Frezowanie aluminium potrafi być skomplikowanym procesem, ale jeśli zostanie wykonane poprawnie, może przynieść wiele korzyści. Żeby osiągnąć jak najlepsze efekty we frezowaniu metali nieżelaznych, konieczny jest odpowiedni dobór narzędzi skrawających i parametrów obróbki skrawania.

Efektywna obróbka aluminium wymaga zastosowania specjalnych narzędzi, które mają ostrza o mniejszej liczbie zębów w porównaniu z narzędziami do frezowania stali. Można też zastosować narzędzia z powłokami antyadhezyjnymi, które zmniejszą klejenie się aluminium do narzędzia. Niezbędne jest również zapewnienie odpowiedniej strategii smarowania i chłodzenia narzędzia wraz z obrabianym elementem.

Wybór odpowiedniego narzędzia

Frezy przeznaczone do skrawania aluminium powinny być wykonane z materiału, który zapewni odpowiednią wytrzymałość i odporność na wysokie temperatury. Najlepsze efekty podczas skrawania uzyskuje się przez zastosowanie narzędzi wykonanych ze stali szybkotnącej (HSS) z dodatkami stopowymi wolframu (W) molibdenu (Mo) i kobaltu (Co).

Zastosowane dodatki podnoszą odporność narzędzia nawet na temperaturę 600°C. Pozwalają też uzyskać większą wytrzymałość na obciążenia dynamiczne i na zginanie. Dobrym wyborem są również frezy wykonane z węglika spiekanego (HM), które także charakteryzują się dużą twardością i wytrzymałością, ale są bardziej podatne na pęknięcia podczas obróbki.

Kąt helisy

Wybierając narzędzia do frezowania aluminium, warto zwrócić uwagę na geometrię frezów, która wpływa na jakość obróbki i trwałość narzędzia. Frezy powinny mieć ostre kąty tnące, które umożliwiają efektywne usuwanie wiórów i zmniejszenie siły skrawania.

Kąt ostrzy frezów do aluminium powinien być ostro zarysowany. Zwykle stosuje się kąty spirali między 30° a 45°. Małe kąty helisy (mniejsze niż 30°) generują mniejszą siłę tnącą, ale mogą powodować trudności z odprowadzaniem ciepła z obszaru cięcia. A to z kolei może prowadzić do uszkodzenia narzędzia i pogorszenia jakości obróbki. Z kolei duże kąty helisy (większe niż 45°) generują większą siłę tnącą, co może prowadzić do złej jakości obróbki (zwiększone zużycie narzędzia i problemy z odprowadzeniem wiórów).

W przypadku frezów do aluminium kąt ostrza powinien być jak najmniejszy, aby zapewniał ostre zakończenie ostrza i umożliwiał skuteczne usuwanie wiórów. Jednocześnie kąt ten powinien być jednak wystarczająco duży, żeby zapewniał wytrzymałość i trwałość narzędzia. Optymalny kąt ostrza zależy od wielu czynników, takich jak materiał obrabiany, rodzaj frezu, prędkość i głębokość skrawania oraz chłodzenie narzędzia.

Ostrza frezów do aluminium

Najczęściej do obróbki aluminium zastosowanie mają frezy dwu- albo trzyostrzowe. Frezy jednoostrzowe nie są bowiem tak efektywne w usuwaniu wiórów, jak frezy wieloostrzowe ani nie zapewniają tak gładkiej powierzchni obrabianego materiału.

Zastosowanie dwóch lub trzech ostrzy pozwala na zwiększenie szybkości skrawania i zmniejszenie oporów przy frezowaniu. Przekłada się to na osiąganie precyzyjniejszych wymiarów, lepszą wydajność i krótszy czas obróbki.

W przypadku frezowania dużej liczby elementów przydatne mogą okazać się nawet frezy czteroostrzowe. Zapewniają one większą powierzchnię tnącą, dzięki czemu mają większą wydajność i są trwalsze. Ponadto frezy z większą liczbą ostrzy zapewniają równomierniejsze rozłożenie siły skrawania, co zmniejsza ryzyko powstania drgań i przekłada się na większą jakość obróbki.

Warstwy ochronne frezów

W przypadku obróbki aluminium ważne jest też stosowanie narzędzi pokrytych odpowiednią warstwą ochronną, która zapobiega klejeniu się aluminium do narzędzia i powstawaniu korozji. Powłoka pomaga także w zmniejszeniu tarcia między narzędziem a materiałem, co zmniejsza siły skrawania i wydłuża żywotność narzędzia.

Wśród stosowanych powłok antyadhezyjnych można wyróżnić:

