Bewerking van 7075 aluminium: een complete handleiding voor CNC-bewerkingen

Bewerkingsgids voor 7075 aluminium

7075-aluminium is een gewild materiaal in de maakindustrie vanwege de hoge sterkte in combinatie met de uitstekende bewerkbaarheid. 7075-aluminium is geschikt voor de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie en hoogwaardige toepassingen. Het is een zeer sterke legering met een vloeigrens die gelijk is aan die van bepaalde staalsoorten. Het combineert het lichte gewicht met de uitstekende spaanafvoereigenschappen van aluminium. Optimalisatie van dit materiaal kan worden bereikt door de snijparameters, de gereedschapskeuze en de opspaninrichting te optimaliseren.

ProLean Tech is een van de toonaangevende bedrijven die aanbiedt aluminium CNC-bewerkingHet bedrijf heeft ruime ervaring met het gebruik van 7075 aluminiumlegeringen en andere hoogwaardige aluminiumlegeringen. Componenten worden altijd met hoge precisie vervaardigd door onze CNC-machines en goed opgeleide machinisten. op maat gemaakte aluminiumbewerking Wat wij standaard aanbieden, zorgt ervoor dat alles tijdig en met optimale kwaliteit wordt gerealiseerd, of het nu gaat om de ontwikkeling van een prototype of massaproductie.

Waarom 7075 aluminium ideaal is voor CNC-bewerking

Aluminium 7075 heeft een uitzonderlijke sterkte-gewichtsverhouding. Het is bij uitstek geschikt voor toepassingen waar lichtgewicht en hoogwaardige onderdelen vereist zijn. Dankzij de goede bewerkbaarheid kunnen er eenvoudig complexe vormen en geometrieën mee worden gecreëerd. Aluminium heeft een hoge vermoeiingsweerstand en is perfect voor gewichtsgevoelige industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart.

Eigenschappen en chemische samenstelling van 7075 aluminium.

7075 aluminium materiaaleigenschappenzijn te danken aan de chemische samenstelling.Dit is een zinklegering die een bijzondere positie inneemt binnen de legeringsfamilie. Qua sterkte kan het concurreren met staal en het heeft bovendien het voordeel dat het op aluminium te verwerken is.

Chemische samenstelling

De belangrijkste legering van 7075 is zink (5.1-6.1%), maar het bevat ook koper (1.2-2.0%), magnesium (2.1-2.9%) en chroom (0.18%-0.28) die de versterkende eigenschappen van de legering verbeteren. Bij deze samenstelling kan een precipitatiehardingsbehandeling worden toegepast, waardoor deze veel sterker is dan andere soorten aluminium.

De meest voorkomende harding, T6, die wordt gebruikt bij bewerkingstoepassingen, bereikt een treksterkte van 83,000 PSI en een rek van 73,000 PSI. Deze waarden zijn gelijk aan die van middelmatig koolstofstaal, en het aluminium heeft zijn dichtheid van 2.81 g/cm³ behouden. 

Het ijzergehalte is beperkt tot 0.50% om optimale bewerkbaarheid te garanderen. Het siliciumgehalte wordt laag gehouden (0.40%) om een ​​optimale bewerkbaarheid te waarborgen. Deze gereguleerde niveaus van onzuiverheden dragen bij aan de vorming van de goede oppervlakken die worden verkregen wanneer 7075 aluminium met de juiste technieken wordt bewerkt.

Mechanische eigenschappen

Grade 7075 is beter qua aluminium sterkte dan welke andere kwaliteit dan ook. De hoge treksterkte, hoge vermoeiingsweerstand en goede weerstand tegen spanningsscheuren maken het het meest geschikt voor gebruik als constructieonderdeel dat aan extreme belastingen wordt blootgesteld.

De T73-hardingsbehandeling wordt gebruikt in toepassingen waar duurzaamheid en dikke secties vereist zijn. Deze hardingsbehandeling heeft een superieure weerstand tegen spanningscorrosie, hoewel de treksterkte lager is (78000 PSI). De toepassing zal bepalend zijn voor het type materiaal dat u gebruikt en de specificaties voor de warmtebehandeling.

T6 versus T73 temperen

T6 en T73 zijn varianten van 7075 aluminium. Ze hebben dezelfde chemische samenstelling, maar ontwikkelen verschillende fysische eigenschappen doordat ze op verschillende manieren worden verwerkt. 

