1. اصل اساسی اثر پیری
پروفیل های آلومینیومی تقویت شده قابل عملیات حرارتی مانند 6061، 6063، 6005 و 6013 (عمدتا سری Al-Mg-Si) پس از اکستروژن، عملیات حرارتی محلول و خاموش شدن، یک محلول جامد فوق اشباع را تشکیل می دهند، زیرا عناصر آلیاژی Mg و Si به سرعت در آلومینیوم به دام می افتند. این ریزساختار از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است. تحت دمای اتاق یا شرایط گرمایش کنترل‌شده، اتم‌های املاح به طور خود به خود منتشر و جمع می‌شوند، به‌طور متوالی مناطق GP، فاز «فاصل»، «فاز» ناپایدار و در نهایت فاز تعادل Mg2Si را تشکیل می‌دهند. نانو پراکنده یکنواخت نابجایی پین ها و مرزهای دانه را رسوب می دهد تا مواد را سخت کند و استحکام آن را بهبود بخشد. این فرآیند تکامل بارش در مجموع به عنوان اثر پیری تعریف می شود، که یک ویژگی اصلی مواد است که باید در ماشینکاری CNC پروفیل های آلومینیومی به شدت کنترل شود.
پیری به تقسیم می شودپیری طبیعی (پیری در دمای اتاق)وپیری مصنوعی (پیری با درجه حرارت بالا). همچنین شامل سه مرحله زیر پیری، اوج پیری و پیری بیش از حد است. وضعیت های مختلف پیری مستقیماً عملکرد برش CNC، پایداری ابعادی قطعات، خواص مکانیکی و کیفیت ماشینکاری سطح را تعیین می کنند.
تعاریف متداول در صنعت T- Temper: T4=محلول عملیات حرارتی + پیری طبیعی. T5=خنک کننده هوای اکستروژن + پیری مصنوعی. T6=خاموش کردن آب پس از درمان محلول + اوج پیری مصنوعی. T651 / T6511: با پیش کشش برای کاهش استرس، مخصوصاً برای ماشینکاری CNC با دقت بالا.
2. طبقه بندی اثرات پیری و اثرات آنها بر ماشینکاری CNC
2.1 اثر پیری طبیعی (پیری در دمای اتاق)
پس از خاموش شدن، پروفیل ها به طور خود به خود مناطق GP را در دمای محیط تشکیل می دهند. سختی و استحکام تسلیم به آرامی با زمان ذخیره سازی افزایش می یابد در حالی که شکل پذیری به تدریج کاهش می یابد. برای آلیاژهای سری 6XXX، اوج پیری طبیعی معمولاً طی چند روز تا بیش از ده روز به دست می‌آید و به دنبال آن نرخ رشد آهسته است.
نقاط درد برای ماشینکاری CNC:
وضعیت مواد ورودی ناپایدار: پروفایل های یک دسته با زمان ذخیره سازی متفاوت، نوسانات سختی زیاد، مقاومت برش ناسازگار و سایش ابزار را نشان می دهند که منجر به ثبات ابعادی ضعیف در تولید انبوه می شود.
اثر ذخیره سازی (تاخیر پیری): اگر پیری مصنوعی پس از یک دوره پیری طبیعی انجام شود، اوج استحکام نهایی کاهش می یابد و در نتیجه استحکام نامناسبی برای سفارشات عمده سینک های حرارتی تجارت خارجی و محفظه های کنترلر ایجاد می شود.
پیری طبیعی پس از ماشینکاری خشن: مقدار زیادی از مواد در طول آسیاب خشن حذف می شود و تعادل تنش اصلی را می شکند. تغییر شکل آهسته در روزهای بعد ادامه می یابد و باعث صافی و موازی بودن خارج از تحمل می شود که در پوسته های دیواره نازک، ریل های راهنما بلند و توری های تهویه برجسته است.
سناریوهای کاربردی:مناسب برای قطعاتی که نیاز به خم شدن، گسترش سوراخ و متعاقب آن تشکیل پلاستیک دارند. معمولاً برای قطعات CNC تمام شده با دقت بالا استفاده نمی شود.
