Анодирование литого алюминия по сравнению с механической обработкой анодированного алюминия - одинаковая поверхность, но два разных процесса

Анодирование литого алюминия дает отличные от анодирования деформированного алюминия результаты из-за содержания кремния, пористости и микроструктуры. Выбор способа анодирования - до или после механической обработки - значительно влияет на размеры, коррозионную стойкость, срок службы инструмента и общую стоимость. В этом руководстве рассматриваются семь болевых точек инженеров, связанных с анодированием литого алюминия по сравнению с механической обработкой анодированного алюминия. Кроме того, в нем представлены практические решения каждой из них.

Основные выводы

Фактор	Анодировать → Затем машина	Машина → Затем анодировать
Контроль размеров	Риск удаления покрытия на критических участках	Позволяет компенсировать допуск (+/- 0,01 мм)
Защита от коррозии	Открытые срезы теряют оксидный слой	Полное покрытие по окончательной геометрии
Износ инструмента	Высокое твердое покрытие (тип III) ≈ керамическая твердость	Нижний - резка необработанного алюминия
Лучший пример использования	Некритичные поверхности, требуется маскировка	Прецизионные отверстия, сопрягаемые поверхности, резьбовые отверстия
Типичный слой анодирования	0,0002″ - 0,001″ (тип II); до 0,002″ (тип III)	То же самое - необходимо планировать перед обработкой
Совместимость сплавов	A380, ADC12 требуют предварительной обработки; предпочтительнее 6061	Предпочтительны литейные сплавы с низким содержанием кремния

Почему анодирование литого алюминия - это не то же самое, что анодирование кованого алюминия

Как правило, инженеры и дизайнеры имеют представление о том, как будет выглядеть готовая анодированная поверхность, исходя из своего опыта работы с анодированными экструзиями из 6061-T6. Однако эти ожидания могут оказаться очень дорогостоящими, когда анодирование требуется для литых под давлением деталей из-за свойств материала, присущих литым под высоким давлением сплавам, таким как алюминий A380 и ADC-12.

В этих сплавах содержание кремния варьируется от 7,5% до 9,5% по весу. Присутствие кремния в этих сплавах обеспечивает необходимую характеристику: он позволяет расплавленному металлу хорошо растекаться и полностью заполнять все области полости формы. Однако кремний не реагирует на электрохимические процессы, используемые для создания анодных покрытий, так, как это делает чистый алюминий.

Поэтому в процессе электрохимического преобразования большинство кремниевых включений в структуре детали не вступают в реакцию и остаются неизменными. В результате анодное покрытие становится более сажистым, темным или неровным - его часто называют ‘сажей’.

Болевая точка 1: ползучесть допусков размеров, почему последовательность процессов имеет значение?

Анодирование - это не чистое покрытие поверхности. Это процесс преобразования. Примерно 50% оксидного слоя растет внутрь (расходуя основной металл) и 50% растет наружу (добавляя материал). В результате анодирование литого алюминия размерно-активный процесс.

Для анодирования типа II (серная кислота) при общей толщине 0,0005″ вы получите примерно 0,00025″ на поверхность. Для прецизионного отверстия с двусторонним допуском +/- 0,01 мм этого достаточно, чтобы вывести деталь за пределы спецификации.

Протокол компенсации толерантности:

1. Определите целевую толщину анодирования в соответствии с инженерным чертежом.
2. Рассчитайте половину общей толщины как внешний рост на поверхность.
3. Обработайте необработанную отливку с таким смещением, намеренно занижая размеры, чтобы конечный размер анодированного изделия соответствовал спецификации.

Такой подход требует координации между программой обработки и спецификацией анодирования. Поставщик, выполняющий обе операции собственными силами, устраняет разрыв связи, при котором этот расчет чаще всего не выполняется.

Болевая точка 2: открытые кромки и риск коррозии после механической обработки

Обработка анодированного алюминия удаляет защитный оксидный слой на каждой поверхности среза, в результате чего образуются оголенные кромки. В коррозионной среде или среде с высокой влажностью они становятся местом коррозии. А если эти детали используются в сборке с разнородными металлами, гальваническая коррозия ускоряется.