De 7075-T6 aluminiumhardheid wordt verkregen door het metaal te verhitten. Het wordt kunstmatig oververouderd om de gewenste mechanische eigenschappen te verkrijgen. 7075-T73 is de aluminiumharding die wordt verkregen na warmtebehandeling van het metaal. Deze harding wordt gestabiliseerd door kunstmatige oververoudering om maximale weerstand tegen spanningscorrosie te verkrijgen.

Bewerkbaarheidseigenschappen van 7075 aluminium

CNC-bewerking van aluminium 7075

De bewerkbaarheid van 7075 aluminium is uitstekend, met een snelle metaalafvoer en een schone afwerking. De spaan en de eigenschappen van het materiaal en de spaan bepalen de optimale omstandigheden voor CNC-bewerkingen met een hoge productiviteit.

Bewerkbaarheidsclassificatie en spaanvorming

De bewerkbaarheid van 7075 aluminium is 70 procent ten opzichte van het gemakkelijk bewerkbare messing. Dit is hoger dan bij de meeste staalsoorten en aluminiumlegeringen. Door de juiste parameters te gebruiken en deze nauwkeurig te controleren, kunnen hogere snijsnelheden, een langere levensduur van het gereedschap en een schoner oppervlak worden bereikt. Dit resulteert in een hogere productie met kortere cyclustijden en een constante snijkwaliteit.

Na het draaien en frezen produceert de legering korte en schone spanen. Dit vermindert de kans op herlassen en voorkomt een ophoping van vezelige spanen. Er wordt een eenvoudig systeem gebruikt voor de spaanafvoer en hogedrukkoeling wordt toegepast om de spaanafvoer te verbeteren. Hardmetalen gereedschappen (of scherpe PCD-gereedschappen) worden aanbevolen voor het afsnijden van de opgebouwde rand. T6-harding resulteert in een bros materiaal in vergelijking met gloeien.

Opgebouwd randgedrag

Aluminium 7075 is zeer gevoelig voor de vorming van opbouwranden. Dit komt door hoge aanvoersnelheden en een relatief lage of matige snijsnelheid. Opbouwranden beïnvloeden de afwerkingskwaliteit van producten en de spaanhoek van het snijgereedschap. Ook de hardingsgraad heeft invloed op de vorming van opbouwranden. Hoe harder het materiaal, hoe minder opbouwranden er zullen ontstaan, en omgekeerd. 

Vergelijking met andere aluminiumlegeringen

De bewerkbaarheid van 7075 aluminium is goed, maar vergeleken met 6061 aluminiumlegering kunnen we het een "B"-score geven. 6061 is gemakkelijker te bewerken, vereist minder vermogen en levert gladde oppervlakken op, terwijl 7075 meer vermogen vereist vanwege de iets hogere hardheid ten opzichte van 6061.

CNC-snijparameters voor 7075 aluminium

Bewerking met hoge snelheid

De HSM-strategieën profiteren van het feit dat 7075 een uitstekende bewerkbaarheid heeft, wat resulteert in een hoge materiaalafvoersnelheid. Met dit materiaal kunnen toepassingen met complexe structuren en hoogwaardige oppervlakteafwerkingen worden gerealiseerd. precisiebewerking van aluminium Gereedschap met een kleine diameter en spindelsnelheden van meer dan 15,000 toeren per minuut. 

Het trochoïdale pad zorgt er ook voor dat de belasting op de spaan constant blijft en het radiale contact klein is. Hierdoor kunnen hoge voedingssnelheden worden gebruikt bij diepe sneden, zonder dat de frezen overbelast raken. Het proces heeft de metaalafvoer met 300-500 procent verhoogd in vergelijking met conventioneel zijfrezen, en de levensduur van het gereedschap is ook verlengd dankzij de lagere snijkrachten en warmteontwikkeling. 

De productiviteit wordt verder verhoogd door adaptieve freesstrategieën, waarbij de aanvoersnelheid automatisch wordt aangepast aan het materiaal dat wordt verwerkt. Deze intelligente gereedschapspaden zorgen voor een constante spindelbelasting, zonder de gereedschapsoverbelasting die bij conventionele programmering optreedt.

De snelheden en voedingen 

Onderdelen van aluminium 7075

Bij het bewerken van 7075 aluminium wordt de productiviteit gemaximaliseerd door de verhouding tussen aanvoersnelheid, snijsnelheid en snijdiepte te optimaliseren. Dankzij de uitstekende bewerkbaarheid kan het materiaal bewerkt worden met parameters die anders gereedschap zouden beschadigen.

