В металлообрабатывающей промышленности алюминий широко используется в аэрокосмической, автомобильной промышленности, электронике и других отраслях благодаря своим легкому весу и простоте обработки. Однако «простота обработки» алюминия часто ставит инженеров и операторов в тупик: с бесчисленным количеством фрезерных инструментов, доступных на рынке, как им выбрать правильный, чтобы обеспечить качество обработки, повысить эффективность и избежать ненужного износа инструмента и отходов материала?

SPEED TIGER выпустила подробное руководство по выбору фрезерных инструментов для обработки алюминия, чтобы помочь производителям и инженерам лучше понять характеристики алюминия и выбрать наиболее подходящие инструменты для различных потребностей обработки, тем самым оптимизируя процессы и снижая производственные затраты.

Алюминий — один из самых распространенных металлов на Земле, а его легкость и ковкость делают его идеальным для многочисленных промышленных применений. Алюминий легко фрезеруется, что делает его очень популярным у производителей. Промышленный алюминий в основном делится на литой алюминий и деформируемый алюминий. Литой алюминий обладает большей гибкостью и меньшей прочностью на растяжение, с более низкими производственными затратами и более высоким содержанием других элементов, таких как магний и кремний. Деформируемый алюминий, с другой стороны, является более чистым металлом с меньшей износостойкостью, высокой термостойкостью и превосходными характеристиками резки по сравнению с литым алюминием.

Основная проблема при обработке алюминия заключается в отводе тепла. Алюминий имеет гораздо более низкую температуру плавления, чем сталь, что может привести к трению, вызывающему сплавление между инструментом и материалом, повреждая как заготовку, так и оборудование. Поэтому решающее значение имеет выбор фрезерных инструментов с правильной геометрией, покрытием, канавками и углами.

Фрезерный инструмент обычно состоит из хвостовика, шейки, канавок и режущих кромок. Канавки — это часть, содержащая режущие кромки, простирающиеся от кончика инструмента до хвостовика. Хвостовик — это нережущая цилиндрическая металлическая секция, из которой вырезаются канавки.

Геометрия фрезерного инструмента обычно относится к его базовой форме и конструкции. Выбор формы больше зависит от операции обработки, чем от самого материала. Например:

• Концевые фрезы с плоским торцом (квадратные концевые фрезы): Подходят для врезного фрезерования, контурного фрезерования, прорезания пазов и бокового фрезерования.
• Концевые фрезы с длинной шейкой: Уменьшают помехи между заготовкой и инструментом, часто используются для обработки полостей.
• Концевые фрезы со сферическим торцом: Идеально подходят для создания закругленных контуров и полостей с плоским дном.
• Концевые фрезы с радиусом при вершине: Обычно используются для фрезерования пресс-форм, поскольку они сводят к минимуму необходимость частой смены инструмента при обработке карманов с плоским дном и закругленных профилей.
• Конические концевые фрезы: Используются для создания канавок, отверстий и углового бокового фрезерования.

Помимо основных форм, для фрезерования доступны различные варианты инструментов. Например, инструменты со стружколомом улучшают удаление стружки. Стандартные двух- и трехзубые концевые фрезы имеют зубчатые края, предназначенные для вычерпывания стружки с поверхности резания, что позволяет использовать более высокие скорости для лучшей подачи. Смещенная геометрия стружколома уменьшает размер стружки, улучшая удаление стружки при сохранении полуобработанной поверхности.

Кроме того, концевые фрезы с высокой балансировкой разработаны для достижения более высоких скоростей подачи и оборотов. Эти инструменты имеют радикально измененные формы головки, обеспечивающие скорость резания до 33 000 об/мин. Для управления температурой многие концевые фрезы с высокой балансировкой включают системы охлаждения для снижения температуры лезвия. Некоторые также оснащены стружколомами для высокоэффективного фрезерования.

Покрытия — это поверхностная обработка, наносимая на головки фрезерных инструментов для повышения твердости, уменьшения износа, увеличения срока службы инструмента и создания теплового барьера между инструментом и заготовкой. Некоторые покрытия также улучшают удаление стружки, дополнительно сводя к минимуму повреждения от трения. Однако лишь немногие материалы покрытия подходят для алюминия.

Поскольку алюминий является мягким металлом, покрытия инструментов не должны обеспечивать значительную дополнительную твердость. Инструменты без покрытия могут эффективно сверлить алюминий. Однако из-за низкой температуры плавления алюминия покрытия иногда могут быть необходимы для уменьшения избыточного тепла.

• Тетраэдрическое аморфное углеродное (TB) покрытие: Обладает высоким коэффициентом смазки, позволяя стружке отходить от материала и уменьшая потребность в охлаждающей жидкости. Его алмазоподобная твердость также увеличивает срок службы инструмента.
• Алюминий-хром-нитрид + нитрид кремния (nACRo): Подходит для высокотемпературных применений. nACRo защищает головку инструмента от износа и выдерживает температуру до 1100°C до разрушения.

Как правило, нитрид циркония (ZrN) используется для абразивных алюминиевых сплавов. Аморфные алмазные покрытия улучшают смазку и износостойкость, предотвращая закругление кромок и обеспечивая превосходные характеристики в применении с цветными металлами.

При выборе фрезерного инструмента для алюминия количество зубьев, пожалуй, является наиболее важным фактором. Зубья удаляют алюминиевую стружку с заготовки, предотвращая засорение.