Автомобильная и морская промышленность требует, чтобы все литые под давлением детали были сертифицированы по стандартам качества IATF 16949 (это необходимо для подтверждения того, что детали обладают длительной коррозионной стойкостью). А это означает, что такие детали не могут быть использованы в этих отраслях.

Решения для открытых поверхностей:

• Применить химическое конверсионное покрытие, например, Alodine 1200S или хроматирование в соответствии с MIL-DTL-5541, на свежеобработанные участки для обеспечения локальной защиты от коррозии без необходимости полного повторного анодирования
• Документируйте все операции по обработке после анодирования и смягчение последствий обработки поверхности в PFMEA (анализ режимов и последствий отказов в процессе), который требуется в соответствии с IATF 16949 и ISO 9001 контролируемые производственные условия
• Повторное анодирование после окончательной обработки литых под давлением деталей, требующих полной коррозионной стойкости, и компенсация допусков на этапе предварительной обработки

Болевая точка 3: Почему обработка твердого анодированного алюминия так вредна для инструмента?

При анодировании с твердым покрытием типа III твердость оксида алюминия по Виккерсу составляет 400-600 HV, что практически не уступает твердости инструмента из карбида вольфрама. Если при обработке твердого анодированного алюминия используются обычные твердосплавные концевые фрезы, это может быстро привести к увеличению количества брака и расходов на замену инструмента.

Твердое покрытие действует как керамика; абразив в контакте с боковой поверхностью инструмента становится хрупким на краях, и под действием сил резания образуются микротрещины.

Рекомендуемые подходы:

• Инструменты с покрытием из алмазоподобного углерода (DLC) уменьшают трение об оксидный слой и увеличивают срок службы инструмента в 3-5 раз по сравнению с твердым сплавом без покрытия
• Вставки из поликристаллического алмаза (PCD) являются предпочтительным решением для больших объемов обработка твердого анодированного алюминия на поверхностях скольжения или прецизионных элементах
• Стратегическое маскирование при анодировании это более экономичный подход, чем обработка через слой твердого покрытия, поэтому перед тем, как деталь попадет в ванну анодирования, используйте силиконовые заглушки или УФ-отверждаемые маски на критических отверстиях, резьбе и сопрягаемых поверхностях

Болевая точка 4: скрытая пористость, тихий дефект при анодировании алюминиевых отливок

Литье под давлением может стать проблемой, даже если оно выполнено хорошо. Под поверхностью детали могут образовываться воздушные карманы. Для деталей, которые подвергаются механической обработке или окрашиваются, это обычно не является большой проблемой. При анодировании алюминиевых отливок кислота, используемая в процессе, может попасть в эти воздушные карманы, застрять и выйти наружу через несколько часов или дней. Это может испортить отделку детали изнутри.

Такую проблему очень трудно обнаружить до анодирования детали, если только вы не проводите разрушающие испытания или рентгеновский контроль.

Предотвращение и смягчение последствий:

• Удаление воздуха из HPDC с помощью вакуума может значительно помочь удаление воздуха из формы до того, как вы поместите в нее металл
• Пропитка смолой (в соответствии с MIL-I-17563 или процессом Henkel Loctite Resinol) запечатывает микропористость перед анодированием, что является стандартной практикой в аэрокосмической и оборонной промышленности для анодирование алюминиевых отливок которые должны иметь чистую отделку
• Моделирование течения в пресс-форме на этапе проектирования оснастки позволяет предсказать зоны с высокой пористостью, что позволяет оптимизировать размещение затворов и вентиляционных отверстий до того, как будет произведен первый выстрел

Болевая точка 5: эстетическая несогласованность и пятнистость

Первая серьезная проблема, на которую жалуются инженеры, специализирующиеся на анодировании литого под давлением алюминия, - косметическая. Жалоба заключается в том, что конечный продукт не похож на утвержденный образец, который во многих случаях изготавливается из деформируемого 6061.

Сплавы с высоким содержанием кремния образуют поверхностный налет - темную, липкую пленку - во время анодирования. Этот налет препятствует равномерному образованию оксида, что приводит к появлению пятнистости и неравномерности цвета.