Deze parameters vormen een goed uitgangspunt voor aanpassingen, afhankelijk van de mogelijkheden van de machine, de opstelling van het werkstuk en de gewenste oppervlakteafwerking. De huidige hogesnelheidsmachines kunnen deze bovengrenzen bereiken met de juiste gereedschappen en opspanning.

Trochoïdale en adaptieve clearing

Trochoïdaal en adaptief frezen zijn effectieve methoden voor het voorbewerken van aluminium. Deze methode heeft de voorkeur vanwege het hoge vermogen om warmte te beheersen en de snijkracht te controleren; bovendien zorgt het voor een betere spaanafvoer in vergelijking met conventionele methoden.

Vergelijking van 7075 aluminium met andere materialen

Door 7075 te vergelijken met andere alternatieven, kunnen ingenieurs betere keuzes maken bij de materiaalkeuze voor een bepaalde toepassing. Dit is de enige legering die een evenwicht biedt tussen sterkte, gewicht en bewerkbaarheid.

7075 massief aluminium versus 4140 staal

Bij het vergelijken 7075 massief aluminium versus 4140 staal, Er komen enkele interessante compromissen aan het licht. De gebluste en getemperde 4140-staal heeft een treksterkte tussen de 90 en 150 ksi.Hoewel het per volume-eenheid bijna drie keer zo zwaar is, is 7075 in situaties waar de sterkte-gewichtsverhouding een kritische parameter is, zoals in de lucht- en ruimtevaart en de autosport, beter. Wanneer een onderdeel onder dezelfde spanningsniveaus wordt gebruikt, weegt het ongeveer 60 procent van een onderdeel dat van 4140-staal is gemaakt. Dit is gebaseerd op de aanname dat er ontwerpaanpassingen zijn gedaan om rekening te houden met het feit dat aluminium minder stijf is.

7075 vs 6061 vs 2024 vs 7050

Bij de bewerking van 7075 moet het qua prestaties worden vergeleken met andere aluminiumsoorten. Dit is een hoogwaardige legering voor de lucht- en ruimtevaart. Alternatieven zijn aluminium 6061, 2024 en 7050.

Meest gebruikt aluminiumsoorten voor bewerking:

• 6061-T6: Minder sterk (maximaal 45.000 PSI), maar beter geschikt om mee te lassen en goedkoper.
• 2024-T3: Dezelfde sterkte (maximaal 70,000 PSI), maar met een betere vermoeiingsweerstand. De vliegtuigrompen zijn gangbaar en machines vinden het lastiger om ze te bewerken.
• 7050-T7451: Sterker en beter bestand tegen spanningscorrosie. Een duurdere, maar bij voorkeur dikkere plaatoptie.
• 7075-T6 De industriestandaard voor componenten die aan hoge spanningen worden blootgesteld; de beste combinatie van sterkte, bewerkbaarheid en beschikbaarheid.

De bewerkbaarheid van 7075-aluminium is beter dan die van 2024, het is minder geneigd tot het vormen van een opbouwrand en de spaanafvoer is goed. Componenten kunnen lichter worden ontworpen dankzij de hogere sterkte van 7075 in vergelijking met 6061. Dit compenseert de iets hogere materiaalkosten in prestatiekritische toepassingen.

Het juiste gereedschap kiezen voor het bewerken van aluminium

Bewerking op maat van aluminium 7075

Bij het bewerken van 7075 is het juiste gereedschap essentieel voor maximale productiviteit en een optimale oppervlakteafwerking. De materiaaleigenschappen vereisen andere gereedschapsgeometrieën en coatings dan die voor staal of andere metalen.

Geometrieën van hardmetalen gereedschappen voor 7075

Hardmetalen gereedschappen zijn al lange tijd de meest populaire keuze voor het bewerken van aluminium. Ze bieden een uitstekende slijtvastheid en de stijfheid die nodig is om de maatnauwkeurigheid bij hoge snelheden te behouden. De prestaties worden beïnvloed door de geometrie van het gereedschap. Geometrieën die specifiek voor aluminium zijn ontworpen, presteren beter dan ontwerpen die voor algemeen gebruik zijn bedoeld.

Positieve spaanhoeken van 10-15 graden kunnen het energieverbruik en de snijkrachten verminderen en tegelijkertijd de oppervlakteafwerking verbeteren. Ze zijn effectiever op aluminium vanwege de zachte matrix. Bij hardere materialen zullen ze echter direct afbrokkelen.

