Breve descripción del aluminio y sus aplicaciones.
La densidad del aluminio es de 2,7 g/cm³ (un tercio de la del hierro y el cobre), con buena ductilidad y conductividad eléctrica dos tercios de la del alambre de cobre, pero con sólo un tercio del peso y un precio inferior.
Es ampliamente utilizado en la fabricación de alambres, cables y industrias de radio de alto voltaje.
El aluminio puro tiene una densidad relativamente baja, pero las aleaciones de aluminio tienen una densidad y dureza mucho mejores.
Actualmente, las aleaciones de aluminio se utilizan ampliamente en aviones, automóviles, trenes, construcción naval y otras industrias manufactureras.
Además, también se utilizan grandes cantidades de aluminio y sus aleaciones en cohetes espaciales, naves espaciales y satélites artificiales.
Importancia de herramientas de corte adecuadas para aluminio
Elegir la herramienta de corte de aluminio adecuada puede garantizar una alta precisión de corte y calidad de trabajo, cumpliendo con los requisitos de corte de diversas especificaciones de aleaciones de aluminio.
El corte profesional se puede realizar según las necesidades, evitando desperdicios de materias primas y evitando pérdidas importantes o impactos negativos.
Elegir una marca profesional y confiable de herramientas de corte de aluminio puede garantizar un rendimiento estable y eficiente durante el trabajo.
Las funciones son confiables y estables, sin riesgos de seguridad, y el proceso de operación y uso es simple y sin preocupaciones.
No hay necesidad de preocuparse por un mal funcionamiento repentino o pérdida de material, lo que lo hace adecuado para demandas de uso específicas en diversos entornos de trabajo.
En esta publicación, haremos todo lo posible para ayudarlo a seleccionar las mejores herramientas de corte para sus proyectos de aluminio.
Comprender el aluminio y sus propiedades únicas
Las dos características destacadas del aluminio son su ligereza y su resistencia a la corrosión. Además, tiene las siguientes características:
1. El aluminio tiene una densidad baja, sólo 2,7 g/cm³. Aunque es relativamente blando, se puede fabricar en varias aleaciones de aluminio, como aluminio duro, aluminio ultraduro, aluminio resistente a la oxidación y aluminio fundido.
2. La conductividad eléctrica del aluminio ocupa el segundo lugar después de la plata, el cobre y el oro. Aunque su conductividad es sólo 2/3 de la del cobre, su densidad es sólo 1/3 de la del cobre.
Por lo tanto, cuando se transmite la misma cantidad de electricidad, los cables de aluminio pesan solo la mitad que los cables de cobre.
La película de óxido en la superficie del aluminio no solo tiene resistencia a la corrosión, sino que también tiene una cierta capacidad de aislamiento, lo que hace que el aluminio se utilice ampliamente en la industria de fabricación eléctrica, la industria de alambres y cables y la industria de la radio.
3. El aluminio tiene buena ductilidad, sólo superado por el oro y la plata. Se puede convertir en papel de aluminio de un grosor inferior a 0,01 mm a 100 ℃ ~ 150 ℃.
Estas láminas de aluminio se utilizan mucho para envasar cigarrillos, dulces, etc.
También se pueden convertir en alambres y barras de aluminio y se pueden laminar para obtener diversos productos de aluminio.
Tipos de herramientas de corte de aluminio
Herramientas manuales
1. Sierras
Una sierra es una herramienta de corte que consta de un marco y una hoja, comúnmente utilizada en carpintería en obras de construcción.
2. Recortes de aviación
Las tijeras de aviación están hechas de acero de aleación resistente y son adecuadas para cortar láminas delgadas de metal, aluminio, plástico y otros materiales. Vienen en variedades de corte izquierdo, derecho y recto. La calidad de los cortes incide en el tipo de cuchillas que tengan.
3. Mordedores
Los mordisqueadores son herramientas mecánicas comúnmente utilizadas en la fabricación de modelos para cortar plástico o metal en los puntos de conexión, ahorrando tiempo y esfuerzo en comparación con el giro manual.
