Prečo majú magnety AlNiCo veľké tolerancie na obrábanie a ich rozmerová presnosť po obrábaní

1. Úvod do AlNiCo magnetov

AlNiCo (hliník-nikel-kobalt) magnety sú typom permanentného magnetického materiálu zloženého prevažne z hliníka (Al), niklu (Ni) a kobaltu (Co) s malým prídavkom medi (Cu), titánu (Ti) a ďalších prvkov na zlepšenie výkonu. Sú známe svojou vysokou remanenciou (Br), vynikajúcou teplotnou stabilitou a nízkym reverzibilným teplotným koeficientom, vďaka čomu sú vhodné pre vysoko presné aplikácie, ako sú senzory, motory a letecké komponenty.

Magnety AlNiCo však majú aj inherentné nevýhody, vrátane nízkej mechanickej pevnosti, vysokej tvrdosti a krehkosti, ktoré významne ovplyvňujú ich obrobiteľnosť. Tento článok skúma, prečo magnety AlNiCo vyžadujú veľké prídavky na obrábanie a akú rozmerovú presnosť je možné dosiahnuť po obrábaní.

2. Prečo magnety AlNiCo vyžadujú veľké tolerancie na obrábanie

2.1 Krehkosť a nízka húževnatosť

Magnety AlNiCo sú vo svojej podstate krehké kvôli svojej kovovej sklovitej mikroštruktúre, ktorá nie je ťažná. Počas obrábania táto krehkosť vedie k:

• Odštiepenie a praskanie : Malé trhliny sa môžu pod vplyvom rezných síl rýchlo šíriť, čo spôsobuje odštiepenie hrán alebo katastrofálne poškodenie.
• Povrchové chyby : Na obrobenom povrchu sa môžu tvoriť mikrotrhliny a jamky, ktoré si vyžadujú dodatočné odstránenie materiálu na dosiahnutie hladkého povrchu.

Na zmiernenie týchto problémov je potrebný väčší prídavok na obrábanie, aby sa:

• Odstráňte poškodené vrstvy spôsobené počiatočným zdrsňovaním.
• Zabezpečte, aby zostalo dostatok materiálu na dokončovacie práce.

2.2 Vysoká tvrdosť a opotrebovanie nástroja

Magnety AlNiCo majú typicky tvrdosť 450 – 550 HV , čo je porovnateľné s kalenou oceľou. Táto vysoká tvrdosť urýchľuje opotrebovanie nástroja počas obrábania, čo vedie k:

• Znížená účinnosť rezania : Tupé nástroje vyžadujú vyššie rezné sily, čo zvyšuje riziko poškodenia obrobku.
• Zlá kvalita povrchu : Opotrebované nástroje zanechávajú drsné povrchy, čo si vyžaduje dodatočné brúsenie alebo leštenie.

Väčší prídavok na obrábanie kompenzuje opotrebenie nástroja tým, že zabezpečuje, že aj po viacerých výmenách nástrojov zostane dostatok materiálu na konečné dimenzovanie.

2.3 Tepelná citlivosť

AlNiCo magnety majú nízku tepelnú vodivosť (približne 12 – 15 W/m·K ), čo znamená, že teplo generované počas obrábania nie je efektívne odvádzané. To vedie k:

• Tepelná rozťažnosť : Lokalizované zahrievanie môže spôsobiť nerovnomerné rozťaženie, čo má za následok rozmerové nepresnosti.
• Zvyškové napätia : Rýchle ochladenie po obrábaní môže spôsobiť zvyškové napätia, ktoré vedú k deformácii alebo praskaniu.

Väčší prídavok na obrábanie umožňuje odbúranie napätia žíhaním alebo starnutím pred konečným dimenzovaním, čím sa znižuje riziko deformácie.

2.4 Zachovanie magnetických vlastností

Obrábanie vytvára teplo a mechanické namáhanie, ktoré môže zhoršiť magnetické vlastnosti magnetov AlNiCo, najmä ich koercivitu (Hc) a remanenciu (Br) . Aby ste to minimalizovali:

• Obrábanie s nízkym napätím : Techniky ako brúsenie alebo elektroerozívne obrábanie (EDM) sú uprednostňované pred metódami s vysokým napätím, ako je frézovanie alebo sústruženie.
• Veľké tolerancie : Počas konečnej úpravy sa uistite, že sa odstráni iba vonkajšia vrstva (ktorá môže byť magneticky poškodená).

