Aluminiumbearbetning för lättare komponenter och en återvinningsbar framtid

Bil- och flygplanstillverkare står inför stora förändringar. Ny miljölagstiftning och förväntningar från allt medvetnare konsumenter sätter press på tillverkarna att utveckla nya fordon med låga eller inga utsläpp.
Aluminium kan vara ett av svaren på de komponentutmaningar som tillverkningsindustrin måste tackla. Aluminium är ett av världens lättaste material. Det är nästan tre gånger lättare än järn men är samtidigt starkt och korrosionsbeständigt. Dessutom går aluminium att återvinna gång på gång. Det går att smälta ner och använda igen, helt utan att materialet skadas eller ändrar mekaniska egenskaper. Tack vare effektiv återvinning används cirka 75 % av all aluminium som någonsin producerats fortfarande – det bådar gott för en hållbarare framtid.

Bearbetning av aluminiumlegeringar inom fordonsindustrin

Video: Fräsar för bearbetning av fordonskomponenter i aluminium
Även om elbilarna är på frammarsch kommer det att ta tid innan förbränningsmotorn tackar för sig. I strävan efter att använda renare energi blir användningen av lätta material i förbränningsmotorer avgörande, eftersom de ger bättre bränsleeffektivitet och därmed reducerar utsläppen. Drivlinan i en europeisk personbil innehåller normalt cirka 80 kg aluminium, vilket självklart gör dessa delar – motorn, växellådan, upphängningen och husen – intressanta ur viktminskningssynpunkt. Genom att byta ut konventionellt gjutjärn mot aluminiumlegeringar går det att minska vikten på motorblocket med upp till 40–55 %, även om man tar hänsyn till att aluminium inte har samma styrka som grått gjutjärn. Flera transmissionskomponenter, i synnerhet elektronikenheter/komponenter, upphängningsarmar, bakaxlar och höljen till växellådor, är exempel på drivlineapplikationer där man ofta föredrar aluminium.
Speciella verktygslösningar för både fordonsindustri och maskintillverkare (MTM) leder till produktivare bearbetningsoperationer. Den kompletta serien med M5-fräsar erbjuder allt från bearbetning i första steget till superfinbearbetning – för optimal kvalitet och lägsta möjliga kostnad per detalj.
M5-fräsar för ISO N-material:

• M5Q90 rengör ytorna hos nygjutna topplock och motorblock av aluminium i en enda smidig operation, utan gradbildning. Fräsverktyget har tillförlitliga prestanda och lång verktygslivslängd.
• M5R90 är första val för grov till medelgrov finbearbetning genom fräsning mot skuldra i aluminiumdetaljer för fordon, exempelvis cylinderblock, cylinderhuvuden och transmissionskåpor.
• Planfräsningskonceptet M5B90 erbjuder ett mycket effektivt verktyg för superfin bearbetning av cylinderhuvuden, block, kåpor och andra komponenter med brett ingrepp. M5B90 förhindrar ojämn verktygsförslitning och leder till en klart överlägsen livslängd, även vid hög matningshastighet.
• M5C90-konceptet baseras på M5B90 och erbjuder också en mjuk, gradfri skärprocess, utan repor eller brott eftersom skären är placerade i en stegkonfiguration. Utmärkande för M5C90-planfräsarna är en extra rad av grovbearbetningsskär, tangentiellt placerade på ytterdiametern.
• M5F90 är en speciellt framtagen planfräs för bearbetning av tunnväggiga aluminiumkomponenter i en enda operation, men den kan även användas för punktfräsning och operationer med brett materialingrepp.

ISO N-material

Icke-järnhaltiga material omfattar inte bara aluminium-, utan också magnesium-, koppar- och zinkbaserade legeringar. Bearbetbarheten varierar främst beroende på kiselinnehållet. Undereutektiskt aluminium är den vanligaste typen, med ett kiselinnehåll under 13 %.

I många år tillverkades motorblock av gjutjärnslegeringar, som erbjöd hög hållfasthet, låg kostnad och hög slitstyrka. Men motorer har blivit alltmer avancerade och numera försöker man minska vikten och öka hållfastheten och slitstyrkan med hjälp av nya material. De vanligaste materialen i motorer för moderna passagerarbilar är aluminiumlegeringar, som har låg vikt och utmärkta gjutegenskaper.

Verktyg för cylinderuppborrning i gjutjärn och i aluminium med ingjutna cylinderfoder och ramlagerförstärkningar i gjutjärn:

• B685 för stabil och produktiv cylinderuppborrning, från grov till medelgrov finbearbetning
• B687 för stabil och produktiv finbearbetande cylinderuppborrning
• B681 för stabil och produktiv grovbearbetande cylinderuppborrning
• B683 för stabil och produktiv medelgrovt finbearbetande cylinderuppborrning

Fordonsdelar är vanligtvis masstillverkade och har ofta avancerade hålgeometrier – en applikation där det ofta behövs optimerade borrverktyg för att kunna uppnå maximal produktivitet och lång verktygslivslängd, och i slutändan en låg kostnad per hål.
Borrverktyg/solida hårdmetallverktyg för aluminiumbearbetning:

• CoroDrill® 400 är ett borr med rak spånkanal, framtaget för komplexa flerstegs-, fas- eller radieformer och för stora steg över diameterområden mellan 3 och 25 mm (0,118–0,984 tum). Dessa borr utmärker sig för säker spånevakuering, raka hål och ytjämnhet.
  
