Рубрика: Механическая обработка
Алюминиевые сплавы считаются одними из самых удобных для механической обработки: они мягкие, допускают высокие скорости резания и щадят инструмент. Тем не менее при неправильном подходе алюминий доставляет немало проблем — налипание на кромку, рваная поверхность, заусенцы, коробление тонкостенных деталей, размеры, меняющиеся после остывания. Расскажем, как выбрать сплав, инструмент и режимы, чтобы получить точную деталь с чистой поверхностью и при этом использовать все преимущества высокой обрабатываемости.
Обрабатываемость алюминия сильно зависит от состава и состояния сплава. Чистый алюминий и мягкие сплавы вязкие и липкие, а термически упрочнённые сплавы режутся заметно лучше.
| Группа | Примеры марок | Обрабатываемость и применение |
|---|---|---|
| Технический алюминий | АД0, АД1 | Очень вязкий, сильное налипание. Применяется для токопроводящих и декоративных деталей |
| Алюминиево-магниевые | АМг2, АМг3, АМг5, АМг6 | Средняя обрабатываемость, хорошая свариваемость и коррозионная стойкость. Корпуса, ёмкости, детали морского назначения |
| Дюралюмины | Д16, Д16Т, Д1 | Хорошо обрабатываются в закалённом и состаренном состоянии. Силовые детали, кронштейны |
| Ковочные | АК4, АК6, АК8 | Хорошая обрабатываемость, высокая прочность. Поковки, ответственные детали |
| Высокопрочные | В95, В95Т1 | Отличная обрабатываемость, высокая прочность, склонность к коррозии под напряжением |
| Литейные | АК7, АК9, АК12 | Кремний повышает абразивный износ инструмента. Корпусные отливки |
| Авиаль | АД31, АД33, АД35 | Хорошая обрабатываемость, профили и плиты общего назначения |
Один и тот же сплав в отожжённом и закалённом состоянии ведёт себя по-разному. Отожжённый Д16 мягкий и липкий, а Д16Т после закалки и естественного старения режется чисто, с короткой стружкой. При выборе материала стоит указывать не только марку, но и состояние — например, Д16Т или АМг6М — это влияет и на прочность детали, и на её стоимость.
Силумины с высоким содержанием кремния содержат твёрдые частицы, которые работают как абразив. Инструмент из твёрдого сплава изнашивается быстрее, чем на деформируемых сплавах, и для серийной обработки отливок экономически оправдан инструмент с поликристаллическим алмазом.
Главная задача инструмента для алюминия — резать, не налипая, и эффективно удалять большой объём стружки.
Пластины и фрезы с поликристаллическим алмазом дают очень высокую стойкость и превосходное качество поверхности, особенно на силуминах. Они дороги, но в серийном производстве окупаются многократным сокращением замен инструмента и стабильностью размеров. Для единичных деталей обычно достаточно полированного твёрдого сплава.
Для алюминия применяют сверла с увеличенным углом при вершине, полированными канавками и большим углом подъёма спирали. Метчики — с широкими канавками или бесстружечные, формирующие резьбу пластическим деформированием: в пластичных сплавах накатанная резьба прочнее нарезанной.
Алюминий допускает скорости резания в разы выше, чем сталь. На современных станках с высокооборотными шпинделями это позволяет снимать большие объёмы металла за короткое время. Однако высокая скорость эффективна только при достаточной подаче на зуб.
| Операция | Ключевой параметр | Практический ориентир |
|---|---|---|
| Черновое фрезерование | Подача на зуб и объём стружки | Высокие обороты и подача, трохоидальные или высокоскоростные стратегии |
| Чистовое фрезерование | Острая кромка, малая ширина | Постоянный припуск, попутное фрезерование |
| Точение | Стружкодробление | Стружколом для цветных металлов, острая геометрия |
| Сверление | Вынос стружки | Внутренний подвод СОЖ, циклы с выводом для глубоких отверстий |
| Резьбонарезание | Смазка и тип метчика | Бесстружечные метчики или резьбофрезерование |
При слишком малой подаче на зуб кромка не врезается, а трётся о металл, нагревая его. Алюминий налипает, образуя нарост, поверхность становится матовой и рваной. Парадоксально, но увеличение подачи часто улучшает поверхность и стойкость инструмента. Для чистовых проходов это ограничивается требуемой шероховатостью, но и здесь подачу не следует занижать без нужды.
