Waarom AlNiCo-magneten grote bewerkingsmarges hebben en waarom ze na de bewerking een hoge dimensionale nauwkeurigheid behouden.

1. Inleiding tot AlNiCo-magneten

AlNiCo (aluminium-nikkel-kobalt) magneten zijn een type permanent magneetmateriaal dat voornamelijk bestaat uit aluminium (Al), nikkel (Ni) en kobalt (Co), met kleine toevoegingen van koper (Cu), titanium (Ti) en andere elementen om de prestaties te verbeteren. Ze staan ​​bekend om hun hoge remanentie (Br), uitstekende temperatuurstabiliteit en lage omkeertemperatuurcoëfficiënt, waardoor ze geschikt zijn voor zeer nauwkeurige toepassingen zoals sensoren, motoren en ruimtevaartcomponenten.

AlNiCo-magneten hebben echter ook inherente nadelen, waaronder een lage mechanische sterkte, hoge hardheid en brosheid, die hun bewerkbaarheid aanzienlijk beïnvloeden. Dit artikel onderzoekt waarom AlNiCo-magneten grote bewerkingsmarges vereisen en welke dimensionale nauwkeurigheid na bewerking haalbaar is.

2. Waarom AlNiCo-magneten grote bewerkingsmarges vereisen

2.1 Brosheid en lage taaiheid

AlNiCo-magneten zijn inherent bros vanwege hun metaalachtige, glasachtige microstructuur, die niet vervormbaar is. Tijdens de bewerking leidt deze brosheid tot:

• Afbrokkeling en scheurvorming : Kleine scheurtjes kunnen zich onder snijkrachten snel uitbreiden, wat kan leiden tot afbrokkeling van de snijkant of catastrofale breuk.
• Oppervlaktedefecten : Er kunnen micro-scheurtjes en putjes ontstaan ​​op het bewerkte oppervlak, waardoor extra materiaal moet worden verwijderd om een ​​gladde afwerking te verkrijgen.

Om deze problemen te verhelpen, is een grotere bewerkingsmarge nodig om:

• Verwijder de beschadigde lagen die door het voorbewerken zijn ontstaan.
• Zorg ervoor dat er voldoende materiaal overblijft voor de afwerkingswerkzaamheden.

2.2 Hoge hardheid en gereedschapslijtage

AlNiCo-magneten hebben doorgaans een hardheid van 450–550 HV , wat vergelijkbaar is met gehard staal. Deze hoge hardheid versnelt de slijtage van het gereedschap tijdens de bewerking, wat leidt tot:

• Verminderde snij-efficiëntie : Botte gereedschappen vereisen een hogere snijkracht, waardoor het risico op beschadiging van het werkstuk toeneemt.
• Slechte oppervlaktekwaliteit : Versleten gereedschap laat ruwe oppervlakken achter, waardoor extra slijpen of polijsten nodig is.

Een grotere bewerkingsmarge compenseert gereedschapslijtage door ervoor te zorgen dat er, zelfs na meerdere gereedschapswisselingen, voldoende materiaal overblijft voor de uiteindelijke dimensionering.

2.3 Thermische gevoeligheid

AlNiCo-magneten hebben een lage thermische geleidbaarheid (ongeveer 12–15 W/m·K ), wat betekent dat de warmte die tijdens de bewerking ontstaat niet efficiënt wordt afgevoerd. Dit leidt tot:

• Thermische uitzetting : Plaatselijke verwarming kan ongelijkmatige uitzetting veroorzaken, wat resulteert in maatafwijkingen.
• Restspanningen : Snelle afkoeling na bewerking kan restspanningen veroorzaken, wat kan leiden tot kromtrekken of scheuren.

Een grotere bewerkingsmarge maakt spanningsvermindering mogelijk door middel van gloei- of verouderingsbehandelingen vóór de uiteindelijke dimensionering, waardoor het risico op vervorming wordt verkleind.

2.4 Behoud van magnetische eigenschappen

Bij het bewerken van de materialen ontstaan ​​warmte en mechanische spanning, wat de magnetische eigenschappen van AlNiCo-magneten kan aantasten, met name hun coërciviteit (Hc) en remanentie (Br) . Om dit te minimaliseren:

• Bewerkingen met lage spanning : Technieken zoals slijpen of elektro-erosie (EDM) hebben de voorkeur boven methoden met hoge spanning zoals frezen of draaien.
• Grote toleranties : Zorg ervoor dat tijdens de afwerking alleen de buitenste laag (die magnetisch onstabiel kan zijn) wordt verwijderd.

