Popri všetkých odľahčených materiáloch, ktoré v minulých rokoch obohatili trh, zostáva jeden z nich obľúbeným evergreenom: hliník. V našom prehľade sa môžete dočítať o tom, prečo je hliník tak obľúbený, aké pozitívne vlastnosti v sebe skrýva a aké nástrahy predstavuje pre obrábanie, najmä pre frézovanie.
Priemyselnú výrobu si bez hliníka dnes už nedokážeme predstaviť. V konečnom dôsledku kvôli jeho špecifickým vlastnostiam:
Hliník je neželezným kovom a chemickým prvkom označeným symbolom Al. Hliník sa používa ako konštrukčný prvok v elektrotechnickom, obalovom priemysle aj v stavebníctve. Rozhodujúcu úlohu pritom hrajú najmä nižšia hmotnosť v porovnaní s ostatnými kovmi, vysoká elektrická vodivosť a jeho tepelné vlastnosti.
Hliník je v porovnaní s ostatnými kovmi mäkký, ľahký a súčasne aj húževnatý. Bod tavenia 660,4°C je podstatne nižší ako u ostatných kovov a jeho hustota vykazuje hodnotu 2,70 g/cm³, čo je tretina hustoty ocele. V závislosti od stupňa čistoty sa pevnosť v ťahu hliníka pohybuje od 45 N/mm² v prípade absolútne čistého hliníka, až po 90 N/mm² u bežne dostupného čistého hliníka. Tepelná vodivosť sa rovná 237 W/(m·K). Je teda vyššia ako u ostatných neušľachtilých kovov a vyššou hodnotou sa môžu pýšiť iba striebro, meď a zlato. Vďaka svojej vysokej tepelnej vodivosti je hliník veľmi obľúbený aj v elektrotechnickom priemysle. Fyzikálne vlastnosti pasujú hliník do úlohy dobrého elektrického vodiča, ktorý sa často využíva v energetike, v prípade veľkých prierezov vodičov, ako alternatívny materiál k medeným vodičom.
Na vzduchu hliník veľmi rýchlo vytvára oxidovú vrstvu. Neobrobený kov tak získava striebristo sivý, skorej matný povrch. Vďaka tejto oxidovej vrstve hrubej cca 0,05 µm je hliník veľmi odolný voči korózii a súčasne získava ochranu pred ďalšou koróziou.
Hliník sa v závislosti od vlastného použitia využíva buď v čistej forme alebo ako zliatina. Zliatina vytvorená tavením s inými kovmi pritom umocňuje určité špecifiká ľahkého kovu alebo ich potlačuje. Tiež zliatiny sa vyrábajú v podobe zliatiny hliníka a liatiny alebo tvárnych zliatin hliníka. Pre také zliatiny hliníka sa väčšinou používajú kovy ako je mangán, horčík, meď, kremík, nikel, zinok a berýlium. Spravidla je základným materiálom Al99,5 (EN AW-1050A).
Rozlišujeme vytvrditeľné a nevytvrditeľné zliatiny a taktiež tvárne alebo odlievané materiály. Prirodzene tvrdé zliatiny hliníka ako je AlMg aj čistý a najčistejší hliník patria do skupiny tvárnych materiálov, rovnako ako vytvrditeľné zliatiny hliníka ako sú AlMgSi, AlCuMg alebo AlCuSiMn. Tieto zliatiny hliníka sú mimoriadne vhodné pre výrobu polotovarov ako sú pásiky, plechy, drôty alebo rúrky.
Medzi liatinu patria zliatiny hliníka ako sú AlMgSi, AlSiCu AlCuTiMg alebo AlCuTi.
Ihneď ako sa pridá čo i len nepatrné množstvo prvkov ako sú meď, nikel, zinok, kremík, mangán a horčík, vzniká tvárna liatina. Tieto prvky zvyšujú tvrdosť a pevnosť hliníka. Na druhej strane sa však znižuje elektrická vodivosť. Materiál je možné však tvarovať aj naďalej, čím sa stáva ideálnou voľbou pre konštrukciu častí lodí, lietadiel alebo prepravných nádob.
Najdôležitejšou zliatinou hliníka a liatiny je takzvaná eutektická zliatina hliníka a kremíka, ktorá obsahuje cca 12 percent kremíka. Je veľmi nízkoviskózna, čím si zachováva vynikajúce zlievarenské vlastnosti a súčasne aj vysokú pevnosť. Ide teda o materiály, ktoré sú dlhodobo osvedčené pri výrobe prevodových skríň v automobilovom a leteckom priemysle.
Všetky skupiny hliníkových zliatin a materiály s tým spojené však bohužiaľ nie je možné rovnako jednoducho obrábať: Materiály obsahujúce čistý hliník sú napríklad veľmi mäkké a z dôvodu svojej nízkej pevnosti skorej obtiažne obrobiteľné. Materiál má veľký vplyv na tvar triesky, povrch aj reznú silu. Preto sa osvedčilo rozdeľovať tvárne zliatiny hliníka do troch tried.
Hliníkové zliatiny s nízkou pevnosťou sa zaraďujú do 1. triedy. Patria sem nevytvrditeľné zliatiny v nevytvrdenom alebo čiastočne vytvrdenom stave, teda napríklad zliatiny skupiny 1000, 5005A a 5454. Do tejto triedy patria aj vytvrditeľné zliatiny v nevytvrdenom stave, ako EN AW-6063, 6060 a 6082. V dôsledku nízkej pevnosti dochádza pri obrábaní často k nalepovaniu a oteru triesok. Výsledok: intenzívnejšia tvorba nárastkov. Pre minimalizáciu tohoto rizika sa odporúčajú vhodné chladiace média.