Высокая обрабатываемость алюминия раскрывается в полной мере при использовании современных стратегий обработки. Высокоскоростное фрезерование с малой шириной и большой глубиной резания равномерно нагружает инструмент по всей длине режущей части, уменьшает нагрев детали и позволяет выбирать глубокие карманы без смены фрезы. Адаптивные траектории, поддерживающие постоянный угол контакта, исключают перегрузку в углах карманов, где при обычной эквидистантной стратегии фреза внезапно оказывается в полном врезании.
Для тонких стенок и рёбер применяют поэтапную обработку: стенку снимают ступенями по высоте, обрабатывая обе её стороны на каждом уровне, пока ниже ещё остаётся неснятый материал, поддерживающий стенку. Такой порядок позволяет получать рёбра толщиной в доли миллиметра при высоте в десятки миллиметров без вибраций и отжима. Для дна карманов и чистовых плоскостей используют торцевые фрезы с большим диаметром и острыми пластинами, оставляющие ровную поверхность без ступенек.
При точении алюминиевых прутков основная трудность — стружка. Длинная лентообразная стружка наматывается на деталь и патрон, царапает поверхность и мешает работе прутковых автоматов. Помогают пластины со специальными стружколомами для цветных металлов, правильное сочетание подачи и глубины, а также подача СОЖ под давлением непосредственно в зону резания. Для чистовых проходов выбирают пластины с острой полированной кромкой и умеренным радиусом при вершине, обеспечивающим низкую шероховатость без вибраций.
При обработке алюминия СОЖ прежде всего предотвращает налипание и помогает выносить стружку. Используют эмульсии с хорошими смазывающими свойствами, при чистовой обработке — минимальную смазку масляным туманом. Важно, чтобы состав СОЖ не вызывал пятен и коррозии на поверхности: некоторые жидкости, рассчитанные на сталь, оставляют на алюминии тёмные следы.
Отдельная задача — удаление стружки из зоны резания. Алюминиевая стружка объёмная, и при повторном попадании под фрезу она вминается в поверхность и портит её. Мощный поток жидкости или воздуха, правильные стратегии и периодическая очистка карманов решают эту проблему.
Алюминиевые детали часто бывают тонкостенными и сложными, а сам материал имеет низкий модуль упругости и высокий коэффициент температурного расширения. Это делает вопросы деформаций главными при обработке точных деталей.
Катаные плиты и прутки содержат внутренние напряжения. При снятии большого объёма металла деталь коробится. Для точных деталей используют плиты с растяжением для снятия напряжений, черновую обработку с обеих сторон и паузу перед чистовой, во время которой деталь «отдыхает» вне зажима.
Коэффициент линейного расширения алюминия примерно вдвое выше, чем у стали. Деталь длиной двести миллиметров, нагретая резанием на десять градусов, удлиняется почти на пять сотых миллиметра. Поэтому точные размеры измеряют только после остывания детали, а финишные проходы ведут с обильным охлаждением.
Тиски с большим усилием сжатия деформируют алюминиевые стенки. Применяют мягкие губки, вакуумные столы, специальные приспособления с распределённым прижимом, а для очень тонких деталей — технологические перемычки, которые удаляются на последней операции.
Пластичные алюминиевые сплавы образуют заусенцы на выходе инструмента из материала. Особенно это заметно на пересечении отверстий, на кромках пазов и при отрезке.
Большинство алюминиевых деталей после механической обработки подвергают анодированию — для защиты от коррозии, повышения износостойкости или декоративной отделки. Анодный слой частично растёт внутрь металла, частично наружу, поэтому для точных посадочных поверхностей заранее учитывают изменение размера. Качество анодирования зависит от исходной поверхности: риски, наросты и следы налипания после анодирования становятся заметнее. Подробнее о вариантах защиты — в разделе нанесения покрытий.
Алюминиевые сплавы действительно позволяют обрабатывать детали быстро и экономично, но только при правильном выборе сплава, специализированного острого инструмента с полированными канавками, режимов с достаточной подачей и продуманного закрепления. Главные риски — налипание, деформации и температурные погрешности — устраняются технологически, а не «осторожностью» на заниженных режимах. Специалисты «ВМС» изготавливают детали из деформируемых и литейных алюминиевых сплавов на фрезерном и токарном оборудовании с ЧПУ и подскажут оптимальный сплав и маршрут, включая анодирование.