2.2 اثر پیری مصنوعی (پیری با دمای کنترل شده، فرآیند اصلی T5 / T6)
پروفیل ها در دمای ثابت 150-185 درجه در یک کوره پیری نگهداری می شوند تا تشکیل رسوب را تسریع کنند و در مدت زمان کوتاهی به خواص مکانیکی مورد نظر دست یابند. این پرکاربردترین روش پیری برای پروفیل های آلومینیومی CNC است.
زیر پیری: زمان نگهداری ناکافی؛ رسوبات کوچک و کم هستند. استحکام و سختی نسبتا کم با شکل پذیری خوب است. برش سبک است، اما استحکام بخشی ناکافی است، که باعث ایجاد صدای برش، تغییر شکل بستن و برگشت فنر پس از ماشینکاری می شود.
اوج پیری: پنجره فرآیند بهینه با بیشترین مقدار و اندازه یکنواخت رسوب ''. استحکام و سختی به حداکثر مقدار می رسد. معمولاً برای قطعات ساختاری، سینک های حرارتی و محفظه های آلومینیومی استفاده می شود. ماشینکاری با سفتی مواد کافی پایدار است، در حالی که شکل پذیری کاهش می یابد و ویژگی های شکستن تراشه تغییر می کند. ابزارهای مخصوص برش درجه آلومینیوم و پارامترهای برش منطبق مورد نیاز است.
پیری بیش از حد: زمان نگهداری بیش از حد یا دمای بالا منجر به درشت شدن و کروی شدن رسوبات می شود. استحکام و سختی کاهش می یابد، در حالی که چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی تنش بهبود می یابد. مقاومت برش کمتر است و تنش ماشینکاری با پایداری ابعادی بهتر کمتر است که برای اجزای دقیقی که به پایداری طولانی مدت نیاز دارند اعمال می شود. اشکال این است که استحکام نمی تواند الزامات قطعات سازه ای باربر را برآورده کند.
2.3 پیری استرس (پیری کاهش استرس، فرآیند اصلی برای قطعات CNC دقیق)
گیج کردن آن آسان استبارش تقویت کننده پیریوکاهش استرس پیری. اکستروژن، خاموش کردن و ماشینکاری خشن، تنش پسماند را در داخل پروفیل ها قفل می کند. آرامش استرس و رهایی از استرس به طور همزمان در طول پیری اتفاق می‌افتند که به آن معروف استاثر کاهش استرس پیری.
کهنه شدن پروفیل ها در کارخانه: تنش باقیمانده ناشی از اکستروژن و کوئنچ را از بین می برد.
پیری متوسط پس از ماشینکاری خشن (ماشینکاری خشن → پیری → ماشینکاری پایانی): مقدار زیادی در آسیاب خشن CNC حذف می شود و میدان تنش اصلی مختل می شود. پیری در دمای پایین یا ذخیره سازی در دمای اتاق، استرس را از قبل آزاد می کند، بنابراین بعد از اتمام ماشینکاری، ابعاد تغییر نخواهد کرد. این مسیر فرآیند استاندارد برای قطعات آلومینیومی CNC با دقت بالا مانند محفظه کنترلرهای صنعتی، پروفیل های فتوولتائیک و براکت های دقیق است.
تمایز کلیدی: عملکرد اصلی پیری تقویت بارش است. آرامش استرس یک اثر همراه است. پروفیل های پیش کشیده T651 کشش را قبل از پیری اتخاذ می کنند تا استرس فرونشاندن را جبران کند و تمایل به تغییر شکل پیری را تا حد زیادی کاهش دهد.
2.4 بازگشت و پیری مجدد (RRA، پروفیل های آلومینیومی با استحکام بالا)
بیشتر برای آلیاژهای آلومینیومی با مقاومت بالا سری 7 اعمال می شود. این فرآیند شامل پیری اوج، بازگشت کوتاه مدت در دمای بالا و پیری ثانویه در دمای پایین، متعادل کردن استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی استرس است. این در قطعات ساختاری CNC پیشرفته استفاده می شود، در حالی که به ندرت برای پروفیل های آلومینیومی معمولی سری 6 به دلیل هزینه بالا و پنجره فرآیند باریک استفاده می شود.
