De ce magneții AlNiCo au adaosuri mari de prelucrare și precizia lor dimensională post-prelucrare

1. Introducere în magneții AlNiCo

Magneții AlNiCo (aluminiu-nichel-cobalt) sunt un tip de material magnetic permanent compus în principal din aluminiu (Al), nichel (Ni) și cobalt (Co), cu mici adaosuri de cupru (Cu), titan (Ti) și alte elemente pentru a îmbunătăți performanța. Sunt cunoscuți pentru remanența lor ridicată (Br), stabilitatea excelentă la temperatură și coeficientul de temperatură reversibil scăzut, ceea ce îi face potriviți pentru aplicații de înaltă precizie, cum ar fi senzori, motoare și componente aerospațiale.

Cu toate acestea, magneții AlNiCo au și dezavantaje inerente, inclusiv rezistență mecanică scăzută, duritate ridicată și fragilitate, care le afectează semnificativ prelucrabilitatea. Acest articol explorează de ce magneții AlNiCo necesită adaosuri mari de prelucrare și precizia dimensională care poate fi obținută după prelucrare.

2. De ce magneții AlNiCo necesită adaosuri mari de prelucrare

2.1 Fragilitate și tenacitate redusă

Magneții AlNiCo sunt inerent fragili datorită microstructurii lor metalice asemănătoare sticlei, căreia îi lipsește ductilitatea. În timpul prelucrării, această fragilitate duce la:

• Ciobire și crăpare : Crăpăturile mici se pot propaga rapid sub forțele de tăiere, provocând ciobirea muchiei sau defectarea catastrofală.
• Defecte de suprafață : Pe suprafața prelucrată se pot forma micro-fisuri și gropițe, necesitând îndepărtarea suplimentară de material pentru a obține un finisaj neted.

Pentru a atenua aceste probleme, este necesară o adaos de prelucrare mai mare pentru:

• Îndepărtați straturile deteriorate cauzate de prelucrarea inițială a grundului.
• Asigurați-vă că rămâne suficient material pentru operațiunile de finisare.

2.2 Duritate ridicată și uzură a sculelor

Magneții AlNiCo au de obicei o duritate de 450–550 HV , comparabilă cu oțelul călit. Această duritate ridicată accelerează uzura sculelor în timpul prelucrării, ducând la:

• Eficiență redusă de tăiere : Sculele tocite necesită forțe de tăiere mai mari, crescând riscul de deteriorare a piesei de prelucrat.
• Calitate slabă a suprafeței : Sculele uzate lasă în urmă suprafețe rugoase, necesitând șlefuire sau lustruire suplimentară.

O adaos de prelucrare mai mare compensează uzura sculei, asigurând că, chiar și după schimbări multiple ale sculei, rămâne suficient material pentru dimensionarea finală.

2.3 Sensibilitate termică

Magneții AlNiCo au o conductivitate termică scăzută (aproximativ 12–15 W/m·K ), ceea ce înseamnă că căldura generată în timpul prelucrării nu este disipată eficient. Aceasta duce la:

• Dilatare termică : Încălzirea localizată poate provoca o dilatare neuniformă, rezultând inexactități dimensionale.
• Tensiuni reziduale : Răcirea rapidă după prelucrare poate introduce tensiuni reziduale, ducând la deformare sau fisurare.

O adaos de prelucrare mai mare permite ameliorarea stresului prin tratamente de recoacere sau îmbătrânire înainte de dimensionarea finală, reducând riscul de deformare.

2.4 Conservarea proprietăților magnetice

Prelucrarea generează căldură și solicitări mecanice, care pot degrada proprietățile magnetice ale magneților AlNiCo, în special coercivitatea (Hc) și remanența (Br) acestora. Pentru a minimiza acest lucru:

• Prelucrare cu solicitări reduse : Tehnici precum rectificarea sau prelucrarea prin electroeroziune (EDM) sunt preferate metodelor cu solicitări ridicate, cum ar fi frezarea sau strunjirea.
• Adaosuri mari : Asigurați-vă că în timpul finisării este îndepărtat doar stratul cel mai exterior (care poate fi compromis magnetic).

