Bearbejdning af lette komponenter i aluminium og en fremtid med genanvendelse

Bil- og flyproducenter står over for en stor forandring. Ny miljølovgivning og forventninger fra mere miljøbevidste forbrugere presser producenterne til at fremstille nye lav- og nulemissionskøretøjer.
Aluminium kan være et af svarene på de komponentudfordringer, som produktionsindustrien står over for. Aluminium er et af verdens letteste metaller, næsten tre gange lettere end jern, men meget stærkt og korrosionsbestandigt. Og så kan aluminium genanvendes igen og igen. Det kan smeltes og genanvendes uden at ændre metallets mekaniske egenskaber. Takket være effektiv genanvendelse er omkring 75 % af al den aluminium, der nogensinde er blevet produceret, stadig i brug den dag i dag, og det er fantastisk for en mere bæredygtig fremtid.

Bearbejdning af aluminiumslegeringer i bilindustrien

Video: Planfræsere til bearbejdning af bildele i aluminium
Selvom efterspørgslen efter elbiler stiger, vil det tage tid, før forbrændingsmotorerne forlader verdensscenen. I det nuværende arbejde for at bruge renere energi, bliver brugen af letvægtsmaterialer i forbrændingsmotorer afgørende, da det giver bedre brændstofeffektivitet og dermed reducerer forureningen. Transmissionssystemet i en europæisk personbil indeholder normalt omkring 80 kg aluminium, og det vil sige, at der naturligvis er fokus på netop disse dele – motor, gearkasse, ophæng, afskærmninger – i arbejdet med letvægtsløsninger. Udskiftning af almindeligt støbejern med aluminiumslegeringer kan reducere motorblokkens vægt med op til 40–55 %, selvom der er taget højde for, at aluminium har lavere styrke end gråt støbejern. Flere transmissionskomponenter, især gearhuse, elektrificeringsenheder/-komponenter, svingarme og bagakslen, er gode eksempler på anvendelser i transmissionen, hvor aluminium er det foretrukne materiale.
Applikationstilpassede værktøjsløsninger til bilindustrien og værktøjsmaskinproducenter giver mere produktiv bearbejdning. Hele serien af M5-fræsere tilbyder alt lige fra skrubbearbejdning til supersletbearbejdning, og det sikrer optimeret kvalitet og lavere omkostninger pr. komponent.
M5-fræsere til ISO N-materialer:

• M5Q90 renser overfladerne på nystøbte aluminiumstopstykker og -motorblokke i en enkelt operation uden gratdannelse. Fræseværktøjet giver pålidelig drift og har lang levetid.
• M5R90 er førstevalget til skrub- til semi-sletbearbejdning ved hjørnefræsning af aluminiumskomponenter til bilindustrien som motorblokke, topstykker og gearkassehuse.
• M5B90-planfræsningskonceptet tilbyder et ekstremt effektivt værktøj til supersletbearbejdning af topstykker, cylinderblokke, dæksler og andre komponenter med bredt fræserindgreb. M5B90 forhindrer uregelmæssig værktøjsslitage og giver overlegen værktøjslevetid, selv med høj tilspænding.
• M5C90-konceptet er baseret på M5B90 og anvender vendeskær i trinvis konfiguration for at arbejde jævnt uden grater, ridser eller afskalninger. Det, der adskiller M5C90 fra andre planfræsere, er den ekstra række skrubskær, der er placeret tangentielt på den udvendige diameter.
• M5F90 er en applikationstilpasset planfræser til bearbejdning af tyndvæggede aluminiumskomponenter i en enkel operation, men den kan også bruges til anslåning og planfræsning med stort materialeindgreb.

ISO N-materialer

Ikke-jernholdige materialer er ikke kun aluminium, men også legeringer som magnesium, kobber og zink. Bearbejdeligheden varierer primært afhængig af Si-indholdet. Hypoeutektisk aluminium er den mest almindelige type med et Si-indhold under 13 %.

Motorblokken er gennem mange år blevet fremstillet af støbejernslegeringer på grund af dette materiales styrke, lave pris og slidstyrke. Men efterhånden som motorerne bliver mere og mere komplekse, er nye materialer blevet taget i brug for at reducere motorblokkens vægt samt øge dens styrke og slidstyrke. De materialer, der i dag anvendes hyppigst til motorer i personbiler, er aluminiumslegeringer på grund af den lave vægt og de fremragende støbeegenskaber.

Værktøjer til cylinderopboring i støbejern og i aluminium med integrerede støbejernsforinger/-bøsninger:

• B685 til stabil og produktiv skrub- til semisletopboring af cylindere
• B687 til stabil og produktiv sletopboring af cylindere
• B681 til stabil og produktiv skrubopboring af cylindere
• B683 til stabil og produktiv semi-sletopboring af cylindere

Bildele er normalt masseproducerede dele med tætsiddende komplekse hulgeometrier – den type opgave kræver ofte, at der bruges optimerede boreværktøjer for at opnå maksimal produktivitet og lang værktøjslevetid, dvs. høj produktivitet og dermed lave omkostninger pr. hul.
Boreværktøjer/solide runde værktøjer til bearbejdning af aluminium:

• CoroDrill® 400 er et bor med lige spånkanaler, der er designet til komplekse former med flere trin, faser og radiusser samt store tringrader over en diameter fra 3 til 25 mm (0,118–0,984 tommer). Disse bor klarer nemt opgaver, hvor der er fokus på spåntagning, hulrethed og overfladekvalitet.
  
