Naast alle andere lichte materialen, die in het verleden al op de markt kwamen, blijft het één van de geliefde klassiekers: Aluminium. Wat het materiaal aluminium zo geliefd maakt, welke positieve eigenschappen en welke valkuilen dit met zich meebrengt in de verspaning, en vooral bij frezen, dat tonen we u in ons overzicht.
Aluminium is niet meer weg te denken uit de industriële productie. En niet in het minst door zijn bijzondere eigenschappen:
Aluminium is een non-ferro metaal en een chemisch element, met het symbool Al. Als constructiemateriaal, in de elektrotechniek, in de verpakkingsindustrie, alsook in de bouw, wordt aluminium gebruikt. Vooral het lagere gewicht in vergelijking met andere metalen, de hoge elektrische geleidbaarheid en zijn thermisch gedrag spelen daarbij een beslissende rol.
Aluminium is, in vergelijking met andere materialen zacht, licht en tegelijk taai. Het smeltpunt van 660,4°C ligt duidelijk onder dat van andere metalen, en de dichtheid bedraagt 2,70g/cm³ – één derde van de dichtheid van staal. Al naargelang de zuiverheid, varieert de trekvastheid van aluminium, van 45 N/mm² bij absoluut zuiver aluminium, tot 90 N/mm² bij zuiver aluminium gangbaar in de handel. De warmtegeleidingscoëfficiënt bedraagt 237 W(m.K). Daarmee is deze hoger dan bij andere niet-edele metalen en wordt enkel door zilver, koper en goud overtroffen. Door deze hoge warmtegeleidbaarheid is aluminium ook in de elektrotechniek zeer geliefd. De fysische eigenschappen maken aluminium een goede geleider, die in de energietechniek bij grote geleider-doorsnedes als alternatief voor koperen geleiders wordt ingezet.
In de omgevingslucht vormt zich zeer snel een oxide-laag. Hierdoor verkrijgt het onbewerkte metaal een zilvergrijs, eerder mat oppervlak. Dankzij deze ca. 0,05 µm dikke oxide-laag is aluminium zeer corrosie-bestendig en wordt het gelijktijdig beschermd tegen verdere oxidatie.
Afhankelijk van de toepassing, wordt aluminium in zuivere vorm, dan wel als legering gebruikt. Het toevoegen van andere metalen onderdrukt bepaalde eigenschappen van dit lichte metaal, of versterkt ze net. Zulke legeringen worden geproduceerd in de vorm van aluminium-gietlegeringen of aluminium-kneedlegeringen. Voor deze aluminiumlegeringen worden meestal metalen als mangaan, magnesium, koper, silicium, nikkel, zink en beryllium gebruikt. In de regel is het basismateriaal Al99,5 (EN AB-1050A).
Er wordt een onderscheid gemaakt tussen uithardbare en niet uithardbare legeringen, alsook tussen kneed- en gietlegeringen. Van nature harde aluminiumlegeringen zoals AlMg en ook zuiver en zeer zuiver aluminium behoren tot de kneedmaterialen, alsook uithardbare aluminiumlegeringen als AlMgSi, AlCuMg of AlCuSiMn. Deze aluminiumlegeringen lenen zich zeer goed tot het vervaardigen van halffabrikaten als stroken, platen, draden of buizen.
Tot de gietmaterialen behoren aluminiumlegeringen als AlMgSi, AlSiCu, AlCuTiMg of AlCuTi.
Van zodra er ook maar kleine hoeveelheden koper, nikkel, zink, silicium, mangaan en magnesium worden toegevoegd, onstaan kneedlegeringen. Zij zorgen voor een grotere hardheid en treksterkte van het aluminium. De elektrische geleidbaarheid wordt echter kleiner. Toch laat het materiaal zich verder omvormen, waardoor het ideaal is als onderdeel van schepen, vliegtuigen of transportcontainers
De belangrijkste aluminium gietlegering is de zogenaamde eutectische legering van aluminium en silicium, welke ongeveer 12 procent silicium bevat. Deze is zeer vloeibaar, waardoor ze uitstekende gieteigenschappen bij een verder hoge treksterkte behoudt. Hierdoor is het al sinds lang geliefd als materiaal voor behuizing van transmissies en motoren in de automobiel-en vliegtuigindustrie.
Jammer genoeg laten zich niet alle legeringsgroepen van aluminium en de daarmee verbonden materialen goed verspanen: Zuiver aluminium-materialen zijn bijvoorbeeld zeer zacht, en door hun geringe treksterkte eerder slecht te verspanen. Het materiaal heeft een grote invloed op spaanvorming, slijtage, oppervlaktekwaliteit en snijkracht. Daarom loont het de moeite om aluminium kneed-legeringen in drie klassen in te delen.
Aluminium materialen met een lage treksterkte behoren tot klasse 1 Hiertoe behoren niet uithardbare legeringen in niet verstevigde of deels verstevigde toestand, zoals bijvoorbeeld de groep 1000, 5005A en ook 5454 Tot deze klasse behoren ook uithardbare legeringen in niet uitgeharde toestand, zoals EN AW-6063, 6060 en 6082. Beperkt door de lagere treksterkte, komt het bij het verspanen dikwijls tot verkleven en uitsmeer-effecten van de spanen. Resultaat: een sterke snijkants-opbouw. Om dit tegen te gaan worden bepaalde koelmiddelen aanbevolen.
