Utöver samtliga lättviktsmaterial som under de gångna åren har berikat marknaden är ett av dem en omtyckt klassiker: aluminium. Det som gör materialet aluminium så populärt och vilka de positiva egenskaperna och fallgroparna är vid bearbetning, och i synnerhet vid fräsning, förklarar vi i vår översikt.
Aluminium är nu oumbärligt vid industriell tillverkning. Och det inte minst för aluminiumets speciella egenskaper:
Aluminium är en icke-järn-metall och ett kemiskt ämne med beteckningen Al. Det används som konstruktionsmaterial inom det elektrotekniska området, förpackningsindustrin och byggbranschen. Framför allt spelar den låga vikten, den goda ledningsförmågan och det termiska beteendet en avgörande roll när aluminium jämförs med andra metaller.
Aluminium är, jämfört med andra metaller, mjukt, lätt och segt på samma gång. Med 660,4 °C ligger dess smältpunkt tydligt under den för andra metaller och densiteten uppgår till 2,70 g/cm³ – en tredjedel av stålets densitet. Beroende av renheten varierar aluminiumets draghållfasthet från 45 N/mm² hos absolut rent aluminium upp till 90 N/mm² hos kommersiellt rent aluminium. Värmeledningsförmågan uppgår till 237 W/(m·K). Den är därmed högre än hos andra, oädla metaller och överträffas endast av silver, koppar och guld. Genom sin höga värmeledningsförmåga är aluminium också mycket populärt inom elektrotekniken. De fysikaliska egenskaperna gör aluminium till en god elektrisk ledare som ofta används som alternativ till kopparledare inom det energiteknik vid stora ledartvärsnitt.
I luften bildar aluminium mycket snabbt ett oxidskikt. Därigenom får den obearbetade metallen en silvergrå, ganska matt yta. Tack vare detta ca 0,05 µm tjocka oxidskikt är aluminium mycket korrosionsbeständigt och skyddas dessutom mot ytterligare oxidering.
Beroende på användningsområde används aluminium antingen i ren form eller som legering. Smältning med andra metaller framhäver eller undertrycker vissa egenskaper hos lättmetallen. Sådana legeringar produceras i form av gjutna aluminiumlegeringar eller smidda aluminiumlegeringar. För dessa aluminiumlegeringar används oftast metaller såsom mangan, magnesium, koppar, kisel, nickel, zink och beryllium. Som regel är grundmaterialet Al99,5 (EN AW-1050A).
Man skiljer på härdbara och icke härdbara legeringar samt smides- och gjutmaterial. Naturligt hårda aluminiumlegeringar såsom AlMg och rent aluminium och högrent aluminium tillhör smidesmaterialen. Detsamma gäller härdbara aluminiumlegeringar såsom AlMgSi, AlCuMg och AlCuSiMn. Dessa aluminiumlegeringar lämpar sig främst för framställning av halvfabrikat såsom remsor, plåt, tråd eller rör.
Till gjutmaterialen räknas aluminiumlegeringar såsom AlMgSi, AlSiCu. AlCuTiMg och AlCuTi.
Så snart som endast små mängder av grundämnena koppar, nickel, zink, kisel, mangan eller magnesium tillsätts, bildas smideslegeringar. Med dem ökar aluminiumets hårdhet och draghållfasthet. Däremot sänks den elektriska ledningsförmågan. Materialet kan dock fortfarande omformas, vilket gör att det lämpar sig utmärkt för delar till fartyg, flygplan och transportcontainrar.
Den viktigaste gjutna aluminiumlegeringen är den så kallade eutektiska legeringen av aluminium och kisel. Legeringen har ett kiselinnehåll på ungefär 12 procent. Den är mycket tunnflytande, varigenom den uppvisar utmärkta gjutegenskaper med bibehållen hög draghållfasthet. Den är sedan länge ett beprövat material för växel- och motorhus inom fordons- och flygplanskonstruktion.
Tyvärr går det inte att bearbeta alla legeringsgrupper av aluminium, och med dem tillhörande material, lika bra. Material av rent aluminium är exempelvis mycket mjuka och är relativt svåra att bearbeta på grund den låga draghållfastheten. Materialet har stor inverkan på spånform, förslitning, yta och skärkraft. Därför har det visat sig lämpligt att dela in smidda aluminiumlegeringar i tre klasser.
Aluminiummaterial med låg draghållfasthet tillhör klass 1. Till den klassen räknas icke härdbara legeringar i icke stelnat eller delvis stelnat tillstånd, alltså exempelvis 1000-gruppen, 5005A samt 5454. I denna klass hamnar även härdbara legeringar i icke härdat tillstånd såsom EN AW-6063, 6060 och 6082. Till följd av den låga draghållfastheten inträffar det ofta att spånen kletar och att det uppstår utsmetningseffekter vid bearbetningen. Resultatet är en kraftigare löseggsbildning. För att minimera detta rekommenderas lämpliga kylsmörjmedel.
