minuscole perle di vetro sulla superficie utilizzando una pistola ad aria compressa ad alta pressione. I principali parametri del processo di sabbiatura sono la dimensione delle perle di vetro e la pressione dell'aria utilizzata. Questo processo è consigliato solo quando le tolleranze dimensionali della parte non sono critiche.

Alluminio anodizzato

Anodizzazione

L'anodizzazione è un processo elettrochimico in cui una parte in alluminio viene immersa in una soluzione diluita di acido solforico e viene applicata una tensione elettrica per convertire la superficie della parte in un rivestimento duro e non elettroreattivo di ossido di alluminio che fornisce una forte protezione dalla corrosione e migliora la resistenza alla corrosione. . L'aspetto generale della parte metallica.

Protolabs mette a disposizione tre tipi di anodizzazione dell'alluminio:

Acido cromico di tipo I: Fornisce un rivestimento sottilissimo ma comunque resistente. Comunemente utilizzato per parti e assemblaggi saldati e come primer prima della verniciatura. Come tutte le superfici anodizzate, non è conduttiva.

Acido solforico di tipo II: Più duro del Tipo I, offre una finitura estremamente durevole. Esempi di utilizzo includono: ganci per moschettoni, maniglie di torce elettriche, parti di motociclette e corpi di valvole idrauliche.

Anodizzazione dura o rivestimento duro di tipo III: Questa è l'anodizzazione più spessa e più dura disponibile e ha un'ampia gamma di applicazioni per parti e prodotti nei settori automobilistico, aerospaziale, delle attrezzature pesanti, dell'industria navale, della produzione generale e delle forze armate/forze dell'ordine.

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Rivestimento

Ciò comporta il rivestimento delle parti in alluminio con un altro materiale come zinco, nichel e cromo. Questo viene fatto per migliorare il processo della parte e può essere ottenuto attraverso un processo elettrochimico.

verniciatura a polvere

Powder Coating

Il processo di verniciatura a polvere prevede l'applicazione di polvere polimerica colorata sulle parti utilizzando una pistola a spruzzo elettrostatica. La parte viene quindi polimerizzata a 200°C. Il rivestimento in polvere aumenta la robustezza, nonché la resistenza all'abrasione, alla corrosione e agli urti.

Applicazione di vari gradi di lega di alluminio

Aerospaziale/Aeronautica

Le seguenti leghe di alluminio hanno proprietà quali elevata resistenza, leggerezza ed efficiente trasferimento di calore e sono comuni nelle applicazioni aerospaziali e aeronautiche.

Marina / Offshore

Le leghe non trattabili termicamente (serie 5000) sono preferite per le applicazioni marine grazie alla loro elevata resistenza alla corrosione. Il magnesio aumenta la robustezza e la resistenza alla corrosione delle leghe di alluminio e migliora la saldabilità. In ambienti ad alta umidità, sottomarini e di acqua salata, le leghe della serie 5000 sono popolari:

Automotive

Per le case automobilistiche, le leghe di alluminio rappresentano la prima scelta per le parti esterne della carrozzeria e altri componenti.

Bicicletta

I seguenti materiali sono preferiti per i telai e le parti delle biciclette grazie alla loro leggerezza ed elevata resistenza.

Scegliere la giusta lega di alluminio per i progetti CNC

Se il progettista sceglie di utilizzare l'alluminio come materiale di fabbricazione della parte, le leghe di alluminio 2024-T4, 7075-T6 e 6082 sono più adatte per applicazioni ad alte prestazioni, mentre 6061 e MIC 6 possono essere utilizzate nella maggior parte dei casi.

Poiché la lavorazione CNC è così versatile, può essere difficile per gli ingegneri restringere l’elenco dei materiali adatti a un particolare progetto. Con decenni di esperienza nella produzione rapida, il team di progettisti e ingegneri esperti di AN-Prototype può aiutare ogni progettista a scegliere il materiale giusto più facilmente. AN-Prototype si impegna ad aiutare ogni cliente a innovare durante tutto il processo di produzione e a raggiungere i risultati desiderati: la selezione dei materiali soddisferà tutti i requisiti chiave. Contattaci oggi – trasforma la tua idea in realtà il più velocemente possibile.

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