鋁是一種有色金屬，是地殼中第三豐富的元素（8.23%）。 Hans Orsted 於 1827 年第一個分離出它。
在高風險環境中，例如 航天 汽車 製造，精度至關重要。每克和精確的尺寸都會影響整體性能和效率。因此，鋁必須經過細緻的數控加工過程才能滿足這些嚴格的標準。
本詳細指南解釋了鋁 CNC 加工流程、有利於加工的鋁合金以及 CNC 加工鋁零件的關鍵應用。
鋁CNC加工：製程與設備
CNC加工鋁 是指使用電腦設備（CNC工具機）以極高的精度切割和成型鋁板。用於此目的的常用機器有：
數控銑床
CNC銑削 機器使用旋轉切削刀具對工件進行切削、成型和去除材料。刀頭可以靈活地在多個軸（X、Y 和 Z）上移動，以實現所需的形狀和尺寸。 3 至 5 軸 CNC CNC工具機通常用於鋁銑削。
此類機器非常適合創建汽車和航空航天領域所需的詳細表面、槽和複雜形狀。旋轉切削刀具（立銑刀、面銑刀和球刀）用於銑削加工。
數控車削中心
In CNC車削，靜止的工件相對於旋轉的工件滑動，成形為設計形狀。這種成形主要適用於對稱的圓柱形鋁製零件，例如桿、軸和緊固件。使用單點切削刀具修整面並減少直徑。
數控激光切割機
數控雷射切割機使用高功率光束（雷射）汽化金屬表面並形成鋒利的切割。與機械工具不同，雷射光束的光點尺寸非常細，可實現高精度、銳利的切割。但切割厚度有限。
除了切割之外，這些工具還可以在鋁上標記和雕刻。因此，理想的應用是電子和其他行業中的標記設備。
水刀
水刀切割機使用混合磨料顆粒的高壓水流來切割材料。它不會對材料產生熱應力，保留了鋁的機械性能。
水刀用於切割較厚的鋁板，並且在必須避免熱變形的情況下受到青睞。
為什麼選擇鋁作為CNC零件？
鋁是地殼中最豐富的金屬。它具有滿足我們大多數產品需求的所有所需特性：
高強度重量比
鋁以其輕質特性而聞名，但它是工程材料中強度重量比最高的材料之一。這一屬性在航空航天和汽車等關鍵應用中非常寶貴，在這些應用中，您需要在不影響強度的情況下減輕重量。
出色的機械加工性能
每種金屬都需要透過機器進行某種形式的切割和成型。在這方面，鋁表現良好。它很軟，相對容易加工，因為它很容易碎裂。此外，它花費的時間更少，從而降低了加工成本。
耐腐蝕性能
與因氧化層形成而生鏽的黑色金屬不同，許多等級的鋁本質上是耐腐蝕的。然而，這種趨勢在整個系列中有所不同。 6061系列因其電阻而廣受好評。然而，含銅鋁合金的耐腐蝕性較差。
電導率
在常用工業金屬的電導率圖表上，純鋁略低於銅。根據 IACS， 銅的 電導率範圍為 58 至 62 百萬 S/m，而純鋁的電導率為 35 至 38 百萬 S/m。鐵、碳鋼和不銹鋼的值分別為10、7和1.5。然而，鋁合金的導電性較差。
陽極處理潛力
鋁的陽極氧化具有獨特的優勢，特別是在需要耐用性和美觀性時。陽極氧化不僅可以增強鋁的耐腐蝕性，還可以著色，這對消費品是有益的。
可回收性
根據國際鋁業協會的數據，迄今為止生產的所有鋁中有 75% 仍在使用。此外，每年約有 30 萬噸鋁被回收，減少了對原鋁生產的需求。如此高的回收率凸顯了鋁作為永續材料選擇的作用。
CNC加工用普通鋁系列
根據國際合金命名系統，所有金屬合金元素均由 4 位數表示，定義了存在的核心金屬和合金。系列名稱後面的字母代表表面處理工藝。
通常，鋁有 7 個不同的系列，從 1000 到 7000。也可提供含有稀土元素的 8000 級，但較不常見。
1xxx 系列 – 純鋁
該系列是最純淨的，包含 99% 或更多的鋁。它具有鋁的所有固有特性；優異的耐腐蝕性和高導電性和導熱性。這就是為什麼它的常見應用是化學品儲罐和管道。
這些合金的拉伸強度在 69 至 186 MPa 之間。 1xxx 系列合金可焊接，但不可熱處理。
2xxx 系列 – 鋁銅合金
銅的添加改善了加工性能和抗拉強度，使其達到 420 MPa。它主要用於航空航天領域，其在各種溫度下的高強度至關重要，儘管它通常需要塗層以獲得更好的耐腐蝕性。
3xxx 系列 – 鋁錳合金
該系列透過添加錳來增強機械強度。它們具有 110 至 290 MPa 之間的中等拉伸強度，並且還可進行熱處理。常見應用包括食品包裝、炊具和金屬板材應用。
4xxx 系列 – 鋁矽合金
4000系列的特點是含有矽，可降低熔點並改善熔融狀態下的流動性，使其更適合鑄造應用。其主要應用為包層、焊接填料和建築型材。
5xxx系列－鋁鎂合金
主要合金元素鎂賦予此系列高強度和優異的耐腐蝕性。這些合金非常耐鹼且易於焊接，這使得它們非常適合海洋應用。該系列成員合金 5083 以其耐海水和耐化學腐蝕而聞名。
6xxx 系列 – 鋁鎂矽合金
該系列以其成型性、焊接性和耐腐蝕性而聞名。它們可以接受任何熱處理以獲得所需的特性。合金 6061 是一個非常受歡迎的名稱（也具有成本效益），用於電動自行車、船隻和卡車車架。
7xxx 系列 – 鋅合金
該系列是該系列中最強的，主要由鋅製成的合金，因其卓越的強度重量比和抗應力能力而在航空航天和體育用品領域受到青睞。這些合金可以焊接，但需要格外小心。
用於 CNC 加工的熱門鋁合金
鋁合金拉伸強度（MPa）**（近似值）常用應用鋁2007270-400機器零件、螺栓、鉚釘、螺帽、螺絲、螺紋桿。鋁2024250-400航空航天結構件。鋁5052170-305海洋環境、汽車油箱、街道標誌。鋁5083270-345低溫設備、船舶應用、壓力設備、化學應用、焊接結構。鋁5754190-240焊接結構、地板、漁業設備、車身、食品加工、鉚釘。鋁6060190建築、食品加工、醫療設備、汽車工程。鋁6061180 – 270高負載結構、鷹架、鐵路客車、機器零件、通用應用。鋁6063180建築應用、窗框、門框、屋頂鋁6082290海上建設、貨櫃鋁7075500-572自行車車架、攀岩裝備、武器裝備、模具製造、先進工程應用
** 這些只是近似值。具體取決於治療過程；有關精確值，請諮詢製造商。
CNC 加工鋁時的關鍵考慮因素
使用鋁時，需要牢記以下幾個技術細節：
刀具材質
鋁很軟，因此需要硬質合金等硬質切削刀具。在硬質合金刀具中，晶粒結構也至關重要。鈷的存在有助於實現這種精細結構。然而，鈷與鋁發生反應時，會導致工具上積聚膠質。因此，硬質合金刀具中的最佳比例為 2% 至 20%。
除此之外，塗層也很重要。採用鑽石、二硼化鈦 (TiB2) 和氮化鋯 (ZrN) 的銑刀。
工具設計與方向
立銑刀有凹槽－它們的數量決定了加工操作的難易度。建議2-3刃；兩個容屑槽可提供最佳的切屑間隙，而三個容屑槽可平衡切屑間隙與刀具強度。
螺旋角和後角也很關鍵：35°或40°螺旋角對粗加工有效，45°角更適合精加工。間隙角應在 6° 到 10° 之間。
進給率和速度
切削速度是指切削刀具的旋轉速度。必須根據鋁合金的類型進行選擇。一般來說，建議採用較高的切削速度，以避免積屑瘤並減少熱量產生。
進給速度是刀具的前進速度。這些費率根據所需的完成情況而有所不同；粗切可能使用 0.15 至 2.00 毫米/轉的進給量，而精加工則可使用 0.05 至 0.20 毫米/轉的進給量。
切割液
由於積屑瘤的形成，乾式切割鋁是災難性的。使用未稀釋的礦物油，並避免使用任何含有活性硫或氯的液體，因為它們會污染鋁。
鋁零件：精加工技術
如果未完成，金屬表面很容易生鏽或腐蝕。同樣，鋁也經過了一些表面處理技術，這些技術不僅起到保護作用，而且還增加了美觀元素。
噴沙ING
噴砂是使用壓縮空氣將細砂粒高速噴到鋁表面。此過程可透過去除任何雜質或殘留物來清潔表面，並形成均勻的霧面紋理。它對於準備金屬以進行進一步精加工或實現特定的表面外觀非常有用。
陽極氧化
陽極氧化是一種電化學過程，可以使鋁零件表面的自然氧化層變厚。添加的層提高了耐腐蝕性，增加了表面硬度，並允許對鋁進行染色。
粉末塗料
粉末塗料將乾粉塗在鋁上。然後在加熱下固化形成薄層。這種塗層堅韌、具有保護性，並且有多種顏色可供選擇。表面光潔度高，優於標準油漆。
鋁加工面臨的挑戰
儘管鋁質柔軟且重量輕，但對其進行加工卻面臨一些獨特的挑戰：
口香糖積聚
鋁的熔點較低（660°C）－切割或研磨過程中產生的摩擦熱會導致金屬軟化並黏附在切割工具上，產生「塗膠」效果。為了緩解這種情況，建議使用硬質合金刀具，並透過乙醇霧進行連續潤滑。
成本越高風險越高
鋁比許多其他常見金屬更昂貴，因此更換/修理損壞零件的成本要高得多。
污染風險
當鋁暴露在大氣中時，會形成一層氧化層，如果在焊接或機械加工之前不將其去除，可能會產生有害影響。此氧化層可能會導致最終產品出現缺陷和孔隙。
鋁CNC加工的成本估算
成本是機械加工的關鍵因素，特別是對於大規模生產。以下是鋁產品生命週期中涉及的主要成本：
原材料成本：鋁的價格會根據材料的厚度、等級和尺寸而變化。對於粗略估計，請考慮常見的 6061 鋁合金。售價為每磅 12 美元和 15 美元。
加工成本：機器的運作成本因其功能而異。對於 3 軸 CNC 工具機，價格為每小時 25 至 30 美元。對於更先進的 5 軸 CNC 工具機，成本在每小時 40 至 50 美元之間。
工具成本：用於加工鋁的硬質合金刀具每件約 2 至 5 美元。
CNC工具機鋁件的應用
鋁因其良好的特性和易於加工而成為該行業中最常用的金屬之一。表 1 列出了鋁在主要日常領域的應用。
行業領域具體應用鋁牌號汽車引擎部件（活塞、汽缸）4032，2618傳動和結構6061，7075航太飛機結構框架2024，7075齒輪組件7075，2024緊固件和配件7075，6061電子產品用於熱管理的散熱器6063，1100電子設備外殼5052，6061連接器和開關組件6061，2024食品與包裝食品加工機械零件6061，5052包裝機配件6061，5052食品包裝模具3003，6061
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