Wydajna i ekonomiczna obróbka aluminium dzięki hybrydowym narzędziom

Wydajna obróbka aluminium dzięki hybrydowym narzędziom Walter

Nowe materiały bardzo często wymagają całkowicie innych metod obróbki niż materiały stosowane w przeszłości. Dzięki narzędziom hybrydowym obróbka aluminium i elementów wykonanych z tego materiału może być prowadzona nadal ekonomicznie.

Jeszcze kilka lat temu aluminiowe elementy podwozia zarezerwowane były wyłącznie dla samochodów z segmentu premium. Zwrotnice, wahacze i wsporniki kół do samochodów średnich i małych wykonano głównie z żeliwa lub kutej stali. To się jednak zmieniło w ostatnich latach. Ponieważ znaczące zmniejszenie emisji spalin jest obecnie priorytetem w konstrukcji pojazdów, stosuje się różne rozwiązania, aby ograniczyć masę pojazdów. Już 100 kg mniejsza masa oznacza zużycie paliwa niższe o ok. 0,3–0,4 l.

Waga pojazdu jest również kluczowym czynnikiem dla szybszego rozwoju elektromobilności jako alternatywy dla silnika spalinowego. Im bowiem lżejszy samochód, tym większy zasięg akumulatora. W związku z tym we wszystkich klasach pojazdów coraz częściej stosuje się takie materiały, jak kute i przerobione plastycznie stopy aluminium lub ciągliwe stopy aluminium o niskiej zawartości krzemu.

Wraz z przechodzeniem na inne materiały pojawiają się również nowe wyzwania w ich obróbce. Stopy aluminium wymagają innych strategii obróbki niż materiały stosowane wcześniej, zwłaszcza w warunkach dużej presji kosztowej i wysokich wymagań dotyczących jakości obróbki i niezawodności procesu. Istotnym czynnikiem są wykorzystywane w tych procesach narzędzia skrawające.

Stopy aluminium są optymalnym materiałem dla przemysłu motoryzacyjnego. Są lekkie, mają wystarczająco dużą wytrzymałość i mogą być obrabiane z bardzo różnymi prędkościami w porównaniu z tradycyjnymi materiałami odlewanymi lub stalowymi. Ale to nie znaczy, że są łatwe w obróbce. Przede wszystkim długie wióry są czynnikiem ryzyka dla stabilnego procesu. Ponadto na krawędziach skrawających narzędzi mogą szybko tworzyć się narosty. Szybko się okazuje, że mogą wystąpić trudności z dotrzymaniem określonych tolerancji wymiarowych i jakości powierzchni. Właśnie dlatego tak ważna jest jakość narzędzia skrawającego i odpowiednia technologia obróbki – wyjaśnia Fabian Hübner, kierownik ds. komponentów i projektów transportu w firmie Walter.

Obróbka skomplikowanych otworów w aluminium

Wykonywanie pełnych otworów jest szczególnym wyzwaniem technologicznym i ekonomicznym w produkcji elementów podwozia ze stopów aluminium. Do tego dochodzi często duża złożoność konturów, które należy wywiercić, a także bardzo wysokie wymagania dotyczące dokładności wiercenia i jakości powierzchni. W większości przypadków mniejsze otwory wykorzystuje się do mocowania łożysk ślizgowych i amortyzatorów. Oznacza to, że wymagane jest coś więcej niż tylko wywiercenie otworu. Aby móc zamontować tuleje łożyskowe lub elementy tłumiące w następnym etapie produkcji, należy również zastosować zdefiniowane powierzchnie płaskie lub sfazowania. Oznacza to, że na jeden otwór trzeba wykonać nawet do pięciu etapów obróbki.

Kilka etapów obróbki na jednym otworze wymaga specjalnej koncepcji obróbki aluminium, ponieważ wymiana narzędzi oznacza nie tylko stratę czasu. Zwiększają one również ryzyko niespełnienia wymagań specyfikacji dotyczących dokładności dopasowania i jakości powierzchni. Dzięki koncepcji narzędzi hybrydowych producenci narzędzi do obróbki skrawaniem oferują swoim klientom zoptymalizowane pod kątem konkretnego zadania rozwiązanie, które charakteryzuje się najwyższą niezawodnością procesu i jakością uzyskiwanych wyników.

