Vedle veškerých odlehčených materiálů, které v uplynulých létech obohatily trh, zůstává jeden z nich oblíbeným evergreenem: hliník. V našem přehledu se můžete dočíst o tom, proč je hliník tak oblíbený, jaké pozitivní vlastnosti v sobě skrývá a jaké nástrahy představuje pro obrábění, zejména pro frézování.
Průmyslovou výrobu si bez hliníku dnes již nedokážeme představit. V neposlední řadě kvůli jeho specifickým vlastnostem:
Hliník je neželezným kovem a chemickým prvkem označeným symbolem Al. Hliník se používá jako konstrukční prvek v elektrotechnickém, obalovém průmyslu i ve stavebnictví. Rozhodující roli přitom hrají zejména nižší hmotnost ve srovnání s ostatními kovy, vysoká elektrická vodivost a jeho tepelné vlastnosti.
Hliník je v porovnání s ostatními kovy měkký, lehký a současně i houževnatý. Bod tání činící 660,4°C je podstatně nižší než o ostatních kovů a jeho hustota vykazuje hodnotu 2,70 g/cm³, což je třetina hustoty oceli. V závislosti na stupni čistoty se pevnost v tahu hliníku pohybuje od 45 N/mm² v případě absolutně čistého hliníku až po 90 N/mm² u běžně dostupného čistého hliníku. Tepelná vodivost činí 237 W/(m·K). Je tudíž vyšší než u ostatních neušlechtilých kovů a vyšší hodnotou se mohou pyšnit pouze stříbro, měď a zlato. Díky své vysoké tepelné vodivosti je hliník velmi oblíbený i v elektrotechnickém průmyslu. Fyzikální vlastnosti pasují hliník do role dobrého elektrického vodiče, který se často využívá v energetice,v případě velkých průřezů vodičů, jako alternativní materiál k měděným vodičům.
Na vzduchu hliník velmi rychle vytváří oxidovou vrstvu. Neobrobený kov tak získává stříbřitě šedý, spíše matný povrch. Díky této oxidové vrstvě o tloušťce cca 0,05 µm je hliník velmi odolný proti korozi a současně získává ochranu před další korozí.
Hliník se v závislosti na vlastním použití využívá v buď v čisté formě nebo jako slitina. Slitina vytvořená tavením s ostatními kovy přitom umocňuje určitá specifika lehkého kovu nebo je potlačuje. Takové slitiny se vyrábějí v podobě slitiny hliníku a litiny nebo tvárných slitin hliníku. Pro takové slitiny hliníku se většinou používají kovy jako je mangan, hořčík, měď, křemík, nikl, zinek a berylium. Zpravidla je základním materiálem Al99,5 (EN AW-1050A).
Rozlišujeme vytvrditelné a nevytvrditelné slitiny a rovněž tvárné nebo odlévané materiály. Přirozeně tvrdé slitiny hliníku jako je AlMg i čistý a nejčistší hliník patří do skupiny tvárných materiálů, stejně jako vytvrditelné slitiny hliníku jako jsou AlMgSi, AlCuMg nebo AlCuSiMn. Tyto slitiny hliníku jsou mimořádně vhodné pro výrobu polotovarů jako jsou pásky, plechy, dráty nebo trubky.
Mezi litinu patří slitiny hliníku jako jsou AlMgSi, AlSiCu AlCuTiMg nebo AlCuTi.
Jakmile se přidá byť nepatrné množství prvků jako jsou měď, nikl, zinek, křemík, mangan a hořčík, vzniká tvárná litina. Tyto prvky zvyšují tvrdost a pevnost hliníku. Na druhé straně se však snižuje elektrická vodivost. Materiál lze ovšem tvářet i nadále, čímž se stává ideální volbou pro konstrukci částí lodí, letadel nebo přepravních nádob.
Nejdůležitější slitinou hliníku a litiny je takzvaná eutektická slitina hliníku a křemíku, která obsahuje zhruba 12 procent křemíku. Je velmi nízkoviskózní, čímž si zachovává vynikající slévárenské vlastnosti a současně i vysokou pevnost. Jedná se tudíž o materiály, které jsou dlouhodobě osvědčené při výrobě převodových skříní v automobilovém a leteckém průmyslu.
Veškeré skupiny hliníkových slitin a materiály s tím spojené však bohužel nelze stejně snadno obrábět: Materiály obsahující čistý hliník jsou například velmi měkké a z důvodu své nízké pevnosti spíše obtížně obrobitelné. Materiál má velký vliv na tvar třísky, povrch i řeznou sílu. Proto se osvědčilo rozdělovat tvárné slitiny hliníku do tří tříd.
Hliníkové slitiny s nízkou pevností se zařazují do 1. třídy. Patří sem nevytvrditelné slitiny v nevytvrzeném nebo částečně vytvrzeném stavu, tedy například slitiny skupiny 1000, 5005A a 5454. Do této třídy spadají i vytvrditelné slitiny v nevytvrzeném stavu, jako EN AW-6063, 6060 a 6082. V důsledku nízké pevnosti dochází při obrábění často k nalepování a otěru třísek. Výsledek: intenzivnější tvorba nárůstků. Pro minimalizaci tohoto rizika se doporučují vhodná chladicí média.
