Alumiinilla kevyempiä komponentteja ja loputon kierrätettävyys

Auto- ja lentokonevalmistajat ovat murroksen edessä. Uudistuvat ympäristölait ja entistä ympäristötietoisempien kuluttajien odotukset pakottavat valmistajat pyrkimään kohti vähä- ja nollapäästöisiä ajoneuvoja.

Alumiini voi olla osaratkaisu tästä aiheutuviin komponenttihaasteisiin. Rautaa lähes kolme kertaa kevyempi alumiini on yksi keveimmistä metalleista. Se on myös erittäin lujaa ja korroosionkestävää. Lisäksi alumiini voidaan kierrättää aina uudelleen ja uudelleen, toisin sanoen sulatus ja uusiokäyttö ei mitenkään heikennä mekaanisia ominaisuuksia. Kierrätettävyyden ansiosta noin 75 % kaikesta aikojen saatossa tuotetusta alumiinista on yhä käytössä, mikä tukee erinomaisesti entistä kestävämpää tulevaisuutta.

Alumiiniseosten koneistus autoteollisuudessa

Video: Jyrsimet autoteollisuuden alumiiniseosten koneistukseen

Vaikka sähköautot yleistyvät, polttomoottori on kuvioissa vielä pitkään. Kevyempien materiaalien käyttö polttomoottoreissa on välttämätöntä, sillä se parantaa polttoainetehokkuutta ja auttaa siten nykysuuntauksen mukaisesti pienentämään päästöjä. Eurooppalaisen henkilöauton voimalinjassa, eli moottorissa ja vaihteistossa sekä pyöränripustuksessa ja näiden koteloinneissa, on tyypillisesti noin 80 kg alumiinia, mikä on osoitus pyrkimyksistä keventää näiden raskaiden komponenttien painoa. Kun moottorilohko valmistetaan perinteisen valuraudan sijaan alumiinista, painoa säästyy noin 40–55 %, vaikka alumiinin heikompi lujuus pakottaa isompiin ainevahvuuksiin. Muita tyypillisiä alumiinin käyttökohteita ovat esimerkiksi akkujen koteloinnit sekä tukivarret ja taka-akselit.

Autoteollisuuden tarpeisiin ja autoteollisuudessa käytettäviin työstökoneisiin suunnatut työkalut parantavat tuntuvasti koneistuksen tuottavuutta. M5-jyrsinvalikoimassa on ratkaisu kaikkiin työstövaiheisiin rouhinnasta hienotyöstöön – laatu ja kappalekustannukset optimoiden.

M5-jyrsimet alumiinin ISO N -materiaalien koneistukseen:

• M5Q90 on tarkoitettu alumiinisten raakavalujen jäysteettömään siistimiseen yhdellä työkierrolla. Jyrsin tarjoaa luotettavan suorituskyvyn ja pitkän terien kestoiän.
• M5R90 on ensisijainen alumiinisten ajoneuvo-osien kulmajyrsinnän rouhinta- ja väliviimeistelyvaiheisiin. Tyypillisiä työkappaleita ovat esimerkiksi sylinterilohkot ja -kannet sekä vaihdelaatikot.
• M5B90 tasojyrsin on erittäin tehokas ratkaisu sylinterinkansien, moottorilohkojen, koteloiden ja muiden alumiinikomponenttien koneistukseen suurella lastuamisleveydellä. M5B90 estää terien epätasaisen kulumisen ja takaa pitkän kestoiän isoillakin syötöillä.
• M5C90-jyrsin perustuu M5B90:een, ja sen kääntöterien porrastettu paikoitus takaa jouhevan koneistusprosessin ilman jäystettä, naarmuja ja murtumia. M5C90-tasojyrsimen erottaa muista sen ulkohalkaisijalle tangentiaalisesti paikoitetut rouhintaterät.
• M5F90 on tarkoitettu etenkin ohutseinämäisten alumiinikomponenttien koneistukseen yhdellä työkierrolla, mutta se soveltuu myös tasoupotuksiin ja muuhun koneistukseen suurella kosketusleveydellä.

ISO N -materiaalit

Ei-rautamateriaaleihin kuuluu alumiinin lisäksi myös magnesium-, kupari- ja sinkkipohjaisia metalliseoksia. Niiden lastuttavuus vaihtelee riippuen lähinnä piipitoisuudesta (Si). Yleisimmät lajit ovat hypoeutektisia, jolloin Si-pitoisuus on alle 13 %.

Moottorilohkojen pääasiallinen valmistusmateriaali oli pitkään valurauta, johtuen sen lujuudesta, edullisuudesta ja kulumiskestävyydestä. Yhä mutkikkaampien moottorirakenteiden johdosta käyttöön on otettu kuitenkin uusia materiaaleja, joilla voidaan säästää painoa ja saadaan parempi lujuus ja kulumiskestävyys. Henkilöautojen moottorilohkot tehdään nykyisin painonsäästön ja erinomaisten valuominaisuuksien vuoksi yleensä alumiiniseoksista.

Avarrustyökalut valurautaisille sylinterilohkoille sekä alumiinilohkoille valurautaisilla sylinteriputkilla tai -holkeilla:

• B685 tukevaan ja tuottavaan sylinterien avarrukseen rouhinnasta väliviimeistelyyn
• B687 tukevaan ja tuottavaan sylinterien viimeistelyavarrukseen
• B681 tukevaan ja tuottavaan sylinterien rouhinta-avarrukseen
• B683 tukevaan ja tuottavaan sylinterien väliviimeistelyyn

Autojen osia tuotetaan yleensä suurina sarjoina, ja niissä on tyypillisesti runsaasti haastavan muotoisia reikiä. Siksi optimoitujen poraustyökalujen käyttö on usein perusteltua, jotta saadaan paras tuottavuus ja pitkä kestoikä ja siten alhaiset reikäkustannukset.

