Breve visão geral do alumínio e suas aplicações
A densidade do alumínio é de 2,7g/cm³ (um terço da do ferro e do cobre), com boa ductilidade e condutividade elétrica dois terços da do fio de cobre, mas com apenas um terço do peso e preço menor.
É amplamente utilizado na fabricação de fios, cabos e indústrias de rádio de alta tensão.
O alumínio puro tem uma densidade relativamente baixa, mas as ligas de alumínio melhoraram muito a densidade e a dureza.
Atualmente, as ligas de alumínio são amplamente utilizadas em aeronaves, automóveis, trens, construção naval e outras indústrias manufatureiras.
Além disso, grandes quantidades de alumínio e suas ligas também são utilizadas em foguetes espaciais, naves espaciais e satélites artificiais.
Importância de ferramentas de corte adequadas para alumínio
A escolha da ferramenta de corte de alumínio apropriada pode garantir alta precisão de corte e qualidade de trabalho, atendendo aos requisitos de corte de várias especificações de liga de alumínio.
O corte profissional pode ser realizado de acordo com a necessidade, evitando desperdício de matéria-prima e evitando perdas significativas ou impactos negativos.
A escolha de uma marca profissional e confiável de ferramentas de corte de alumínio pode garantir um desempenho estável e eficiente durante o trabalho.
As funções são confiáveis e estáveis, sem riscos de segurança, e o processo de operação e uso é simples e sem preocupações.
Não há necessidade de se preocupar com mau funcionamento repentino ou perda de material, tornando-o adequado para demandas específicas de uso em diversos ambientes de trabalho.
Neste post, faremos o possível para ajudá-lo a selecionar as melhores ferramentas de corte para seus projetos de alumínio.
Compreendendo o alumínio e suas propriedades únicas
As duas características proeminentes do alumínio são sua leveza e resistência à corrosão. Além disso, possui as seguintes características:
1. O alumínio tem uma densidade pequena, apenas 2,7g/cm³. Embora seja relativamente macio, pode ser transformado em várias ligas de alumínio, como alumínio duro, alumínio ultraduro, alumínio resistente à ferrugem e alumínio fundido.
2. A condutividade elétrica do alumínio ocupa o segundo lugar, depois da prata, cobre e ouro. Embora sua condutividade seja apenas 2/3 da do cobre, sua densidade é apenas 1/3 da do cobre.
Portanto, ao transmitir a mesma quantidade de eletricidade, os fios de alumínio têm apenas metade do peso dos fios de cobre.
O filme de óxido na superfície do alumínio não só tem resistência à corrosão, mas também tem uma certa capacidade de isolamento, tornando o alumínio amplamente utilizado na indústria de fabricação elétrica, na indústria de fios e cabos e na indústria de rádio.
3. O alumínio tem boa ductilidade, perdendo apenas para ouro e prata. Pode ser transformado em folha de alumínio mais fina que 0,01 mm a 100 ℃ ~ 150 ℃.
Essas folhas de alumínio são amplamente utilizadas para embalar cigarros, doces, etc.
Eles também podem ser transformados em fios e barras de alumínio e podem ser laminados em vários produtos de alumínio.
Tipos de ferramentas de corte de alumínio
Ferramentas de mão
1. Serras
Uma serra é uma ferramenta de corte composta por uma moldura e uma lâmina, comumente usada em marcenaria em canteiros de obras.
2. Recortes de aviação
As tesouras de aviação são feitas de liga de aço resistente e são adequadas para cortar chapas finas de metal, alumínio, plástico e outros materiais. Eles vêm em variedades de corte à esquerda, corte à direita e corte reto. A qualidade dos recortes afeta o tipo de lâminas que possuem.
3. Mordedores
Nibblers são ferramentas mecânicas comumente usadas na fabricação de modelos para cortar plástico ou metal em pontos de conexão, economizando tempo e esforço em comparação com a torção manual.
Eles têm formato de tesoura com cabeças menores e mais grossas do que as tesouras normais, semelhante à metade posterior de um alicate. Alguns cortadores são projetados para cortar fios, enquanto outros têm a função de descascar fios.