Do 2. třídy spadají hliníkové slitiny s vyšší pevností. Patří sem nevytvrditelné materiály vytvrzené za studena, jako jsou například slitiny skupiny 5000. Vytvrditelné materiály ve vytvrzeném stavu, např. slitiny skupiny 6000 a 7000, patří rovněž do této skupiny. Jejich pevnost se pohybuje mezi 300 a 600 N/mm2 a neobsahují žádné tvrdé strukturní složky, tudíž dochází k minimálnímu otěru. Díky vyšší pevnosti lze sledovat i nižší náchylnost k vytváření nárůstků.
Do 3. třídy patří takzvané automatové materiály, jako jsou vytvrditelné tvárné slitiny s přísadami zlepšujícími lámání třísky, jakými jsou například olovo nebo bismut. Patří sem materiály jako EN AW-2011, 2007 nebo 6012. Díky přísadám zlepšujícím lámání třísky vytvářejí materiály této třídy krátké třísky a vykazují pouze nepatrnou tendenci k vytváření nárůstků.
Hliník se obecně považuje za snadno obrobitelný materiál, ovšem přesto má tento kov i své záludnosti: Nalepování třísek a tvorba nárůstků jsou nástrahy při frézování hliníku. Cesta k úspěchu přitom vede přes vysokorychlostní obrábění včetně správné strategie používání chladicího média - to vše za předpokladu nasazení vhodných nástrojů. Řezné síly například odpovídají přibližně třetině hodnoty platné pro ocel.
Nejvyšší prioritou při frézování hliníku je proto co nejrychlejší odvádění třísek z oblasti záběru frézy. Extrémně hladký a velmi kluzný povrch používaných fréz přitom napomáhá velmi kvalitnímu odvádění hliníkových třísek. Frézy pro obrábění hliníku se, ve srovnání s frézami na ocel, vyznačují relativně malým počtem zubů, což dodatečně vylepšuje proces odvádění třísek. V případě správné volby povlaku je odvádění třísek ještě efektivnější.
I při frézování hliníku zajišťují chladicí média mazání za účelem minimalizace opotřebení a tepla vznikajícího třením při obrábění i proces chlazení. Při obrábění hliníku je chlazení mimořádně důležité, jelikož se materiál tepelně rozpíná více než je tomu například u oceli. Pokud se dosáhne správného odvádění tepla, obrobek si současně zachová svoji rozměrovou stálost. Při chlazení a mazání se osvědčila zejména metoda mazání minimálním množstvím maziva (MQL), přičemž vlastní chladicí médium tvoří směs vody a řezného oleje.
Pro chlazení procesu frézování hliníku se rovněž doporučuje etanol: Velmi efektivně ochlazuje hliníkové třísky a díky tomu, že chladicí médium neobsahuje olej, eliminuje vytváření shluků namotaných třísek. Tak lze třísky i snadněji vyfoukat, uložit do sběrných kontejnerů a jako čistou druhotnou surovinu opět navrátit do materiálového cyklu.
Pokud chladicí média nejsou žádoucí nebo je jejich používání dokonce zakázané, povlak DLC (Diamond-like-Carbon) představuje vynikající alternativu: Tento vysoce výkonný povlak umožňuje dokonce i obrábění zasucha, aby i tehdy vše běželo jako na drátkách. Je to snadnější i díky vlastnostem hliníku, jelikož lze procesní teplo odvádět snadněji než je tomu například při obrábění oceli.
Pro úspěšné frézování hliníku platí jednoduchý vzoreček: čím vyšší je řezná rychlost, tím hladší bude povrch hliníku. Současně se ovšem zvyšuje i opotřebení frézy. Díky speciálním HSC frézám, které se používají při vysokorychlostním obrábění (HSC), lze ovšem využívat podstatně vyšších otáček než v případě konvenčních fréz.
Nejlépe se frézují tvrdé hliníkové slitiny. Řezné rychlosti se při tom pohybují mezi 100 až 500 m/min – v závislosti na průměru frézy a z toho plynoucím posuvu. Pokud se například používá fréza o průměru 2-4 mm, měl by se zvolit posuv 0,02 – 0,03. Pokud průměr frézy činí 5 až 8 mm, pak se posuv zvýší na 0,05, zatímco v případě frézy o průměru 9-12 mm vzroste na 0,10. Pro obrábění tvrdého hliníku se používají řezné rychlosti od 100 do 200 m/min. a stejný posuv jako při obrábění měkkého hliníku.
Rychlý přehled důležitých parametrů při frézování hliníku:
V rámci široké nabídky nástrojů na obrábění neželezných kovů obecně a speciálně pak na obrábění hliníku a slitin hliníku jsme náš produktový program frézovacích nástrojů rozšířili na přibližně 2500 artiklů určených výlučně pro tento způsob obrábění. Základ tohoto řešení tvoří speciální substráty v kombinaci s optimalizovanými geometriemi a odolnými povlaky.
→ Seznamte se nyní s naší pestrou paletou frézovacích nástrojů v našem online e-shopu
📞 + 420800555666
📧 info.cesko@ceratizit.com