Tra tutti i materiali leggeri lanciati sul mercato negli ultimi anni, ce ne è uno che continua a riscuotere grande successo: l’alluminio. Cosa rende tanto popolare l’alluminio? Quali sono le sue caratteristiche positive e quali difficoltà comporta, in particolare nella fresatura? Scopritelo nella nostra panoramica.
L’alluminio è ormai diventato indispensabile nella produzione industriale. Di seguito trovate le sue caratteristiche particolari:
L’alluminio è un metallo non ferroso e un elemento chimico con simbolo Al. Viene utilizzato come materiale da costruzione, nell’ingegneria elettrica, nell’industria degli imballaggi e nel settore edile. In particolare, il suo peso ridotto rispetto ad altri metalli, la sua elevata conducibilità elettrica e il suo comportamento termico sono fattori decisivi in questo contesto.
Rispetto ad altri metalli, l’alluminio è più morbido, leggero e resistente. A 660,4°C il suo punto di fusione è significativamente inferiore a quello di altri metalli e la sua densità è di 2,70 g/cm³ ovvero un terzo della densità dell’acciaio. A seconda della purezza, la resistenza alla trazione di alluminio varia da 45 N/mm² per l’alluminio assolutamente puro a 90 N/mm² per l’alluminio commercialmente puro. La conducibilità termica è pari a 237 W/(m-K). È dunque maggiore rispetto a quella di altri metalli comuni e viene superata solo da argento, rame e oro. Grazie alla sua elevata conducibilità termica, l’alluminio viene frequentemente usato nell’ingegneria elettrica. Le sue proprietà fisiche lo rendono un buon conduttore elettrico, motivo per cui viene spesso utilizzato nel settore energetico come alternativa ai conduttori in rame, quando servono conduttori da grandi sezioni.
Se esposto all’aria, l’alluminio forma molto rapidamente uno strato di ossido. Questo conferisce al metallo non lavorato una superficie grigio-argento, piuttosto opaca. Grazie a questo strato di ossido spesso circa 0,05 µm, l’alluminio è altamente resistente alla corrosione e allo stesso tempo protetto da un’ulteriore ossidazione.
A seconda dell'applicazione, l’alluminio viene utilizzato in forma pura o in lega. La fusione con altri metalli enfatizza o sopprime alcune caratteristiche del metallo leggero. Tali leghe vengono prodotte sotto forma di leghe di alluminio fuso o di leghe di alluminio battuto. Per queste leghe di alluminio si utilizzano solitamente metalli come manganese, magnesio, rame, silicio, nichel, zinco e berillio. Di norma il materiale di base è Al99,5 (EN AW-1050A).
Si distingue tra leghe invecchiabili e non invecchiabili, tra materiali battuti e materiali fusi. Le leghe di alluminio naturalmente duro come AlMg e l’alluminio puro e ultrapuro sono materiali battuti, così come le leghe di alluminio invecchiabili come AlMgSi, AlCuMg o AlCuSiMn. Queste leghe di alluminio sono particolarmente adatte alla produzione di semilavorati come nastri, lamiere, fili o tubi.
I materiali fusi includono leghe di alluminio come AlMgSi, AlSiCu AlCuTiMg o AlCuTi.
Quando si aggiungono piccole quantità di rame, nichel, zinco, silicio, manganese e magnesio, si ottengono leghe battute. In questa maniera aumentano la durezza e la resistenza dell’alluminio, mentre la conducibilità elettrica si riduce. Ciononostante, il materiale continua ad essere adatto alla formatura, risultando così ideale per l’uso in navi, aerei o container da trasporto.
La lega più importante di alluminio fuso è la cosiddetta lega eutettica di alluminio e silicio, che contiene circa il 12% di silicio. È molto fluida, il che significa che conserva eccellenti proprietà di fusione, pur mantenendo un’elevata resistenza. Per questo è da tempo collaudata come materiale per gli alloggiamenti di cambi e motori nella costruzione di veicoli e aerei.
Purtroppo non tutti i gruppi di leghe di alluminio e i relativi materiali di lavorazione sono ugualmente facili da lavorare: i materiali in alluminio puro, ad esempio, sono molto morbidi e, a causa della loro bassa resistenza, risultano piuttosto difficili da lavorare. Il materiale influisce notevolmente sulla forma del truciolo, sull’usura, sulla superficie e sulla forza di taglio. Si è quindi rivelato utile dividere le leghe di alluminio battuto in tre classi.