Narzędzie hybrydowe umożliwia wykonywanie różnych etapów obróbki, co de facto oznacza, że jest to w istocie kilka różnych narzędzi w jednym. Nie chodzi tu jednak tylko o stosowanie płytek wymiennych o różnych kształtach. Narzędzia hybrydowe łączą w sobie obszar z wymiennymi płytkami i stałymi lutowanymi krawędziami skrawającymi PCD, a więc dwa różne typy narzędzi. W obszarze zastosowań szybko zużywających się, takich jak obróbka zgrubna, stosuje się płytki, które mogą być łatwo wymieniane bez konieczności wysyłania całego narzędzia do regeneracji.

Z kolei obróbka wykańczająca do dokładnego dopasowania wymiarów z najmniejszymi tolerancjami kątowymi i wysokimi wymaganiami dotyczącymi jakości powierzchni jest wykonywana przy użyciu lutowanych na stałe krawędzi skrawających PCD. Materiały skrawające PCD charakteryzują się wysoką odpornością na zużycie i trwałością narzędzia, którą można w ten sposób uzyskać. Narzędzia hybrydowe stosuje się głównie do wiercenia „pełnego” oraz do wiercenia z gniazdem stożkowym i kulistym.

Plastyczne stopy aluminium z dużymi wymaganiami

Obrabialne plastyczne stopy aluminium z magnezem i krzemem jako głównymi składnikami stopowymi, które są często używane do obróbki plastycznej i utwardzania cieplnego, zwłaszcza w sektorze podwozi, stawiają wysokie wymagania samej krawędzi skrawającej ze względu na jej właściwości obróbkowe. Podczas obróbki powstaje zjawisko narostu na krawędziach, które prowadzi do szybszego zużycia krawędzi skrawającej. Ze uwagi na zmianę geometrii krawędzi skrawającej na detal oddziałują większe siły procesowe, co powoduje, że nie są już zachowane żądane wymiary i kąty oraz jakość powierzchni.

W przypadku obróbki plastycznych stopów aluminium powstają również wióry długie, a nawet wióry wstążkowe (płynące), które mogą w znacznym stopniu zagrażać sprawnemu przebiegowi procesu obróbki. Jeśli te zagrożenia dla niezawodności procesu nie są kontrolowane, to wzrost wydajności, który można osiągnąć za pomocą narzędzia hybrydowego, jest również znacznie ograniczony.

Płytki opracowane do obróbki aluminium (np. do wiercenia pełnego i do wytaczania) muszą więc mieć specjalną geometrię i powłokę. Specyficzna geometria powierzchni zapewnia optymalną kontrolę wiórów. Powłoka HiPIMS (High Power Impuls Magnetron Sputtering) zapewnia wyjątkowo gładką i wolną od kropli powierzchnię oraz skutecznie zapobiega powstawaniu zjawiska narostu na krawędziach, nawet podczas obróbki z minimalnym smarowaniem. Wióry, które powstają podczas obróbki, łamią się tak szybko, że nie powstaną z nich wióry płynące lub wióry w postaci kulek. W przypadku stałych, lutowanych krawędzi skrawających PCD geometria laserowego układu formowania wiórów lub łamacza wiórów zapewnia w razie potrzeby odpowiednio dobrą kontrolę wiórów.

W przypadku płytek wymiennych precyzyjnie przygotowane krawędzie skrawające zmniejszają siły powstające podczas procesu, a wysoce wypolerowane powierzchnie wiórów i specjalna powłoka również ograniczają powstawanie zjawiska narostu. Bardzo gładkie powierzchnie powstałe w ten sposób na płytce pozostawiają niewielką powierzchnię podatną na uszkodzenia. Dzięki temu wkładki mają znacznie dłuższą żywotność niż wkładki niezoptymalizowane.

Artykuł ukazał się w czasopiśmie

O Autorze

Victoria Sonnenberg jest redaktorem w wydawnictwie Vogel Communications Group

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę