W przemyśle obróbki metali aluminium jest szeroko stosowane w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, elektronicznym i innych sektorach ze względu na swoje właściwości, takie jak lekkość i łatwość obróbki. Jednakże, "łatwość obróbki" aluminium często wprawia inżynierów i operatorów w zakłopotanie: przy niezliczonej liczbie frezów dostępnych na rynku, jak mogą wybrać ten właściwy, aby zapewnić jakość obróbki, poprawić wydajność i uniknąć niepotrzebnego zużycia narzędzi i marnotrawstwa materiału?

SPEED TIGER opublikował szczegółowy przewodnik dotyczący wyboru narzędzi frezarskich do obróbki aluminium, mający na celu pomóc producentom i inżynierom lepiej zrozumieć charakterystykę aluminium i wybrać najbardziej odpowiednie narzędzia do różnych potrzeb obróbki, optymalizując w ten sposób procesy i redukując koszty produkcji.

Aluminium jest jednym z najobficiej występujących metali na Ziemi, a jego lekkość i plastyczność sprawiają, że jest idealne do wielu zastosowań przemysłowych. Aluminium jest łatwe w frezowaniu, co sprawia, że jest bardzo cenione przez producentów. Aluminium przemysłowe dzieli się głównie na aluminium odlewane i aluminium walcowane. Aluminium odlewane ma większą elastyczność i mniejszą wytrzymałość na rozciąganie, przy niższych kosztach produkcji i wyższej zawartości innych pierwiastków, takich jak magnez i krzem. Aluminium walcowane, z drugiej strony, jest czystszym metalem o mniejszej odporności na zużycie, wysokiej odporności na ciepło i lepszej wydajności cięcia w porównaniu z aluminium odlewanym.

Głównym wyzwaniem w obróbce aluminium jest odprowadzanie ciepła. Aluminium ma znacznie niższą temperaturę topnienia niż stal, co może prowadzić do tarciowego łączenia się narzędzia i materiału, uszkadzając zarówno obrabiany przedmiot, jak i sprzęt. Dlatego też, wybór frezów o odpowiedniej geometrii, powłoce, rowkach i kątach jest kluczowy.

Narzędzie frezarskie składa się zazwyczaj z trzpienia, szyjki, rowków i krawędzi skrawających. Rowki to część zawierająca krawędzie skrawające, rozciągające się od wierzchołka narzędzia do trzpienia. Trzpień to nie tnący, cylindryczny odcinek metalu, z którego obrabiane są rowki.

Geometria narzędzia frezarskiego odnosi się zazwyczaj do jego podstawowego kształtu i konstrukcji. Wybór kształtu zależy bardziej od operacji obróbki niż od samego materiału. Na przykład:

• Frez czołowy (frez prostopadłościenny): Odpowiedni do frezowania wgłębnego, konturowego, rowkowania i frezowania bocznego.
• Frez z długą szyjką: Zmniejsza interferencję między obrabianym przedmiotem a narzędziem, często stosowany do obróbki wnęk.
• Frez kulisty: Idealny do tworzenia zaokrąglonych konturów i wnęk o płaskim dnie.
• Frez z zaokrąglonym narożem: Powszechnie stosowany do frezowania form, ponieważ minimalizuje potrzebę częstych zmian narzędzi podczas obróbki kieszeni o płaskim dnie i zaokrąglonych profili.
• Frez stożkowy: Używany do tworzenia rowków, otworów i frezowania bocznego pod kątem.

Poza podstawowymi kształtami, dostępne są różne opcje narzędzi do frezowania. Na przykład, narzędzia z łamaczem wiórów poprawiają ewakuację wiórów. Standardowe frezy dwu- i trzy-ostrzowe mają ząbkowane krawędzie zaprojektowane do zbierania wiórów z powierzchni cięcia, umożliwiając wyższe prędkości dla lepszej wydajności posuwu. Geometria łamacza wiórów z przesunięciem zmniejsza rozmiar wiórów, poprawiając ewakuację wiórów przy jednoczesnym zachowaniu półwykończonej powierzchni.

Dodatkowo, frezy o wysokiej równowadze są zaprojektowane tak, aby osiągać wyższe prędkości posuwu i obrotów. Narzędzia te charakteryzują się radykalnie zmienionymi kształtami głowic, umożliwiając prędkości cięcia do 33 000 obr./min. Aby zarządzać ciepłem, wiele frezów o wysokiej równowadze zawiera systemy chłodzenia w celu obniżenia temperatury ostrzy. Niektóre są również wyposażone w łamacze wiórów do wysoko wydajnych zastosowań frezarskich.