3. Rozmerová presnosť dosiahnuteľná po obrábaní

Rozmerová presnosť magnetov AlNiCo po obrábaní závisí od metódy obrábania , nástrojov a techník následného spracovania . Nižšie je uvedená analýza bežných obrábacích procesov a ich typických rozsahov presnosti:

3.1 Brúsenie

Brúsenie je najpoužívanejšou metódou na konečnú úpravu magnetov AlNiCo vďaka svojej schopnosti dosiahnuť vysokú presnosť a nízku drsnosť povrchu.

• Rozmerová presnosť : IT6–IT7 (systém ISO) alebo ±0,005–±0,01 mm pre lineárne rozmery.
• Drsnosť povrchu : Ra 0,2–0,8 μm (možno ju zlepšiť na Ra 0,05 μm superfinišovaním).
• Použitie : Konečné dimenzovanie magnetických pólov, komponentov senzorov a presných častí motorov.

3.2 Elektroerozívne obrábanie (EDM)

EDM je vhodné pre zložité tvary a tvrdé materiály ako AlNiCo, pretože sa nespolieha na mechanickú silu.

• Rozmerová presnosť : IT7–IT8 alebo ±0,01–±0,02 mm .
• Drsnosť povrchu : Ra 1,6–3,2 μm (pre lepšiu kvalitu povrchu je potrebné leštenie).
• Obmedzenia : Pomalšie ako brúsenie a môže zanechať vrstvu prelievania, ktorú je potrebné odstrániť.

3.3 Lapovanie a leštenie

Pre ultra presné aplikácie sa lapovanie a leštenie používa na dosiahnutie:

• Rozmerová presnosť : IT5–IT6 alebo ±0,002–±0,005 mm .
• Drsnosť povrchu : Ra < 0,05 μm (zrkadlový lesk).
• Použitie : Optické komponenty, vysoko presné senzory a letecké súčiastky.

3.4 Sústruženie a frézovanie (obmedzené použitie)

Vzhľadom na ich krehkosť sa sústruženie a frézovanie zriedka používajú na konečné obrábanie AlNiCo, ale môžu sa použiť na hrubovanie.

• Rozmerová presnosť : IT8–IT10 alebo ±0,02–±0,05 mm .
• Drsnosť povrchu : Ra 3,2–6,3 μm (vyžaduje sa následné brúsenie).

4. Faktory ovplyvňujúce rozmerovú presnosť

4.1 Vlastnosti materiálu

• Tvrdosť a krehkosť : Vyššia tvrdosť zvyšuje opotrebovanie nástroja a znižuje presnosť.
• Tepelná rozťažnosť : Vyžaduje kompenzáciu počas obrábania, aby sa predišlo rozmerovým chybám.

4.2 Parametre obrábania

• Rezná rýchlosť : Nižšie rýchlosti znižujú tvorbu tepla, ale môžu zvýšiť opotrebovanie nástroja.
• Rýchlosť posuvu : Jemné posuvy zlepšujú kvalitu povrchu, ale spomaľujú výrobu.
• Hĺbka rezu : Plytké rezy minimalizujú namáhanie, ale vyžadujú viac prechodov.

4.3 Nástroje

• Diamantové nástroje : Sú vhodné na brúsenie kvôli ich tvrdosti a odolnosti voči opotrebovaniu.
• Karbidové nástroje : Používajú sa na hrubovanie, ale vyžadujú si častú výmenu.

4.4 Úpravy po obrábaní

• Žíhanie : Uvoľňuje zvyškové napätie a zlepšuje rozmerovú stabilitu.
• Magnetická stabilizácia : Zaisťuje konzistentné magnetické vlastnosti po obrábaní.

5. Záver

AlNiCo magnety vyžadujú veľké prídavky na obrábanie kvôli ich krehkosti, vysokej tvrdosti, tepelnej citlivosti a potrebe zachovať magnetické vlastnosti . Rozmerová presnosť dosiahnuteľná po obrábaní závisí od použitého procesu:

• Brúsenie : Najlepšie pre vysokú presnosť (IT6–IT7, ±0,005–±0,01 mm).
• EDM Vhodné pre zložité tvary (IT7–IT8, ±0,01–±0,02 mm).
• Lapovanie/leštenie : Pre ultra presné brúsenie (IT5–IT6, ±0,002–±0,005 mm).

Výberom vhodnej metódy obrábania a riadením procesných parametrov môžu výrobcovia dosiahnuť požadovanú rozmerovú presnosť a zároveň zachovať magnetický výkon magnetov AlNiCo.