Het bewerken van aluminium voor lichtere onderdelen en een recycleerbare toekomst

Auto- en vliegtuigfabrikanten worden geconfronteerd met een grote transformatie. Nieuwe milieuwetgeving en de verwachtingen van de meer millieubewuste consumenten oefenen druk uit op de fabrikanten voor nieuwe emissiearme en emissievrije voertuigen.
Aluminium kan één van de antwoorden zijn op de component-uitdagingen waarmee de productie-industrie wordt geconfronteerd. Aluminium is een van de lichtste metalen in de wereld, bijna driemaal lichter dan ijzer maar zeer sterk en corrosiebestendig. Ook kan aluminium steeds weer worden hergebruikt. Het kan worden gesmolten en hergebruikt zonder enige schade of wijziging van haar mechanische eigenschappen. Dankzij effectieve recycling wordt ca. 75% van al het aluminium dat ooit is geproduceerd, op dit moment nog steeds gebruikt, hetgeen geweldig is voor een duurzamere toekomst.

Bewerken van aluminiumlegeringen in de automotive industrie

Video: Frezen voor het bewerken van aluminium in de automotive industrie
Hoewel elektrische voertuigen populairder worden, zal het tijd vergen voordat het doek valt voor de verbrandingsmotor. Met de huidige inspanningen om schonere energie te gebruiken, wordt de toepassing van lichtgewicht materialen in de verbrandingsmotoren absoluut noodzakelijk omdat het resulteert in een betere brandstofefficiëntie en dus luchtverontreiniging reduceert. De aandrijflijn van een Europese personenauto bevat doorgaans circa 80 kg aluminium, hetgeen betekent dat deze onderdelen - de motor, versnellingsbak, ophangingsonderdelen, behuizingen - een voor de hand liggend interessegebied vormen voor lichtgewicht maatregelen. Door het vervangen van het conventionele gietijzer door aluminium legeringen kan het gewicht van het motorblok met tot wel 40–55% worden gereduceerd, zelfs wanneer er rekening wordt gehouden met de geringere sterkte van het aluminium vergeleken met grijs gietijzer. Verschillende transmissiecomponenten, in het bijzonder versnellingsbakbehuizingen, elektrificatie apparaten/componenten, draagarmen en achteras, zijn de belangrijkste voorbeelden van aandrijflijn- toepassingen waar aluminium het materiaal is dat de voorkeur geniet.
Specifieke gereedschapsoplossingen voor de automotive industrie alsmede voor fabrikanten van bewerkingsmachines (MTM 's) leiden tot productievere machinebewerkingen. De complete serie M5 frezen biedt alles, van eerste fase bewerking tot super nabewerking - voor een geoptimaliseerde kwaliteit en kosten per onderdeel.
M5 frezen voor ISO N materialen:

• De M5Q90 zuivert de oppervlakken van nieuw gegoten aluminium cilinderkoppen en motorblokken in één soepele bewerking, zonder braamvorming. Het freesgereedschap presteert betrouwbaar en biedt een lange standtijd.
• De M5R90 is de eerste keuze voor voorbewerken en semi-nabewerken bij het hoekfrezen van automotive aluminium componenten zoals cilinderblokken, cilinderkoppen en transmissiebehuizingen.
• Het M5B90 vlakfreesconcept biedt een uitermate effectief gereedschap voor het supernabewerken van cilinderkoppen, -blokken, -deksels en andere componenten met brede frees-aangrijpingen. De M5B90 voorkomt ongelijkmatige gereedschapslijtage en leidt tot een superieure standtijd, zelfs bij hoge voedingssnelheden.
• Het M5C90 concept is gebaseerd op M5B90 en biedt eveneens een soepel braamvrij snijproces, en voorkomt krassen en breuken met wisselplaten in een getrapte configuratie. Wat de M5C90 vlakfrezen zo bijzonder maken is hun extra rij van voorbewerkingswisselplaten, welke tangentiaal zijn gepositioneerd op de buitendiameter.
• De M5F90 is een specifieke vlakfrees voor het bewerken van dunwandige aluminium componenten in één enkele bewerking, maar kan ook worden gebruikt voor lokaal vlakken en bewerkingen met brede materiaal aangrijpingen.

ISO N materialen

Non-ferro materialen omvatten niet alleen aluminium, maar ook magnesium, koper en legeringen op zinkbasis. De bewerkbaarheid verschilt voornamelijk afhankelijk van het Si-gehalte. Hypo-eutectisch aluminium is de meest voorkomende soort, met een Si-gehalte van minder dan 13%.

Vele jaren werd het motorblok geproduceerd met gietijzerlegeringen vanwege haar sterkte, geringe kosten en slijtvastheid. Maar met het complexer worden van motoren, zijn nieuwe materialen in gebruik genomen om het gewicht te reduceren maar ook om de sterkte en slijtvastheid te verbeteren. Tegenwoordig vormen aluminiumlegeringen het meest gangbare materiaal voor motoren van personenauto's, vanwege het lagere gewicht en uitstekende gieteigenschappen.

Gereedschappen voor het kotteren van cilinders van gietijzer en aluminium met geïntegreerde gietijzeren bekleding of hulzen:

• B685 voor stabiel en productief kotteren van cilinders, van voorbewerken tot semi-nabewerken
• B687 voor stabiel en productief nabewerking van cilinderboringen
• B681 voor stabiel en productief voorbewerken van cilinderboringen
• B683 voor stabiel en productief semi-nabewerken van cilinderboringen

Automotive onderdelen zijn doorgaans in grote aantallen geproduceerde onderdelen met een hoge dichtheid van complexe gatgeometrieën – een toepassing die vaak het gebruik van geoptimaliseerde boorgereedschappen rechtvaardigt om een maximale productiviteit en een lange standtijd te realiseren, voor een hoge productiviteit en uiteindelijk lage kosten per gat.
Boorgereedschappen / volhardmetalen ronde gereedschappen voor het bewerken van aluminium:

• CoroDrill® 400 is een boor met een rechte spaangroef, voor complexe multi-stap, aanschuin- en radiusvormen alsmede grote stapratio's over diameters die variëren tussen de 3 en 25 mm (0.118–0.984 inch). Deze boren munten uit in gemakkelijke spaanverwijdering, gatrechtheid en oppervlakte-afwerking.
  