Ferramentas elétricas
1. Serras circulares
Uma serra circular é uma ferramenta dentada usada para cortar aço. As serras circulares de metal podem cortar aço facilmente, assim como cortar 2 × 4 com um tubo tradicional.
Em comparação com produtos anteriores, as serras circulares usam materiais e designs de dentes exclusivos que permitem um corte de metal mais rápido, melhor manuseio de cavacos e nenhuma transferência de calor durante o processo de corte.
2. Quebra-cabeças
As serras verticais são máquinas de serrar nas quais a lâmina é montada em uma guia deslizante (ou rolo) que se move ao longo da pista. O processo de serragem é realizado através de um mecanismo de alimentação.
3. Serras de fita
Serras de fita são máquinas-ferramentas usadas para cortar vários materiais metálicos. São classificados em tipos horizontais e verticais de acordo com sua estrutura, e tipos semiautomáticos, totalmente automáticos e CNC de acordo com sua função.
As serras de fita horizontais podem ser divididas em tipos de coluna dupla e tesoura.
4. Roteadores CNC
Os roteadores CNC podem realizar entalhes em relevo, entalhes planos, entalhes ocos e outras tarefas em ligas de alumínio, cobre, madeira elétrica, madeira, jade, vidro, plástico, acrílico e outros materiais. Eles têm alta velocidade e precisão de escultura.
Materiais de ferramentas
1. Aço rápido (HSS)
O aço rápido é um tipo de aço para ferramentas de alta liga com elementos de liga adicionados, como tungstênio, molibdênio, cromo, vanádio, etc. Possui alta resistência e tenacidade, bem como certa dureza e resistência ao desgaste, tornando-o adequado para diversos requisitos de ferramentas de corte.
O processo de fabricação de ferramentas HSS é simples e elas podem ser facilmente afiadas até obter uma aresta de corte afiada.
Portanto, apesar do surgimento de vários novos tipos de materiais para ferramentas, as ferramentas HSS ainda representam uma grande proporção no corte de metal. Eles são adequados para usinagem de metais não ferrosos e ligas de alta temperatura.
Devido às propriedades mencionadas acima, as fresas para fundição de risers, fresamento de canais transversais e fresamento de canais de expansão na usinagem de pistão usam material HSS, enquanto as brocas são feitas de HSS.
2. Carboneto
O carboneto é feito por metalurgia do pó a partir de carbonetos metálicos difíceis de derreter (como WC, TiC, TaC, NbC, etc.) e ligantes metálicos (como Co, Ni, etc.).
Como os carbonetos têm altos pontos de fusão, alta dureza, boa estabilidade química e estabilidade térmica, a dureza, a resistência ao desgaste e a resistência ao calor dos materiais de metal duro são muito altas.
A dureza comumente usada do metal duro é 89 ~ 93HRA, superior à do HSS (83 ~ 86,6HRA). A 800 ~ 1000 ℃, ainda pode realizar cortes. A 540°C, a dureza do metal duro é de 82~87HRA, e a 760°C, a dureza ainda pode ser mantida em 77~85HRA.
Portanto, o desempenho de corte do metal duro é muito melhor do que o do HSS, e a durabilidade da ferramenta pode ser melhorada de várias a dezenas de vezes. Quando a durabilidade é a mesma, a velocidade de corte pode ser aumentada de 4 a 10 vezes.
Atualmente, nossa empresa usa principalmente YG6 e YGX na classe WC-TiC-Co de ferramentas de metal duro. YT15 e outros carbonetos da classe WC-TiC-Co são usados para usinagem de desbaste, semiacabamento e alguns processos de acabamento na usinagem de pistão.
3. Diamante policristalino (PCD)
O diamante é atualmente o material mineral mais duro conhecido, com a melhor condutividade térmica. Seu desgaste quando combinado com vários metais e materiais não metálicos sob fricção é de apenas 1/50 a 1/800 do metal duro, tornando-o o material ideal para a fabricação de ferramentas de corte.
No entanto, os diamantes monocristalinos naturais são usados apenas para usinagem de ultraprecisão de joias e certos metais não ferrosos.
