Ontwerpconcept van carbide eindmolens voor aluminium

Inleiding

Bij het ontwerpen van hardmetalen vingerfrezen voor aluminium is het essentieel om uitgebreid rekening te houden met materiaalkeuze, gereedschapsgeometrie, coatingtechnologie en bewerkingsparameters. Deze factoren zorgen voor efficiënte en stabiele bewerking van aluminiumlegeringen en verlengen tegelijkertijd de standtijd van het gereedschap.

1. Materiaalkeuze

1.1 Hardmetalen Substraat: YG-type hardmetaal (bijv. YG6, YG8) heeft de voorkeur vanwege de lage chemische affiniteit met aluminiumlegeringen, wat helpt bij het verminderen van de vorming van opgebouwde snijkant (BUE).

1.2 Aluminiumlegeringen met hoog siliciumgehalte (8%–12% Si): Gereedschappen met diamantcoating of ongecoat ultrafijnkorrelig hardmetaal worden aanbevolen om door silicium geïnduceerde gereedschapscorrosie te voorkomen.

1.3 Hoogglansbewerking: Hardmetalen vingerfrezen met hoge stijfheid en precisie randpolijsting worden aanbevolen om een spiegelachtige oppervlakteafwerking te bereiken.

2. Gereedschapsgeometrie Ontwerp

2.1 Aantal Snijkanten: Een ontwerp met 3 snijkanten wordt vaak gebruikt om de snij-efficiëntie en de spaanafvoer in evenwicht te brengen. Voor het voorbewerken van aluminiumlegeringen in de lucht- en ruimtevaart kan een vingerfrees met 5 snijkanten (bijv. Kennametal KOR5) worden gekozen om de voeding te verhogen.

2.2 Spiraalhoek: Een grote spiraalhoek van 20°–45° wordt aanbevolen om de snijvlakheid te verbeteren en trillingen te verminderen. Overmatig grote hoeken (>35°) kunnen de tandsterkte verzwakken, dus is een evenwicht tussen scherpte en stijfheid vereist.

2.3 Spaanhoek en Vrijloophoek: Een grotere spaanhoek (10°–20°) verlaagt de snijweerstand en voorkomt aluminiumhechting. Vrijloophoeken zijn over het algemeen 10°–15°, instelbaar afhankelijk van de snijcondities, om slijtvastheid en snijprestaties in evenwicht te brengen.

2.4 Spaanholte Ontwerp: Brede, continue spiraalvormige groeven zorgen voor snelle spaanafvoer en minimaliseren het vastplakken.

2.5 Randvoorbereiding: Snijkanten moeten scherp blijven om de snijkracht te verminderen en hechting te voorkomen; passende afschuining verbetert de sterkte en voorkomt randafbrokkeling.

3. Aanbevolen Coatingopties

3.1 Ongecoat: In veel gevallen zijn aluminium vingerfrezen ongecoat. Als de coating aluminium bevat, kan deze reageren met het werkstuk, waardoor de coating loslaat of hecht, wat leidt tot abnormale gereedschapsslijtage. Ongecoate vingerfrezen zijn kosteneffectief, extreem scherp en gemakkelijk opnieuw te slijpen, waardoor ze geschikt zijn voor kleine series, prototyping of toepassingen met gematigde oppervlakteafwerkingsvereisten (Ra > 1,6 μm).

3.2 Diamond-Like Carbon (DLC): DLC is op koolstof gebaseerd, met een regenboogachtige uitstraling, en biedt uitstekende slijtvastheid en anti-hechtingseigenschappen—ideaal voor aluminiumbewerking.

3.3 TiAlN Coating: Hoewel TiAlN uitstekende oxidatie- en slijtvastheid biedt (3–4 keer langere levensduur dan TiN in staal, roestvrij staal, titanium en nikkel legeringen), wordt het over het algemeen niet aanbevolen voor aluminium omdat het aluminium in de coating kan reageren met het werkstuk.

3.4 AlCrN Coating: Chemisch stabiel, niet-klevend en geschikt voor titanium, koper, aluminium en andere zachte materialen.

3.5 TiAlCrN Coating: Een coating met gradiëntstructuur met hoge taaiheid, hardheid en lage wrijving. Het presteert beter dan TiN in snijprestaties en is geschikt voor het frezen van aluminium.

Samenvatting: Vermijd coatings die aluminium bevatten (bijv. TiAlN) bij het bewerken van aluminium, omdat deze de gereedschapsslijtage versnellen.

4. Belangrijke Overwegingen

4.1 Spaanafvoer: Aluminiumspanen hebben de neiging om te plakken; geoptimaliseerde groefontwerpen (bijv. golvende randen, grote spaanhoeken) zijn vereist voor een soepele afvoer.

4.2 Koelmethode:

4.2.1 Geef de voorkeur aan interne koeling (bijv. Kennametal KOR5) om de snijtemperatuur te verlagen en spanen weg te spoelen.

4.2.2 Gebruik snijvloeistoffen (emulsies of oliegebaseerde koelmiddelen) om wrijving en warmte te verminderen, waardoor zowel gereedschap als werkstuk worden beschermd.

4.2.3 Zorg voor voldoende koelmiddelstroom om de snijzone te bedekken.

4.3 Bewerkingsparameters:

4.3.1 Hoge-snelheidssnijden: Snijsnelheden van 1000–3000 m/min verbeteren de efficiëntie en verminderen tegelijkertijd de snijkracht en warmte.

4.3.2 Voeding: Het verhogen van de voeding (0,1–0,3 mm/tand) verhoogt de productiviteit, maar overmatige kracht moet worden vermeden.

4.3.3 Snijdiepte: Meestal 0,5–2 mm, aangepast per vereisten.

4.3.4 Anti-Trilling Ontwerp: Variabele spiraal, ongelijke groefafstand of taps toelopende kernstructuren kunnen getril onderdrukken (bijv. KOR5).

Conclusie

De belangrijkste ontwerpprincipes van hardmetalen vingerfrezen voor aluminium zijn lage wrijving, hoge spaanafvoerefficiëntie en anti-hechting prestaties. Aanbevolen materialen zijn onder meer hardmetaal van het YG-type of ongecoat ultrafijnkorrelig hardmetaal. Geometrieën moeten scherpte in evenwicht brengen met stijfheid, en coatings moeten aluminiumhoudende verbindingen vermijden. Voor hoogglansafwerkingen of aluminiumlegeringen met een hoog siliciumgehalte zijn geoptimaliseerde rand- en groefontwerpen essentieel. In de praktijk kan de prestatie worden gemaximaliseerd door geschikte bewerkingsparameters (bijv. hoge snelheid, klimfrezen) te combineren met effectieve koelstrategieën (bijv. interne koeling).