I materiali di alluminio a bassa resistenza appartengono alla classe 1. Questa categoria comprende leghe non invecchiabili allo stato non indurito o parzialmente indurito, come il gruppo 1000, 5005A e 5454. Fanno parte di questa classe anche le leghe invecchiabili allo stato non invecchiato, come EN AW-6063, 6060 e 6082. A causa della bassa resistenza i trucioli spesso sono soggetti ad adesione e a effetti lubrificanti durante la lavorazione. Il risultato è una maggiore formazione di taglienti di riporto. Per ridurre al minimo questo fenomeno, si consiglia di utilizzare lubrorefrigeranti adeguati.
La classe 2 è costituita da materiali di alluminio con un’elevata resistenza. Questa categoria comprende materiali non invecchiabili induriti a freddo come le leghe del gruppo 5000. Appartengono a questa classe anche i materiali invecchiati, come le leghe dei gruppi 6000 e 7000. La loro resistenza è compresa tra 300 e 6002 e non contengono componenti strutturali duri, il che significa che causano poca usura. Grazie alla maggiore resistenza si formano meno taglienti di riporto.
La classe 3 comprende i cosiddetti materiali “free-cutting”, come i materiali battuti invecchiabili contenenti elementi di lega che favoriscono la truciolabilità quali, ad esempio, il piombo o il bismuto. Rientrano in questa categoria materiali come EN AW-2011, 2007 o 6012. Grazie agli elementi di lega, i materiali di questa classe formano trucioli corti e hanno solo una ridotta tendenza a formare tagliente di riporto.
Sebbene l’alluminio sia generalmente considerato facile da lavorare, anche questo metallo presenta delle sfide: il tagliente di riporto è considerato l’incubo per la fresatura dell’alluminio. Una possibile chiave per il successo è la lavorazione ad alta velocità, unita alla giusta strategia di lubrorefrigerazione e all’uso degli utensili appropriati. Le forze di taglio, ad esempio, corrispondono a circa un terzo di quelli per acciaio.
La priorità assoluta nella fresatura dell’alluminio è quindi quella di rimuovere rapidamente il truciolo dalla zona di taglio. Le superfici estremamente lisce delle frese utilizzate aiutano a rimuovere molto bene il truciolo di alluminio, che è caratterizzato da una forte tendenza all’adesione. Rispetto alle frese per acciaio, le frese per alluminio sono dotate di un numero di denti relativamente basso che migliora ulteriormente l’evacuazione del truciolo. Il truciolo viene rimosso in modo ancora più efficace con soluzioni di rivestimento adattate.
Anche nella fresatura dell’alluminio, i lubrorefrigeranti svolgono una funzione di lubrificazione, per ridurre al minimo l’usura e il calore da attrito, e di semplice refrigerazione. La refrigerazione è particolarmente importante nella lavorazione dell’alluminio, poiché il materiale si espande maggiormente a livello termico rispetto all’acciaio, ad esempio. Se il calore viene ben dissipato, il pezzo mostra una maggiore precisione dimensionale. La lubrificazione minimale (MQL) a base di aria e olio si è dimostrata particolarmente funzionale.
Anche l’etanolo è consigliato per la refrigerazione nel processo di fresatura di alluminio: refrigera la zona di taglio in maniera ottimale e impedisce l’agglomerarsi del materiale grazie ai componenti privi di olio del refrigerante. In questo modo risulta anche più facile rimuovere i trucioli , raccoglierli e reinserirli nel ciclo del materiale come materiale pulito e riciclabile.
Se i lubrorefrigeranti sono indesiderati o addirittura vietati, un’ottima alternativa è rappresentata dal rivestimento DLC (diamond-like carbon): Questo rivestimento ad alte prestazioni funziona perfettamente persino nella lavorazione a secco. Le proprietà dell’alluminio facilitano la dissipazione del calore di processo rispetto, ad esempio, all’acciaio, favorendo così questo tipo di lavorazione.
Una formula semplice per l’efficacia nella fresatura di alluminio è: più alta è la velocità di taglio, più liscia sarà la superficie di alluminio. Allo stesso tempo, però, aumenta anche l’usura della fresa. Grazie alle speciali frese speciali HSC utilizzate per il taglio ad alta velocità (HSC) è possibile raggiungere velocità significativamente più elevate rispetto alle frese tradizionali.
Le leghe di alluminio duro sono quelle più adatte alla fresatura. Le velocità di taglio sono comprese tra 100 e 500 m/min. Se il diametro del tagliente è di 2-4 mm, si dovrebbe utilizzare un avanzamento di 0,02-0,03. Se il diametro del tagliente è compreso tra 5 e 8 mm, l’avanzamento aumenta a 0,05, mentre sale a 0,10 per diametri tagliente di 9-12 mm. L’alluminio duro viene lavorato a velocità di taglio da 100 a 200 m/min e lo stesso avanzamento dell’alluminio è usato per l’alluminio morbido.
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