Problematyczna obróbka aluminium

573

Obszar i możliwości zastosowań aluminium, a właściwie jego stopów, z roku na rok rośnie. Czyste aluminium, czyli glin charakteryzuje się niskimi parametrami wytrzymałościowymi. Inaczej jest w przypadku jego stopów. Te coraz częściej wykorzystywane są jako materiał konstrukcyjny, jako kompozyt w budowie maszyn, konstrukcjach budowlanych (aluminiowe fasady wieżowców), przemyśle komunikacyjnym (lotnictwo, motoryzacja, kolej).

Przykładem zastosowania jest słynny, największy samolot pasażerki Airbus A380. Zbudowany jest w 61% ze stopów aluminium, a właściwie stopu duraluminium, czyli stopu glinku cynku, miedzi i manganu. Z uwagi na niższy ciężar właściwy niż ma stal, zyskał on popularność jako materiał konstrukcyjny. Co więcej, stopy aluminium charakteryzują się wyższą odpornością na korozję oraz wyjątkową wytrzymałością mechaniczną.

Skrawanie — mechaniczna obróbka aluminium

Aluminium, jak każdy inny metal, poddaje się obróbce mechanicznej. Stopy aluminium poddawane są obróbce skrawaniem, zwanej również obróbką wiórową. Zaletą stopów aluminium jest ich dobra skrawalność co przełożyło się na wzrost popularności aluminium jako materiału konstrukcyjnego. Wyjątek stanowią siluminy czyli stopy glinu zawierające krzem powyżej 12%, wysoka zawartość wydzieleń krzemu powoduje zwiększone zużycie narzędzi skrawających[3].

Problemem w obróbce aluminium może być wyższy liniowy współczynnik rozszerzalności termicznej. Jest on dwukrotnie wyższy niż w przypadku stali. Wartość ta wymaga zastosowania odpowiednio wydajnego układu chłodzenia [1]. Kolejnym utrudnieniem związanym z obróbką aluminium jest gromadzenie i usuwanie treści wiórowej. Szczególnie problematyczne jest to w procesie toczenia i wiercenia, gdzie powstają długie wióry aluminiowe, kształtem przypominające wstęgi, które mają skłonność oplatać się wokół narzędzia skrawającego, blokując go. Inny rodzaj wiórów uzyskamy we frezarkach, gdzie z uwagi na krótki i cykliczny czas pracy powstają wióry krótsze i drobniejsze.

W przypadku mniej zautomatyzowanych procesów obróbczych ręczne usuwanie nadmiaru nagromadzonego ubytku pozwala na ochronę narzędzia skrawającego. W procesach techniki CNC, gdzie ręczna ingerencja operatora jest mocno ograniczona, zazwyczaj stosuje się układ chłodzenia połączony z systemem spłukiwania wiórów.

Projektowanie techniki obróbczej, ma na celu, nie tylko uzyskanie pożądanego kształtu z materiału, ale i obliczenie najkorzystniejszych parametrów technologicznych procesu (m.in. prędkość obrotową, kąt obróbki, kształt i wymiary ostrza), które pozwolą wytwarzać wióry najłatwiejsze do odprowadzania z pola pracy [2].

Problemy i rozwiązania tłoczenia chłodziwa

Poza parametrami obróbki technicznej bardzo ważnym elementem jest zastosowanie odpowiedniej cieczy chłodzącej, która będzie podawana pod zadanym ciśnieniem roboczym powyżej 5-7 MPa, a także zastosowanie odpowiednich dyszy, które umożliwią nie tylko efektywne odprowadzanie wiórów z pola pracy, ale i wstępne ich kruszenie i rozdzielanie ubytku. Co jest szczególnie istotne w procesie recyrkulacji chłodziwa. Zadaniem chłodziwa nie jest tylko odprowadzanie ciepła z powierzchni obrabianej i narzędzia skrawającego oraz treści wiórowej. Jego zadaniem jest również eliminacja zjawiska narostu w pobliżu krawędzi ostrza, które znacząco zmniejsza jakość wykonanej obróbki. Zanieczyszczone wiórami chłodziwo pompowane jest do specjalnego separatora lub filtra.

Projekt instalacji tłoczącej zabrudzone chłodziwo zależy od rodzaju wiórów, które powstają podczas skrawania aluminium. Podczas procesów toczenia i wiercenia powstają długie aluminiowe wióry, które są problematyczne dla typowej pompy odśrodkowej. W standardowych rozwiązaniach cyrkulacji chłodziwa stosuje się urządzenia tnące i rozdrabniające długie wióry. Te są zaś rozdrabniają pozostałości po skrawaniu do wielkości, która pozwala na ich tłoczenie przez pompę. By wyeliminować potrzebę stosowania dodatkowego urządzenia rozdrabniającego wióry, zaprojektowano pompę odśrodkową wyposażoną na wlocie w specjalny układ tnący. Rozdrabnia on wióry u wlotu pompy do poziomu nieszkodliwego dla części hydraulicznej urządzenia pompującego. Rozwiązanie to może być szczególnie interesujące przy projektowaniu nowych instalacji skrawania aluminium i cyrkulacji zanieczyszczonego chłodziwa, w których kładzie się nacisk na eliminację zbędnych urządzeń w układzie.

Autor:  Ewelina Freilich – EKOPOMP
Zdjęcia: Pixabay.com

J. Kuszmaszewski, K. Zaleski, Obróbka Skrawaniem stopów aluminium i magnezu, Politechnika Lubelska, Lublin 2015.
R. Kuryjański, Obróbka skrawaniem i obrabiarki, Politechnika Warszawska, Warszawa 2011.
P. Pieśko , I. Zagórski, Analiza porównawcza metod frezowania HSM, HPC oraz frezowania konwencjonalnego wysokokrzemowych stopów aluminium, Politechnika Lubelska, 2011.