Powłoki to obróbki powierzchniowe nakładane na głowice narzędzi frezarskich w celu zwiększenia twardości, zmniejszenia zużycia, wydłużenia żywotności narzędzia i stworzenia bariery termicznej między narzędziem a obrabianym przedmiotem. Niektóre powłoki poprawiają również ewakuację wiórów, dodatkowo minimalizując uszkodzenia spowodowane tarciem. Jednak niewiele materiałów powłokowych nadaje się do aluminium.

Ponieważ aluminium jest miękkim metalem, powłoki narzędzi nie muszą zapewniać znacznej dodatkowej twardości. Narzędzia bez powłoki mogą skutecznie wiercić aluminium. Jednak ze względu na niską temperaturę topnienia aluminium, powłoki mogą być czasami konieczne w celu zmniejszenia nadmiaru ciepła.

• Powłoka tetraedrycznego węgla amorficznego (TB): Charakteryzuje się wysokim współczynnikiem smarowania, umożliwiając przemieszczanie się wiórów z dala od materiału i zmniejszając potrzebę stosowania chłodziwa. Jego diamentowa twardość wydłuża również żywotność narzędzia.
• Azotek chromu glinu + azotek krzemu (nACRo): Odpowiedni do zastosowań wysokotemperaturowych. nACRo chroni głowicę narzędzia przed zużyciem i może wytrzymać temperatury do 1100°C przed rozpadem.

Ogólnie rzecz biorąc, azotek cyrkonu (ZrN) jest stosowany do ściernych stopów aluminium. Amorficzne powłoki diamentowe poprawiają smarowanie i odporność na zużycie, zapobiegając zaokrąglaniu krawędzi i zapewniając doskonałą wydajność w zastosowaniach nieżelaznych.

Przy wyborze narzędzia frezarskiego do aluminium, liczba rowków jest być może najważniejszym czynnikiem. Rowki usuwają wióry aluminiowe z obrabianego przedmiotu, zapobiegając zatykaniu.

Rowki odnoszą się do liczby krawędzi skrawających spiralnie schodzących w dół korpusu narzędzia od jego wierzchołka. Na przykład, frez jednoostrzowy ma jedną krawędź skrawającą, podczas gdy frez dwuostrzowy ma dwie i tak dalej.

Liczba rowków określa sztywność narzędzia, zdolność do ewakuacji wiórów, czas zużycia, dokładność pionową i wydajność na miękkich i twardych materiałach. Ogólnie rzecz biorąc, więcej rowków zwiększa sztywność, ale zmniejsza ewakuację wiórów. W porównaniu do frezu sześcioostrzowego, narzędzie jednoostrzowe ma gorszy czas zużycia, dokładność pionową i chropowatość powierzchni. Jednak często działają lepiej na bardziej miękkich materiałach, takich jak aluminium.

Frez do aluminium ma zazwyczaj dwa lub trzy rowki. Mniej rowków prowadzi do nadmiernego zużycia, podczas gdy więcej rowków utrudnia ewakuację wiórów podczas wiercenia z dużą prędkością. Jednak, jak omówiono poniżej, istnieją wyjątki.

Wybór między frezami dwu- i trzy-ostrzowymi zależy od zadania. Frezy dwuostrzowe od dawna są standardem dla frezowania aluminium, podczas gdy narzędzia trzyostrzowe są lepsze do wykańczania. Ostatecznie decyzja sprowadza się do preferencji i doświadczenia. Wyższa sztywność poprawia odporność na zużycie, podczas gdy mniej rowków zwiększa tempo ewakuacji wiórów.

Kąt spirali to kąt między osią narzędzia a styczną do jego krawędzi skrawającej. Narzędzia o mniejszych kątach spirali mają wolniej owijające się krawędzie skrawające niż te o większych kątach.

Kąt spirali ma kluczowe znaczenie dla obróbki aluminium. Do cięcia aluminium, maszyniści zwykle używają kątów spirali 45°, 50° i 55°. Kąty te minimalizują drgania i zapewniają najlepszą równowagę między sztywnością a ewakuacją wiórów. Niektórzy profesjonaliści decydują się na narzędzia o zmiennym kącie spirali dla bardziej niezawodnego wiercenia głębokich otworów.

