Gia công CNC nhôm: Lợi ích và các lựa chọn thay thế – Phần 1

Đối với các dự án gia công CNC, nhôm là một trong những lựa chọn vật liệu phổ biến nhất do tính chất vật lý phù hợp của nó. Nhôm khá “mạnh mẽ”, khiến cho nó lý tưởng để trở thành các chi tiết cơ học. Lớp ngoài bị oxy hóa của nó có khả năng chống ăn mòn từ các yếu tố môi trường.

Những lợi ích này đã làm cho các chi tiết nhôm trở nên phổ biến trong tất cả các ngành công nghiệp. Mặc dù chúng đặc biệt được ưa chuộng trong lĩnh vực ô tô, hàng không vũ trụ, y tế và điện tử tiêu dùng.

Nhôm cũng cung cấp những lợi thế cụ thể giúp đơn giản hóa và cải thiện quy trình gia công CNC.
Không giống như nhiều kim loại khác có tính chất vật liệu tương tự, nhôm mang lại khả năng gia công tuyệt vời: nhiều loại có thể được gia công hiệu quả bằng các công cụ cắt, dễ dàng cắt đứt trong khi tương đối dễ tạo hình. Bởi vì điều này, nhôm có thể được gia công nhanh hơn ba lần so với sắt hoặc thép.

Bài viết này giải thích một số ưu điểm chính của gia công CNC với nhôm – lý do tại sao nó là một trong những quy trình sản xuất và tạo mẫu được yêu cầu rộng rãi nhất của chúng tôi. Nhưng bài viết cũng sẽ đề xuất các phương án gia công thay thế cho nhôm.

Các kim loại và nhựa khác có thể cung cấp các lợi ích tương tự như nhôm, ngoài các lợi ích độc đáo của riêng chúng.

Lợi ích của gia công CNC nhôm

Khả năng gia công
Chống ăn mòn
Tỷ lệ cứng vững trên trọng lượng
Tinh dẫn điện
Khả năng anốt hóa
Khả năng tái chế

Khả năng gia công

Một trong những lý do chính tại sao các kỹ sư chọn nhôm cho các chi tiết gia công của họ là bởi vì, khá đơn giản, vật liệu này dễ gia công. Mặc dù điều này dường như mang lại nhiều lợi ích hơn cho người thợ chế tạo chi tiết, nhưng nó cũng có lợi ích đáng kể cho doanh nghiệp đặt hàng chi tiết này, cũng như người sẽ sử dụng nó.

Bởi vì nhôm dễ dàng để tạo hình, nó có thể được cắt nhanh chóng và chính xác với các máy CNC.
Điều này giúp nó có một số lợi thế quan trọng:
Thứ nhất, khung thời gian ngắn của công việc gia công làm cho quy trình rẻ hơn (vì cần ít lao động hơn từ thợ máy và cần ít thời gian vận hành hơn từ máy)
Thứ hai, khả năng gia công tốt có nghĩa là ít biến dạng của chi tiết hơn khi dụng cụ cắt đi qua phôi. Điều này có thể cho phép máy đáp ứng dung sai chặt chẽ hơn (thấp đến ± 0,025 mm) và dẫn đến độ chính xác và khả năng gia công lặp lại với chất lượng đồng đều cao hơn.

Chống ăn mòn

Các loại nhôm khác nhau rất khác nhau về khả năng chống ăn mòn – mức độ mà chúng có thể chịu được quá trình oxy hóa và phản ứng hóa học. May mắn thay, một số loại phổ biến nhất cho gia công CNC là loại có khả năng chịu lực cao nhất.
Ví dụ 6061 cung cấp khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, cũng như các hợp kim khác ở đầu dưới của phổ cường độ. (Hợp kim nhôm mạnh có thể chống ăn mòn kém hơn do sự hiện diện của đồng hợp kim.)

Tỷ lệ cứng vững trên trọng lượng

Nhôm có các tính chất vật lý mong muốn làm cho nó lý tưởng cho cả các chi tiết cơ học và bề mặt. Hai trong số quan trọng nhất là kim loại có độ bền cao và nhẹ, cả hai đều làm cho vật liệu này thuận lợi cho các bộ phận quan trọng như những thứ cần thiết trong ngành hàng không vũ trụ và ô tô.

Phụ kiện máy bay và trục ô tô là hai ví dụ về các bộ phận có thể được gia công thành công bằng nhôm. Tuy nhiên, các loại nhôm khác nhau phục vụ các mục đích khác nhau. Do tỷ lệ độ cứng vững trên trọng lượng thuận lợi của chúng, các loại sử dụng chung như 6061 có thể được sử dụng cho nhiều chi tiết khác nhau, trong khi đáng chú ý là các loại cường độ cao như 7075 có thể được ưa thích trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và hàng hải.

Tính dẫn điện

Các sản phẩm nhôm gia công CNC có thể hữu ích cho các chi tiết điện do tính dẫn điện của chúng. Mặc dù không dẫn điện được như đồng, nhôm nguyên chất có độ dẫn điện khoảng 37,7 triệu siemens mỗi mét ở nhiệt độ phòng. Hợp kim có thể có độ dẫn điện thấp hơn, nhưng vật liệu nhôm có độ dẫn cao hơn đáng kể so với Inox-thép không gỉ.

Khả năng anốt hóa

Các chi tiết nhôm gia công đặc biệt phổ biến trong ngành công nghiệp điện tử tiêu dùng, không chỉ vì nhu cầu về độ cứng và trọng lượng, mà còn vì những cân nhắc quan trọng về mặt thẩm mỹ. Cũng như dễ sơn, nhôm có thể được xử lý bằng anot hóa, một quy trình hoàn thiện bề mặt làm dày lớp bảo vệ và oxy hóa bên ngoài của chi tiết.

Quá trình anot hóa, thường diễn ra sau khi gia công hoàn tất, bao gồm việc truyền một dòng điện qua chi tiết trong dung dịch axit điện phân và tạo ra một miếng nhôm có khả năng chống va đập vật lý và ăn mòn cao hơn.

Điều quan trọng, anodizing giúp dễ dàng thêm màu vào phần nhôm gia công, vì lớp ngoài anot hóa có độ xốp cao. Thuốc nhuộm có thể tìm đường đi qua các phần xốp của lớp ngoài và ít có khả năng sứt mẻ hoặc bong ra do chúng được nhúng bên trong lớp vỏ cứng của phần kim loại.

Tái chế

Một lợi ích khác của nhôm là khả năng tái chế cao, giúp các doanh nghiệp tìm cách giảm thiểu tác động môi trường hoặc cho những người đơn giản muốn giảm lãng phí vật liệu. Vật liệu có thể tái chế đặc biệt quan trọng trong gia công CNC, nơi có một lượng chất thải tương đối lớn dưới dạng phoi chip từ công cụ cắt.

Các lựa chọn thay thế cho nhôm trong gia công CNC

Các doanh nghiệp có thể tìm kiếm các lựa chọn thay thế cho nhôm để gia công CNC vì bất kỳ lý do nào.
Xét cho cùng, kim loại này vẫn có một vài điểm yếu: lớp phủ oxit của nó có thể làm hỏng dụng cụ cắt và nó thường đắt hơn các vật liệu thay thế như thép, một phần do chi phí năng lượng cao của sản xuất nhôm.
Dưới đây là một số lựa chọn gia công tiềm năng cho nhôm, nhấn mạnh vào sự khác biệt và tương đồng của chúng với kim loại màu xám bạc phổ biến.
Kim loại

Thép & thép không gỉ

Tốt hơn nhôm bởi:
Độ cứng vững
Khả năng chịu nhiệt độ
Kém hơn nhôm bởi:
Khả năng gia công
Cân nặng
Thép và thép không gỉ là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong gia công CNC. Do có độ bền cao, thép có xu hướng được ưa chuộng cho các ứng dụng có ứng suất cao và những vật liệu đòi hỏi mối hàn mạnh. Thép có khả năng chịu nhiệt độ rất cao và thép không gỉ có thể được xử lý nhiệt để tăng cường khả năng chống ăn mòn.

Tuy nhiên, trong khi thép gia công được thiết kế để cải thiện khả năng gia công, nhôm vẫn là vật liệu dễ gia công hơn trong hai vật liệu. Thép cũng nặng hơn và có độ cứng cao hơn nhôm, có thể hoặc không cần tùy thuộc vào ứng dụng.
Nếu khả năng chịu nhiệt độ là một cân nhắc quan trọng còn trọng lượng thì không, thép có thể là một sự thay thế lý tưởng cho nhôm.

Titan

Tốt hơn nhôm bởi:
Tỷ lệ cứng vững trên trọng lượng
Kém hơn nhôm bởi:
Giá cả
Titanium có thể được sử dụng như một sự thay thế tương tự cho nhôm vì ưu điểm chính của nó là tỷ lệ cường độ cứng vững trên trọng lượng đặc biệt – cũng là một trong những lợi thế chính của nhôm. Titanium có trọng lượng tương tự nhôm nhưng mạnh gần gấp đôi. Giống như nhôm, nó cũng có khả năng chống ăn mòn cao.

Những lợi thế này được phản ánh trong đặc điểm giá cao hơn của titan. Mặc dù vật liệu này là một lựa chọn tuyệt vời cho các chi tiết như linh kiện máy bay và thiết bị y tế, nhưng do chi phí cao, nó có thể bị cấm.

Titanium là một sự thay thế phù hợp cho nhôm khi trọng lượng nhẹ là mối quan tâm chính và quan trọng là khi ngân sách sản xuất có một số tính linh hoạt.

Xem tiếp Phần 2