Какие проблемы возникают при обработке алюминия и как их можно решить при помощи режущего инструмента?
Алюминий обладает уникальными качествами. Он не поддается коррозии, как и золото, он вязкий, как железо, плавкий, как медь, и легкий, как стекло. С ним легко работать, и он широко встречается в природе, так как окись алюминия составляет основу большинства горных пород. Алюминий в три раза легче железа. Эти характеристики алюминия, объясняют, почему алюминий и его сплавы стали важным машиностроительным материалом. Его легкость, прекрасные свойства формообразования и обрабатываемости, а также высокая коррозионная стойкость сделали алюминий чрезвычайно популярным в аэрокосмической, автомобильной и упаковочной промышленности. Использование чистого алюминия ограничено. В большинстве промышленных применений алюминий используется в виде сплавов с различными легирующими элементами, обычно это медь, магний, кремний, цинк и пр. Поэтому обычно, когда говорят об обработке алюминия, имеют в виду обработку алюминиевых сплавов.
Алюминий считается материалом хорошей обрабатываемости. Существует твердое убеждение, что обработка алюминия не вызывает особых проблем. «Возьмите острый режущий инструмент и обрабатывайте алюминий как можно быстрее» — это убеждение очень распространено в производственной среде. Действительно, алюминий является одним из самых поддающихся механической обработке инженерных материалов. Отсюда основная задача при обработке алюминия, как это воспринимают производители — обеспечить максимальную производительность, исходя из возможностей станков. Это правильно; однако, ваш режущий инструмент должен не только позволить это, но и иметь долгий срок службы и не сломаться вскоре после такой обработки. Итак, каковы основные проблемы при обработке алюминия и каковы требования к режущему инструменту для решения этих проблем?
Хотя алюминий хорошо обрабатывается, иногда его резание вызывает затруднения. Вот некоторые такие случаи:
Разный химический состав и метод производства
Обработка алюминия зависит от нескольких факторов, один из которых – это его химический состав. Например, процентное содержание кремния отражается на стойкости инструмента. Еще одним фактором является метод производства: обычно алюминиевые сплавы делят на две основные группы – отливка и ковка, причем последний метод используется для большинства алюминиевых сплавов. Далее эти группы можно классифицировать как термообрабатываемые и нетермообрабатываемые сплавы. Кроме того, увеличилось использование спекаемых алюминиевых сплавов. Все эти факторы влияют на обрабатываемость, которая может меняться в относительно широких пределах. Некоторые сплавы характеризируются обрабатываемостью, которая составляет приблизительно половину от обрабатываемости технически чистого алюминия.
Удаление стружки
При обработке алюминий дает длинную витую стружку, которая обматывает режущий инструмент и обрабатываемую заготовку. Это может вызвать проблемы с удалением стружки и отразиться на качестве поверхности.
Нарост на режущей кромке
Алюминий может формировать нарост на режущей кромке инструмента, что негативно сказывается на качестве поверхности и точности обработки. Высокая теплопроводность алюминия также способствует этой проблеме.
Качество поверхности
Налипание алюминия на режущий инструмент приводит к механическому повреждению поверхности, что снижает качество обрабатываемой поверхности.
Стабильность обработки
Низкий коэффициент жесткости алюминия может стать источником вибрации, что отражается на результатах обработки.
Простая на первый взгляд обработка алюминия все же вызывает некоторые вопросы, требующие соответствующего решения. И режущий инструмент здесь играет не малую, а возможно даже наиболее существенную роль. Разработка инструмента для обработки алюминия включает следующие направления.
Режущий материал
Высокотехнологичные твердые сплавы, включая сплавы с покрытием и экстратвёрдый поликристаллический алмаз (PCD), позволяют значительно увеличить рабочие характеристики инструмента.
Геометрия резания
Оптимизированная геометрия резания, достигаемая соответствующими передним и задним углами, острые режущие кромки, конфигурация стружкообразующих поверхностей, а также форма стружечных канавок – все это является важным фактором в улучшении режущего действия, хорошего схода стружки и уменьшения нароста на режущей кромке.
Конструкция инструмента
Обработка алюминия подразумевает высокую скорость резания, это означает, что вращающийся режущий инструмент работает при существенной частоте вращения и может испытывать значительные центробежные нагрузки. Это налагает дополнительные требования к динамическим свойствам и динамическому балансу инструмента, особенно в случае с инструментом со сменными пластинами и решений с модульным инструментом. Важным фактором хорошего удаления стружки является эффективное охлаждение, которое позволяет также избежать механического повреждения поверхности вследствие чрезмерного трения и уменьшить формирование нароста на режущей кромке. Точечная подача СОЖ прямо в зону резания через корпус инструмента — верный способ улучшить охлаждение и смазывание на операциях резания.
Режущий инструмент для обработки алюминия занимает видное место в номенклатуре ISCAR. За последние годы компания ISCAR представила различные новые концепции, которые внесли значительный вклад в развитие такого инструмента. Эти новинки представляют собой пример тенденций развития инструмента для обработки алюминия.
Алмазоподобные углеродные покрытия DLC дают выгодную комбинацию высокой твердости и прекрасной износостойкости. Кроме того, низкий коэффициент трения алмазоподобных углеродных покрытий по сравнению с алюминием помогает уменьшить адгезию и формирование нароста на режущей кромке в процессе резания. Эти свойства делают алмазоподобные углеродные покрытия идеальным решением для обработки цветных металлов, и, в частности, алюминия, содержащего до 12% кремния. Два нанокомпозитных твердых сплава с покрытием DLC компании ISCAR — IC1520 для токарных и канавочных пластин (Рис. 1) и IC1508 для цельных концевых фрез и отрезных пластин—расширяют возможности заказчика в плане улучшения эффективности.
Рис.1
Номенклатура стандартного инструмента со сменными пластинами ISCAR была расширена пластинами с новой геометрией резания, разработанной специально для обработки алюминия, включая высокоточные двусторонние канавочные пластины и двусторонние ромбовидные и трехгранные токарные пластин ISO. У всех этих пластин шлифованная передняя поверхность со стружколомами специальной формы для того, чтобы избежать формирование нароста на режущей кромке и обеспечить гладкое и легкое резание. В свои линейки цельного твердосплавного инструмента компания ISCAR добавила новые концевые фрезы с различной формой канавки для улучшения антивибрационных свойств.
Одним из основных трендов в области металлообработки является быстросменная оснастка. Специально для обрабатывающих алюминиевые диски заказчиков компания ISCAR создала новую номенклатуру бестросменного модульного инструмента для различных операций наружного и внутреннего точения, включая профилирование и подрезание, торцевое точение и расточку (Рис. 2). Система использует соединение типа «ласточкин хвост» и контакт по всей поверхности между режущей головкой со сменной пластиной и корпусом, что делает силу зажима очень прочной и обеспечивает стабильность и устойчивость при обработке на тяжелых режимах.
Рис.2
Что касается фрез со сменными пластинами, компания ISCAR расширила свою линейку фрез HELIALU с пластинами из прочного субмикронного сплава для сохранения остроты режущей кромки. Новые высокоточные пластины характеризируются высоко позитивной геометрией резания и шлифованной передней поверхностью, все это облегчает фрезерование алюминия и алюминиево-литиевых сплавов на очень больших подачах (Рис. 3).
Рис.3
Новые продукты также были добавлены в MULTI-MASTER, популярную линейку эксплуатационно гибкого сборного инструмента со сменной режущей головкой. К таким продуктам относятся цельные твердосплавные 3-х перые фрезерные головки под 90° с виброустойчивой геометрией и 4-х перые бочкообразные головки, предназначенные прежде всего для 5-ти осевого фрезерования сложных поверхностей.
3D-печать открывает новые горизонты при разработке инструмента. Новые сменные головки со сменными пластинами с резьбовыми переходниками MULTI-MASTER и FLEXFIT (Рис. 4) предоставляют опцию подачи СОЖ под высоким давлением через внутренние каналы благодаря этой технологии. А с помощью вычислительной гидрогазодинамики такие каналы оптимизированы под поток охлаждающей жидкости. Резьбовые адаптеры позволяю производить сборку инструмента в соответствии с требованиями заказчика благодаря принципу модульности линеек MULTI-MASTER и FLEXFIT, предлагающий большой выбор заменяемых адаптеров, удлинителей и редукторных переходников. Эти головки, которые также подходят для обработки со смазкой воздушно-масляным туманом значительно расширяют диапазон применений при фрезеровании алюминиевых сплавов, в том числе абразивных, с большим содержанием кремния.
Рис.4
Технология 3D-печати позволяет создавать неординарную конфигурацию инструмента, чтобы отвечать потребностям специальных операций обработки. Хорошим примером здесь является специальный расточной инструмент с пластинами с вершинами из поликристаллического алмаза, такой инструмент гармонично сочетает в себе инновационный дизайн, результаты оптимизации конструкции при помощи анализа прочности методом конечных элементов (FEM) и возможности технологии послойной печати (Рис. 5).
Рис.5
Так действительно ли так легко обрабатывать алюминий? Возможно, но только если у вас есть действительной эффективный инструмент. ■
***Автор статьи на английском языке — Андрей Петрилин
Метки: алюминий