Tienen forma de tijera con cabezas más pequeñas y gruesas que las tijeras normales, similar a la mitad posterior de los alicates. Algunos cortadores están diseñados para cortar cables, mientras que otros tienen la función de pelar cables.
herramientas electricas
1. Sierras circulares
Una sierra circular es una herramienta dentada que se utiliza para cortar acero. Las sierras circulares para metal pueden cortar acero fácilmente, como cortar un 2×4 con un tubo tradicional.
En comparación con los productos anteriores, las sierras circulares utilizan materiales y diseños de dientes únicos que permiten un corte de metal más rápido, un mejor manejo de las virutas y ninguna transferencia de calor durante el proceso de corte.
2. Rompecabezas
Las sierras de calar son máquinas de sierra en las que la hoja está montada sobre una guía deslizante (o rodillo) que se mueve a lo largo de la pista. El proceso de aserrado se realiza mediante un mecanismo de alimentación.
3. Sierras de cinta
Las sierras de cinta son máquinas herramienta que se utilizan para cortar diversos materiales metálicos. Se clasifican en tipos horizontales y verticales según su estructura, y semiautomáticos, totalmente automáticos y CNC según su función.
Las sierras de cinta horizontales se pueden dividir en tipos de doble columna y de tijera.
4. Enrutadores CNC
Los enrutadores CNC pueden realizar tallado en relieve, tallado plano, tallado hueco y otras tareas en aleaciones de aluminio, cobre, madera eléctrica, madera, jade, vidrio, plástico, acrílico y otros materiales. Tienen alta velocidad y precisión de tallado.
Materiales de herramientas
1. Acero de alta velocidad (HSS)
El acero rápido es un tipo de acero para herramientas de alta aleación al que se le añaden elementos de aleación como tungsteno, molibdeno, cromo, vanadio, etc. Tiene alta resistencia y tenacidad, así como cierta dureza y resistencia al desgaste, lo que lo hace adecuado para diversos requisitos de herramientas de corte.
El proceso de fabricación de las herramientas HSS es simple y se pueden afilar fácilmente hasta obtener un filo afilado.
Por lo tanto, a pesar de la aparición de varios tipos nuevos de materiales para herramientas, las herramientas HSS todavía representan una gran proporción del corte de metales. Son adecuados para mecanizar metales no ferrosos y aleaciones de alta temperatura.
Debido a las propiedades mencionadas anteriormente, las fresas para fundición ascendente, fresado de canales transversales y fresado de canales de expansión en el mecanizado de pistones utilizan material HSS, mientras que las brocas están hechas de HSS.
2. Carburo
El carburo se fabrica mediante pulvimetalurgia a partir de carburos metálicos difíciles de fundir (como WC, TiC, TaC, NbC, etc.) y aglutinantes metálicos (como Co, Ni, etc.).
Debido a que los carburos tienen altos puntos de fusión, alta dureza, buena estabilidad química y estabilidad térmica, la dureza, resistencia al desgaste y resistencia al calor de los materiales de carburo son muy altas.
La dureza del carburo comúnmente utilizada es 89~93HRA, mayor que la del HSS (83~86,6HRA). A 800 ~ 1000 ℃, todavía puede realizar cortes. A 540°C, la dureza del carburo es de 82~87HRA, y a 760°C, la dureza aún se puede mantener en 77~85HRA.
Por lo tanto, el rendimiento de corte del carburo es mucho mejor que el del HSS y la durabilidad de la herramienta se puede mejorar entre varias y docenas de veces. Cuando la durabilidad es la misma, la velocidad de corte se puede aumentar de 4 a 10 veces.
Actualmente, nuestra empresa utiliza principalmente YG6 e YGX en herramientas de carburo de grado WC-TiC-Co. YT15 y otros carburos de grado WC-TiC-Co se utilizan para mecanizado en desbaste, semiacabado y algunos procesos de acabado en el mecanizado de pistones.
3. Diamante policristalino (PCD)
El diamante es actualmente el material mineral más duro que se conoce y con mejor conductividad térmica. Su desgaste cuando se combina con diversos metales y materiales no metálicos bajo fricción es sólo de 1/50 a 1/800 del del carburo, lo que lo convierte en el material ideal para fabricar herramientas de corte.
Sin embargo, los diamantes monocristalinos naturales sólo se utilizan para el mecanizado de ultraprecisión de joyas y ciertos metales no ferrosos.
Aunque empresas como De Beers y Sumitomo Electric han logrado la producción industrial de diamantes artificiales monocristalinos de partículas grandes, todavía no han entrado en una fase de aplicación extensiva.
El filo de una herramienta de diamante es extremadamente afilado (lo cual es importante para cortar virutas con una sección transversal muy pequeña) y la rugosidad de la hoja es pequeña, con un bajo coeficiente de fricción. El proceso de corte no produce fácilmente grumos de viruta, lo que da como resultado una alta calidad de la superficie durante el mecanizado.
Al mecanizar metales no ferrosos, la rugosidad de la superficie puede alcanzar Ra0,012 µm y la precisión del mecanizado puede alcanzar IT5 o superior.
Hay tres tipos de herramientas de diamante: herramientas de diamante natural monocristalino, herramientas de diamante policristalino artificial completo y herramientas de diamante compuesto.
Debido a su alto costo, las herramientas de diamante natural se utilizan menos en la producción real. Los diamantes artificiales se forman mediante la transformación del grafito a alta temperatura y presión mediante la acción de catalizadores de aleación.
Los discos de diamante compuesto se forman sinterizando una capa de diamante de aproximadamente 0,5 ~ 1 µm de espesor sobre un sustrato de carburo mediante procesos avanzados como alta temperatura y alta presión.
Este material utiliza carburo como sustrato y sus propiedades mecánicas, conductividad térmica y coeficiente de expansión son similares a las del carburo.
Los cristales de diamante en el abrasivo de diamante policristalino artificial sobre el sustrato están dispuestos de manera irregular y su dureza y resistencia al desgaste son uniformes en todas las direcciones.
El diamante policristalino (PCD) se forma sinterizando microcristales de diamante artificial tamizados a alta temperatura y presión. Durante el proceso de sinterización, la adición de aditivos permite la formación de puentes de conexión entre cristales de diamante, compuestos principalmente por TiC, SiC, Fe, Co y Ni.
Los cristales de diamante están firmemente incrustados en un fuerte esqueleto formado por el puente estructural, que se mantiene unido mediante enlaces covalentes, lo que mejora enormemente la resistencia y dureza del PCD.
Su dureza es de aproximadamente 9000HV, su resistencia a la flexión es de 0,21~0,48 GPa, su conductividad térmica es de 20,9J/cm sμ℃ y su coeficiente de expansión térmica es de 3,1×10-6/℃.
La mayoría de las herramientas de corte de PCD que se utilizan hoy en día son compuestos de PCD y sustratos de carburo, con una capa de PCD sinterizada sobre el sustrato de carburo.
El espesor del PCD es generalmente de 0,5 mm y 0,8 mm y, debido a la conductividad del puente de unión de PCD, es fácil de cortar en varias formas y fabricar varias herramientas, y el costo es mucho menor que el de los diamantes naturales.
El diamante policristalino (PCD) puede mecanizar diversos metales no ferrosos y materiales no metálicos de alto rendimiento que son extremadamente resistentes al desgaste, como aluminio, cobre, magnesio y sus aleaciones, carburo, plásticos reforzados con fibra y materiales compuestos a base de metal. , materiales de madera, compuestos a base de agua, etc.
El tamaño promedio de las partículas de diamante en el material de herramienta PCD es diferente, lo que afecta su rendimiento de manera diferente.
Cuanto mayor sea el tamaño de las partículas, mayor será su resistencia al desgaste. Con cantidades similares de procesamiento de vanguardia, cuanto menor sea el tamaño de las partículas, mejor será la calidad de la vanguardia.
Las herramientas de PCD con tamaños de partículas de 10~25 µm se pueden utilizar para el corte a alta velocidad de aleaciones de silicio-aluminio con un contenido de Si de 12~18 a velocidades de 500~1500 m/min, mientras que las PCD con tamaños de partículas de 8 ~9 µm se utilizan para Procesar aleaciones de aluminio con un contenido de Si inferior al 12%.
Para el mecanizado de ultraprecisión, se deben seleccionar herramientas PCD con tamaños de partículas más pequeños. La resistencia al desgaste del PCD se debilita a temperaturas superiores a 700°C porque su estructura contiene Co metal, que promueve la “reacción inversa” de la transformación del diamante en grafito.