Tot de klasse 2 behoren aluminium materialen met een grotere treksterkte. Zo behoren niet uithardbare materialen in koudverstevigde toestand, zoals bijvoorbeeld legeringen van de 5000 groep, tot deze klasse. Uithardbare materialen in uitgeharde toestand, bijv. legeringen van de groepen 6000 en 7000, behoren eveneens tot deze klasse. Hun treksterkte ligt tussen 300 en 600 N/mm2 en hebben geen harde legeringsbestanddelen, waardoor ze minder slijtagewerking vertonen. Dankzij de hogere treksterkte komt het ook veel minder tot snijkants-opbouw.
Tot deze klasse behoren zogenaamde automaten-materialen, zoals uithardbare kneedmaterialen met spaanbrekende toevoegingen, zoals bijvoorbeeld lood of bismut. Materialen zoals EN AW-2011, 2007 of 6012 vallen hieronder. Door de spaanbrekende toevoegingen verkrijgt men bij materialen uit deze klasse kortbrekende spanen, en hebben ze slechts een geringe neiging tot snijkants-opbouw.
Aluminium geldt dan algemeen wel als gemakkelijk verspaanbaar, maar ook dit materiaal heeft zijn valkuilen: Klevende spanen en snijkants-opbouw zijn te vrezen bij het frezen van aluminium. Om hier succesvol te zijn, kan men gebruik maken van hoge-snelheidsbewerking, samen met de juiste koelmiddel-strategie – indien men beschikt over de juiste gereedschappen. De optredende snijkrachten bijvoorbeeld, bedragen ongeveer één derde van deze bij de verspaning van staal.
De spanen snel uit de verspaningszone afvoeren, heeft de hoogste prioriteit bij het frezen van aluminium. Extreem gladde oppervlakken bij de ingezette frezen, helpen om de kleverige aluminium-spanen zeer goed af te voeren. Aluminium-frezen kenmerken zich, in vergelijking met staal-frezen, door hun relatief klein aantal tanden, waardoor het spanentransport bijkomend wordt verbeterd. Met specifiek aangepaste coatings wordt de spaan nog beter afgevoerd.
Ook bij het aluminiumfrezen zorgen koelsmeermiddelen (KSM) voor de smering, om slijtage tegen te gaan, wrijvingswarmte te verminderen, en ook voor het koelen op zich. Bij de alu-bewerking is koelen bijzonder belangrijk, omdat het materiaal thermisch sterker uitzet dan bijvoorbeeld staal. Indien de warmte goed wordt afgevoerd, blijft het werkstuk tegelijk maatvaster. Wat zeer goed functioneert, is een koel-smering met minimale smering (MMS) door een emulsie, bestaande uit water en snij-oliën.
Eveneens aanbevelenswaard is ethanol voor de koeling in het alu-freesproces: Dit koelt de aluminiumspanen zeer effectief, en verhindert samenklonteren, door de olievrije KSM-bestanddelen. Hierdoor kunnen de spanen ook beter worden weggeblazen, verzameld en als zuiver materiaal weer in de materiaalkringloop terugvloeien.
Wanneer koelsmeermiddelen niet gewenst, of zelfs taboe zijn, heeft men met een DLC-(Diamond-like-Carbon)-coating een uitstekend alternatief: Deze performante coating laat zelfs droogbewerking toe, waardoor het ook dan gesmeerd loopt. Dit wordt ook ondersteund door de eigenschap van aluminium, dat het de proceswarmte veel beter afvoert, dan bijvoorbeeld staal.
Als eenvoudige formule voor succesvol frezen in aluminium geldt: hoe hoger de snijsnelheid, hoe gladder het oppervlak. Tegelijk neemt logischerwijze ook de slijtage aan de frees toe. Dankzij speciale HSC-frezen, die bij High Speed Cutting (HSC) worden ingezet, zijn toch wezenlijk hogere toerentallen, in vergelijking met conventioneel frezen, mogelijk.
Harde aluminiumlegeringen laten zich het best frezen. De snijsnelheden liggen hier tussen 100 en 500 m/min – afhankelijk van de freesdiameter en de resulterende voeding. Wanneer bijvoorbeeld een freesdiameter van 2-4 mm gebruikt wordt, dan bedraagt de voeding 0,02 - 0.03 mm/tand. Indien de freesdiameter 5 - 8 mm is, dan verhoogt de voeding naar 0,05 mm/tand, en bij een diameter van 9 - 12 mm naar 0,10 mm/tand. Hard aluminium wordt met snijsnelheden van 100 tot 200 m/min en dezelfde voedingen als zacht aluminium bewerkt.
Belangrijke parameters bij aluminium-frezen op een rij:
Voor het brede toepassingspallet van de non-ferro metalen in het algemeen, en aluminium en aluminiumlegeringen in het bijzonder, hebben we ons freesprogramma uitgebreid tot ongeveer 2.500 artikelen, uitsluitend voor zulke toepassingen. De basis daarvoor vormen speciale substraten, gecombineerd met aangepaste geometrieën en duurzame coatings.
→ Ontdek nu ons brede pallet aan freesgereedschappen in onze Online-Shop