Het aantal snijkanten heeft invloed op de snelheid waarmee spanen worden afgevoerd en op de aanvoersnelheid. Twee- en driesnijkanten zijn het meest geschikt voor voorbewerkingen die diepe sneden vereisen. Bij nabewerkingen bieden vier- en vijfsnijkanten hogere aanvoersnelheden. Variabele spiraalhoeken en spoed verbeteren de oppervlaktekwaliteit bij precisiebewerking van aluminium.

PCD-gereedschap voor productieruns

Gereedschap met polykristallijn diamant is een uitstekende keuze voor het bewerken van aluminium. PCD kan de levensduur aanzienlijk verlengen, soms wel tot een factor tien, vergeleken met hardmetaal (doorgaans 5 tot 20 keer, afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden).

Diamanten hebben een extreem lage wrijvingscoëfficiënt en zijn zeer hard. Diamanten kunnen aluminium snijden zonder te slijten. De snijkanten blijven scherp, waardoor de oppervlakken consistent blijven gedurende lange productieruns. Deze eigenschap is met name nuttig in de lucht- en ruimtevaart, waar dimensionale consistentie cruciaal is voor grote series onderdelen.

PCD is het meest geschikte afwerkingsmateriaal wanneer hoogwaardige oppervlakken vereist zijn. Met dit materiaal kunnen oppervlakken met een ruwheid van 8-16 Ra worden bereikt wanneer de snelheden en voedingen worden geoptimaliseerd. Door secundaire slijp- en polijstprocessen te elimineren, kunnen de productiekosten worden verlaagd.

Koelvloeistof- en smeermiddelstrategieën

Aluminium 7075 bewerkte onderdelen

Bij het bewerken van 7075 aluminium verbetert een adequaat gebruik van koelvloeistof de levensduur van het gereedschap, de oppervlaktekwaliteit en de maatnauwkeurigheid. Hoewel de hoge thermische geleidbaarheid van ijzer de benodigde koeling, in vergelijking met titanium of staal, zal verminderen, blijven de keuze van de koelvloeistof en de manier waarop deze wordt aangebracht van belang.

Soorten en concentraties koelvloeistof

Deze koelvloeistoffen worden ontwikkeld met behulp van wateroplosbare synthetische en semi-synthetische materialen, die specifiek geschikt zijn voor aluminium. Deze koelvloeistoffen hebben een gecombineerde werking van koeling en smering, waardoor verkleuring van aluminium of corrosie wordt voorkomen.

De aanbevolen mengverhouding voor het bewerken van 7075 aluminium is 5-8 procent, in tegenstelling tot de gebruikelijke 8-12 procent die nodig is voor het bewerken van staal. Lagere concentraties zorgen voor voldoende koeling en smering en minimaliseren de hoeveelheid residu op machineonderdelen en werkstukken. Hogere concentraties kunnen leiden tot witte afzettingen die van aluminiumoppervlakken verwijderd moeten worden.

De pH-waarde van de koelvloeistof moet tussen 8.5 en 9.5 liggen om corrosie van aluminium te voorkomen. Regelmatige controle en aanpassing van de pH-waarde, concentratie en bacteriële verontreiniging verlengen de levensduur van de koelvloeistof, verbeteren de consistentie van de bewerking en verlengen de levensduur van de koelvloeistof. Het systeem voor het verwijderen van zwerfolie helpt bij het elimineren van verontreinigingen in de snijolie die de prestaties van de koelvloeistof verminderen.

pH- en contaminatiecontrole

Aluminium vormt van nature een oxidelaag op zijn oppervlak. Deze laag biedt weerstand tegen verontreinigingen en corrosie. De optimale pH-waarde ligt tussen 7 en 8. Bij deze neutrale pH-waarde blijft aluminium in optimale conditie, zelfs bij ernstige verontreinigingen zoals chloriden.

Overwegingen met betrekking tot werkstukbevestiging en opspanning

Aluminium 7075 bulk bewerkte onderdelen 

Bij het bewerken van 7075 aluminium is het belangrijk om de juiste opspanmiddelen te gebruiken, vooral bij dunwandige onderdelen of geometrieën met complexe vormen waarbij snijkrachten vervorming of doorbuiging kunnen veroorzaken. Aluminium onderdelen zijn bovendien gevoelig voor buiging onder belasting, omdat het materiaal een lage elasticiteitsmodulus heeft in vergelijking met staal.