3. پنج تأثیر صنعتی عمده ناشی از اثرات پیری (سمت ماشینکاری CNC)
3.1 اثر جفت بین خواص مکانیکی و ماشین کاری
وضعیت پیری مستقیماً نسبت تسلیم به کشش و ازدیاد طول آلیاژهای آلومینیوم را تغییر می دهد. آلومینیوم زیر سن نرم و مستعد چسبندگی لبه ها و ابزار است. مواد اوج سن به برش پایدار و شکستن تراشه خوب می رسند. مواد کهنه شده دارای شکل پذیری بهتر و پرداخت سطحی بالاتر پس از اتمام است. اگر از همان برنامه CNC برای پروفیل های دسته های قدیمی مختلف استفاده شود، علائم ناهماهنگ ابزار، سوراخ ها، رانش ابعادی و عمر ابزار رخ می دهد. برای سفارش‌های پروفیل آلومینیوم OEM برای مشتریان خارج از کشور، نقشه‌ها به وضوح حالت T5/T6 را مشخص می‌کنند، که اساساً مرز عملکرد برش و خواص مکانیکی تعریف شده توسط پیری را قفل می‌کند.
3.2 اثر تغییر شکل پیری (علت اصلی ضایعات دسته ای)
تغییر شکل پیری به دو دسته تقسیم می‌شود: ① تغییر شکل در طول عملیات حرارتی پیری: سطح مقطع نامتقارن یا اختلاف ضخامت دیواره زیاد پروفیل‌ها منجر به آزاد شدن تنش ناهموار در حین گرمایش می‌شود که منجر به خم شدن و پیچ خوردگی و سطوح مرجع نادرست در وسایل CNC می‌شود. ② تغییر شکل خزشی پس از ماشینکاری: قطعات از نظر ابعادی در دستگاه واجد شرایط هستند، اما به دلیل پیری مداوم و آزاد شدن تدریجی استرس، به آرامی ظرف چند ساعت تا چند هفته پس از آفلاین تغییر شکل می‌دهند. میله های نگهدارنده آلومینیومی بلند، ریل های بلند و نوارهای تزئینی نازک از محصولات پرخطر هستند.
راه حل های کنترل: پروفیل های دارای مقاطع متقارن را اولویت بندی کنید. پیری متوسط را پس از ماشینکاری خشن با کمک هزینه تکمیلی اتخاذ کنید. از عمق برش کوچک در تکمیل استفاده کنید و از فرزکاری یک طرفه سنگین خودداری کنید.
3.3 اثر پیری بر رسانایی الکتریکی و سطح آندایزینگ
بارش Mg2Si هدایت ماتریس را تغییر می دهد. رسانایی الکتریکی با پیشرفت پیری افزایش می یابد. برای پروفیل های هیت سینک، مواد کاملا کهنه رسانایی حرارتی بالاتر و عملکرد اتلاف حرارت بهتری را ارائه می دهند. در همین حال، وضعیت پیری بر نتایج آندایزینگ تأثیر می‌گذارد: پروفیل‌های زیر سن تمایل به نشان دادن تفاوت رنگ و پوشش ناهموار دارند. پروفیل های اوج سن، فیلم های اکسیدی یکنواخت و پایدار تولید می کنند که انتخاب استاندارد برای محفظه های آلومینیومی و اجزای تزئینی است.
