Miksi AlNiCo-magneeteilla on suuret työstövarat ja niiden työstöjälkeinen mittatarkkuus

1. Johdanto AlNiCo-magneetteihin

AlNiCo (alumiini-nikkeli-koboltti) -magneetit ovat kestomagneettimateriaalia, joka koostuu pääasiassa alumiinista (Al), nikkelistä (Ni) ja koboltista (Co), ja siihen on lisätty pieniä määriä kuparia (Cu), titaania (Ti) ja muita alkuaineita suorituskyvyn parantamiseksi. Ne tunnetaan korkeasta remanenssista (Br), erinomaisesta lämpötilanvakaudestaan ​​ja alhaisesta palautumislämpötilakertoimestaan, minkä ansiosta ne soveltuvat erittäin tarkkoihin sovelluksiin, kuten antureihin, moottoreihin ja ilmailu- ja avaruustekniikan komponentteihin.

AlNiCo-magneeteilla on kuitenkin myös luontaisia ​​haittoja, kuten alhainen mekaaninen lujuus, korkea kovuus ja hauraus, jotka vaikuttavat merkittävästi niiden työstettävyyteen. Tässä artikkelissa tarkastellaan, miksi AlNiCo-magneetit vaativat suuria työstövaraa ja työstön jälkeen saavutettavaa mittatarkkuutta.

2. Miksi AlNiCo-magneetit vaativat suuria työstövaraa

2.1 Hauraus ja heikko sitkeys

AlNiCo-magneetit ovat luonnostaan ​​hauraita metallisen lasimaisen mikrorakenteensa vuoksi, josta puuttuu sitkeys. Koneistuksen aikana tämä hauraus johtaa:

• Lohkeilu ja halkeilu : Pienet halkeamat voivat levitä nopeasti leikkausvoimien alaisena ja aiheuttaa reunan lohkeilua tai katastrofaalisen rikkoutumisen.
• Pintavauriot : Koneistetulle pinnalle voi muodostua mikrohalkeamia ja kuoppia, jotka edellyttävät lisämateriaalinpoistoa sileän pinnan saavuttamiseksi.

Näiden ongelmien lieventämiseksi tarvitaan suurempi työstövara, jotta:

• Poista alkuperäisen karhennustyön aiheuttamat vaurioituneet kerrokset.
• Varmista, että viimeistelytyöhön on jäljellä riittävästi materiaalia.

2.2 Suuri kovuus ja työkalun kuluminen

AlNiCo-magneettien kovuus on tyypillisesti 450–550 HV , mikä on verrattavissa karkaistuun teräkseen. Tämä korkea kovuus kiihdyttää työkalun kulumista koneistuksen aikana, mikä johtaa:

• Heikentynyt leikkaustehokkuus : Tylsät työkalut vaativat suurempia leikkausvoimia, mikä lisää työkappaleen vaurioitumisriskiä.
• Huono pinnanlaatu : Kuluneet työkalut jättävät jälkeensä karheat pinnat, jotka vaativat lisähiontaa tai -kiillotusta.

Suurempi työstövara kompensoi työkalun kulumista varmistamalla, että useiden työkalunvaihtojen jälkeenkin jäljellä on riittävästi materiaalia lopullista mitoitusta varten.

2.3 Lämpöherkkyys

AlNiCo-magneeteilla on alhainen lämmönjohtavuus (noin 12–15 W/m·K ), mikä tarkoittaa, että työstön aikana syntyvä lämpö ei haihdu tehokkaasti. Tämä johtaa:

• Lämpölaajeneminen : Paikallinen kuumentaminen voi aiheuttaa epätasaista laajenemista, mikä johtaa mittaepätarkkuuksiin.
• Jäännösjännitysten esiintyminen : Nopea jäähdytys koneistuksen jälkeen voi aiheuttaa jäännösjännityksiä, jotka voivat johtaa vääntymiseen tai halkeiluun.

Suurempi työstövara mahdollistaa jännitysten poiston hehkutus- tai vanhennuskäsittelyillä ennen lopullista mitoitusta, mikä vähentää muodonmuutosten riskiä.

2.4 Magneettisten ominaisuuksien säilyttäminen

Koneistus tuottaa lämpöä ja mekaanista rasitusta, jotka voivat heikentää AlNiCo-magneettien magneettisia ominaisuuksia, erityisesti niiden koersitiivisuutta (Hc) ja remanenssia (Br) . Tämän minimoimiseksi:

• Vähäjännitysinen työstö : Hiontaa tai kipinätyöstöä (EDM) suositellaan korkeajännitysmenetelmiin, kuten jyrsintään tai sorvaukseen, verrattuna.
• Suuret työvarat : Varmista, että viimeistelyn aikana poistetaan vain uloin kerros (joka voi vaurioitua magneettisesti).