• CoroDrill® 430 er et solidt spiralformet hårdmetalbor med 3 spånkanaler til oprømning, eller sagt med andre ord til opboring af eksisterende huller. Dette bor sikrer fremragende kontrol over hulstørrelsen og god rethed under krævende forhold.
  
• Gevindskæring er den foretrukne løsning til fremstilling af gevind i motordele i aluminium, og de spånfri formende gevindtappe CoroTap® 400 er førstevalget til denne opgave.
  

Tips om boring i aluminium

1. Gratdannelse og spånafgang kan være et problem. Kort værktøjslevetid kan også skyldes vedhæftning. Anbefalinger: Bedst mulig spånbrydning opnås ved bearbejdning med lav tilspænding og høj hastighed.
2. For at undgå ringe værktøjslevetid kan det være nødvendigt at teste forskellige belægninger, der reducerer vedhæftningen. Disse belægninger kan være diamantbelægninger eller i visse tilfælde (afhængig af substratet) ikke at bruge belægning.
3. Andet: Brug emulsion eller kølevæsketåge med højt tryk.

Bearbejdning af aluminiumslegering i aerospace-industrien

Billede: RAL90-aluminiumfræser og vingeribber

Ved bearbejdning af aluminium i aerospace-industrien er det afgørende at kombinere en stabil og pålidelig bearbejdningsproces med høj hastighed og stor spånvolumen. En væsentlig del af god bearbejdning er at opnå lave skærekræfter, der sikrer et lavt strømforbrug, mindre tendens til vibration og god overfladekvalitet.
Der findes flere typer aluminiumskomponenter på et fly, som f.eks. bjælker, beklædning og ribber. Vingeribben vises som eksempel på nogle af bearbejdningsudfordringerne, f.eks.tynde vægge/baser, 2D-lommer, og den viser også, hvor vigtige afbalancerede værktøjer er. Sandvik Coromant kan tilbyde et stort udvalg af værktøjer, der er specialdesignet til omkostningseffektiv kvalitetsbearbejdning af vingeribber.
Bearbejdning af tyndvæggede materialer
Bearbejdningsstrategien for tyndvæggede sektioner skal være forskellig, afhængigt af væggens højde og tykkelse. Antallet af overløb afgøres af væggens dimensioner og den aksiale spåndybde.
Anvendelse af højhastighedsteknikker, dvs. små ap/ae, og høj vc, gør det lettere at fræse tynde vægge, da de reducerer værktøjets indgrebstid og dermed impuls og bøjning. Bearbejdning af væggen i trin med overlappende overløb anvendes, når forholdet mellem væggens tykkelse og højde er fra 15:1 til 30:1.
Højhastighedslommefræsning med RAL 90-router i aluminium
RAL90-aluminiumfræseren er designet til at opnå ekstremt stor spånvolumen. Den ekstra robuste fræserkrop med optimerede skærlejer sætter standarden for et nyt stabilitetsniveau inden for højhastighedsfræsning – ideel til alt lige fra svær skrubbearbejdning til semi-sletbearbejdning med lommefræsning af flychassiser i aluminiumslegeringer.
I applikationer, der kræver endnu større spånvolumen, kan den nye RAL90 Super MRR-fræser nå ekstra høje spindelomdrejningstal, f.eks. op til 33000 o./min. til DC 50 mm sammenlignet med 23500 o./min for RAL90. Det er lig med en produktivitetsstigning på 40 %.
Fræsning i aluminium med solide hårdmetalværktøjer
Når der stilles krav til mindre diametre, er solide hårdmetalværktøjer løsningen. Med en geometri og kvalitet, der er optimeret til at fræse i aluminium, sikrer CoroMill® Plura pindfræsere og CoroMill® 316 pindfræsere med udskifteligt skærhoved lang værktøjslevetid til bearbejdning med høj spånvolumen.
Spånkanalerne er designet med et stort spånrum til effektiv spånafgang. Den specifikke cylindriske fas reducerer desuden værktøjets vibration i fræsemaskiner og minimerer udflisningsproblemer, og derved opnås en fremragende overfladekvalitet.

Aluminiums bearbejdelighed

• Polymer Langspånet materiale
• Relativ nem spånkontrol, hvis det er legeret
• Ren Al klæber og kræver skarpe skærkanter og høj vc
• Specifik skærekraft: 350-700 N/mm
• Skærekræfterne og dermed den effekt, som er nødvendig for at bearbejde dem, er lave
• Materialet kan bearbejdes med finkornet, ubelagte hårdmetal-kvaliteter, når Si-indholdet er under 7-8 %, og kvaliteter med PCD-spids til aluminium med højere Si-indhold
• Over eutektisk Al med højere Si-indhold > 12 % er meget abrasiv