Embora a produção industrial de diamantes artificiais de cristal único de partículas grandes tenha sido alcançada por empresas como De Beers e Sumitomo Electric, eles ainda não entraram numa fase de aplicação extensiva.
A aresta de corte de uma ferramenta diamantada é extremamente afiada (o que é importante para cortar cavacos de seção transversal muito pequena), e a rugosidade da lâmina é pequena, com baixo coeficiente de atrito. O processo de corte não produz facilmente grumos de cavacos, resultando em alta qualidade superficial durante a usinagem.
Ao usinar metais não ferrosos, a rugosidade da superfície pode atingir Ra0,012 µm e a precisão da usinagem pode atingir IT5 ou superior.
Existem três tipos de ferramentas diamantadas: ferramentas diamantadas naturais de cristal único, ferramentas diamantadas policristalinas artificiais integrais e ferramentas diamantadas compostas.
Devido ao seu alto custo, as ferramentas de diamante natural são menos utilizadas na produção real. Os diamantes artificiais são formados pela transformação do grafite sob alta temperatura e pressão através da ação de catalisadores de liga.
As lâminas compostas de diamante são formadas pela sinterização de uma camada de diamante com aproximadamente 0,5 ~ 1 µm de espessura em um substrato de metal duro usando processos avançados, como alta temperatura e alta pressão.
Este material utiliza metal duro como substrato e suas propriedades mecânicas, condutividade térmica e coeficiente de expansão são semelhantes às do metal duro.
Os cristais de diamante no abrasivo de diamante policristalino artificial no substrato estão dispostos irregularmente e sua dureza e resistência ao desgaste são uniformes em todas as direções.
O diamante policristalino (PCD) é formado pela sinterização de microcristais de diamante artificial peneirados sob alta temperatura e pressão. Durante o processo de sinterização, a adição de aditivos permite a formação de pontes de ligação entre os cristais de diamante, compostos principalmente por TiC, SiC, Fe, Co e Ni.
Os cristais de diamante estão firmemente incorporados em um esqueleto forte formado pela ponte estrutural, que é mantida unida por ligações covalentes, melhorando muito a resistência e a tenacidade do PCD.
Sua dureza é de cerca de 9000HV, a resistência à flexão é de 0,21 ~ 0,48 GPa, a condutividade térmica é de 20,9J/cm·sµ℃ e o coeficiente de expansão térmica é de 3,1×10-6/℃.
A maioria das ferramentas de corte de PCD usadas atualmente são compósitos de PCD e substratos de metal duro, com uma camada de PCD sinterizada no substrato de metal duro.
A espessura do PCD é geralmente de 0,5 mm e 0,8 mm e, devido à condutividade da ponte de ligação do PCD, é fácil cortar em vários formatos e fazer várias ferramentas, e o custo é muito menor que o dos diamantes naturais.
O diamante policristalino (PCD) pode usinar vários metais não ferrosos e materiais não metálicos de alto desempenho extremamente resistentes ao desgaste, como alumínio, cobre, magnésio e suas ligas, carboneto, plásticos reforçados com fibra, materiais compósitos à base de metal, madeira materiais compósitos à base de água, etc.
O tamanho médio das partículas de diamante no material da ferramenta PCD é diferente, o que afeta seu desempenho de forma diferente.
Quanto maior o tamanho da partícula, maior será sua resistência ao desgaste. Sob quantidades de processamento de aresta de corte semelhantes, quanto menor o tamanho da partícula, melhor será a qualidade da aresta de corte.
Ferramentas de PCD com tamanhos de partículas de 10~25µm podem ser usadas para corte em alta velocidade de ligas de silício-alumínio com teor de Si de 12~18 a velocidades de 500~1500m/min, enquanto PCDs com tamanhos de partículas de 8~9µm são usadas para processar ligas de alumínio com teor de Si inferior a 12%.
Para usinagem de ultraprecisão, ferramentas de PCD com tamanhos de partículas menores devem ser selecionadas. A resistência ao desgaste do PCD enfraquece em temperaturas acima de 700°C porque sua estrutura contém metal Co, que promove a “reação reversa” da transformação do diamante em grafite.