3. Koneistuksen jälkeen saavutettava mittatarkkuus

AlNiCo-magneettien mittatarkkuus koneistuksen jälkeen riippuu koneistusmenetelmästä , työkaluista ja jälkikäsittelytekniikoista . Alla on analyysi yleisistä koneistusprosesseista ja niiden tyypillisistä tarkkuusalueista:

3.1 Hionta

Hionta on yleisimmin käytetty menetelmä AlNiCo-magneettien viimeistelyyn, koska sillä saavutetaan korkea tarkkuus ja alhainen pinnan karheus.

• Mittatarkkuus : IT6–IT7 (ISO-järjestelmä) tai ±0,005–±0,01 mm lineaarisille mitoille.
• Pinnan karheus : Ra 0,2–0,8 μm (voidaan parantaa Ra 0,05 μm :iin superviimeistelyllä).
• Käyttökohteet : Magneettinapojen, anturikomponenttien ja tarkkuusmoottorin osien lopullinen mitoitus.

3.2 Sähköinen kipinätyöstö (EDM)

EDM soveltuu monimutkaisille muodoille ja koville materiaaleille, kuten AlNiCo:lle, koska se ei ole riippuvainen mekaanisesta voimasta.

• Mittatarkkuus : IT7–IT8 tai ±0,01–±0,02 mm .
• Pinnan karheus : Ra 1,6–3,2 μm (vaatii kiillotuksen paremman pinnan saavuttamiseksi).
• Rajoitukset : Hitaampaa kuin hiominen ja voi jättää uudelleenvalukerroksen, joka on poistettava.

3.3 Hionta ja kiillotus

Erittäin tarkkoja sovelluksia varten hiontaa ja kiillotusta käytetään seuraavien saavuttamiseksi:

• Mittatarkkuus : IT5–IT6 tai ±0,002–±0,005 mm .
• Pinnan karheus : Ra < 0,05 μm (peilipinta).
• Sovellukset : Optiset komponentit, tarkkuusanturit ja ilmailu- ja avaruustekniikan osat.

3.4 Sorvaus ja jyrsintä (rajoitettu käyttö)

Haurautensa vuoksi sorvausta ja jyrsintää käytetään harvoin AlNiCo:n lopputyöstöön, mutta niitä voidaan käyttää rouhintaan.

• Mittatarkkuus : IT8–IT10 tai ±0,02–±0,05 mm .
• Pinnan karheus : Ra 3,2–6,3 μm (vaatii jälkihiomisen).

4. Mittatarkkuuteen vaikuttavat tekijät

4.1 Materiaaliominaisuudet

• Kovuus ja hauraus : Korkeampi kovuus lisää työkalun kulumista ja heikentää tarkkuutta.
• Lämpölaajeneminen : Vaatii kompensointia koneistuksen aikana mittavirheiden välttämiseksi.

4.2 Koneistusparametrit

• Leikkausnopeus : Alhaisemmat nopeudet vähentävät lämmöntuotantoa, mutta voivat lisätä työkalun kulumista.
• Syöttönopeus : Hienot syötöt parantavat pinnanlaatua, mutta hidastavat tuotantoa.
• Lastuamissyvyys : Matalat lastuamissyvyydet minimoivat rasituksen, mutta vaativat enemmän ylimenoja.

4.3 Työkalut

• Timanttityökalut : Suositellaan hiontaan kovuuden ja kulutuskestävyyden vuoksi.
• Kovametallityökalut : Käytetään rouhintaan, mutta ne vaativat usein vaihtoa.

4.4 Koneistuksen jälkeiset käsittelyt

• Hehkutus : Poistaa jäännösjännityksiä ja parantaa mittapysyvyyttä.
• Magneettinen stabilointi : Varmistaa magneettisten ominaisuuksien pysymisen vakioina työstön jälkeen.

5. Johtopäätös

AlNiCo-magneetit vaativat suuria työstövaraa niiden haurauden, kovuuden, lämpöherkkyyden ja magneettisten ominaisuuksien säilyttämisen tarpeen vuoksi. Työstön jälkeen saavutettava mittatarkkuus riippuu käytetystä prosessista:

• Hionta : Paras tarkkuuteen (IT6–IT7, ±0,005–±0,01 mm).
• EDM Sopii monimutkaisille muodoille (IT7–IT8, ±0,01–±0,02 mm).
• Hionta/kiillotus : Erittäin tarkkaan hiontaan (IT5–IT6, ±0,002–±0,005 mm).

Valitsemalla sopivan työstömenetelmän ja hallitsemalla prosessiparametreja valmistajat voivat saavuttaa vaaditun mittatarkkuuden säilyttäen samalla AlNiCo-magneettien magneettisen suorituskyvyn.