Nhiều vật liệu nhẹ đã xuất hiện trên thị trường trong những năm gần đây, nhưng có một loại vật liệu cổ điển vẫn tiếp tục được ưa chuộng chính là Nhôm. Điều gì làm cho vật liệu nhôm rất phổ biến? Nó sở hữu những đặc tính thuận lợi nào của việc gia công nhôm, đặc biệt là khi phay là gì?
Vật liệu Nhôm
Nhôm là một kim loại có nhiều thuộc tính đặc biệt, làm cho nó trở thành một vật liệu quan trọng trong sản xuất công nghiệp. Dưới đây là một số thuộc tính quan trọng không thể thiếu của nhôm:
- Trọng lượng nhẹ: Nhôm có mật độ thấp, chỉ khoảng 2,7 g/cm³, làm cho nó trở thành một vật liệu nhẹ. Điều này làm cho nhôm trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu giảm trọng lượng, chẳng hạn như trong ngành hàng không, ô tô, và ngành công nghiệp vận tải.
- Độ bền cao: Mặc dù nhôm là một kim loại nhẹ, nó có độ bền tương đối cao. Nhôm có khả năng chịu được tải trọng, và nó có thể chịu được các lực kéo và nén. Điều này làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu sức mạnh và độ bền, như trong xây dựng và ngành công nghiệp hàng không.
- Kháng ăn mòn: Nhôm tự nhiên có khả năng tạo một lớp ôxi hóa trên bề mặt, tạo ra một lớp bảo vệ chống ăn mòn. Lớp ôxi hóa này ngăn chặn sự tác động của các yếu tố môi trường như nước, không khí và hóa chất, giúp bảo vệ nhôm khỏi quá trình ăn mòn.
- Dễ gia công: Nhôm có khả năng gia công tốt, cho phép nó được cắt, hàn, ép và uốn dễ dàng. Điều này làm cho nhôm trở thành một vật liệu linh hoạt trong quá trình sản xuất, và nó có thể được chế tạo thành các sản phẩm phức tạp và đa dạng.
- Tản nhiệt tốt: Nhôm có khả năng tản nhiệt tốt, làm cho nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu giải nhiệt, như trong việc sản xuất các bộ phận điện tử, đèn LED, và tản nhiệt cho động cơ và hệ thống làm mát.
- Dẫn điện tốt: Nhôm là một chất dẫn điện tốt, có khả năng truyền dẫn dòng điện và nhiệt tốt. Điều này làm cho nhôm được sử dụng trong các ứng dụng điện tử và điện lạnh, nơi mà dẫn điện và dẫn nhiệt là quan trọng.
Nhôm và hợp kim nhôm
Nhôm là kim loại màu và là nguyên tố hóa học có ký hiệu AL. Nó được sử dụng làm vật liệu kết cấu, trong kỹ thuật điện, trong ngành đóng gói cũng như trong ngành xây dựng. Đặc biệt, trọng lượng nhẹ hơn so với các kim loại khác, tính dẫn điện cao và đặc tính nhiệt đều là những yếu tố quan trọng trong ứng dụng của nó.
So với các kim loại khác, nhôm mềm và nhẹ, nhưng cũng rất cứng . Ở 660,4°C, điểm nóng chảy của nó thấp hơn đáng kể so với các kim loại khác và nó có mật độ 2,70 g/cm³ – một phần ba mật độ thép. Độ bền kéo của nhôm thay đổi tùy thuộc vào độ tinh khiết của nó, từ 45 N/mm² đối với nhôm nguyên chất tuyệt đối, lên đến 90 N/mm² đối với nhôm nguyên chất thương mại. Độ dẫn nhiệt của nó là 237 W/(m·K). Con số này cao hơn các kim loại cơ bản khác và chỉ kém bạc, đồng và vàng. Nhờ tính dẫn nhiệt cao nên nhôm còn được ưa chuộng sử dụng trong kỹ thuật điện. Tính chất vật lý của nó làm cho nhôm trở thành một chất dẫn điện tốt và nó thường được sử dụng trong công nghệ năng lượng cho các dây dẫn có tiết diện lớn như một chất thay thế cho dây đồng.
Nhôm nhanh chóng tạo thành một lớp oxit khi tiếp xúc với không khí. Điều này làm cho kim loại có màu xám bạc, hơi xỉn màu khi không gia công. Lớp oxit dày khoảng 0,05 µm này có nghĩa là nhôm có khả năng chống ăn mòn cao và nó cũng bảo vệ chống lại quá trình oxy hóa tiếp theo.
Nhôm được sử dụng ở dạng nguyên chất hoặc ở dạng hợp kim tùy thuộc vào ứng dụng. Sự tan chảy, cùng với các kim loại khác, làm nổi bật hoặc triệt tiêu các đặc tính cụ thể của kim loại nhẹ này. Các hợp kim như vậy được sản xuất dưới dạng hợp kim nhôm đúc hoặc hợp kim nhôm rèn. Các kim loại như mangan, magiê, đồng, silic, niken, kẽm và berili chủ yếu được sử dụng cho các hợp kim nhôm. Vật liệu cơ bản thường là Al99,5 (EN AW-1050A).