3.4 حساسیت پیری و اثر تفاوت آلیاژ
6063 دارای پنجره پیری عریض است و برای درها، پنجره‌ها و نوارهای تزئینی T5 مناسب است و برای درب‌ها، پنجره‌ها و نوارهای تزئینی مناسب است. 6061 دارای حساسیت خاموش شدن بالاتری است و ترجیحاً T6 برای قطعات ساختاری CNC با آب کوئنچ می‌شود. 7075 و سایر آلیاژهای آلومینیومی با استحکام بالا به پیری حساس هستند. ذخیره سازی طبیعی پیری به طور قابل توجهی نتایج پیری مصنوعی بعدی را تغییر می دهد، بنابراین مواد ورودی را نمی توان به طور تصادفی قبل از عملیات حرارتی ذخیره کرد.
3.5 اثر تاخیری پیری (نقطه خطر فرآیند)
تاخیر در پیری پس از خاموش کردن: اگر فاصله بین کوئنچ و پیری کوره خیلی طولانی باشد، مناطق GP فراوان در طول پیری طبیعی در دمای اتاق تشکیل می‌شوند و بارش فاز '' را در پیری مصنوعی بعدی سرکوب می‌کنند، بنابراین استحکام نهایی نمی‌تواند الزامات طراحی را برآورده کند. این شایع ترین نقص کیفیت پنهان در کارخانه های تصفیه حرارتی و کارگاه های CNC است. نمونه برداری از استحکام کششی و سختی ناموفق در سفارشات صادراتی بیشتر به همین دلیل ایجاد می شود.
4. راه حل های کنترل پیری برای صنعت ماشینکاری CNC (فرایند عملی)
کنترل مواد ورودی: مواد را با دمای T ذخیره کنید و تاریخ خاموش شدن و مدت زمان نگهداری را ثبت کنید. پروفیل های تنش زدایی T651 را ترجیحاً برای قطعات با دقت بالا انتخاب کنید.
پیری را در جریان فرآیند قرار دهید: روش استاندارد برای قطعات با دقت بالا: عملیات حرارتی اکستروژن و محلول ← پیری کارخانه ← ماشینکاری خشن ← پیری تنش زدایی در دمای پایین / ذخیره سازی در دمای اتاق به مدت 24 تا 72 ساعت ← نیمه تمام ← ماشینکاری نهایی.
تطبیق فرآیند ماشینکاری: از برش های کاربید تیز یا PCD با سرعت بالا و تغذیه بالا برای آلومینیوم در پروفیل های اوج سن استفاده کنید. کاهش دمای برش برای پروفیل های زیر سن برای سرکوب لبه های ساخته شده.
قفل کردن پارامترهای پیری: دمای پیری و زمان نگهداری را با توجه به درجه آلیاژ و ضخامت مقطع ثابت کنید. زمان نگهداری پروفیل های دیوار ضخیم را افزایش دهید تا از پیری ناسازگار از سطح به هسته جلوگیری کنید.
بازرسی محصول نهایی: بازرسی ابعادی را نمی توان فقط بر روی دستگاه برای قطعات دقیق انجام داد. برای بررسی پایداری ابعادی طولانی مدت، پس از ذخیره سازی کهنه، دوباره آزمایش کنید.
5. خلاصه
اثر پیری پروفیل های آلومینیومی ماشینکاری شده CNC بسیار بیشتر از سخت شدن ساده است. این یک تغییر جامع همراه با بارش میکروسکوپی، آرامش تنش، خواص مکانیکی، ویژگی های برش، پایداری ابعادی، عملکرد حرارتی و الکتریکی است. برای پردازنده های CNC پروفیل آلومینیومی، تولید کنندگان اکستروژن سفارشی و شرکت های OEM تجارت خارجی، پیری به عنوان گره اصلی اتصال اکستروژن، عملیات حرارتی، فرز CNC و عملیات سطح عمل می کند. بسیاری از خرابی ها مانند دقت ضعیف، استحکام ناکافی، تفاوت رنگ آنودایز و تغییر شکل پس از تولید اساساً ناشی از کنترل نامناسب پیری است. استفاده منطقی از اثرات پیری و فرآیندهای CNC منطبق می‌تواند تحویل پایدار سینک‌های حرارتی، محفظه‌های صنعتی، براکت‌های ساختاری و پروفیل‌های تزئینی را تحقق بخشد.