O PCD tem boa resistência à fratura e pode realizar cortes intermitentes. Pode fresar liga de alumínio com teor de Si de 10% a uma alta velocidade de 2500m/min.
A alta dureza, resistência ao desgaste, condutividade térmica e baixo coeficiente de atrito dos materiais diamantados podem alcançar alta precisão, alta eficiência, alta estabilidade e alta suavidade superficial no processamento de metais não ferrosos e materiais não metálicos resistentes ao desgaste.
Ao cortar metais não ferrosos, a vida útil das ferramentas de corte PCD é dezenas ou até centenas de vezes maior que a do carburador cimentado
4. Nitreto cúbico de boro (CBN)
O nitreto cúbico de boro (CBN) é um novo tipo de material sintético artificial desenvolvido na década de 1950. Possui alta dureza e boa resistência ao desgaste, sendo amplamente utilizado na indústria de usinagem.
O nitreto cúbico de boro policristalino (PCBN) é produzido pela sinterização de micropó de CBN com uma pequena quantidade de fase aglutinante (Co, Ni ou TiC, TiN, Al203) e um catalisador em alta temperatura e pressão.
Possui alta dureza (perdendo apenas para o diamante) e resistência ao calor (1300 ~ 1500 ℃), excelente estabilidade química, estabilidade térmica muito maior (até 1400 ℃) e condutividade térmica do que ferramentas diamantadas, baixo coeficiente de atrito, mas menor resistência.
Em comparação com o diamante, as vantagens notáveis do PCBN são estabilidade térmica muito maior, até 1200 ℃ (o diamante é 700 ~ 800 ℃) e pode suportar velocidades de corte mais altas; outra vantagem notável é sua grande inércia química, que não reage com metais ferrosos a 1200~1300°C e pode ser usada para processamento de aço.
Portanto, as ferramentas PCBN são usadas principalmente para processamento eficiente de materiais pretos difíceis de usinar.
Além das características acima, as ferramentas PCBN também apresentam as seguintes vantagens:
(1) alta dureza, especialmente adequada para usinagem de aço temperado e endurecido com HRC de 50 ou mais, ligas resistentes ao calor com HRC de 35 ou mais e ferro fundido cinzento com HRC de 30 ou menos que são difíceis de usinar com outras ferramentas;
(2) em comparação com ferramentas de metal duro, elas têm alta velocidade de corte e podem atingir corte eficiente e de alta velocidade;
(3) boa resistência ao desgaste, alta durabilidade da ferramenta (10-100 vezes maior que as ferramentas de metal duro), e capaz de obter melhor qualidade superficial da peça, conseguindo retificação por torneamento.
A desvantagem das ferramentas PCBN é que sua resistência ao impacto é pior do que a das ferramentas de metal duro, portanto, ao utilizá-las, deve-se prestar atenção para melhorar a rigidez do sistema de processo e evitar o corte por impacto.
O PCBN pode ser transformado em lâminas integrais ou lâminas compostas combinadas com metal duro. As lâminas compostas de PCBN têm uma camada de PCBN de 0,5 ~ 1,0 mm de espessura sinterizada em um substrato de metal duro, que possui boa tenacidade e alta dureza e resistência ao desgaste.
O desempenho do PCBN depende principalmente do tamanho da partícula do CBN, do conteúdo do CBN e do tipo de aglutinante.
De acordo com sua estrutura, pode ser dividido em duas categorias: uma é ligada diretamente por cristais de CBN, com alto teor de CBN (acima de 70%), alta dureza e adequada para processamento de corte de ligas resistentes ao calor, ferro fundido, e metais sinterizados com ferro;
O outro é baseado em cristais de CBN, sinterizados por ligantes cerâmicos (principalmente TiN, TiC, TiCN, AlN, Al203, etc.), com baixo teor de CBN (abaixo de 70%), baixa dureza, e adequado para usinagem de corte de temperados e endurecidos. aço.
Ferramentas de nitreto cúbico de boro são usadas no torneamento de ranhuras de anéis de ferro fundido incrustadas com anéis de pistão, bem como na usinagem de moldes de contato sólido de pistão.