Bảng vật liệu, nhôm và hợp kim nhôm
Có sự phân biệt giữa hợp kim tôi cứng và không tôi cứng, cũng như giữa các vật liệu rèn hoặc đúc. Hợp kim nhôm tự cứng như AlMg cũng như nhôm nguyên chất và siêu nguyên chất thuộc về vật liệu rèn cũng như hợp kim nhôm cứng như AlMgSi, AlCuMg hoặc AlCuSiMn. Các hợp kim nhôm này đặc biệt thích hợp để sản xuất các sản phẩm bán thành phẩm như dải, tấm, dây hoặc ống.
Khi chỉ thêm một lượng nhỏ các nguyên tố đồng, niken, kẽm, silic, mangan và magiê, các hợp kim rèn được tạo ra. Chúng làm tăng độ cứng và độ bền kéo của nhôm. Đổi lại, độ dẫn điện bị giảm. Tuy nhiên, vật liệu này vẫn có thể được hình thành, khiến nó trở nên lý tưởng để sử dụng trong tàu, máy bay hoặc container vận chuyển.
Hợp kim nhôm đúc quan trọng nhất là hợp kim eutectic của nhôm và silicon, chứa khoảng 12% silicon. Loại này có độ nhớt rất thấp, và do đó vẫn giữ được các đặc tính đúc đặc biệt của nó trong khi vẫn giữ được độ bền kéo cao. Do đó, nó có một lịch sử sử dụng lâu dài trong vỏ hộp số và động cơ trong chế tạo phương tiện và máy bay.
Vật liệu đúc bao gồm các hợp kim nhôm như AlMgSi, AlSiCu AlCuTiMg hoặc AlCuTi.
Các lớp vật liệu nhôm rèn: Chìa khóa để gia công thành công
Thật không may, không phải tất cả các nhóm hợp kim nhôm và vật liệu liên quan của chúng đều có thể gia công như nhau: Ví dụ, vật liệu nhôm nguyên chất rất mềm và khá khó gia công do độ bền kéo thấp. Những vật liệu này có tác động đáng kể đến hình dạng phoi, độ mài mòn, bề mặt và lực cắt. Vì lý do này, việc chia các hợp kim rèn nhôm thành ba loại đã được chứng minh là đáng giá.
Vật liệu nhôm rèn loại 1
Vật liệu nhôm có độ bền kéo thấp thuộc loại 1. Loại này bao gồm các hợp kim không thể hóa cứng ở trạng thái không hóa rắn hoặc hóa rắn một phần, ví dụ như dòng 1000, 5005A và 5454. Lớp này cũng bao gồm các hợp kim hóa cứng ở trạng thái không hóa cứng như EN AW -6063, 6060 và 6082. Do độ bền kéo thấp, quá trình gia công thường dẫn đến độ bám dính và "hiệu ứng bôi bẩn" của phoi. Kết quả là sự hình thành cạnh tích hợp mạnh mẽ hơn. Chất lỏng cắt phù hợp được khuyến nghị để giảm thiểu điều này.
Vật liệu nhôm rèn loại 2
Loại 2 chứa vật liệu nhôm có độ bền kéo tăng. Lớp này bao gồm các vật liệu không thể làm cứng ở trạng thái làm cứng, chẳng hạn như hợp kim trong sê-ri 5000. Các vật liệu có thể làm cứng ở trạng thái cứng, ví dụ như hợp kim trong chuỗi 6000 và 7000, cũng thuộc loại này. Độ bền kéo của chúng nằm trong khoảng từ 300 đến 600 N/mm 2 và không có thành phần cứng nên chúng có hiệu ứng mài mòn rất thấp. Nhờ độ bền kéo cao hơn, cũng có ít sự hình thành cạnh tích hợp hơn.
Vật liệu nhôm rèn loại 3
Loại 3 chứa các vật liệu gia công tự do, chẳng hạn như vật liệu rèn cứng có phụ gia phá phoi, chẳng hạn như chì hoặc bismuth. Các tài liệu như EN AW-2011, 2007 hoặc 6012 thuộc loại này. Do có các chất phụ gia phá phoi, các vật liệu thuộc loại này tạo thành phoi ngắn và chỉ thể hiện xu hướng hình thành mép tích tụ thấp.