Verdeling van dunwandige onderdelen

Een van de problemen die zich voordoen bij het opspannen van dunwandige ruimtevaartonderdelen is dat de interne spanning tijdens de bewerking wordt verplaatst en vervormd door materiaalafname. Het gebruik van een symmetrische bewerkingsvolgorde en het verwijderen van materiaal aan de andere kant is echter niet zo moeilijk.

Vacuümklemmen of was met een laag smeltpunt kunnen dunne wanden ondersteunen zonder veel kracht te gebruiken. Voorafgaande warmtebehandeling van de uiteindelijke bewerkte onderdelen kan de dimensionale stabiliteit van belangrijke onderdelen vergroten door spanningsvermindering. De spanning wordt verdeeld door middel van zachte klemmen die zich aanpassen aan de geometrie van het onderdeel, met toegevoegde hydraulische of pneumatische klemming om lokale vervorming te elimineren en de kracht gelijkmatig te verdelen.

Opspaninrichtingontwerp voor hogesnelheidsbewerkingen

Opspaninrichtingen moeten bestand zijn tegen de hoge snijkrachten en centrifugale krachten die ontstaan ​​bij hogesnelheidsbewerking. Opspaninrichtingen die ontworpen zijn voor CNC-bewerking van aluminium met hoge snelheden moeten stijver zijn dan opspaninrichtingen die ontworpen zijn volgens conventionele parameters.

Teenklemmen of bandklemmen moeten de werkstukken dicht bij de snijzone vastgrijpen om de hefboomwerking te minimaliseren, waardoor het werkstuk minder kan doorbuigen. Neerwaartse trekkrachten zijn doorgaans effectiever dan neerwaartse duwkrachten, omdat ze geen hefmomenten creëren zoals zijklemmen dat wel kunnen doen bij zware snijbelastingen.

Vereiste voor het bereiken van oppervlakteafwerkingen van luchtvaartkwaliteit

In de lucht- en ruimtevaart worden vaak oppervlakteafwerkingen tot wel 32 Ra vereist, en kritische afdichtingsoppervlakken vereisen soms zelfs 16 Ra. Met de juiste gereedschappen en parameters is het mogelijk om 7075 aluminium te bewerken volgens deze strenge specificaties.

Het bewerkingsproces produceert oppervlakken met een Ra-waarde van 16-32 bij gebruik van scherpe hardmetalen gereedschappen met hoge snelheden (2,500-4000 SFM) en fijne voedingen (0.04 tot 0.006 IPT). Met wisserinzetstukken kunnen nog fijnere oppervlakken worden bereikt. Dit wordt gedaan door het aantal snijkanten dat bij elke rotatie contact maakt met het werkstuk te verdubbelen.

Precisie CNC-bewerking van 7075 aluminium bij ProLean Tech

ProLean Tech is een van de toonaangevende fabrikanten van op maat gemaakte metalen onderdelen en CNC-bewerkingen. Onze ervaren machinisten hebben tientallen jaren ervaring in het vervaardigen van precisieonderdelen van 7075 aluminium. We kennen alle kneepjes van het werken met aluminiumlegeringen. Bij ProLean Tech waarderen we uw tijd, geld en doelen. We worden uw partner door u onderdelen van de beste kwaliteit en met een perfecte afwerking te leveren, zodat u de gewenste resultaten kunt behalen.

Conclusie:

Het is belangrijk om het bewerkingsproces van 7075 aluminium te begrijpen. Ook is het noodzakelijk om de juiste methoden toe te passen om de parameters te optimaliseren, de processen te reguleren en de juiste gereedschappen te selecteren. Deze zeer sterke aluminiumlegering heeft een uitstekende bewerkbaarheid, waardoor hoge materiaalsnelheden, betere oppervlakken en een nauwkeurige afwerking mogelijk zijn. Het is daarom het materiaal bij uitstek voor structurele componenten in de lucht- en ruimtevaart en hoogwaardige auto-onderdelen. Ook precisieonderdelen worden van deze legering gemaakt.

Deze handleiding legt uit hoe u consistente resultaten behaalt met 7075-componenten. ProLean Tech heeft tientallen jaren ervaring in precisiebewerking van aluminium. Deze ervaring passen we toe op elk project. We hebben een grondig begrip van de uitdagingen die hoogwaardige aluminiumlegeringen met zich meebrengen en hoe we deze kunnen overwinnen. Onze vaardigheden en expertise kunnen aan uw behoeften voldoen, of u nu prototypeontwikkeling of serieproductie nodig heeft. Ontvang een offerte door contact met ons op te nemen.