Обработка резанием алюминия и алюминиевых сплавов

Состав алюминия и обработка резанием

Алюминиевые сплавы в целом хорошо поддаются обработке резанием. В отличие от чистого алюминия алюминиевые сплавы имеют сложную металлургическую структуру. Именно это дает им преимущества при механической обработке по сравнению с нелегированным алюминием.

Различные компоненты, которые входят в состав алюминиевых сплавов, оказывают важное влияние на характеристики, которые обеспечивают их отношение к обработке резанием. Неабразивные компоненты сплавов оказывают положительное влияние, а нерастворимые абразивные компоненты оказывают вредное влияние на срок службы режущего инструмента и качество обработанной поверхности. Компоненты, которые являются нерастворимыми, но мягкими и неабразивными могут быть полезными для механической обработки, так как они способствуют ломке стружки. Такие компоненты специально добавляют, например, в алюминиевые сплавы для автоматической обработки резанием на высокоскоростных механообрабатывающих станках.

В общем случае, более мягкие алюминиевые сплавы и, в меньшей степени, некоторые высокопрочные алюминиевые сплавы склонны к образованию налипания металла на режущей кромке инструмента. Это налипание состоит из алюминиевых частиц, которые расплавились и приварились к режущей кромке инструмента.

Особенности алюминиево-кремниевых сплавов

Налипание на режущую кромку может быть приведено к минимуму путем применения эффективных охлаждающесмазочных жидкостей и за счет применения высококачественных инструментов. Сплавы, которые содержат более 10 % кремния – это литейные сплавы, являются самыми трудными для обработки резанием, так как твердые частицы свободного кремния вызывают быстрый износ режущего инструмента. На сплавах, которые содержат больше 5 % кремния, нельзя получить блестящую обработанную поверхность, которая бывает на других высокопрочных алюминиевых сплавах. В этих сплавах стружка отходит от детали в основном за счет отрыва, а не среза. Обычно при обработке таких сплавов применяют специальные меры, чтобы предотвратить налипание алюминия на режущие кромки.

Классификация алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы подразделяются на:

  • литейные сплавы и
  • деформируемые сплавы.

Среди литейных и деформируемых сплавов различают:

  • термически упрочняемые сплавы;
  • термически неупрочняемые сплавы.

Термически неупрочняемые дефорируемые сплавы обычно рассматриваются как

  • деформационно упрочняемые сплавы (или нагартовываемые сплавы).

Литейные сплавы

Литейные сплавы, которые включают в качестве основных легирующих элементов  медь, магний или цинк не вызывают особых проблем при их обработке резанием. Обычно для этих сплавов применяют режущие инструменты с малым передним углом при минимуме проблем с образованием заусенцев на детали или налипания металла на режущую кромку.

Алюминиевые сплавы с кремнием в качестве основного легирующего элемента требуют режущий инструмент с увеличенным передним углом. Эти сплавы лучше обрабатывать на низких скоростях и с малой подачей.

Деформируемые сплавы

Большинство деформируемых алюминиевых сплавов хорошо поддаются обработке резанием. Некоторые из них хорошо подходят для многооперационной обработки.

Деформационно упрочняемые сплавы

Деформационно упрочняемые сплавы, включая технически чистый алюминий, не содержат легирующих элементов, которые бы делали их термически упрочняемыми. Однако эти сплавы способны повышать свои прочностные свойства, если их подвергают холодной пластической деформации. При механической обработке эти сплавы образуют длинную стружку. Поэтому режущий инструмент должен иметь конструкцию, которая обеспечивает отведение стружки от обрабатываемой детали, чтобы не повредить ее поверхность. Обычно это достигается увеличенным задним и боковым углами.  Особенность этой стружки заключается в том, что она получает значительное деформационное упрочнение и поэтому обладает повышенной твердостью.

Эти сплавы хорошо поддаются механической обработке, но требуют хорошо заточенного инструмента, так как являются довольно вязкими. Способность к механической обработке повышается с увеличением степени нагартовки. Поэтому для максимально нагартованных сплавов легче получить хорошее качество обработанной поверхности, чем для сплавов в более «мягких» состояниях, например, после отжига.

Термически упрочняемые сплавы

Большинство сплавов из этой группы содержат достаточно большое количество легирующих элементов, таких как медь, кремний, магний и цинк. Эти сплавы могут механически обрабатываться с хорошим качеством поверхности как с охлаждающей жидкостью, так и без нее. Вместе с тем, применение охлаждающих жидкостей рекомендуется в большинстве случаев. Стружка в большинстве имеет вид длинных скрученных завитков, кроме специальных сплавов для автоматической обработки резанием, которые содержат специальные добавки для ломки стружки.

Термически упрочняемые сплавы лучше поддаются обработке резанием в термически упрочненных состояниях, чем в более «мягких» состояниях, таких как отожженное состояние.

Группирование сплавов по обработке резанием

Для удобства выбора подходящего режущего инструмента все алюминиевые сплавы подразделяют на пять групп: A, B, C, D и E в порядке возрастания длины стружки и в обратном порядке по качеству обработанной резанием поверхности. Примеры алюминиевых сплавов для каждой группы и типичная форма стружки для них показана на рисунке.

Рисунок – Типичный вид стружки для различных групп сплавов по отношению к обработке резанием.
Вся стружка была получена при резании с передним углом 20º и глубиной резания 2,5 мм
(остальные параметры – см. таблицу ниже) [1].

Источник:

  1. Machining of Aluminum and Aluminium Alloys, ASM Handbook, Volume 16: Machining, 1989.