Do 2. triedy patria hliníkové zliatiny s vyššou pevnosťou. Patria sem nevytvrditeľné materiály vytvrdené za studena, ako sú napríklad zliatiny skupiny 5000. Vytvrditeľné materiály vo vytvrdenom stave, napr. zliatiny skupiny 6000 a 7000, patria taktiež do tejto skupiny. Ich pevnosť sa pohybuje medzi 300 a 600 N/mm2 a neobsahujú žiadne tvrdé štruktúrne zložky, teda dochádza k minimálnemu oteru. Vďaka vyššej pevnosti je možné sledovať aj nižšiu náchylnosť k vytváraniu nárastkov.
Do 3. triedy patria takzvané automatové materiály, ako sú vytvrditeľné tvárne zliatiny s prísadami zlepšujúcimi lámanie triesky, akými sú napríklad olovo alebo bismut. Patria sem materiály ako EN AW-2011, 2007 alebo 6012. Vďaka prísadám zlepšujúcim lámanie triesky vytvárajú materiály tejto triedy krátke triesky a vykazujú iba nepatrnú tendenciu k vytváraniu nárastkov.
Hliník sa všeobecne považuje za jednoducho obrobiteľný materiál, avšak napriek tomu má tento kov aj svoje zákernosti: Nalepovanie triesok a tvorba nárastkov sú nástrahy pri frézovaní hliníka. Cesta k úspechu pritom vedie cez vysokorýchlostné obrábanie vrátane správnej stratégie používania chladiaceho média - to všetko pri predpoklade nasadenia vhodných nástrojov. Rezné sily napríklad zodpovedajú približne tretine hodnoty platnej pre oceľ.
Najvyššou prioritou pri frézovaní hliníka je preto čo najrýchlejšie odvádzanie triesok z oblasti záberu frézy. Extrémne hladký a veľmi kĺzavý povrch používaných fréz pritom napomáha veľmi kvalitnému odvádzaniu hliníkových triesok. Frézy pre obrábanie hliníka sa, v porovnaní s frézami na oceľ, vyznačujú relatívne malým počtom zubov, čo dodatočne vylepšuje proces odvádzania triesok. V prípade správnej voľby povlaku je odvádzanie triesok ešte efektívnejšie.
Pri frézovaní hliníka chladiace médiá zaisťujú mazanie, aby sa znížilo opotrebenie a trecie teplo. Pri obrábaní hliníka je chladenie mimoriadne dôležité, pretože sa materiál tepelne rozpína viac ako je tomu napríklad u ocele. Pokiaľ sa dosiahne správneho odvádzania tepla, obrobok si súčasne zachová svoju rozmerovú stálosť. Pri chladení a mazaní sa osvedčila najmä metóda mazania minimálnym množstvom maziva (MQL), pričom vlastné chladiace médium tvorí zmes vody a rezného oleja.
Pre chladenie procesu frézovania hliníka sa taktiež odporúča etanol: Veľmi efektívne ochladzuje hliníkové triesky a vďaka tomu, že chladiace médium neobsahuje olej, eliminuje vytváranie zhlukov namotaných triesok. Tak je možné triesky aj jednoduchšie vyfúkať, uložiť do zberných kontajnerov a ako čistú druhotnú surovinu opäť vrátiť do materiálového cyklu.
Pokiaľ chladiace média nie sú žiaduce alebo je ich používanie dokonca zakázané, povlak DLC (Diamond-like-Carbon) predstavuje vynikajúcu alternatívu: Tento vysoko výkonný povlak umožňuje dokonca aj obrábanie zasucha, aby aj vtedy všetko bežalo ako na drôtikoch. Je to jednoduchšie aj vďaka vlastnostiam hliníka, pretože je možné procesné teplo odvádzať jednoduchšie ako je tomu napríklad pri obrábaní ocele.
Pre úspešné frézovanie hliníka platí jednoduchý vzorček: čím vyššia je rezná rýchlosť, tým hladší bude povrch hliníka. Súčasne sa však zvyšuje aj opotrebenie frézy. Vďaka špeciálnym HSC frézam, ktoré sa používajú pri vysokorýchlostnom obrábaní (HSC), je možné využívať podstatne vyšších otáčok ako v prípade konvenčných fréz.
Najlepšie sa frézujú tvrdé hliníkové zliatiny. Rezné rýchlosti sa pri tom pohybujú medzi 100 až 500 m/min – v závislosti od priemeru frézy a z toho plynúceho posuvu. Pokiaľ sa napríklad používa fréza s priemerom 2-4 mm, mal by sa zvoliť posuv 0,02 – 0,03. Pokiaľ sa priemer frézy rovná 5 až 8 mm, potom sa posuv zvýši na 0,05, zatiaľ čo v prípade frézy s priemerom 9-12 mm vzrastie na 0,10. Pre obrábanie tvrdého hliníka sa používajú rezné rýchlosti od 100 do 200 m/min. a rovnaký posuv ako pri obrábaní mäkkého hliníka.
Rýchly prehľad dôležitých parametrov pri frézovaní hliníka:
V rámci širokej ponuky nástrojov na obrábanie neželezných kovov všeobecne a špeciálne potom na obrábanie hliníka a zliatin hliníka sme náš produktový program frézovacích nástrojov rozšírili na približne 2500 artiklov určených výlučne pre tento spôsob obrábania. Základ tohoto riešenia tvoria špeciálne substráty v kombinácii s optimalizovanými geometriami a odolnými povlakmi.
→ Zoznámte sa teraz s našou pestrou paletou frézovacích nástrojov v našom online e-shopu