Pośród wszystkich materiałów lekkich, które w ostatnich latach wzbogaciły rynek, jeden pozostaje ulubionym klasykiem: aluminium W naszym artykule przedstawimy, co sprawia, że aluminium jest tak popularne, jakie są jego pozytywne właściwości i jakie pułapki kryje podczas obróbki skrawaniem, a zwłaszcza frezowania.
Aluminium stało się integralną częścią produkcji przemysłowej. Nie tylko ze względu na swoje szczególne właściwości:
Aluminium jest metalem nieżelaznym i pierwiastkiem chemicznym o symbolu Al. Aluminium jest wykorzystywane jako materiał konstrukcyjny, w elektrotechnice, w przemyśle opakowaniowym i w branży budowlanej. Decydującą rolę odgrywają w szczególności jego niższy ciężar w porównaniu z innymi metalami, wysoka przewodność elektryczna i zachowanie termiczne.
W porównaniu z innymi metalami aluminium jest miękkie, lekkie i jednocześnie wytrzymałe. Jego temperatura topnienia, wynosząca 660,4°C, jest znacznie niższa niż w przypadku innych metali, a jego gęstość wynosi 2,70 g/cm³ – jedną trzecią gęstości stali. W zależności od stopnia czystości, wytrzymałość aluminium na rozciąganie waha się od 45 N/mm² dla absolutnie czystego aluminium do 90 N/mm² dla czystego aluminium dla celów komercyjnych. Przewodność cieplna wynosi 237 W/(m-K). Jest ona wyższa niż w przypadku innych metali nieszlachetnych i przewyższa ją jedynie przewodność srebra, miedzi i złota. Ze względu na wysoką przewodność cieplną aluminium jest również bardzo popularne w elektrotechnice. Jego właściwości fizyczne sprawiają, że jest dobrym przewodnikiem elektrycznym, często stosowanym w energetyce w przypadku dużych przekrojów przewodów jako alternatywa dla przewodów miedzianych.
Pod wpływem powietrza aluminium bardzo szybko tworzy warstwę tlenku. Sprawia ona, że nieobrobiony metal staje się srebrnoszary o bardziej matowej powierzchni. Dzięki tej warstwie tlenku o grubości ok. 0,05 µm, aluminium jest bardzo odporne na korozję i jednocześnie chronione przed dalszym utlenianiem.
W zależności od zastosowania aluminium jest używane w postaci czystej lub jako stop. Połączenie z innymi metalami podkreśla lub tłumi pewne cechy tego metalu lekkiego. Takie stopy aluminium są produkowane w postaci stopów odlewniczych lub stopów do przeróbki plastycznej. Do produkcji tych stopów używane są zwykle takie metale, jak mangan, magnez, miedź, krzem, nikiel, cynk i beryl. Z reguły materiałem bazowym jest Al99.5 (EN AW-1050A).
Stopy aluminium dzieli się na stopy utwardzalne wydzieleniowo i stopy, które nie są utwardzalne wydzieleniowo, oraz stopy do obróbki plastycznej i odlewnicze. Naturalnie twarde stopy aluminium, takie jak AlMg, a także aluminium czyste i o najwyższym stopniu czystości są materiałami do obróbki plastycznej, podobnie jak utwardzalne wydzieleniowo stopy aluminium AlMgSi, AlCuMg lub AlCuSiMn. Te stopy aluminium nadają się w szczególności do produkcji półproduktów, jak taśmy, arkusze, druty lub rury.
Do stopów odlewniczych zaliczają się stopy aluminium AlMgSi, AlSiCu, AlCuTiMg lub AlCuTi.
Stopy do obróbki plastycznej powstają po dodaniu już niewielkich ilości miedzi, niklu, cynku, krzemu, manganu i magnezu. W ten sposób zwiększa się twardość i wytrzymałość aluminium. W zamian za to zmniejsza się przewodność elektryczna. Niemniej jednak materiał nadal można poddawać obróbce plastycznej, co czyni go idealnym jako komponent statków, samolotów lub kontenerów transportowych.
Najważniejszym stopem odlewniczym aluminium jest tak zwany stop eutektyczny aluminium i krzemu, zawierający około 12 procent krzemu. Jest on bardzo ciekły, dzięki czemu zachowuje doskonałe właściwości odlewnicze przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej wytrzymałości. W związku z tym od dawna sprawdza się jako materiał na korpusy skrzyni biegów i silników w budowie pojazdów i samolotów.
Niestety, nie wszystkie grupy stopów aluminium i związane z nimi materiały dają się równie dobrze obrabiać skrawaniem: na przykład materiały z czystego aluminium są bardzo miękkie i zwykle trudne w obróbce ze względu na ich niską wytrzymałość. Materiał ma duży wpływ na kształt wióra, zużycie, wykończenie powierzchni i siłę skrawania. Dlatego też przydatne okazało się podzielenie stopów aluminium do obróbki skrawaniem na trzy klasy.
Stopy aluminium o niskiej wytrzymałości należą do klasy 1. Są to stopy, które nie są utwardzalne wydzieleniowo w stanie nieumocnionym lub częściowo umocnionym, jak grupa 1000, 5005A i 5454. Klasa ta obejmuje również stopy utwardzalne wydzieleniowo w stanie nieutwardzonym wydzieleniowo, jak EN AW-6063, 6060 i 6082. Ze względu na niską wytrzymałość stopu podczas obróbki skrawaniem dochodzi do częstego sklejanie się wiórów i ich rozmazywania. Rezultat: zwiększone tworzenie się narostów na ostrzu. W celu zminimalizowania tego zjawiska zaleca się stosowanie odpowiednich środków smarująco-chłodzących.