=> Xem thêm: 5 Điều Về Gia Công Nhôm Có Thể Bạn Chưa Biết
Những thách thức của gia công nhôm
Mặc dù nhôm thường được coi là dễ gia công, nhưng kim loại này cũng có những thách thức của nó: Độ bám dính của chip và các cạnh tích hợp là những vấn đề đáng sợ khi phay nhôm. Một cách tiếp cận thành công là gia công tốc độ cao với chiến lược chất lỏng cắt phù hợp – và tất nhiên là các công cụ phù hợp. Ví dụ, lực cắt tương ứng với khoảng một phần ba giá trị đối với thép. Do đó, ưu tiên hàng đầu khi phay nhôm là nhanh chóng vận chuyển phoi ra khỏi khu vực gia công. Dao phay có bề mặt cực kỳ nhẵn và rất ít ma sát giúp chuyển hướng các phoi nhôm kết dính ra xa. Ngược lại với dao phay cho thép, dao phay cho nhôm có số lượng răng tương đối thấp, điều này cũng giúp vận chuyển phoi. Các giải pháp lớp phủ được điều chỉnh đặc biệt cũng cải thiện khả năng xả phôi.
Tôi có cần dung dịch cắt khi phay nhôm không?
Trong phay nhôm, chất lỏng cắt đảm nhận vai trò bôi trơn để giảm thiểu mài mòn và nhiệt ma sát cũng như làm mát thuần túy. Làm mát đặc biệt quan trọng khi gia công nhôm, vì vật liệu này trải qua quá trình giãn nở nhiệt lớn hơn thép chẳng hạn. Nếu nhiệt được tản nhiệt tốt, phôi gia công cũng chính xác hơn về kích thước. Bôi trơn làm mát với lượng bôi trơn tối thiểu nhũ tương của nước và dầu cắt đã được chứng minh là đặc biệt thành công.
Ethanol cũng được khuyên dùng để làm mát trong quá trình phay nhôm: Nó có hiệu quả cao trong việc làm mát các phoi nhôm và ngăn ngừa vón cục vì các thành phần chất lỏng cắt gọt không chứa dầu. Điều này cũng giúp dễ dàng thổi bay các phoi, thu thập và đưa chúng trở lại vòng lặp vật liệu dưới dạng vật liệu sạch, có thể tái sử dụng. Nếu chất lỏng cắt gọt không được mong muốn hoặc thậm chí vượt quá giới hạn, thì lớp phủ DLC-(Diamond-like-Carbon) là một giải pháp thay thế tuyệt vời : Lớp phủ hiệu suất cao này thậm chí còn cho phép gia công khô, trong đó mọi thứ chạy như thể được bôi trơn. Các tính chất của nhôm cũng có ích ở đây, ví dụ như nó tản nhiệt quá trình dễ dàng hơn so với thép.
Tốc độ nạp và cắt trong quá trình phay nhôm
Để phay nhôm thành công, có một nguyên tắc đơn giản: tốc độ cắt càng cao, bề mặt nhôm càng mịn . Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là độ mài mòn trên dao phay cũng tăng lên cùng lúc. Tuy nhiên, dao phay HSC đặc biệt, được sử dụng để cắt tốc độ cao (HSC), cho phép RPM cao hơn đáng kể so với dao phay thông thường. Hợp kim nhôm cứng là tốt nhất để phay. Tuy nhiên, tốc độ cắt là từ 100 đến 500 m/phút – tùy thuộc vào đường kính lưỡi cắt và bước tiến. Ví dụ: nếu đường kính lưỡi cắt là 2-4 mm được sử dụng, thì cần có bước tiến 0,02 – 0,03. Nếu đường kính lưỡi cắt là 5 đến 8 mm, bước tiến tăng lên 0,05, trong khi đường kính lưỡi cắt 9-12 mm sẽ tăng lên 0,10. Nhôm cứng được gia công với tốc độ cắt từ 100 đến 200 m/phút và bước tiến giống như đối với nhôm mềm.
Các thông số chính khi phay nhôm trong nháy mắt:
- Đối với nhôm mềm: Tốc độ cắt từ 100 đến 500 m/phút
- Đối với hợp kim nhôm cứng: Tốc độ cắt từ 100 đến 200 m/phút
- Bước tiến từ 0,02 đến 0,03 với đường kính lưỡi cắt từ 2 đến 4 mm
- Bước tiến 0,05 với đường kính lưỡi cắt từ 5 đến 8 mm
- Bước tiến 0,10 với đường kính lưỡi cắt từ 9 đến 12 mm
Nguồn bài viết: 8 keys to success when machining aluminium (cuttingtools.ceratizit.com)
Liên hệ với MASTERCAM.VN để được tư vấn và hỗ trợ về Bộ phần mềm MASTERCAM BẢN QUYỀN tại VIỆT NAM
Mastercam.vn hiện đang là đối tác cấp bậc cao nhất với Mastercam tại thị trường Việt Nam. Chúng tôi đầu tư về đội ngũ kỹ thuật chuyên nghiệp và nhiều kinh nghiệm, luôn sẵn sàng hỗ trợ và tư vấn các giải pháp phần mềm giúp doanh nghiệp phát triển bền vững.