Решения:

• Переход на анодируемые сплавы для литья под давлением с низким содержанием кремния, когда главным требованием является косметика
• Нанесите предварительную обработку кислотным травлением, например, смесью азотной и фтористоводородной кислот, чтобы удалить кремниевый налет до начала анодирования.
• Если вы вынуждены использовать A380 или ADC12 по причинам, связанным с конструкцией или стоимостью оснастки, оправдайте ожидания клиентов с помощью одобренных косметических образцов.

Болевая точка 6: сколы кромок и растрескивание покрытия при обработке

Твердое покрытие типа III хрупкое, поэтому, когда режущий инструмент выходит из отверстия или пересекает кромку, напряжение в точке выхода может привести к растрескиванию или сколу оксидного слоя. Это явление известно как растрескивание. Когда оксидный слой растрескивается, он становится неспособным обеспечивать защиту от коррозии и заданную износостойкость.

Эта болевая точка часто возникает, когда обработка твердого анодированного алюминия с использованием традиционных стратегий фрезерования, перенесенных с работ с необработанным алюминием.

Настройка параметров обработки:

• Уменьшите скорость подачи на 30-40% в местах входа и выхода инструмента
• Используйте фрезерование подъёма а не обычное фрезерование; при фрезеровании с подъемом силы резания направлены внутрь заготовки, что уменьшает напряжение отслаивания на границе раздела оксид-алюминий
• Укажите скошенные или радиусные края от конструкции отливки; острые внешние углы 90° концентрируют напряжение во время обработки и являются наиболее распространенными местами возникновения сколов кромок

Болевая точка 7: стоимость неправильной последовательности процессов

Когда вы анодирование литого алюминия, От используемой последовательности зависит конечный результат. Вы можете либо следовать последовательности:

Литье → Машиностроение → Анодирование

Или используйте эту последовательность:

Литье → Анодирование → Машина

Ни один из этих методов не является универсально правильным. Я имею в виду, что все зависит от потребностей вашего конечного продукта. Но использование неправильного метода приводит к браку, повторным работам и завышенной совокупной стоимости владения (TCO). Эта таблица - рекомендация по последовательности действий:

Сценарий	Рекомендуемая последовательность	Обоснование
Прецизионные отверстия, резьба, сопрягаемые поверхности	Машина → Анодирование	Анодирование должно покрывать окончательную геометрию; компенсировать допуски при обработке
Только декоративные наружные поверхности	Анодирование → Машина (интерьер)	Защитите косметические зоны; обработайте невидимые участки после
Полное твердое покрытие на изнашиваемых поверхностях	Обработка → Анодирование → Выборочная повторная обработка	Используйте маскировку; избегайте резки твердого покрытия, если нет инструмента PCD
Электрические/тепловые гибридные детали	Машина → Анодирование (с маской)	Заземляющие площадки замаскированы; анодированный корпус для устойчивости к коррозии/износу

Не стоит распределять эти этапы между несколькими поставщиками, как это делают многие производители. Когда вы используете разных поставщиков, становится трудно найти единую точку ответственности, что приводит к изменениям размеров, которые усугубляются во всей этой технологической цепочке. Конечный результат? Отходы на поздних стадиях анодирования литого алюминия.

Плюсы и минусы: анодирование литого алюминия по сравнению с порошковым покрытием литого алюминия

Анодирование литого алюминия:

• Более твердая поверхность (тип III: 400-600 HV против порошкового покрытия: ~80 HV)
• Более тонкий слой, лучший контроль размеров
• Отличная износостойкость и устойчивость к истиранию
• Отсутствие риска расслаивания покрытия

Анодирование литого алюминия Cons:

• Косметическое несоответствие на сплавах с высоким содержанием кремния (A380, ADC12)
• Хрупкие, края подвержены сколам
• Электрическая изоляция, противоречит требованиям к заземлению

Порошковая окраска литого алюминия:

• Улучшение косметической однородности литейных сплавов с высоким содержанием кремния
• Широкий цветовой диапазон с неизменными результатами
• Более щадящая обработка пористых отливок

Порошковая окраска литого алюминия Cons

• Более толстый слой (60-120 микрон), влияет на жесткие допуски
• Низкая твердость, не подходит для износостойких применений
• Может задерживать газовыделение из пористости, вызывая дефекты типа “рыбий глаз”.