Klasa 2 to stopy aluminiowe o podwyższonej wytrzymałości. Klasa ta obejmuje stopy nieutwardzalne wydzieleniowo w stanie umocnionym zgniotem, jak na przykład stopy z grupy 5000. Do tej klasy należą również stopy utwardzalne wydzieleniowo w stanie utwardzonym, np. stopy z grup 6000 i 7000. Ich wytrzymałość wynosi od 300 do 600 N/mm2 i nie zawierają one żadnych twardych elementów struktury, dzięki czemu charakteryzują się niskim efektem zużycia. Dzięki wyższej wytrzymałości powstaje mniej narostów na ostrzu.
Klasa 3 obejmuje tak zwane materiały do obróbki na szybkich automatach, jak utwardzalne wydzieleniowo stopy do obróbki plastycznej z dodatkami łamiącymi wióry, na przykład ołowiem lub bizmutem. Stopy takie jak EN AW-2011, 2007 lub 6012 należą do tej kategorii. Dzięki dodatkom łamiącym wióry, stopy tej klasy tworzą krótkie wióry i charakteryzują się niewielką tendencję do tworzenia narostów na ostrzu.
Chociaż aluminium jest powszechnie uważane za łatwe w obróbce skrawaniem, metal ten ma również swoje pułapki: przywieranie wiórów i narost na krawędziach to horror podczas frezowania aluminium. Jedną z dróg do sukcesu jest obróbka z dużymi prędkościami łącznie z odpowiednią strategią chłodzenia – pod warunkiem zastosowania odpowiednich narzędzi. Siły skrawania, na przykład, odpowiadają około jednej trzeciej wartości dla stali.
Najwyższym priorytetem podczas frezowania aluminium jest zatem szybkie usuwanie wiórów ze strefy pracy. Niezwykle gładkie i bardzo śliskie powierzchnie stosowanych frezów pomagają bardzo dobrze usuwać lepkie wióry aluminiowe. W porównaniu z frezami do stali frezy do aluminium charakteryzują się stosunkowo małą liczbą zębów, co dodatkowo poprawia ewakuację wióra. Wióry są jeszcze lepiej usuwane dzięki odpowiednio dostosowanym powłokom narzędzia.
Podczas frezowania aluminium środki chłodząco-smarujące są stosowane do smarowania w celu zminimalizowania zużycia i ciepła tarcia, a także do czystego chłodzenia. Chłodzenie jest szczególnie ważne podczas obróbki aluminium, ponieważ materiał ten rozszerza się termicznie bardziej niż na przykład stal. Jeżeli ciepło jest dobrze odprowadzane, obrabiany detal pozostaje stabilny wymiarowo. Szczególnie skuteczne okazało się smarowanie i chłodzenie wykonaną z wody i olejów chłodząco-smarujących emulsją do smarowania minimalną ilością (MMMS).
Do chłodzenia w procesie frezowania aluminium zalecany jest również etanol: bardzo skutecznie chłodzi wióry aluminiowe i zapobiega ich zbrylaniu dzięki bezolejowym składnikom chłodziwa. Ułatwia to również wydmuchiwanie wiórów, zbieranie ich i zwracanie do cyklu materiałowego jako czystego materiału nadającego się do recyklingu.
Jeżeli środki chłodząco-smarujące są niepożądane lub nawet tabu, doskonałą alternatywą jest powłoka DLC (diamentopodobna powłoka węglowa): Ta wysokowydajna powłoka umożliwia nawet obróbkę na sucho, dzięki czemu wszystko działa jak w zegarku. Pomagają w tym właściwości aluminium, które rozprasza ciepło procesowe łatwiej niż na przykład stal.
Prosta recepta na udane frezowanie aluminium brzmi: im wyższa prędkość skrawania, tym gładsza powierzchnia aluminium. Jednocześnie jednak zwiększa się zużycie frezu. Dzięki specjalnym frezom HSC, które są używane do skrawania z dużą prędkością (HSC), możliwe są jednakże znacznie wyższe prędkości w porównaniu z konwencjonalnymi frezami.
Najlepiej dają się frezować twarde stopy aluminium. Prędkości skrawania wynoszą od 100 do 500 m/min – w zależności od średnicy krawędzi skrawającej i wynikającego z niej posuwu. Na przykład, jeżeli używany jest frez o średnicy krawędzi skrawającej 2-4 mm, należy zastosować posuw 0,02 – 0,03. Jeżeli średnica krawędzi skrawającej wynosi od 5 do 8 mm, prędkość posuwu wzrasta do 0,05, podczas gdy dla średnic krawędzi skrawających 9-12 mm wzrasta do 0,10. Twarde aluminium jest obrabiane z prędkościami skrawania od 100 do 200 m/min i takim samym posuwem jak w przypadku aluminium miękkiego.
Szybkie zestawienie ważnych parametrów frezowania aluminium:
Biorąc pod uwagę szeroki zakres zastosowań dla metali nieżelaznych w ogóle, a aluminium i stopów aluminium w szczególności, rozszerzyliśmy naszą ofertę frezów do około 2.500 artykułów przeznaczonych wyłącznie do takich zastosowań. Bazę stanowią tutaj specjalne substraty w połączeniu z dostosowanymi geometriami i trwałymi powłokami.
→ Odkryj już teraz naszą szeroką gamę narzędzi do frezowania w naszym sklepie internetowym
📞 +48800560590
📧 info-pl@ceratizit.com