Concetto di progettazione dei mulini di carburo per l'alluminio

Introduzione

Quando si progettano frese in metallo duro per alluminio, è essenziale considerare in modo completo la selezione dei materiali, la geometria dell'utensile, la tecnologia di rivestimento e i parametri di lavorazione. Questi fattori assicurano una lavorazione efficiente e stabile delle leghe di alluminio, prolungando al contempo la durata dell'utensile.

1. Selezione dei materiali

1.1Substrato in metallo duro:Il carburo di tipo YG (ad esempio, YG6, YG8) è preferito per la sua bassa affinità chimica con le leghe di alluminio, che aiuta a ridurre la formazione di taglienti riportati (BUE).

1.2Leghe di alluminio ad alto contenuto di silicio (8%–12% Si):Si raccomandano utensili rivestiti di diamante o carburo a grana ultrafine non rivestito per prevenire la corrosione dell'utensile indotta dal silicio.

1.3Lavorazione ad alta lucentezza:Per ottenere una finitura superficiale a specchio, si suggeriscono frese in metallo duro ad alta rigidità con lucidatura di precisione dei bordi.

2. Progettazione della geometria dell'utensile

2.1Numero di scanalature:Un design a 3 scanalature è comunemente usato per bilanciare l'efficienza di taglio e l'evacuazione dei trucioli. Per la sgrossatura di leghe di alluminio aerospaziali, è possibile scegliere una fresa a 5 scanalature (ad esempio, Kennametal KOR5) per aumentare la velocità di avanzamento.

2.2Angolo dell'elica:Si raccomanda un ampio angolo dell'elica di 20°–45° per migliorare la scorrevolezza del taglio e ridurre le vibrazioni. Angoli eccessivamente ampi (>35°) possono indebolire la resistenza dei denti, quindi è necessario un equilibrio tra affilatura e rigidità.

2.3Angoli di rastrello e di spoglia:Un angolo di rastrello maggiore (10°–20°) riduce la resistenza al taglio e previene l'adesione dell'alluminio. Gli angoli di spoglia sono generalmente di 10°–15°, regolabili a seconda delle condizioni di taglio, per bilanciare la resistenza all'usura e le prestazioni di taglio.

2.4Progettazione della gola per trucioli:Scanalature a spirale ampie e continue assicurano una rapida evacuazione dei trucioli e minimizzano l'incollaggio.

2.5Preparazione dei bordi:I taglienti devono rimanere affilati per ridurre la forza di taglio e prevenire l'adesione; la smussatura appropriata aumenta la resistenza e previene la scheggiatura dei bordi.

3. Opzioni di rivestimento consigliate

3.1Non rivestito:In molti casi, le frese per alluminio non sono rivestite. Se il rivestimento contiene alluminio, può reagire con il pezzo in lavorazione, causando delaminazione o adesione del rivestimento, con conseguente usura anomala dell'utensile. Le frese non rivestite sono economiche, estremamente affilate e facili da rettificare, il che le rende adatte per produzioni a breve termine, prototipazione o applicazioni con requisiti di finitura superficiale moderati (Ra > 1,6 μm).

3.2Carbonio diamantato (DLC):Il DLC è a base di carbonio, con un aspetto simile all'arcobaleno, che offre un'eccellente resistenza all'usura e proprietà anti-adesione, ideale per la lavorazione dell'alluminio.

3.3Rivestimento TiAlN:Sebbene il TiAlN offra un'eccellente resistenza all'ossidazione e all'usura (durata da 3 a 4 volte superiore rispetto al TiN in acciaio, acciaio inossidabile, titanio e leghe di nichel), generalmente non è raccomandato per l'alluminio perché l'alluminio nel rivestimento può reagire con il pezzo in lavorazione.

3.4Rivestimento AlCrN:Chimicamente stabile, antiaderente e adatto per titanio, rame, alluminio e altri materiali morbidi.

3.5Rivestimento TiAlCrN:Un rivestimento a struttura gradiente con elevata tenacità, durezza e basso attrito. Supera il TiN in termini di prestazioni di taglio ed è adatto per la fresatura dell'alluminio.

Riepilogo:Evitare rivestimenti che contengono alluminio (ad esempio, TiAlN) durante la lavorazione dell'alluminio, poiché accelerano l'usura dell'utensile.

4. Considerazioni chiave

4.1Evacuazione dei trucioli:I trucioli di alluminio tendono ad attaccarsi; sono necessari design delle scanalature ottimizzati (ad esempio, bordi ondulati, ampi angoli di rastrello) per una scorrevole evacuazione.

4.2Metodo di raffreddamento:

4.2.1 Preferire il raffreddamento interno (ad esempio, Kennametal KOR5) per abbassare la temperatura di taglio e lavare via i trucioli.

4.2.2 Utilizzare fluidi da taglio (emulsioni o refrigeranti a base di olio) per ridurre l'attrito e il calore, proteggendo sia l'utensile che il pezzo in lavorazione.

4.2.3 Assicurare un flusso di refrigerante sufficiente per coprire la zona di taglio.

4.3Parametri di lavorazione:

4.3.1Taglio ad alta velocità:Velocità di taglio di 1000–3000 m/min migliorano l'efficienza riducendo al contempo la forza di taglio e il calore.

4.3.2Velocità di avanzamento:L'aumento dell'avanzamento (0,1–0,3 mm/dente) aumenta la produttività, ma è necessario evitare una forza eccessiva.

4.3.3Profondità di taglio:Tipicamente 0,5–2 mm, regolata in base alle esigenze.

4.3.4Design anti-vibrazione:Elica variabile, spaziatura irregolare delle scanalature o strutture a nucleo conico possono sopprimere le vibrazioni (ad esempio, KOR5).

Conclusione

I principi fondamentali di progettazione delle frese in metallo duro per alluminio sono basso attrito, elevata efficienza di evacuazione dei trucioli e prestazioni anti-adesione. I materiali consigliati includono carburo di tipo YG o carburo a grana ultrafine non rivestito. Le geometrie devono bilanciare l'affilatura con la rigidità e i rivestimenti devono evitare composti contenenti alluminio. Per finiture ad alta lucentezza o leghe di alluminio ad alto contenuto di silicio, sono essenziali design ottimizzati dei bordi e delle scanalature. In pratica, le prestazioni possono essere massimizzate combinando parametri di lavorazione appropriati (ad esempio, alta velocità, fresatura in salita) con strategie di raffreddamento efficaci (ad esempio, refrigerante interno).