Além de todos os materiais leves que enriqueceram o mercado nos últimos anos, um deles continua sendo o clássico popular: Alumínio. Em nossa visão geral, mostramos o que faz do alumínio um material tão popular, quais são suas propriedades positivas e quais são as armadilhas que ele traz consigo na usinagem, especialmente no fresamento.
O alumínio tornou-se parte integrante da produção industrial. Principalmente devido suas propriedades especiais:
O alumínio é um metal não ferroso e um elemento químico com o símbolo Al. O alumínio é utilizado como material de construção na engenharia elétrica, na indústria de embalagens e no setor da construção. Acima de tudo, o menor peso em comparação com outros metais, a elevada condutividade eléctrica e o seu comportamento térmico desempenham um papel decisivo.
Em comparação com outros metais, o alumínio é macio, leve e resistente ao mesmo tempo. A 660,4°C, seu ponto de fusão é bem inferior ao de outros metais e sua densidade é de 2,70 g/cm³ – um terço da densidade do aço. Dependendo da pureza, a resistência à tração do alumínio varia, de 45 N/mm² para alumínio absolutamente puro a 90 N/mm² para alumínio comercialmente puro. A condutividade térmica é 237 W/(m·K). Esse valor é maior do que o de outros metais básicos e só é superado pela prata, pelo cobre e pelo ouro. Devido à sua alta condutividade térmica, o alumínio também é muito popular na engenharia elétrica. As propriedades físicas fazem do alumínio um bom condutor elétrico, que é frequentemente usado na engenharia de energia para grandes seções transversais de condutores como uma alternativa aos condutores de cobre.
O alumínio forma uma camada de óxido muito rapidamente quando exposto ao ar. Isso faz com que o metal não tratado tenha uma superfície cinza-prateada e um pouco opaca. Graças a esta camada de óxido de aproximadamente 0,05 µm de espessura, o alumínio é muito resistente à corrosão e ao mesmo tempo protegido de futuras oxidações.
Dependendo da aplicação, o alumínio é usado em sua forma pura ou como uma liga. A fusão com outros metais destaca ou suprime certas características do metal leve. Essas ligas são produzidas na forma de ligas de alumínio fundido ou de ligas de alumínio forjado. Metais como manganês, magnésio, cobre, silício, níquel, zinco e berílio são normalmente usados nessas ligas de alumínio. Como regra geral, o material de base é o Al99.5 (EN AW-1050A).
É feita uma distinção entre ligas endurecíveis e não endurecíveis, bem como materiais forjados ou fundidos. Ligas de alumínio naturalmente duras, como AlMg, bem como alumínio puro e ultrapuro estão entre os materiais forjados, assim como ligas de alumínio endurecíveis, como AlMgSi, AlCuMg ou AlCuSiMn. Estas ligas de alumínio são particularmente adequadas para a produção de produtos semi acabados, como tiras, folhas, fios ou tubos.
Os materiais fundidos incluem ligas de alumínio como AlMgSi, AlSiCu AlCuTiMg ou AlCuTi.
As ligas forjadas são criadas assim que são adicionadas apenas pequenas quantidades dos elementos cobre, níquel, zinco, silício, manganês e magnésio. Isso aumenta a dureza e a resistência do alumínio. Em contrapartida, a condutividade elétrica é reduzida. No entanto, o material ainda pode ser moldado, o que o torna ideal para uso em navios, aeronaves ou contêineres de transporte.
A liga fundida de alumínio mais importante é a chamada liga eutética de alumínio e silício, que contém cerca de 12% de silício. Tem uma viscosidade muito baixa, o que significa que retém excelentes propriedades de fundição e, ao mesmo tempo, mantém alta resistência. Portanto, foram testados e aprovados por muito tempo como materiais para caixas de câmbio e carcaças de motor na construção de veículos e aeronaves.
Infelizmente, nem todos os grupos de ligas de alumínio e materiais associados possuem boa usinabilidade: Materiais de alumínio puro, por exemplo, são muito macios e difíceis de usinar devido à sua baixa resistência. O material tem uma grande influência no formato do cavaco, no desgaste, na superfície e na força de corte. Portanto, foi útil dividir as ligas de alumínio forjado em três classes.