Porat sekä täyskovametalli-/pikaterästyökalut alumiinin koneistukseen:

• CoroDrill® 400 -porat on tarkoitettu vaativien, useita porrastuksia, viisteitä tai säteitä tai isoja porrastuksia käsittävien reikien poraukseen halkaisija-alueella 3–25 mm (0.118–0.984 in). Porien vahvuuksia ovat tehokas lastunpoisto, reiän suoruus ja hyvä pinnankarheus.
  
• CoroDrill® 430 on olemassa olevien reikien suurentamiseen tarkoitettu täyskovametallipora kolmella lastu-uralla. Tämä poramalli takaa reiän tarkan koon ja suoruuden haastavissa olosuhteissa.
  
• Kierteet koneistetaan alumiinisiin moottorinosiin yleensä muokkaavilla menetelmillä. Manglaava CoroTap® 400 -kierretappi on ensisijainen valinta näihin töihin.
  

Vinkkejä alumiinin poraukseen

1. Jäysteenmuodostus ja lastunpoisto voivat aiheuttaa haasteita, ja adheesio voi huonontaa terän kestoikää. Suositukset: Paras lastunmuodostus saadaan käyttämällä pientä syöttöä ja suurta nopeutta.
2. Terän kestoiän parantamiseksi voi olla tarpeen kokeilla erilaisia, adheesion minimoivia pinnoitteita. Tällaisia pinnoitteita voivat olla esimerkiksi timanttipinnoitteet. Perusaineesta riippuen myös pinnoittamaton laatu voi toimia.
3. Muuta: Käytä emulsiota tai sumuvoitelua suurella paineella.

Alumiiniseosten koneistus ilmailuteollisuudessa

Ilmailuteollisuuden alumiiniosien koneistuksessa on tärkeää pystyä yhdistämään tukeva ja luotettava koneistusprosessi sekä suuri lastuamisnopeus ja suuret lastuvirrat. Sujuvan lastuamisen kannalta olennaista ovat alhaiset lastuamisvoimat. Tämä pienentää tehontarvetta sekä värinäalttiutta ja parantaa pinnankarheutta.

Kuva: RAL90-alumiinijyrsin ja siipikaari

Lentokoneissa on monenlaisia alumiiniosia, kuten siipisalot, verhoilulevyt ja siipikaaret. Esimerkiksi siipikaarien rakenteessa on koneistuksen kannalta haastavia osia, kuten ohuita seinämiä, 2D-taskuja ja erityisen tasapainoisia työkaluja vaativia kohtia. Sandvik Coromant tarjoaa laajan valikoiman työkaluja siipikaarien kustannustehokkaaseen ja laadukkaaseen koneistukseen.

Ohuiden seinämien koneistus

Ohuiden seinämien koneistukseen käytetään eri strategioita riippuen seinämän korkeudesta ja paksuudesta. Ylimenojen määrä riippuu seinämän mitoista ja aksiaalisesta lastuamissyvyydestä.

Suurnopeustekniikat, eli pienen ap/ae-suhteen ja suuren nopeuden vc käyttö, helpottavat ohuiden seinämien jyrsintää, sillä niiden avulla voidaan lyhentää lastuamisen kestoa ja siten kappaleeseen kohdistuvia iskuja ja taipumaa. Jos seinämän paksuuden ja korkeuden suhde on 15:1–30:1, se jyrsitään portaittaisesti toisiinsa limittyvillä ylimenoilla.

Taskujen koneistus RAL90-suurnopeusjyrsimellä

RAL 90 -jyrsimellä päästää alumiinin koneistuksessa erittäin suuriin lastuvirtoihin. Erittäin vankka jyrsinrunko ja optimoidut teräsijat asettavat uuden mittapuun alumiinin suurnopeusjyrsinnän tukevuudelle. Jyrsin on ihanteellinen valinta ilmailuteollisuuden alumiinikomponenttien taskujen väliviimeistelyyn.

Vielä suurempaa lastuvirtaa vaativiin töihin on tarjolla uusi RAL90 Super MRR -jyrsin, joka kykenee erittäin suuriin karanopeuksiin, esim. maks. 33 000 r/min, kun DC = 50 mm (RAL90 = 23 500 r/min). Tuottavuus paranee jopa 40 %.

Alumiinin jyrsintä kovametallityökaluilla

Jos työssä tarvitaan pienempiä halkaisijoita, ratkaisu löytyy kovametallityökalujen valikoimasta. CoroMill® Plura -varsijyrsimen ja vaihtoteräpäisen CoroMill® 316 -varsijyrsimen geometriat ja laadut on optimoitu alumiinin koneistukseen. Ne takaavat pitkän kestoiän isoillakin lastuvirroilla.

Tilavat lastu-urat varmistavat tehokkaan lastunpoiston. Erikoismallinen ohjausreuna vähentää värinöitä ja minimoi terien murtumaongelmat, ja varmistaa siten erinomaisen pinnankarheuden.

Alumiinin lastuttavuus

• Polymeeri Pitkälastuinen aine
• Seostettuna lastunhallinta melko helppoa
• Puhdas alumiini on tahmeaa ja vaatii teräviä särmiä ja isoa lastuamisnopeutta
• Ominaislastuamisvoima: 350–700 N/mm
• Lastuamisvoimat ja siten myös tehontarve ovat pieniä
• Kun Si-pitoisuus on alle 7–8 %, sopivia terälaatuja ovat hienorakeiset, pinnoittamattomat kovametallit. Suuremmille Si-pitoisuuksille sopivat PCD-kärkiset laadut
• Ylieutektinen alumiini, jonka Si-pitoisuus on > 12 %, on erittäin abrasiivista