Зубья относятся к количеству режущих кромок, спирально спускающихся по корпусу инструмента от его кончика. Например, концевая фреза с одним зубом имеет одну режущую кромку, в то время как концевая фреза с двумя зубьями имеет две и так далее.

Количество зубьев определяет жесткость инструмента, способность удаления стружки, время износа, вертикальную точность и производительность на мягких и твердых материалах. Как правило, большее количество зубьев увеличивает жесткость, но уменьшает удаление стружки. По сравнению с шестизубой концевой фрезой, инструмент с одним зубом имеет худшее время износа, вертикальную точность и шероховатость поверхности. Однако они часто лучше работают на более мягких материалах, таких как алюминий.

Концевые фрезы для алюминия обычно имеют два или три зуба. Меньшее количество зубьев приводит к чрезмерному износу, в то время как большее количество зубьев препятствует удалению стружки при высокоскоростном сверлении. Однако, как обсуждается ниже, существуют исключения.

Выбор между двух- и трехзубыми концевыми фрезами зависит от задачи. Двухзубые концевые фрезы уже давно являются стандартом для фрезерования алюминия, в то время как трехзубые инструменты лучше подходят для чистовой обработки. В конечном итоге решение сводится к предпочтениям и опыту. Более высокая жесткость улучшает износостойкость, в то время как меньшее количество зубьев увеличивает скорость удаления стружки.

Угол наклона спирали — это угол между осевой линией инструмента и касательной к его режущей кромке. Инструменты с меньшими углами наклона спирали имеют более медленно закручивающиеся режущие кромки, чем инструменты с большими углами.

Угол наклона спирали имеет решающее значение для обработки алюминия. Для резки алюминия машинисты обычно используют углы наклона спирали 45°, 50° и 55°. Эти углы сводят к минимуму вибрацию и обеспечивают наилучший баланс между жесткостью и удалением стружки. Некоторые профессионалы выбирают инструменты с переменным углом наклона спирали для более надежного сверления глубоких отверстий.

Небольшой угол наклона спирали 15° обеспечивает отличное удаление стружки и крутящий момент резания, но слабую осевую нагрузку. Более крутые углы выше 55° обеспечивают сильную осевую нагрузку, но часто недостаточный крутящий момент резания для многих применений алюминия.

Для чистовой обработки машинисты обычно выбирают инструменты с углом 45°, так как более пологие режущие кромки агрессивно удаляют материал. Удаление стружки остается адекватным, в то время как осевая нагрузка выше.

SPEED TIGER предлагает ряд концевых фрез, специально разработанных для алюминия. Например, AP Square End Mill — это специализированный инструмент для резки алюминия, изготовленный на заводе, сертифицированном по стандарту ISO-9001. Его однозубая конструкция обеспечивает превосходное удаление стружки, а усиленная внешняя часть добавляет прочность и долговечность для интенсивных применений.

★ Основные характеристики однозубой AP:

1. Оптимизирован для высокоскоростной обработки и удаления основного материала.
2. Превосходно подходит для обработки дерева, алюминия, меди, пластмасс, латуни, углеродистой стали (~HB225), легированной стали (HB225–325) и предварительно закаленной стали (до HRC45).
3. Геометрия и большие карманы для стружки обеспечивают эффективное удаление стружки, что позволяет использовать более высокие скорости подачи и сокращать время цикла.

SPEED TIGER также предлагает N Series для применений с цветными металлами, таких как алюминий. AL Carbide Drill повышает точность за счет уменьшения расстояния между кончиком сверла и режущей кромкой.

★ Специальная конструкция сверла AL:

1. Двойная кромка — вторая кромка также имеет режущую кромку — обеспечивает плавное сверление поверхности и высокоточную прямую резку.
2. Конструкция с высокой жесткостью и расширенным пространством для удаления стружки.
3. Улучшенное позиционирование верхней кромки для повышения точности сверления.

ALC Carbide Drill имеет двойную режущую кромку AL для высокоточной прямой резки и плавного сверления поверхности. Кроме того, он имеет отверстие для охлаждающей жидкости для снижения температуры при высоких оборотах. Улучшенное позиционирование верхней кромки повышает точность отверстий в заготовках из алюминия и медных сплавов.

Сверла серии N подходят для различных алюминиевых сплавов, включая A7075, AlZnCu1.5, AC, ADC и A1070.

★ Специальная конструкция сверла ALC с проходом охлаждающей жидкости:

1. Двойная кромка для плавного сверления поверхности и высокоточной прямой резки.
2. Конструкция с высокой жесткостью и расширенным пространством для удаления стружки.
3. Улучшенное позиционирование верхней кромки для повышения точности сверления.

AUE High-Feed U-Type концевая фреза значительно улучшает скорость удаления материала (MRR) и качество поверхности благодаря эффективному удалению стружки на высоких скоростях. Его прочные зубья и двойной угол наклона обеспечивают выдающуюся производительность, с увеличением на 100% благодаря повышенной твердости зуба.

★ Основные характеристики твердосплавной концевой фрезы AUE:

1. Более высокие скорости резания благодаря превосходной MRR, особенно при прорезании пазов.
2. Конструкция U-типа с высокой подачей идеально подходит для алюминиевых и медных сплавов.
3. Прочные зубья и двойной угол наклона — повышенная твердость зуба повышает производительность.
4. Оптимизированная для сплавов конструкция зуба — будь то черновая или чистовая обработка, качество поверхности значительно улучшается за счет эффективного удаления стружки.