Анодирование литого алюминия и механическая обработка анодированного алюминия Вопросы и ответы

Вопрос 1: Можно ли анодировать отливки A380 или ADC12 до блестящей, косметически приемлемой отделки?

Не поддается регулярной обработке. Высокое содержание кремния в этих двух сплавах придает им несбалансированную темную поверхность. В случае, если внешний вид вызывает озабоченность, перейдите на сплав с низким содержанием кремния, поддающийся анодированию, или на порошковую грунтовку для преобразования хромата. но мы можем предложить решение по анодированию литого алюминия для вашего требования, если какие-либо из ваших частей литья под давлением, которые должны быть с использованием анодированной отделки поверхности, добро пожаловать, чтобы связаться с нами, или вы можете пойти на как анодировать литой алюминий чтобы узнать больше.

Вопрос 2: Каково правильное смещение допуска при обработке алюминиевых отливок перед анодированием типа II?

Для сернокислотного анодирования Type II при общей толщине 0,0005 дюйма: сместите обработанные размеры на половину общего смещения слоя (.00025 дюймов на поверхность) (т.е. на 50 процентов).

В твердом покрытии типа III с общей толщиной 0,002. Толщину слоя всегда можно проверить с помощью анодировщика, прежде чем приступить к выполнению программы обработки.

Вопрос 3: Является ли повторное анодирование после обработки после анодирования жизнеспособной производственной стратегией?

Да, но необходим полный цикл выравнивания допусков, деталь придется обрабатывать заново, чтобы учесть второй слой анодирования. Это увеличивает стоимость и время выполнения заказа. Обычно оправдано применение только для дорогостоящих и критически важных компонентов в аэрокосмических и оборонных программах.

Вопрос 4: Как предотвратить вытекание кислоты из литых деталей, подвергаемых анодированию?

Укажите HPDC с вакуумным усилителем во время литья и требуйте пропитки смолой (согласно MIL-I-17563) перед тем, как детали попадут на линию анодирования. Это стандартное требование к качеству любой анодирование литого алюминия программа, в которой пористость недр представляет собой известный риск.

Q5: Какие сертификаты следует требовать от поставщика, занимающегося как литьем под давлением, так и анодированием алюминиевых отливок?

Как минимум, требуется сертификат ISO 9001:2015. Для автомобильных цепочек поставок обязателен IATF 16949. Для аэрокосмических и оборонных программ стандартом является AS9100 Rev D. Поставщики должны предоставить отчеты о проверке, включающие измерения до и после анодирования для подтверждения соответствия допуску, для A380 и ADC12.

Как aludiecasting решает эти проблемы

Компания Aludiecasting обладает более чем 20-летним опытом в области литья под высоким давлением и прецизионной обработки с ЧПУ. Мы работаем как вертикально интегрированный производитель, занимаясь проектированием пресс-форм, моделированием потока в пресс-форме, производством HPDC, механической обработкой с ЧПУ и координацией обработки поверхности в рамках единой системы качества, сертифицированной по следующим стандартам ISO 9001 и IATF 16949. Наши собственные возможности анализа течения в пресс-форме помогают выявить и снизить риски пористости еще до резки оснастки, что является наиболее экономически эффективным способом решения проблем, которые ставят под угрозу анодирование алюминиевых отливок вниз по течению.

GC MOULD управляет всей технологической цепочкой, устраняя разрывы в допусках между поставщиками, которые являются основной причиной брака и повторных работ в программах, включающих анодирование литого алюминия.

Готовы ли вы устранить дефекты анодирования и нарушения допусков из своей программы литья алюминия? Предоставьте чертеж детали и требования к годовому объему нашей команде инженеров для получения рекомендаций по технологической последовательности, анализа выбора сплава и предложения с полной прослеживаемостью от проектирования формы до готовой обработки поверхности.