5. Cerâmica
As principais vantagens das ferramentas de corte cerâmicas são: alta dureza e resistência ao desgaste, com dureza à temperatura ambiente de 91-95HRC; alta resistência ao calor, com dureza de 80HRC em alta temperatura de 1200 ℃; e redução mínima na resistência à flexão e tenacidade sob condições de alta temperatura.
Eles também exibem alta estabilidade química, pois as cerâmicas têm baixa afinidade com metais, boa resistência à oxidação em altas temperaturas e não interagem com o aço, mesmo em temperaturas de fusão.
Portanto, há menos ligação, difusão, oxidação e desgaste na ferramenta de corte. Eles têm um coeficiente de atrito mais baixo, dificultando a aderência dos cavacos à ferramenta e a formação de ninhos de cavacos.
As desvantagens das facas de cerâmica são sua fragilidade, baixa resistência e tenacidade, com apenas 1/2 a 1/5 da resistência à flexão das ligas duras.
Portanto, parâmetros geométricos e quantidades de corte apropriados devem ser selecionados ao usá-los para evitar cargas de impacto que possam causar lascamento ou quebra da lâmina.
Além disso, as facas de cerâmica têm baixa condutividade térmica, apenas 1/2 a 1/5 das ligas duras, com coeficientes de expansão térmica 10-30% maiores que as ligas duras, resultando em baixa resistência ao choque térmico.
Atualmente, as ferramentas de corte de cerâmica não têm sido aplicadas ao processamento de pistões de alumínio.
Recursos essenciais de ferramentas de corte de alumínio
1. Alta dureza e resistência ao desgaste
A dureza é uma característica fundamental que os materiais das ferramentas de corte devem possuir. Para cortar cavacos de uma peça, a dureza da ferramenta deve ser maior que a do material da peça. A dureza da aresta de corte das ferramentas utilizadas para cortar metais é geralmente superior a 60HRC. A resistência ao desgaste refere-se à capacidade de um material resistir ao desgaste.
Geralmente, quanto maior a dureza do material da ferramenta de corte, melhor será a sua resistência ao desgaste. Pontos de dureza na estrutura (como carbonetos e nitretos) com maior dureza, maior quantidade, partículas menores e distribuição mais uniforme apresentam melhor resistência ao desgaste.
A resistência ao desgaste também está relacionada à composição química do material, resistência, microestrutura e temperatura da área de atrito. A resistência ao desgaste WR pode ser expressa pela fórmula:
WR = KIC0,5E-0,8H1,43
Onde H é a dureza do material (GPa). Quanto maior a dureza, melhor será a resistência ao desgaste.
KIC é a tenacidade à fratura do material (MPa·m½). Quanto maior o valor KIC, menor será a fratura do material causada por tensão e melhor será a resistência ao desgaste.
E é o módulo de elasticidade do material (GPa). Quando E é pequeno, ajuda a produzir tensões mais baixas causadas por microdeformações causadas por grãos abrasivos, levando a uma melhor resistência ao desgaste.
2. Força e resistência adequadas
Para evitar lascas ou quebras da lâmina durante o uso quando submetida a grandes pressões, impactos e vibrações durante o processo de corte, os materiais da ferramenta de corte devem ter resistência e tenacidade suficientes.
3. Alta resistência ao calor (estabilidade térmica)
A resistência ao calor é o principal indicador para medir o desempenho de corte dos materiais das ferramentas de corte. Refere-se à capacidade do material de uma ferramenta de corte de manter um certo nível de dureza, resistência ao desgaste, resistência e tenacidade sob condições de alta temperatura.
Os materiais das ferramentas de corte também devem ter a capacidade de resistir à oxidação, à ligação e à difusão em altas temperaturas, o que significa que devem apresentar boa estabilidade química.
4. Boas propriedades termofísicas e resistência ao choque térmico
Quanto melhor for a condutividade térmica do material da ferramenta de corte, mais fácil será a difusão do calor de corte para longe da área de corte, o que ajuda a reduzir a temperatura de corte.
Durante o corte intermitente ou ao usar um fluido de corte, a ferramenta frequentemente sofre choques térmicos severos (mudanças rápidas de temperatura), resultando em rachaduras no interior da ferramenta que podem causar quebra.