Klass 2 omfattar aluminiummaterial med högre draghållfasthet. Till denna klass räknas icke härdbara material i arbetshärdat tillstånd, såsom legeringar ur 5000-gruppen. Härdbara material i härdat tillstånd, t.ex. legeringar ur grupperna 6000 och 7000 hör också till denna klass. Deras draghållfasthet ligger mellan 300 och 600 N/mm2 och har inga hårda strukturella komponenter, vilket betyder att de har låg slitageeffekt. Tack vare den högre draghållfastheten minskar också bildningen av lösegg.
Till klass 3 hör så kallade automatmaterial såsom härdbara smidesmaterial med spånbrytande tillsatser, exempelvis bly och vismut. Material såsom EN AW-2011, 2007 och 6012 tillhör den klassen. Genom de spånbrytande tillsatserna bildar material i denna klass kortbrytande spån och uppvisar endast en liten tendens till löseggsbildning.
Visserligen gäller generellt att aluminium är lätt att bearbeta men även denna metall har sina fallgropar. Kletande spån och löseggsbildning är fasan vid aluminiumfräsning. En väg framåt är höghastighetsbearbetning inklusive användning av korrekt kylsmörjmedel-strategi – förutsatt att du har rätt verktyg. Skärkrafterna motsvarar exempelvis omkring en tredjedel av värdet för stål.
Högsta prioritet vid fräsning av aluminium har därför att snabbt transportera bort spånen från skärområdet. Extremt släta och mycket hala ytor hos fräsen som används hjälper till att effektivt leda bort de klibbiga aluminiumspånen. Fräsar för aluminium, jämfört med fräsar för stål, kännetecknas av sitt relativt ringa antal tänder, något som ytterligare hjälper till att transportera bort spånen. Med lämpligt anpassade beläggningslösningar transporteras spånen bort ännu enklare.
Även vid aluminiumfräsning har kylsmörjmedel uppgiften att smörja för att minimera slitage och friktionsvärme samt ren kylning. Vid aluminiumbearbetning är kylning extra viktig eftersom materialet termiskt expanderar mer än exempelvis stål. Om värmen avleds på rätt sätt uppnås samtidigt en bättre måttnoggrannhet för arbetsstycket. I synnerhet har kylsmörjning med en emulsiv minimalsmörjning (MMS) av vatten och skäroljor visat sig fungera bra.
Något som också rekommenderas är etanol för kylning i aluminiumfräsprocessen. Etanol kyler aluminiumspånen mycket effektivt och förhindrar klumpbildning tack vare de oljefria kylsmörjmedelskomponenterna. På det sättet går det också lättare att blåsa ut spånen, samla upp dem och att återföra dem till materialkretsloppet i form av ett rent, återvinningsbart material.
Om kylsmörjmedel inte är önskvärt eller till och med är tabu, finns det med en DLC-beläggning (DLC = Diamond-like-Carbon) ett utmärkt alternativ. Denna kraftfulla beläggning tillåter till och med torrbearbetning, så att det även i det läget löper på som smort. Detta understöds av aluminiumets egenskaper eftersom processvärmen leds bort enklare än hos stål.
En enkel formel för framgångsrik aluminiumfräsning: ju högre skärhastigheten är, desto slätare blir aluminiumets yta. Samtidigt ökar dock slitaget på fräsen. Tack vare speciella HSC-fräsar, som används för High Speed Cutting (HSC), är det dock möjligt med betydligt högre varvtal jämfört med konventionella fräsar.
Det går bäst att fräsa hårda aluminiumlegeringar. Skärhastigheterna är 100 till 500 m/min – avhängigt av skärdiametern och den därigenom resulterande matningen. Om exempelvis en skärdiameter på 2–4 mm används, bör en matning på 0,02–0,03 köras. Om skärdiametern ligger på 5 till 8 mm, stiger matningen till 0,05 medan den stiger till 0,10 för skärdiametrar på 9–12 mm. Hårt aluminium bearbetas i skärhastigheter från 100 till 200 m/min och med samma matning som för mjukt aluminium.
Viktiga parametrar vid aluminiumfräsning med en snabb kontroll:
Med det breda användningsområdet för icke-järnmetaller i allmänhet och aluminium och aluminiumlegeringar i synnerhet, har vi utökat vårt fräsprogram till att omfatta omkring 2 500 artiklar bara för sådana tillämpningar. Grunden för detta är speciella substrat, kombinerat med anpassade geometrier och hållbara beläggningar.