Ud over alle de letvægtsmaterialer, der er kommet på markedet i løbet af de seneste år, er især et af dem en klassiker: Aluminium. Det, der gør materialet aluminium så populært, er de positive egenskaber og fordele, det har ved spåntagningen og specielt ved fræsning, hvilket vi viser i vores oversigt.
Aluminium er blevet en integreret del af den industrielle produktion. Ikke mindst på grund af dets særlige egenskaber:
Aluminium er et ikke-jernholdigt metal og et kemisk grundstof med symbolet Al. Aluminium benyttes som konstruktionsmateriale inden for elektroteknik, i emballageindustrien samt i byggebranchen. Sammenlignet med andre metaller er det ikke mindst den lavere vægt, den høje elektriske ledningsevne og termiske adfærd, der her spiller en afgørende rolle.
Aluminium er sammenlignet med andre metaller blødt, let og samtidig sejt. Med 660,4 °C ligger smeltepunktet betydeligt under andre metallers smeltepunkt, og massefylden er 2,70 g/cm³ – blot en tredjedel af ståls massefylde. Afhængig af renheden varierer aluminiums trækstyrke fra 45 N/mm² for det absolut reneste aluminium til 90 N/mm² for den gængse rene aluminium. Varmeledningsevnen er 237 W/(m·K). Den er dermed højere end alle andre uædle metallers og overgås kun af sølv, kobber og guld. Takket være den høje varmeledningsevne er aluminium også meget populært inden for elektroteknik. De fysiske egenskaber gør aluminium til en god elektrisk leder, der ofte anvendes inden for energiteknik til høje ledertværsnit som alternativ til kobberledere.
I luften danner aluminium meget hurtigt et oxidlag. Det giver det ubehandlede metal en sølvgrå, ofte lidt mat overflade. Takket være det ca. 0,05 µm tykke oxidlag er aluminium meget korrosionsbestandigt og samtidig beskyttet mod yderligere oxidering.
Afhængig af anvendelsen bruges aluminium enten i sin rene form eller som legering. Sammensmeltningen med andre metaller vil enten fremhæve bestemte egenskaber for det lette metal eller undertrykke dem. Sådanne legeringer produceres i form af støbelegeringer eller valselegeringer. Til disse aluminiumslegeringer anvendes hovedsageligt metaller som mangan, magnesium, kobber, silicium, nikkel, zink eller beryllium. Som regel er basismaterialet Al99,5 (EN AW-1050A).
Der skelnes mellem hærdbare og ikke-hærdbare legeringer samt mellem valse- og støbematerialer. Naturligt hårde aluminiumslegeringer som AlMg samt rent og ultrarent aluminium hører til valsematerialerne ligesom de hærdbare aluminiumslegeringer som AlMgSi, AlCuMg eller AlCuSiMn. Disse aluminiumslegeringer er særligt egnet til fremstilling af halvfabrikata som bånd, plader, tråde eller rør.
Til støbematerialerne hører aluminiumslegeringer som AlMgSi, AlSiCu AlCuTiMg og AlCuTi.
Så snart der tilsættes en lille mængde af grundstofferne kobber, nikkel, zink, silicium, mangan og magnesium, dannes valselegeringer. Disse øger aluminiums hårdhed og stabilitet. Og på den anden side sænkes den elektriske ledningsevne. Samtidig kan materialet stadig omformes, hvilket gør det meget velegnet som en del af skibe, fly eller transportbeholdere.
Den vigtigste aluminiumstøbelegering er den såkaldte eutektiske legering af aluminium og silicium, som indeholder ca. 12 % silicium. Den er meget tyndtflydende og beholder de fremragende støbeegenskaber og den høje styrke. Den har derfor længe været et gennemtestet materialevalg til gear- og motorhuse i bil- og flyindustrien.
Det er dog ikke alle legeringsgrupper af aluminium og de dermed forbundne materialer, der er lige velegnede til spåntagning: Materialer i ren aluminium er f.eks. meget bløde og svære at bearbejde på grund af deres lave styrke. Materialet har stor indflydelse på spånform, slid, overflade og skærekraft. Det har derfor vist sig formålstjenligt at inddele aluminium-valselegeringer i tre klasser.
Aluminiumsmaterialer med lav styrke tilhører klasse 1. Hertil hører ikke-hærdbare legeringer i ikke-størknet eller delvist størknet tilstand, dvs. eksempelvis 1000'er-gruppen, 5005A og 5454. I denne klasse hører også hærdbare legeringer i ikke-hærdet tilstand som EN AW-6063, 6060 og 6082. På grund af den lave styrke kommer spånerne ofte til at klæbe ved spåntagningen. Resultat: en stærkere kantopbygning. For at minimere dette anbefales egnede kølevæsker.