3. Precizia dimensională realizabilă după prelucrare

Precizia dimensională a magneților AlNiCo după prelucrare depinde de metoda de prelucrare , de scule și de tehnicile de post-procesare . Mai jos este o analiză a proceselor comune de prelucrare și a intervalelor lor tipice de precizie:

3.1 Măcinare

Șlefuirea este cea mai utilizată metodă pentru finisarea magneților AlNiCo datorită capacității sale de a obține o precizie ridicată și o rugozitate superficială redusă.

• Precizie dimensională : IT6–IT7 (sistem ISO) sau ±0,005–±0,01 mm pentru dimensiuni liniare.
• Rugozitatea suprafeței : Ra 0,2–0,8 μm (poate fi îmbunătățită la Ra 0,05 μm prin superfinisare).
• Aplicații : Dimensionarea finală a polilor magnetici, a componentelor senzorilor și a pieselor de precizie ale motoarelor.

3.2 Prelucrarea prin electroeroziune (EDM)

EDM este potrivită pentru forme complexe și materiale dure precum AlNiCo, deoarece nu se bazează pe forță mecanică.

• Precizie dimensională : IT7–IT8 sau ±0,01–±0,02 mm .
• Rugozitatea suprafeței : Ra 1,6–3,2 μm (necesită lustruire pentru finisaje mai bune).
• Limitări : Mai lent decât șlefuirea și poate lăsa un strat reformat care necesită îndepărtare.

3.3 Lepuire și lustruire

Pentru aplicații de ultra-precizie, lepuirea și lustruirea sunt utilizate pentru a obține:

• Precizie dimensională : IT5–IT6 sau ±0,002–±0,005 mm .
• Rugozitatea suprafeței : Ra < 0,05 μm (finisaj oglindă).
• Aplicații : Componente optice, senzori de înaltă precizie și piese aerospațiale.

3.4 Strunjire și frezare (utilizare limitată)

Datorită fragilității lor, strunjirea și frezarea sunt rareori utilizate pentru prelucrarea finală a AlNiCo, dar pot fi folosite pentru degroșare.

• Precizie dimensională : IT8–IT10 sau ±0,02–±0,05 mm .
• Rugozitatea suprafeței : Ra 3,2–6,3 μm (necesită șlefuire ulterioară).

4. Factorii care influențează precizia dimensională

4.1 Proprietățile materialelor

• Duritate și fragilitate : Duritatea mai mare crește uzura sculei, reducând precizia.
• Dilatare termică : Necesită compensare în timpul prelucrării pentru a evita erorile dimensionale.

4.2 Parametrii de prelucrare

• Viteză de tăiere : Vitezele mai mici reduc generarea de căldură, dar pot crește uzura sculei.
• Viteză de avans : Avansurile fine îmbunătățesc finisajul suprafeței, dar încetinesc producția.
• Adâncimea de tăiere : Tăieturile superficiale minimizează stresul, dar necesită mai multe treceri.

4.3 Scule

• Unelte diamantate : Preferate pentru șlefuire datorită durității și rezistenței lor la uzură.
• Scule din carbură : Folosite pentru degroșare, dar necesită înlocuire frecventă.

4.4 Tratamente post-prelucrare

• Recoacere : Elimină tensiunile reziduale, îmbunătățind stabilitatea dimensională.
• Stabilizare magnetică : Asigură proprietăți magnetice constante după prelucrare.

5. Concluzie

Magneții AlNiCo necesită adaosuri mari de prelucrare datorită fragilității, durității ridicate, sensibilității termice și necesității de a păstra proprietățile magnetice . Precizia dimensională care poate fi obținută după prelucrare depinde de procesul utilizat:

• Rectificare : Cea mai bună pentru precizie ridicată (IT6–IT7, ±0,005–±0,01 mm).
• EDM Potrivit pentru forme complexe (IT7–IT8, ±0,01–±0,02 mm).
• Lepuire/Lustruire : Pentru ultra-precizie (IT5–IT6, ±0,002–±0,005 mm).

Prin selectarea metodei de prelucrare adecvate și controlul parametrilor procesului, producătorii pot obține precizia dimensională necesară, menținând în același timp performanța magnetică a magneților AlNiCo.