Płytki kąt spirali 15° zapewnia doskonałe usuwanie wiórów i moment obrotowy cięcia, ale słabe naprężenie osiowe. Bardziej strome kąty powyżej 55° oferują silne naprężenie osiowe, ale często niewystarczający moment obrotowy cięcia dla wielu zastosowań aluminiowych.

Do wykańczania, maszyniści zwykle wybierają narzędzia 45°, ponieważ płytsze krawędzie skrawające agresywnie usuwają materiał. Ewakuacja wiórów pozostaje odpowiednia, podczas gdy naprężenie osiowe jest wyższe.

SPEED TIGER oferuje gamę frezów specjalnie zaprojektowanych do aluminium. Na przykład, Frez czołowy AP jest specjalistycznym narzędziem do cięcia aluminium produkowanym w fabryce z certyfikatem ISO-9001. Jego konstrukcja z jednym rowkiem zapewnia doskonałą ewakuację wiórów, a wzmocnione zewnętrzne elementy zwiększają wytrzymałość i trwałość w zastosowaniach o dużej intensywności.

★ Kluczowe cechy frezu jednoostrzowego AP:

1. Zoptymalizowany do obróbki z dużą prędkością i usuwania dużej ilości materiału.
2. Doskonale sprawdza się w obróbce drewna, aluminium, miedzi, tworzyw sztucznych, mosiądzu, stali węglowej (~HB225), stali stopowej (HB225–325) i stali wstępnie utwardzonej (do HRC45).
3. Geometria i duże kieszenie na wióry umożliwiają wydajne usuwanie wiórów, pozwalając na wyższe prędkości posuwu i krótsze czasy cyklu.

SPEED TIGER oferuje również Serię N do zastosowań nieżelaznych, takich jak aluminium. Wiertło węglikowe AL poprawia precyzję, zmniejszając przestrzeń między końcówką wiertła a krawędzią skrawającą.

★ Specjalna konstrukcja wiertła AL:

1. Podwójny margines — drugi margines ma również krawędź skrawającą — zapewniając gładkie wiercenie powierzchni i precyzyjne proste cięcia.
2. Konstrukcja o wysokiej sztywności i rozszerzona przestrzeń do usuwania wiórów.
3. Ulepszone pozycjonowanie górnej części marginesu dla wyższej dokładności wiercenia.

Wiertło węglikowe ALC dzieli podwójną krawędź skrawającą AL dla precyzyjnych prostych cięć i gładkiego wiercenia powierzchni. Dodatkowo, posiada otwór chłodzący w celu obniżenia temperatury w zastosowaniach o wysokich obrotach. Ulepszone pozycjonowanie górnej części marginesu poprawia dokładność otworów w obrabianych przedmiotach ze stopów aluminium i miedzi.

Wiertła serii N nadają się do różnych stopów aluminium, w tym A7075, AlZnCu1.5, AC, ADC i A1070.

★ Specjalna konstrukcja wiertła ALC z chłodziwem:

1. Podwójny margines dla gładkiego wiercenia powierzchni i precyzyjnych prostych cięć.
2. Konstrukcja o wysokiej sztywności i rozszerzona przestrzeń do usuwania wiórów.
3. Ulepszone pozycjonowanie górnej części marginesu dla wyższej dokładności wiercenia.

Frez AUE High-Feed U-Type znacząco poprawia wskaźnik usuwania materiału (MRR) i wykończenie powierzchni dzięki skutecznej ewakuacji wiórów przy dużych prędkościach. Jego solidne zęby i podwójny kąt natarcia zapewniają wyjątkową produktywność, ze 100% wzrostem dzięki zwiększonej twardości zębów.

★ Kluczowe cechy frezu węglikowego AUE:

1. Szybsze prędkości cięcia dzięki doskonałemu MRR, szczególnie w rowkowaniu.
2. Konstrukcja typu U o wysokim posuwie sprawia, że jest idealny do stopów aluminium i miedzi.
3. Solidne zęby i podwójny kąt natarcia — zwiększona twardość zębów zwiększa produktywność.
4. Zoptymalizowana dla stopów konstrukcja zębów — niezależnie od tego, czy jest to zgrubne, czy wykańczające, wykończenie powierzchni jest znacznie poprawione dzięki wydajnemu usuwaniu wiórów.