Valóban olyan könnyű megmunkálni az alumíniumot?

Az alumínium egyedülálló tulajdonságokkal rendelkezik, a színe a fehértől ezüstig változik. Az aranyhoz hasonlóan nem hajlamos korrózióra, szívóssága a vassal vetekszik, önthetősége a rézhez hasonló, míg sűrűsége megegyezik az üveggel. A természetben gyakran előfordul bauxit formájában, amelyből timföldet állítanak elő, amely az alumíniumgyártás alapanyaga, ezenkívül könnyen megmunkálható. Az alumínium sűrűsége harmada a vashoz képest, ezért tökéletes a repülőgépgyártás alapanyagának! Az alumínium ezen jellemzőjének fontos szerep jutott Jules Verne, francia író 1865-ben kiadott művében, egyúttal magyarázatot is ad rá, hogy miért lettek az alumínium és ötvözetei alapvető fontosságú szerkezeti anyagok. Az alumíniumot a kis sűrűsége, jó alakíthatósága és megmunkálhatósága és korrózióállósága tette rendkívül népszerűvé a repülőgépgyártás az autógyártás, a csomagolástechnika területén, valamint műgyanták öntőmintájaként, háztartási eszközök és még sok más felhasználási körben. A tiszta alumínium felhasználhatósága korlátozott. Ipari alkalmazások esetén általában különféle elemekkel ötvözik, mint például vörösréz, magnézium, szilícium, cink, stb. Amikor tehát az alumínium megmunkálásáról beszélünk, azon elsősorban az alumínium ötvözetek megmunkálását értjük.

Az alumíniumot jól megmunkálhatónak tekintjük. Kézenfekvőnek tűnhet, hogy az alumínium megmunkálása során nem merülhetnek fel problémák. „Használd a megfelelő élgeometriájú szerszámot és állítsd be a lehető legnagyobb forgácsolósebességet alumínium megmunkálásakor.” – tartja a népi bölcsesség a gyártásban. Az alumínium tényleg az egyik legjobban megmunkálható szerkezeti anyagnak tekinthető. A szerszámgyártók egyik legfontosabb feladata tehát a lehető legnagyobb termelékenység biztosítása a szerszámok képességeinek kiaknázásával. Ez önmagában helyes megközelítés, de nem elegendő: az éltartamot is figyelembe kell venni, hogy a szerszám ne törjön el idő előtt. A kérdés adott: milyen problémák merülnek fel alumínium megmunkálásakor és milyen követelményeket kell támasztani a szerszámmal szemben?

Az alumínium bár jól forgácsolhatónak minősül, az alábbiakban áttekintjük, milyen kihívásokkal szembesülhetünk.

Eltérő megmunkálási körülmények

Az alumínium megmunkálhatósága számos tényezőtől függ, az egyik közülük a kémiai összetétel. A szilíciumtartalom például nagymértékben befolyásolja a szerszám élettartamát. A gyártási eljárást is figyelembe kell venni, az alumíniumötvözetek két fő csoportra oszthatóak, öntvényekre és kovácsdarabokra, ez utóbbiak vannak többségben. Ezenkívül megkülönböztetünk hőkezelhető és nem hőkezelhető ötvözeteket. Az iparban egyre jobban terjed a szinterezett alumíniumötvözetek használata. Ezek a tényezők mind-mind hatással vannak a megmunkálhatóságra, amely viszonylag széles határok között változhat. Egyes ötvözetek megmunkálhatósága nagyjából a fele a vegytiszta alumíniumhoz képest.

Forgácselvezetés

Alumínium forgácsolásakor folyó forgács keletkezik, amely lágysága miatt rátekeredhet a szerszámra és a munkadarabra egyaránt. Ez megnehezíti a forgácselvezetést és rontja a megmunkált felület minőségét.

Élrátét képződése

Alumínium forgácsolásakor a szerszám forgácsolóélén élrátét (BUE) képződhet, amely rontja a megmunkált felület minőségét és a megmunkálás pontosságát is. Az alumínium jó hővezető képessége is elősegíti az élrátét képződést.

Felületminőség

Az alumínium rárakódása a szerszámra kopást eredményez a megmunkált felületen.

A megmunkálás stabilitása

Az alumínium kis szakítószilárdsága miatt rezgések léphetnek fel, amelyek rontják a megmunkálási jellemzőket.

A látszólag könnyen megmunkálható alumínium esetén tehát számos problémát kell figyelembe venni, és megfelelő megoldást kell rá találni. A forgácsolószerszámnak nincs egyetlen kiemelt vagy kritikus pontja, ahol az optimalizálást kezdeni kellene, ezért az alumínium forgácsolását végző szerszámok fejlesztése több irányban halad.

Szerszámanyag

Továbbfejlesztett keményfém, bevonatolt anyagminőségek, és a nagykeménységű polikristályos gyémántok (PCD) alkalmazásával lényegesen nagyobb teljesítményt lehet elérni.

Élgeometria

Az élgeometria optimalizálásakor a megfelelő hát- és homlokszög megválasztásával, kis élsugárral dolgozunk, a forgácstörő felület topológiája és a forgácstároló zsebek kialakítása fontos tényező a forgácsolás szempontjából. Szabad forgácselvezetést tesz lehetővé és csökkenti az élrátét kialakulásának veszélyét.

A szerszám konstrukciója

Alumíniumot nagy forgácsolósebességgel munkálunk meg, ezért a forgószerszámok nagy kerületi sebességet érnek el, és nagy centrifugális erők terhelik. Emiatt a szerszám dinamikus viselkedése és kiegyensúlyozása különösen fontos, pláne a lapkás-, illetve moduláris, szerelt kivitelű szerszámok esetén. A hatékony hűtésre a forgácselvezetés, a karcolások és elrátét képződés elkerülése érdekében van szükség. A hűtő-kenő folyadékot a szerszám szárán keresztül közvetlenül a forgácsolási zónába juttatja, elősegítve a hatékony forgácsképződést.

Az ISCAR – vezető szerszámgyártóként – komoly termékpalettával rendelkezik alumíniumhoz használható szerszámok körében. Esztergálás, marás, furat-, és menetmegmunkálás terén egyaránt találkozhatunk velük. Az utóbbi években az ISCAR számos új konstrukcióval egészítette ki a termékcsaládokat. Tekintjük át az újdonságokat, hogy megismerkedjünk az alumínium megmunkálására szánt szerszámok fejlődési irányaival.

A gyémántszerű bevonat (DLC) a nagy keménység mellett kiváló kopásállóságot is biztosít. A DLC ráadásul rendkívül kis súrlódási együtthatóval rendelkezik az alumíniummal érintkezve, ezért a letapadást és az élrátét képződést (BUE) is csökkenti forgácsolás közben. Ezen jellemzőik teszik ideálissá a DLC-t nemvasfémek forgácsolására, különösen a 12% alatti szilíciumtartalmú alumíniumok esetén. Az ISCAR kétféle, nanokompozitos, DLC-bevonatú keményfém anyagminősége — az IC1520 hosszesztergáló- és beszúrólapkákhoz (1. ábra), és az IC1508 tömör, keményfém szármarókhoz és leszúrólapkákhoz — nyújt alternatívát az ügyfelek számára a hatékonyságuk növelésére.

Az ISCAR váltólapkás termékpalettáját kifejezetten alumínium forgácsolására kifejlesztett élgeometriájú lapkákkal egészítették ki. Nagypontosságú, kétélű beszúrólapkák és kétoldalas, ISO-szerinti rombusz- és trigonlapkák jelentek meg. Közös tulajdonságuk, hogy a hátfelületüket polírozták, speciális kialakítású forgácstörőket alakítottak ki rajtuk, hogy megelőzzék az élrátét képződést, megkönnyítsék a forgácsképződést. A tömör, keményfém szerszámcsaládok körében az ISCAR újfajta, egyenlőtlen szögosztású szármarókat készített a rezgéscsillapítás érdekében.

A fémmegmunkálásban egyre jobban terjednek a gyorscserélős szerszámtartók. Az ügyfelekkel együttműködve, kifejezetten alufelnik megmunkálásához fejlesztette ki az ISCAR az új, gyorscserélős, moduláris szerszámot, amely külső- és belső palást esztergálására is alkalmas (profilozás, oldalazás, beszúrás, furatmegmunkálás) (2. ábra). A szerszámrendszerben fecskefarkas csatlakozással, teljes felületen érintkezve kapcsolódik a váltólapkás dolgozórész a szerszámszárra, amivel rendkívül nagy befogóerőt lehet kifejteni a stabilitás érdekében, még kedvezőtlen körülmények között is.

A váltólapkás marók körében az ISCAR kemény, szubmikronos lapkákkal egészítette ki a HELIALU termékcsaládot, amelyek jellemzője az egyedülálló forgácsolóél. Az új, nagypontosságú lapkák erősen pozitív hátszöggel és polírozott hátfelülettel rendelkeznek, alumínium és alumínium-lítium ötvözetek nagy előtolású marására (3. ábra).

A népszerű, cserélhető marófejekkel szerelt, sokoldalú MULTI-MASTER termékcsalád is bővült. Tömör, keményfém, háromélű, 90°-os marófejekkel, rezgéscsillapító élgeometriával ellátva, illetve négyélű, hordó alakú marófejekkel, amelyek elsősorban összetett felületek 5-tengelyes marására szolgálnak.

Az additív gyártás (AM) új távlatokat nyitott a szerszámok fejlesztésére is. A MULTI-MASTER és FLEXFIT menetes adapterekhez csatlakozó, váltólapkákkal szerelt marófejek (4. ábra) lehetővé teszik a nagynyomású, szerszámon keresztüli hűtést (HPC) tesz lehetővé opcióban a 3D nyomatással kialakított belső csatornáknak és kimeneteknek köszönhetően. Áramlástechnikai szimulációkkal optimalizálták a csatornák kialakítását. A MULTI-MASTER és FLEXFIT menetes adapterek segítségével lehet egyénileg testre szabni a moduláris szerszámcsaládokat, hiszen számos, cserélhető adaptert, toldatot és perselyt lehet használni. A minimálkenéssel (MQL) is használható marófejek jelentősen bővítik az alumíniumötvözetek marására szolgáló termékpalettát, még az erősen koptató, nagy szilíciumtartalmú anyagminőségek esetén is.

Az AM segítségével zseniális szerszámokat lehet megalkotni, amelyek meghatározott megmunkálási feladatokra alkalmasak. Jó példa erre az a polikristályos gyémántlapkákkal (PCD) szerelt, különleges fúrószerszám, amely harmonikusan egyesíti a kreatív kialakítást a végeselem módszerrel (FEM) optimalizált szerkezeti felépítést a 3D nyomtatásban rejlő lehetőségekkel (5. ábra).

Továbbra is könnyűnek gondoljuk az alumínium megmunkálását? Lehetséges, de csak akkor, ha valóban hatékony szerszámokat használunk.

ISCAR