• CoroDrill ® 430 is een 3-spaangroeven spiraal volhardmetalen boor voor kernboren, dat wil zeggen het openen van bestaande gaten. Deze bieden een uitstekende beheersing van de gatafmeting en rechtheid onder uitdagende omstandigheden.
  
• Schroefdraad rollen is de populairste draadsnijoplossing voor aluminium motorcomponenten en de CoroTap ® 400 selectie van spaanvrije roltappen is de eerste keuze voor deze toepassing.
  

Tips voor het boren in aluminium

1. Braamvorming en spaanverwijdering kunnen een probleem vormen. Slechte standtijd kan ook optreden als gevolg van adhesie. Aanbevelingen: Gebruik voor de beste spaanvorming een lage voeding en bewerkingen op hoge snelheid.
2. Om een slechte standtijd te vermijden, kan het nodig zijn verschillende coatings te testen om adhesie te minimaliseren. Deze coatings kunnen diamantcoatings omvatten of in bepaalde gevallen (afhankelijk van het basismateriaal) helemaal geen coating.
3. Overig: Gebruik emulsie of nevelkoeling onder hoge druk.

Het bewerken van aluminium legeringen in de lucht- en ruimtevaart

Afbeelding: RAL90 aluminium frees en vleugelrib

Bij het bewerken van aluminium in de lucht- en ruimtevaart, is een belangrijke factor het combineren van een stabiel en betrouwbaar bewerkingsproces met hoge snelheid en hoge verspaningsvolumes. Een essentieel onderdeel van goede bewerkbaarheid is het realiseren van lage snijkrachten, hetgeen een lager energieverbruik mogelijk maakt, minder neiging tot trillingen en een kwalitatief goede oppervlakteafwerking.
Een vliegtuig kent verschillende soorten aluminium componenten, zoals vleugellangsliggers, huiden en ribben. De vleugelrib bijvoorbeeld, toont enkele van de bewerkingsuitdagingen zoals dunne wanden/onderkanten, 2D-holtes en het belang van gebalanceerde gereedschappen. Sandvik Coromant biedt een uitgebreid programma aan gereedschappen speciaal voor kostenbesparende en hoogwaardige bewerkingen van vleugelrib.
Bewerken van dunne wanden
De bewerkingsstrategie voor dunne wandsecties moet variëren afhankelijk van de hoogte en dikte van de wand. Het aantal gangen wordt bepaald door de wandafmetingen en de axiale snedediepte.
Gebruik van hoge snelheidstechnieken, d.w.z. kleine ap/ae en hoge vc maakt frezen mogelijk van dunne wanden, omdat ze de tijd van aangrijping van het gereedschap reduceren en dus ook de impuls en afbuiging. Stap-ondersteunende bewerking van de wand in overlappende gangen wordt gebruikt wanneer de verhouding wanddikte versus hoogte 15:1 tot 30:1 is.
Uitkameren met hoge snelheid router RAL 90
De RAL90 frees voor aluminium is ontworpen voor extreem grote verspaningsvolumes. De extra robuuste freesbody met geoptimaliseerde wisselplaatzittingen stelt de norm voor een nieuw niveau qua processtabiliteit bij het frezen met hoge snelheid - ideaal voor zwaar voorbewerken tot semi-nabewerken bij het uitkameren van vliegtuigframes van aluminium legeringen.
In toepassingen die een nog groter verspaand volume vragen, kan de nieuwe RAL90 Super MRR frees een extra hoge spilrotatie bereiken, bijv. tot 33.000 tpm voor DC 50 mm vergeleken met 23.500 tpm voor RAL90. Dit betekent een productiviteitsstijging van 40%.
Het frezen van aluminium met volhardmetalen gereedschappen
Als het gaat om kleinere diameters, dan zijn volhardmetalen gereedschappen de oplossing. Met een geometrie en soort die is geoptimaliseerd voor het frezen van aluminium, bieden de CoroMill® Plura vingerfrees en CoroMill® 316 vingerfrees met verwisselbare snijkop een lange standtijd en hoge verspaande volumes.
De spaangroeven zijn ontworpen met een brede spaanruimte voor een ideale spaanverwijdering. De specifieke cilindrische geleiderand vermindert bovendien gereedschapstrillingen in de freesmachine en minimaliseert uitbreekproblemen, wat zorgt voor een perfecte oppervlakte-afwerking.

Bewerkbaarheid van aluminium

• Polymeer langspanend materiaal
• Relatief eenvoudige spaanbeheersing in het geval van aluminiumlegeringen
• Puur Al is stroperig en vereist scherpe snijkanten en hoge vc
• Specifieke snijkracht: 350–700 N/mm
• Snijkrachten, en dus ook het vermogen om ze te bewerken, zijn laag
• Het materiaal kan worden bewerkt met fijnkorrelige, ongecoate hardmetaalsoorten wanneer het Si-gehalte onder de 7-8% is en met PCD behandelde soorten voor aluminium met hoger Si-gehalte
• Over eutectisch Al met hoger Si-gehalte > 12% is zeer abrasief