A capacidade do material de resistir ao choque térmico pode ser expressa pelo seu coeficiente de resistência ao choque térmico R:
R = λσb(1-µ)/Eα
Onde λ é o coeficiente de condutividade térmica, σb é a resistência à tração, µ é o índice de Poisson, E é o módulo de elasticidade e α é o coeficiente de expansão térmica.
Um coeficiente de condutividade térmica mais alto facilita a dissipação do calor, reduzindo o gradiente de temperatura na superfície da ferramenta.
Um coeficiente de expansão térmica mais baixo reduz a deformação térmica, e um módulo de elasticidade menor pode diminuir a magnitude das tensões alternadas resultantes da deformação térmica, ajudando assim a melhorar a resistência ao choque térmico do material.
Materiais de ferramentas de corte com boa resistência ao choque térmico podem utilizar fluidos de corte durante os processos de usinagem.
5. Boa processabilidade
Para facilitar a fabricação de ferramentas, os materiais das ferramentas de corte requerem boa processabilidade, como propriedades de forjamento, propriedades de tratamento térmico, propriedades de deformação plástica em alta temperatura e propriedades de processamento de retificação.
6. Eficiência Econômica
A eficiência econômica é um dos indicadores importantes dos materiais das ferramentas de corte. Embora materiais de ferramentas de corte de alta qualidade possam ter custos unitários elevados, a sua vida útil mais longa pode não resultar necessariamente em custos elevados por componente.
Portanto, ao selecionar materiais para ferramentas de corte, seu impacto econômico deve ser considerado de forma abrangente.
Dicas para um corte de alumínio bem-sucedido
1. Escolhendo a lâmina de serra correta:
Os perfis industriais de alumínio apresentam menor dureza em comparação ao aço, o que os torna relativamente fáceis de cortar. No entanto, devido à sua falta de dureza, também têm tendência a aderir à lâmina. Portanto, é importante utilizar lâminas afiadas e substituí-las regularmente.
2. Escolha do lubrificante adequado:
Se você cortar perfis de alumínio sem usar lubrificante, a superfície cortada terá muitas rebarbas difíceis de limpar. Isto também danificará a lâmina da serra.
3. Controlando o ângulo de corte:
A maioria dos perfis industriais de alumínio são cortados em ângulos retos, enquanto alguns exigem cortes em ângulos, como 45 graus. Ao cortar em ângulo, é importante controlar o ângulo com cuidado. É melhor usar uma serra CNC para essa finalidade.
Considerações de segurança
1. Antes de iniciar a operação, devemos operar a máquina por um minuto para verificar se ela funciona bem antes de prosseguir com a operação.
2. Ao cortar perfis de alumínio, os operadores devem concentrar sua atenção e proibir estritamente olhar ao redor ou brincar.
3. Ao cortar perfis de alumínio, espere até que a lâmina da serra atinja a velocidade normal antes de cortar. Não opere a máquina sem a tampa protetora colocada e mantenha as mãos a pelo menos 15 cm de distância da lâmina.
4. Durante a operação de uma máquina de corte totalmente automática, não solte o dispositivo de fixação do cilindro para remover o perfil de alumínio serrado até que a lâmina da serra pare. Não limpe as lascas de alumínio da máquina.
5. Quando a máquina de corte estiver funcionando, o operador não deve ficar diretamente na frente da lâmina da serra e o braço não deve ultrapassar a mesa de operação.
6. Se ocorrer algum fenômeno incomum durante a operação da máquina (fumaça, ruído anormal, calor, faíscas, etc.), desligue imediatamente a energia e peça a um profissional para inspecionar e reparar a máquina.
A produção segura é responsabilidade de cada fábrica, o que exige seguir a ordem e os princípios de processamento, treinar regularmente os funcionários e reduzir riscos de segurança desnecessários.
Os próprios perfis de alumínio têm um certo peso, portanto, o corte requer duas ou mais pessoas para garantir um corte suave.
Conclusão
O texto acima é o conteúdo deste artigo. Espero que seja útil para todos. Se houver algo que você não entendeu, deixe um comentário no final do artigo.