• TiN (azotek tytanu) – stanowi podstawową warstwę zabezpieczającą narzędzia. Powłoka TiN charakteryzuje się złotym kolorem i zwiększa wytrzymałość ochronną, zapewniając trwałość i odporność na ścieranie. Podczas obróbki zaleca się stosowanie chłodzenia narzędzia. Maksymalna temperatura zastosowania wynosi 500°C. 
• TiAlN (azotek tytanu i aluminium) – powłoka o charakterystycznym fioletowo-czarnym kolorze. Nadaje się idealnie do obróbki materiałów twardych i trudnoobrabialnych, takich jak aluminium. Dzięki właściwościom samosmarującym powłoka TiAlN umożliwia frezowanie przy wysokich prędkościach bez konieczności stosowania chłodzenia. Jest bardziej odporna na wysokie temperatury niż powłoka TiN, a maksymalna temperatura jej zastosowania wynosi 900°C. 
• TiCN (węglo azotek tytanu) – wykazuje wysoką twardość i dobrą wytrzymałość. Powłoka charakteryzuje się dużą odpornością na ścieranie. Ma stabilność temperaturową na poziomie 400°C i wymaga chłodzenia, np. emulsją. Zazwyczaj powłoka TiCN jest ciemnoszara lub czarna z odcieniem niebieskim, jednak jej kolor może być różny, zależnie od procesu nanoszenia i warunków, w jakich powłoka była stosowana. 
• DLC (Diamond-like Carbon, czyli węgiel podobny do diamentu) – powłoka, która wykazuje unikalne właściwości naturalnych diamentów. Charakteryzuje się dużą wytrzymałością, jest bardzo twarda i ma niski współczynnik tarcia. Powłoka DLC może mieć różne kolory, zależnie od warunków jej produkcji. Najczęściej występującym kolorem jest ciemna, matowa czerń, ale możliwe są również wersje srebrne lub szare.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Produkcja mechaniczna

Frezowanie rowków – różne techniki i frezy rowkujące

Wykonanie rowków jest niezbędne w wielu różnych aplikacjach. Rowki mogą bowiem służyć np. jako część połączenia dwóch elementów danej konstrukcji, a także być częścią mechanizmu prowadzącego ruchome części tej konstrukcji. Do wykonania rowków można użyć różnych technik, choć obecnie do najczęściej wykorzystywanych należy frezowanie rowków.

Produkcja mechaniczna

Frezy do metalu – budowa, charakterystyka, różne rodzaje

Frezy to narzędzia, które skrawają powierzchnię obrabianych elementów przy użyciu ruchu obrotowego. W zależności od materiału, z którego powstały, kształtu i liczby ostrzy są stosowane do obróbki przedmiotów wykonanych ze stali, drewna, kamienia lub tworzyw sztucznych.

Wybór prawidłowej powłoki zależy od wielu czynników, takich jak rodzaj aluminium, rodzaj narzędzia, warunki pracy i wymagania dotyczące jakości obróbki. Należy więc dokładnie przeanalizować wymagania obróbki, żeby dobrać odpowiednie narzędzia i właściwą warstwę ochronną. 

Smarowanie i chłodzenie podczas obróbki aluminium

Podczas obróbki aluminium zarówno smarowanie, jak i chłodzenie są niezwykle ważne. Smarowanie ma na celu zmniejszenie tarcia między narzędziem a materiałem obrabianym, co zapobiega zużyciu i uszkodzeniom narzędzia. Z kolei chłodzenie ma na celu zmniejszenie temperatury narzędzia i materiału obrabianego, co również pomaga zapobiec uszkodzeniom narzędzia i poprawia jakość obróbki. W przypadku narzędzi pokrytych powłoką antyadhezyjną taką jak TiAlN można frezować przy wysokich prędkościach bez chłodzenia.

Smarowanie emulsją, która składa się z wody i oleju obróbkowego, może być skutecznym sposobem uzyskania połączonego efektu smarowania i chłodzenia podczas obróbki aluminium. Emulsja z wody i oleju obróbkowego jest powszechnie stosowana w przemyśle obróbki metali, ponieważ ma wiele zalet (m.in. niskie koszty i łatwość w użyciu). Olej obróbkowy zapewnia skuteczne smarowanie narzędzia, redukcję tarcia i zużycia narzędzia, a woda skutecznie chłodzi materiał obrabiany i narzędzie, co zapobiega ich uszkodzeniom i poprawia jakość obróbki.

Warto pamiętać, że wybór najlepszego sposobu smarowania i chłodzenia zależy od wielu czynników – takich jak rodzaj obrabianego materiału, rodzaj narzędzia, warunki pracy i wymagania dotyczące jakości obróbki. Ważne jest więc, aby dokładnie przeanalizować wymagania obróbki i dobrać odpowiednie narzędzia i parametry obróbki, w tym sposób smarowania i chłodzenia. 

Czym charakteryzuje się proces obróbki stopów aluminium?

Tomasz Charkot, specjalista ds. marketingu w MMC Hardmetal Polska:

Aluminium, podobnie jak stal, jest jednym z najbardziej popularnych materiałów stosowanych w obróbce CNC. Powstaje jednak pytanie, czy obróbkę aluminium i stali powinniśmy traktować w ten sam lub zbliżony sposób. Na pewno w pierwszej kolejności powinniśmy przeanalizować aspekty ekonomiczne. Warto pamiętać, że stale miękkie oraz stale węglowe mogą być tańszą opcją w zakupie niż aluminium. Czego nie można powiedzieć o stali nierdzewnej, która jest materiałem droższym, ale również charakteryzującym się dużą trwałością. Bardzo ważne podczas obróbki aluminium są wybór odpowiednich narzędzi skrawających, zastosowanie właściwych parametrów obróbki oraz ustawień maszyny, aby uzyskać oczekiwane właściwości końcowego detalu. Odpowiednie przygotowanie do pracy z aluminium pozwala również uniknąć najczęściej spotykanych problemów, jak przyleganie wiórów do narzędzia podczas obróbki z dużymi prędkościami. Kluczowe jest także unikanie przegrzania aluminium w trakcie obróbki. Na aluminium niekorzystnie może oddziaływać zbyt wysoka temperatura, dlatego chłodzenie materiału z pewnością poprawi efektywność obróbki.