Os materiais de alumínio com baixa resistência pertencem à classe 1. Estes incluem ligas não endurecíveis no estado não solidificado ou parcialmente solidificado, por exemplo, o grupo 1000, 5005A e 5454. Esta classe também inclui ligas endurecíveis no estado não endurecido, como EN AW-6063, 6060 e 6082. Devido à baixa resistência, os cavacos geralmente ficam grudados e apresentam efeitos de manchas durante a usinagem. Resultado: maior formação de arestas postiças. Recomenda-se a utilização de lubrificantes de resfriamento adequados para minimizar o problema.
Classe 2 são materiais de alumínio com maior resistência. Esta classe inclui materiais não endurecidos no estado de endurecimento a frio, como ligas do grupo 5000. Os materiais endurecíveis no estado endurecido, por exemplo, as ligas dos grupos 6000 e 7000, também pertencem a essa classe. Sua resistência está entre 300 e 600 N/mm2 e não possui componentes estruturais duros, o que significa que apresentam baixo efeito de desgaste. Graças à maior resistência, a formação de arestas postiças é menor.
A classe 3 inclui os chamados materiais de usinagem livre, como materiais forjados endurecíveis com aditivos para melhor dos quebra-cavacos, como chumbo ou bismuto. Isto inclui materiais como EN AW-2011, 2007 ou 6012. Devido aos aditivos de quebra de cavacos, os materiais desta classe formam cavacos curtos e têm baixa tendência a formar arestas postiças.
Embora o alumínio seja geralmente considerado fácil de usinar, esse metal também tem suas armadilhas: Arestas postiças e congestionamento de cavacos são os maiores problemas do fresamento de alumínio. Uma maneira de obter sucesso é por meio da usinagem de alta velocidade, incluindo a estratégia correta de lubrificante de resfriamento - desde que sejam usadas as ferramentas certas. As forças de corte, por exemplo, correspondem a cerca de um terço do valor do aço.
A prioridade máxima ao fresar alumínio é, portanto, remover rapidamente os cavacos da zona de corte. As superfícies extremamente lisas e muito escorregadias das fresas usadas ajudam a remover muito bem os cavacos de alumínio pegajosos. As fresas para alumínio são caracterizadas por seu número relativamente pequeno de dentes em comparação com as fresas para aço, o que melhora ainda mais o transporte de cavacos. O cavaco é removido ainda melhor com soluções de coberturas adequadamente adaptadas.
No fresamento de alumínio, os lubrificantes de resfriamento (KSS) também são usados para minimizar o desgaste e o calor de atrito, além do resfriamento propriamente dito. O resfriamento é particularmente importante na usinagem de alumínio, pois o material se expande termicamente mais que o aço, por exemplo. Se o calor for bem dissipado, a peça permanece dimensionalmente estável. A lubrificação de resfriamento com lubrificação de quantidade mínima (MQL) usando água e óleos de corte se mostrou particularmente eficaz.
O etanol também é recomendado para resfriamento no processo de fresamento de alumínio: Resfria os cavacos de alumínio de forma muito eficaz e evita que se aglomerem graças aos componentes de refrigeração isentos de óleo. Isso também facilita o sopro dos cavacos, a coleta e o retorno ao ciclo do material como material reciclável limpo.
Se os lubrificantes de resfriamento forem indesejáveis ou até mesmo tabus, uma cobertura de DLC (carbono tipo diamante) é uma excelente alternativa:: Esta cobertura de alto desempenho permite até mesmo a usinagem a seco, para que tudo funcione perfeitamente. Isso é apoiado pelas propriedades do alumínio, pois dissipa o calor do processo mais facilmente que o aço, por exemplo.
A fórmula simples para um fresamento de alumínio bem-sucedido é: quanto maior a velocidade de corte, mais lisa se torna a superfície do alumínio. Ao mesmo tempo, porém, o desgaste da fresa também aumenta. No entanto, graças às fresas HSC especiais utilizadas na usinagem de alta velocidade (HSC), são possíveis velocidades significativamente mais altas em comparação com as fresas convencionais.
O fresamento de ligas de alumínio duro é melhor. As as velocidades de corte estão entre 100 e 500 m/min, dependendo do diâmetro de corte e da taxa de avanço resultante. Se, por exemplo, for usado um diâmetro de corte de 2-4 mm, deverá ser usada uma taxa de avanço de 0,02 – 0,03. Se o diâmetro de corte for de 5 a 8 mm, o avanço aumenta para 0,05, enquanto para diâmetros de corte de 9-12 mm aumenta para 0,10. O alumínio duro é usinado em velocidades de corte de 100 a 200 m/min com a mesma taxa de avanço do alumínio macio.
Parâmetros importantes ao fresar alumínio em uma verificação rápida:
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