PCD tiene buena resistencia a la fractura y puede realizar cortes intermitentes. Puede fresar aleaciones de aluminio con un 10 % de contenido de Si a una alta velocidad de 2500 m/min.
La alta dureza, resistencia al desgaste, conductividad térmica y bajo coeficiente de fricción de los materiales de diamante pueden lograr alta precisión, alta eficiencia, alta estabilidad y alta suavidad superficial en el procesamiento de metales no ferrosos y materiales no metálicos resistentes al desgaste.
Al cortar metales no ferrosos, la vida útil de las herramientas de corte de PCD es decenas o incluso cientos de veces mayor que la del carburador cementado.
4. Nitruro de boro cúbico (CBN)
El nitruro de boro cúbico (CBN) es un nuevo tipo de material sintético artificial desarrollado en la década de 1950. Tiene alta dureza y buena resistencia al desgaste y se utiliza ampliamente en la industria del mecanizado.
El nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN) se produce sinterizando micropolvo de CBN con una pequeña cantidad de fase aglutinante (Co, Ni o TiC, TiN, Al2O3) y un catalizador a alta temperatura y presión.
Tiene alta dureza (solo superada por el diamante) y resistencia al calor (1300 ~ 1500 ℃), excelente estabilidad química, estabilidad térmica mucho mayor (hasta 1400 ℃) y conductividad térmica que las herramientas de diamante, bajo coeficiente de fricción pero menor resistencia.
En comparación con el diamante, las ventajas notables del PCBN son una estabilidad térmica mucho mayor, hasta 1200 ℃ (el diamante es 700 ~ 800 ℃) y puede soportar velocidades de corte más altas; Otra ventaja notable es su gran inercia química, que no reacciona con metales ferrosos a 1200~1300°C y puede usarse para el procesamiento de acero.
Por lo tanto, las herramientas PCBN se utilizan principalmente para el procesamiento eficiente de materiales negros difíciles de mecanizar.
Además de las características anteriores, las herramientas PCBN también tienen las siguientes ventajas:
(1) alta dureza, especialmente adecuada para mecanizar acero templado y templado con HRC de 50 o más, aleaciones resistentes al calor con HRC de 35 o más y hierro fundido gris con HRC de 30 o menos que son difíciles de mecanizar con otras herramientas. ;
(2) en comparación con las herramientas de carburo, tienen una alta velocidad de corte y pueden lograr un corte eficiente y de alta velocidad;
(3) buena resistencia al desgaste, alta durabilidad de la herramienta (10 a 100 veces mayor que la de las herramientas de carburo) y capacidad de obtener una mejor calidad superficial de la pieza de trabajo, logrando el rectificado mediante torneado.
La desventaja de las herramientas PCBN es que su resistencia al impacto es peor que la de las herramientas de carburo, por lo que al usarlas, se debe prestar atención a mejorar la rigidez del sistema de proceso y evitar el corte por impacto.
PCBN se puede convertir en hojas integrales o en hojas compuestas combinadas con carburo. Las láminas compuestas de PCBN tienen una capa de PCBN de 0,5 ~ 1,0 mm de espesor sinterizada sobre un sustrato de carburo, que tiene buena tenacidad y alta dureza y resistencia al desgaste.
El rendimiento del PCBN depende principalmente del tamaño de partícula de CBN, del contenido de CBN y del tipo de aglutinante.
Según su estructura, se puede dividir en dos categorías: una está unida directamente por cristales de CBN, con alto contenido de CBN (superior al 70%), alta dureza y adecuada para el procesamiento de corte de aleaciones resistentes al calor, hierro fundido y metales. sinterizado con hierro;
El otro está basado en cristales de CBN, sinterizados mediante aglutinantes cerámicos (principalmente TiN, TiC, TiCN, AlN, Al203, etc.), con bajo contenido en CBN (inferior al 70%), baja dureza, y apto para mecanizado de corte templado y templado. acero.
Las herramientas de nitruro de boro cúbico se utilizan para tornear ranuras de anillos de hierro fundido con incrustaciones de anillos de pistón, así como para mecanizar moldes de contacto sólido de pistón.
