Механическая обработка алюминиевых сплавов

Когда говорят про механическую обработку алюминиевых сплавов, многие сразу думают о простоте — мягкий же материал, режется легко. Но вот тут и кроется первый подводный камень: легко — не значит без проблем. На деле, если подойти к делу спустя рукава, вместо чистой детали получаешь липкую стружку, налипшую на резец, коробление или невыдерживаемые допуски. И это я ещё не говорю про выбор конкретного сплава — скажем, обрабатывать дюраль Д16Т и силумин АК12 — это две большие разницы, хоть оба алюминиевые. Сам через это проходил, когда настраивал процессы для литых заготовок из цветмета.

Основные сложности и как их обходить

Главная головная боль при механической обработке — стружкодробление. Алюминий, особенно чистый или с низким содержанием кремния, склонен к образованию длинной, вьющейся стружки. Она наматывается на инструмент, портит поверхность, может даже привести к поломке. Решение? Во-первых, геометрия резца. Нужен большой передний угол и острая режущая кромка. Во-вторых, подачи — лучше работать с повышенной подачей на зуб, чтобы стружка ломалась. И охлаждение, обязательно. Но не любое — эмульсия на водной основе часто подходит, но для некоторых сплавов, склонных к коррозии, уже нужно подбирать специальные составы. Здесь, к слову, опыт коллег из ООО Дэян Хунгуан Интеллектуальное Оборудование бывает полезен — они как раз работают с комплексным подходом к литью и прокату цветных металлов, и вопросы последующей мехобработки для них не на последнем месте. На их сайте https://www.dyhgzn.ru можно найти информацию по заготовкам, что уже помогает на старте — понимаешь, с какой структурой металла предстоит иметь дело.

Ещё один момент — вибрация. Из-за низкого модуля упругости алюминиевые детали, особенно тонкостенные или с большим вылетом, легко начинают дрожать. Получается волнообразная поверхность, шероховатость не та. Тут спасает жёсткость системы СПИД (станок-приспособление-инструмент-деталь). Используешь люнеты, поджимаешь по-максимуму, резец — минимальный вылет. Иногда даже скорость резания снижаешь, хотя это кажется парадоксом для алюминия. Но лучше чуть медленнее, чем потом выбросить брак.

И про инструмент. Твёрдый сплав — да, но не любой. Для чистовых операций часто лучше брать алмазный инструмент — PCD пластины. Они долго держат кромку, дают зеркальную поверхность. Но они и дороже. Для черновой обработки подходит обычной твёрдый сплав с износостойким покрытием, например, TiAlN. Но тут важно смотреть на способ крепления пластины — нужно, чтобы стружка хорошо отводилась, иначе опять залипание. Менял пластины раз в 15-20 минут на одной из первых своих работ — пока не подобрал правильную геометрию стружколома.

Влияние состояния поставки материала

Часто проблемы начинаются ещё до того, как включишь станок. Состояние материала — это критично. Например, литая заготовка после ООО Дэян Хунгуан может иметь поверхностный упрочнённый слой или внутренние напряжения от литья. Если начать резать сразу, как попало, деталь поведёт после снятия первого слоя. Поэтому первый проход часто делают более глубоким, чтобы снять этот дефектный слой и выйти на ?здоровый? металл. Или, если заготовка после проката — нужно учитывать направление волокон. Резать поперёк волокон — значит получить худшую шероховатость.

Термообработка сплава — отдельная тема. Закалённые и состаренные сплавы (типа Д16Т) обрабатываются тяжелее, но дают стабильные размеры. А вот в отожжённом состоянии (мягком) они режутся легко, но потом, после механической обработки, если деталь будет подвергаться нагреву, её может повести из-за снятия внутренних напряжений. Приходится иногда делать промежуточный отжиг между черновой и чистовой операциями. Это время, деньги, но без этого — брак.

Был у меня случай с крупной крышкой из силумина. Заготовка была литая, вроде бы качественная. Но после фрезеровки плоскости её начало выгибать ?лодочкой? на несколько миллиметров. Оказалось, в теле отливки были остаточные напряжения. Пришлось возвращаться к поставщику, обсуждать режимы литья и термообработки отливки. Вот тут и важна связка между литейщиком и механиком. Компании, которые, как Дэян Хунгуан Интеллектуальное Оборудование, интегрируют разработку, производство и продажи, в этом плане выгоднее — меньше шанс, что твою проблему сбросят на другого участника цепочки.