• CoroDrill® 430 är ett borr i solid hårdmetall med tre spånkanaler och används för att borra upp befintliga hål. Det ger utmärkt dimensionskontroll och rakhet under krävande förhållanden.
  
• Pressgängning är den fördragna metoden för motorkomponenter av aluminium och CoroTap® 400-utbudet av spånfria pressgängtappar är första val för denna applikation.
  

Tips för borrning i aluminium

1. Gradbildning och spånavgång kan vara ett problem. En dålig verktygslivslängd kan också föreligga på grund av vidhäftning. Rekommendationer: För bästa spånbildning, använd låg matning och höghastighetsbearbetning.
2. För att undvika en dålig verktygslivslängd kan det vara nödvändigt att testa olika beläggningar och minimera vidhäftningen. Dessa beläggningar kan inkludera diamantbeläggningar eller i vissa fall (beroende på substratet) ingen beläggning alls.
3. Annat: Använd emulsion eller dimsmörjning under högt tryck.

Bearbetning av aluminiumlegeringar inom flygindustrin

Bild: RAL90 aluminiumfräs och sprygel

För att lyckas med bearbetning av aluminium inom flygindustrin behöver man kombinera en stabil och tillförlitlig bearbetningsprocess med hög hastighet och höga spånavverkningshastigheter. För att uppnå god bearbetbarhet är det mycket viktigt med skärkrafter, eftersom det innebär låg effektförbrukning, mindre vibrationstendenser och god ytjämnhet.
Det finns flera olika typer av aluminiumkomponenter på flygplan, exempelvis vingbalkar, skal och spryglar. Sprygeltillverkning innebär många utmaningar vid bearbetning, till exempel tunna väggar/baser, 2D-fickor och arbeten där balanserade verktyg är av avgörande betydelse. Sandvik Coromant har ett brett utbud av verktyg som är framtagna speciellt för effektiv kvalitetsbearbetning av spryglar.
Bearbetning av tunna väggar
Vilken bearbetningsstrategi som ska användas för tunna väggar varierar beroende på väggens höjd och tjocklek. Antalet passeringar avgörs av väggens dimensioner och det axiella skärdjupet.
Höghastighetstekniker, dvs. litet ap/ae och stort vc, underlättar fräsning av tunna väggar eftersom de förkortar verktygets tid i ingrepp och därför även minskar impuls och avböjning. Stegstödsbearbetning av väggen med överlappande passeringar används när förhållandet mellan väggens tjocklek och höjd är mellan 15:1 och 30:1.
Fickfräsning med höghastighetsroutern RAL 90
Aluminiumfräsen RAL90 är utformad för extremt höga spånavverkningshastigheter. Den extra robusta fräsen med optimerade skärlägen sätter en ny standard för processtabilitet vid högshastighetsfräsning. Därmed är den perfekt för kraftig grovbearbetning till medelgrov finbearbetning vid fickfräsning av flygplansramar i aluminiumlegeringar.
I applikationer där det krävs ännu högre spånavverkningshastigheter kan den nya RAL90 Super MRR-fräsen användas med extra hög spindelrotation, t.ex. upp till 33 000 varv/min för DC 50 mm, jämfört med 23 500 varv/min för RAL90. Det motsvarar en produktivitetsökning på 40 %.
Aluminiumfräsning med verktyg i solid hårdmetall
När mindre diametrar behövs är verktyg i solid hårdmetall lösningen. Med optimerad geometri och sort för aluminiumfräsning ger CoroMill® Plura pinnfräs och CoroMill® 316 pinnfräs med utbytbart skärhuvud lång verktygslivslängd vid höga spånavverkningshastigheter.
Spånkanalerna är utformade med stort utrymme för utmärkt spånavgång. Dessutom minskar den speciella cylindriska styrkanten problemen med verktygsvibrationer i fräsmaskinen och urflisning, vilket leder till utmärkt ytjämnhet.

Bearbetbarhet hos aluminium

• Polymer Långspånande material
• Relativt enkel spånkontroll, om legerat
• Ren Al är kletande och kräver skarpa skäreggar och hög vc
• Specifik skärkraft: 350–700 N/mm
• Skärkraften, och därmed även den kraft som krävs för bearbetningen, är låg
• Materialet kan bearbetas med finkorniga, obelagda hårdmetallsorter om Si-halten är under 7–8 % – om Si-halten är högre används sorter med PCD-skäregg
• Övereutektiskt Al med högre Si-halt > 12 % är mycket nötande