3. Maatnauwkeurigheid die na bewerking kan worden bereikt

De maatnauwkeurigheid van AlNiCo-magneten na bewerking is afhankelijk van de bewerkingsmethode , het gereedschap en de nabewerkingstechnieken . Hieronder volgt een analyse van veelvoorkomende bewerkingsprocessen en hun typische nauwkeurigheidsbereiken:

3.1 Slijpen

Slijpen is de meest gebruikte methode voor het afwerken van AlNiCo-magneten vanwege de mogelijkheid om een ​​hoge precisie en een lage oppervlakteruwheid te bereiken.

• Maatnauwkeurigheid : IT6–IT7 (ISO-systeem) of ±0,005–±0,01 mm voor lineaire afmetingen.
• Oppervlakteruwheid : Ra 0,2–0,8 μm (kan worden verbeterd tot Ra 0,05 μm door superfijn afwerken).
• Toepassingen : Nauwkeurige dimensionering van magneetpolen, sensorcomponenten en precisie-motoronderdelen.

3.2 Elektro-erosie (EDM)

EDM is geschikt voor complexe vormen en harde materialen zoals AlNiCo, omdat het geen mechanische kracht vereist.

• Maatnauwkeurigheid : IT7–IT8 of ±0,01–±0,02 mm .
• Oppervlakteruwheid : Ra 1,6–3,2 μm (polijsten is nodig voor een betere afwerking).
• Beperkingen : Langzamer dan slijpen en kan een hergesmolten laag achterlaten die verwijderd moet worden.

3.3 Slijpen en polijsten

Voor uiterst nauwkeurige toepassingen worden slijpen en polijsten gebruikt om het volgende te bereiken:

• Maatnauwkeurigheid : IT5–IT6 of ±0,002–±0,005 mm .
• Oppervlakteruwheid : Ra < 0,05 μm (spiegelglad oppervlak).
• Toepassingen : Optische componenten, uiterst nauwkeurige sensoren en onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart.

3.4 Draaien en frezen (beperkt gebruik)

Vanwege hun broosheid worden draaien en frezen zelden gebruikt voor de uiteindelijke bewerking van AlNiCo, maar ze kunnen wel worden toegepast voor de voorbewerking.

• Maatnauwkeurigheid : IT8–IT10 of ±0,02–±0,05 mm .
• Oppervlakteruwheid : Ra 3,2–6,3 μm (vereist nabewerking door slijpen).

4. Factoren die de dimensionale nauwkeurigheid beïnvloeden

4.1 Materiaaleigenschappen

• Hardheid en brosheid : Een hogere hardheid verhoogt de slijtage van het gereedschap, waardoor de nauwkeurigheid afneemt.
• Thermische uitzetting : vereist compensatie tijdens de bewerking om maatafwijkingen te voorkomen.

4.2 Bewerkingsparameters

• Snijsnelheid : Lagere snelheden verminderen de warmteontwikkeling, maar kunnen de slijtage van het gereedschap verhogen.
• Voedingssnelheid : Fijne voeding verbetert de oppervlakteafwerking, maar vertraagt ​​de productie.
• Snijdiepte : Ondiepe sneden minimaliseren de spanning, maar vereisen meer bewerkingen.

4.3 Gereedschap

• Diamantgereedschap : Voorkeursgereedschap vanwege hun hardheid en slijtvastheid.
• Hardmetalen gereedschappen : worden gebruikt voor voorbewerken, maar moeten regelmatig worden vervangen.

4.4 Nabewerkingen

• Gloeien : Vermindert restspanningen en verbetert de dimensionale stabiliteit.
• Magnetische stabilisatie : Garandeert consistente magnetische eigenschappen na bewerking.

5. Conclusie

AlNiCo-magneten vereisen grote bewerkingsmarges vanwege hun brosheid, hoge hardheid, thermische gevoeligheid en de noodzaak om hun magnetische eigenschappen te behouden . De dimensionale nauwkeurigheid die na de bewerking kan worden bereikt, is afhankelijk van het gebruikte proces.

• Slijpen : Het meest geschikt voor hoge precisie (IT6–IT7, ±0,005–±0,01 mm).
• EDM Geschikt voor complexe vormen (IT7–IT8, ±0,01–±0,02 mm).
• Slijpen/polijsten : Voor ultraprecisie (IT5–IT6, ±0,002–±0,005 mm).

Door de juiste bewerkingsmethode te kiezen en de procesparameters te beheersen, kunnen fabrikanten de vereiste maatnauwkeurigheid bereiken en tegelijkertijd de magnetische eigenschappen van AlNiCo-magneten behouden.