Оборудование и оснастка — на что обращать внимание

Не каждый станок хорошо подходит для алюминия. Высокие обороты — да, это важно для получения хорошей поверхности. Но ещё важнее — система подачи СОЖ под высоким давлением. Струйка, которая просто льётся на резец, для алюминия слабовата. Нужно, чтобы она била точно в зону резания и смывала стружку. Иногда ставили дополнительные форсунки, направленные с разных сторон, чтобы вымывать стружку из глубоких пазов.

Приспособления. Поскольку усилие резания не такое большое, как у стали, часто можно использовать вакуумные присоски или даже специальные воски для крепления тонкостенных деталей. Но жёсткость крепления, повторюсь, ключевая. Однажды фрезеровали тонкую пластину, зажали её по периметру — в середине она вибрировала. Добавили подпор снизу по площади на эпоксидную смолу — проблема ушла. Мелочь, а без неё никак.

Система удаления стружки. Кажется, ерунда. Но когда обрабатываешь алюминий в больших объёмах, стружка накапливается быстро. Если конвейер или шнек не справляются, стружка начинает давиться под деталью, ломает инструмент. Приходилось останавливаться, чистить вручную. На современных станках с хорошей системой удаления это реже, но на старом парке — постоянная головная боль.

Конкретные примеры и неудачи

Хочется рассказать про один провал, который многому научил. Делали партию корпусов из алюминиевого сплава АМг6. Черновую обработку прошли нормально, а на чистовой, когда снимали десятые доли миллиметра, пошли риски на поверхности. Долго искали причину — и СОЖ меняли, и режимы. Оказалось, что в материале были мелкие, твёрдые включения (вероятно, интерметаллиды), которые выкрашивали режущую кромку алмазной фрезы. Сменили на фрезу из обычного твёрдого сплава — стало лучше, но стойкость упала. Пришлось вести переговоры с металлургами по поводу чистоты сплава. Это тот случай, когда механическая обработка алюминиевых сплавов упирается в качество исходной заготовки.

А вот удачный пример. Делали теплообменник с большим количеством тонких рёбер. Материал — алюминий. Главная задача — не допустить деформации рёбер при фрезеровке пазов. Сделали специальную оправку, которая поддерживала каждое ребро с боков. Использовали фрезу малого диаметра с большим числом зубьев и подавали СОЖ под давлением через шпиндель прямо к режущей кромке. Получилось хорошо, рёбра остались ровными. Но времени на подготовку и наладку ушло много.

Ещё из практики — обработка литых деталей с кожухом. Часто внутри отливки остаётся песок из формы. Если он попадёт под резец — прощай, кромка. Поэтому первая операция — тщательная мойка заготовки, иногда даже с продувкой сжатым воздухом. Казалось бы, очевидно, но в аврале про это забывают, а потом удивляются, почему инструмент летит.

Мысли вслух о подходе к работе

В итоге, что я вынес для себя? Механическая обработка алюминия — это не базовая операция, а процесс, который начинается с выбора или контроля заготовки. Нужно понимать, с каким именно сплавом работаешь, в каком он состоянии, какие у него особенности. Потом уже подбираешь инструмент, режимы, оснастку. Идеального рецепта нет — то, что сработало на одном сплаве, на другом даст брак.

Сотрудничество с производителями заготовок, которые понимают нужды механообработки, сильно облегчает жизнь. Когда компания, та же ООО Дэян Хунгуан Интеллектуальное Оборудование, позиционирует себя как комплексное высокотехнологичное предприятие, это предполагает, что они могут дать рекомендации по режимам резания для своих сплавов или хотя бы предоставить полные данные о материале. Это ценно.

Главное — не бояться экспериментировать и записывать результаты. Что сработало, что нет. Потому что даже в, казалось бы, простом деле вроде обработки алюминия, мелочей — море. И каждая из них может стать причиной брака или, наоборот, ключом к идеальной детали. А идеал, как известно, недостижим, но стремиться к нему нужно — через практику, ошибки и постоянный анализ.