5. Cerámica
Las principales ventajas de las herramientas de corte cerámicas son: alta dureza y resistencia al desgaste, con una dureza a temperatura ambiente de 91-95HRC; alta resistencia al calor, con dureza de 80HRC a alta temperatura de 1200 ℃; y reducción mínima de la resistencia a la flexión y la tenacidad en condiciones de alta temperatura.
También exhiben una alta estabilidad química, ya que las cerámicas tienen una baja afinidad por los metales, buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas y no interactúan con el acero incluso a temperaturas de fusión.
Por lo tanto, hay menos unión, difusión, oxidación y desgaste de la herramienta de corte. Tienen un coeficiente de fricción más bajo, lo que dificulta que las virutas se adhieran a la herramienta y formen nidos de virutas.
Las desventajas de los cuchillos cerámicos son su fragilidad, baja resistencia y tenacidad, con sólo 1/2 a 1/5 de la resistencia a la flexión de las aleaciones duras.
Por lo tanto, se deben seleccionar parámetros geométricos y cantidades de corte apropiados al usarlos para evitar cargas de impacto que puedan causar astillamiento o rotura de la hoja.
Además, los cuchillos cerámicos tienen una baja conductividad térmica, solo de 1/2 a 1/5 de la de las aleaciones duras, con coeficientes de expansión térmica entre un 10 y un 30 % más altos que las aleaciones duras, lo que da como resultado una baja resistencia al choque térmico.
Actualmente, las herramientas de corte cerámicas no se han aplicado al procesamiento de pistones de aluminio.
Características esenciales de las herramientas de corte de aluminio
1. Alta dureza y resistencia al desgaste.
La dureza es una característica fundamental que deben poseer los materiales de las herramientas de corte. Para cortar virutas de una pieza de trabajo, la dureza de la herramienta debe ser mayor que la del material de la pieza de trabajo. La dureza del filo de las herramientas utilizadas para cortar metal es generalmente superior a 60 HRC. La resistencia al desgaste se refiere a la capacidad de un material para resistir el desgaste.
Generalmente, cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta de corte, mejor será su resistencia al desgaste. Los puntos duros de la estructura (como carburos y nitruros) con mayor dureza, mayor cantidad, partículas más pequeñas y distribución más uniforme tienen mejor resistencia al desgaste.
La resistencia al desgaste también está relacionada con la composición química del material, resistencia, microestructura y temperatura del área de fricción. La resistencia al desgaste WR se puede expresar mediante la fórmula:
WR = KIC0.5E-0.8H1.43
Donde H es la dureza del material (GPa). Cuanto mayor sea la dureza, mejor será la resistencia al desgaste.
KIC es la tenacidad a la fractura del material (MPa·m½). Cuanto mayor sea el valor KIC, menor será la fractura del material causada por la tensión y mejor será la resistencia al desgaste.
E es el módulo de elasticidad del material (GPa). Cuando E es pequeño, ayuda a producir menores tensiones provocadas por las microdeformaciones provocadas por los granos abrasivos, lo que conduce a una mejor resistencia al desgaste.
2. Fuerza y resistencia adecuadas
Para evitar que la hoja se astille o rompa durante el uso cuando se la somete a gran presión, impactos y vibraciones durante el proceso de corte, los materiales de las herramientas de corte deben tener suficiente resistencia y dureza.
3. Alta resistencia al calor (estabilidad térmica)
La resistencia al calor es el principal indicador para medir el rendimiento de corte de los materiales de las herramientas de corte. Se refiere a la capacidad del material de una herramienta de corte para mantener un cierto nivel de dureza, resistencia al desgaste, resistencia y tenacidad en condiciones de alta temperatura.
Los materiales de las herramientas de corte también deben tener la capacidad de resistir la oxidación, la unión y la difusión a altas temperaturas, lo que significa que deben exhibir una buena estabilidad química.
4. Buenas propiedades termofísicas y resistencia al choque térmico.
Cuanto mejor sea la conductividad térmica del material de la herramienta de corte, más fácil será que el calor de corte se difunda fuera del área de corte, lo que ayuda a reducir la temperatura de corte.
Durante el corte intermitente o cuando se utiliza un fluido de corte, la herramienta a menudo experimenta un choque térmico severo (cambios rápidos de temperatura), lo que resulta en grietas dentro de la herramienta que pueden causar roturas.