Klasse 2 er aluminiumsmaterialer med øget styrke. Til denne klasse hører ikke-hærdbare materialer i koldhærdet tilstand som eksempelvis legeringer fra 5000’er-gruppen. Hærdbare materialer i hærdet tilstand, f.eks. legeringer fra grupperne 6000 og 7000, hører også til i denne klasse. Disses styrke ligger mellem 300 og 600 N/mm2 og har ingen hårde strukturdele, hvilket betyder, at de har en lav slideffekt. Takket være den højere styrke er de også mindre tilbøjelige til at danne kantopbygning.
Klasse 3 omfatter de såkaldte automatmaterialer, som hærdbare valsematerialer med spånbrydende tilsætninger, eksempelvis bly eller bismut. Herunder hører materialer som EN AW-2011, 2007 eller 6012. På grund af de spånbrydende tilsætninger danner materialerne i denne klasse korte, brydende spån, og udviser kun en lav tendens til at dannelse af kanter.
Selvom aluminium normalt regnes for at være nemt at bearbejde, har dette metal dog også sine udfordringer: Spån, der klæber, og kantopbygning kan være en af ulemperne ved spåntagning af aluminium. Her er højhastighedsbearbejdning og den rigtige kølevæskestrategi vejen til succes – og selvfølgelig de rigtige værktøjer. Skærekræfterne udgør eksempelvis omkring en tredjedel af værdien for stål.
Det har derfor højeste prioritet hurtigt at få spånerne væk fra indgrebszonen ved fræsning af aluminium. Ekstremt glatte og glidende overflader på de fræsere, der anvendes, hjælper til at få de klæbrige aluminiumsspåner hurtigt væk. Sammenlignet med fræsere til stål er fræsere til aluminium kendetegnet ved et relativt lille antal tænder, hvilket forbedrer spåntransporten væsentligt. Med en tilpasset belægningsløsning kommer spånerne endnu hurtigere væk.
Også ved aluminiumsfræsning sørger kølevæsken ud over køling også for smøring, så slid og friktion minimeres. Ved bearbejdning af aluminium er kølingen særligt vigtigt, da materialet udvider sig termisk mere end f.eks. stål. Hvis varmen føres godt væk, holder emnet bedre målene. Det har især vist sig ved kølevæskesmøring med en emulsiv minimal mængde smøring (MMS) af vand og skæreolier.
Ethanol anbefales til køling i aluminiumsfræseprocessen: Det køler aluminiumsspånerne effektivt og forhindrer, at de klumper sammen, takket være de oliefri kølevæskebestanddele. Det gør det også nemmere at blæse spånerne ud, samle dem og tilbageføre dem som rent genanvendeligt affald i materialekredsløbet.
Hvis kølevæsken ikke er ønsket eller endda tabu, fås et fremragende alternativ i DLC-(Diamond-like-Carbon)-belægningen: Denne effektive belægninger tillader endda tørbehandling, som dermed også kommer til at gå som smurt. Det understøttes af aluminiummets egne egenskaber, da aluminium nemmere afleder procesvarmen end f.eks. stål.
Som en enkel formel til succesfuld aluminiumsfræsning gælder: Jo højere skærehastighed, desto glattere overflade på aluminiummet. Men samtidig stiger slitagen på fræseren dog også. Takket være specielle HSC-fræsere, som anvendes til High Speed Cutting (HSC), er det dog muligt at opnå væsentligt højere omdrejningstal sammenlignet med konventionelle fræsere.
Især hårde aluminiumslegeringer er nemme at fræse. Skærehastighederne ligger her på 100 til 500 m/min. – afhængig af skærdiameter og den heraf resulterede tilspænding. Hvis der f.eks. anvendes en skærediameter på 2-4 mm, skal der køres med en tilspænding på 0,02 - 0,03. Hvis skærdiameteren er fra 5 - 8 mm, øges tilspændingen til 0,05, mens den ved en skærdiameter på 9-12 mm stiger til 0,10. Hård aluminium bearbejdes med skærehastigheder fra 100 - 200 m/min. og samme tilspænding som blød aluminium.
Hurtig gennemgang af de vigtige parameter ved aluminiumsfræsning:
På de brede sortimenter for ikke-jernholdige metaller generelt og aluminium og aluminiumslegeringer specielt har vi udvidet vores fræserprogram til ca. 2.500 varenumre til udelukkende sådanne applikationer. Grundlaget herfor er specielle substrater kombineret med tilpassede geometrier og faste belægninger.
→ Gå på opdagelse i vores brede sortiment af fræseværktøjer i vores onlineshop