La capacidad del material para resistir el choque térmico se puede expresar mediante su coeficiente de resistencia al choque térmico R:
R = λσb(1-μ)/Eα
Donde λ es el coeficiente de conductividad térmica, σb es la resistencia a la tracción, µ es la relación de Poisson, E es el módulo de elasticidad y α es el coeficiente de expansión térmica.
Un coeficiente de conductividad térmica más alto facilita la disipación del calor, reduciendo el gradiente de temperatura en la superficie de la herramienta.
Un coeficiente de expansión térmica más bajo reduce la deformación térmica, y un módulo de elasticidad más bajo puede disminuir la magnitud de las tensiones alternas resultantes de la deformación térmica, ayudando así a mejorar la resistencia al choque térmico del material.
Los materiales para herramientas de corte con buena resistencia al choque térmico pueden utilizar fluidos de corte durante los procesos de mecanizado.
5. Buena procesabilidad
Para facilitar la fabricación de herramientas, los materiales de las herramientas de corte requieren una buena procesabilidad, como propiedades de forjado, propiedades de tratamiento térmico, propiedades de deformación plástica a alta temperatura y propiedades de procesamiento de rectificado.
6. Eficiencia Económica
La eficiencia económica es uno de los indicadores importantes de los materiales de las herramientas de corte. Aunque los materiales de herramientas de corte de alta calidad pueden tener costos unitarios elevados, su vida útil más larga no necesariamente resulta en costos elevados por componente.
Por lo tanto, al seleccionar materiales para herramientas de corte, se debe considerar de manera integral su impacto económico.
Consejos para cortar aluminio con éxito
1. Elegir la hoja de sierra adecuada:
Los perfiles de aluminio industriales tienen una dureza menor en comparación con el acero, lo que los hace relativamente fáciles de cortar. Sin embargo, debido a su falta de dureza, también tienden a adherirse a la hoja. Por lo tanto, es importante utilizar cuchillas afiladas y reemplazarlas periódicamente.
2. Elección del lubricante adecuado:
Si corta perfiles de aluminio sin utilizar lubricante, la superficie de corte tendrá muchas rebabas que serán difíciles de limpiar. Esto también dañará la hoja de sierra.
3. Controlar el ángulo de corte:
La mayoría de los perfiles de aluminio industriales se cortan en ángulos rectos, mientras que algunos requieren cortes en ángulos como, por ejemplo, de 45 grados. Al cortar en ángulo, es importante controlar el ángulo con cuidado. Lo mejor es utilizar una sierra CNC para este fin.
Consideraciones de Seguridad
1. Antes de iniciar la operación, debemos operar la máquina durante un minuto para comprobar si funciona bien antes de continuar con la operación.
2. Al cortar perfiles de aluminio, los operadores deben centrar su atención y prohibir estrictamente mirar a su alrededor o jugar.
3. Al cortar perfiles de aluminio, espere hasta que la hoja de sierra alcance la velocidad normal antes de cortar. No opere la máquina sin la cubierta protectora colocada y mantenga las manos al menos a 15 cm de distancia de la cuchilla.
4. Durante el funcionamiento de una máquina cortadora completamente automática, no suelte el dispositivo de sujeción del cilindro para retirar el perfil de aluminio aserrado hasta que la hoja de sierra se detenga. No limpie virutas de aluminio de la máquina.
5. Cuando la máquina cortadora está funcionando, el operador no debe pararse directamente frente a la hoja de la sierra y el brazo no debe extenderse más allá de la mesa de operaciones.
6. Si ocurre algún fenómeno inusual durante el funcionamiento de la máquina (humo, ruido anormal, calor, chispas, etc.), apague inmediatamente la alimentación y solicite a un profesional que inspeccione y repare la máquina.
La producción segura es responsabilidad de cada fábrica, lo que requiere seguir el orden y los principios de procesamiento, capacitar periódicamente a los empleados y reducir los riesgos de seguridad innecesarios.
Los propios perfiles de aluminio tienen un peso determinado, por lo que para cortarlos se necesitan dos o más personas para garantizar un corte suave.
Conclusión
El texto anterior es el contenido de este artículo. Espero que sea de utilidad para todos. Si hay algo que no entiendes, deja un comentario al final del artículo.
