Konzeption von Karbid-Endmühlen für Aluminium

Einleitung

Bei der Konstruktion von Hartmetall-Schaftfräsern für Aluminium ist es unerlässlich, die Materialauswahl, die Werkzeuggeometrie, die Beschichtungstechnologie und die Bearbeitungsparameter umfassend zu berücksichtigen. Diese Faktoren gewährleisten eine effiziente und stabile Bearbeitung von Aluminiumlegierungen und verlängern gleichzeitig die Werkzeugstandzeit.

1. Materialauswahl

1.1Hartmetall-Substrat:YG-Hartmetall (z. B. YG6, YG8) wird aufgrund seiner geringen chemischen Affinität zu Aluminiumlegierungen bevorzugt, was dazu beiträgt, die Bildung von Aufbauschneiden (BUE) zu reduzieren.

1.2Hochsilizium-Aluminiumlegierungen (8 %–12 % Si):Diamantbeschichtete Werkzeuge oder unbeschichtetes, feinstkörniges Hartmetall werden empfohlen, um siliziuminduzierte Werkzeugkorrosion zu verhindern.

1.3Hochglanzbearbeitung:Hartmetall-Schaftfräser mit hoher Steifigkeit und präziser Kantenpolitur werden empfohlen, um eine spiegelähnliche Oberflächengüte zu erzielen.

2. Werkzeuggeometrie-Design

2.1Anzahl der Schneiden:Ein 3-Schneiden-Design wird üblicherweise verwendet, um die Schneideffizienz und die Spanabfuhr auszugleichen. Für die Schruppbearbeitung von Luft- und Raumfahrt-Aluminiumlegierungen kann ein 5-Schneiden-Schaftfräser (z. B. Kennametal KOR5) gewählt werden, um den Vorschub zu erhöhen.

2.2Drallwinkel:Ein großer Drallwinkel von 20°–45° wird empfohlen, um die Schnittglätte zu verbessern und Vibrationen zu reduzieren. Übermäßig große Winkel (>35°) können die Zahnfestigkeit schwächen, daher ist ein Gleichgewicht zwischen Schärfe und Steifigkeit erforderlich.

2.3Span- und Freiwinkel:Ein größerer Spanwinkel (10°–20°) verringert den Schnittwiderstand und verhindert das Anhaften von Aluminium. Freiwinkel betragen im Allgemeinen 10°–15° und sind je nach Schnittbedingungen einstellbar, um Verschleißfestigkeit und Schneidleistung auszugleichen.

2.4Spanraum-Design:Breite, durchgehende Spiralnuten gewährleisten eine schnelle Spanabfuhr und minimieren das Anhaften.

2.5Kantenvorbereitung:Schneidkanten müssen scharf bleiben, um die Schnittkraft zu reduzieren und das Anhaften zu verhindern; eine geeignete Fase erhöht die Festigkeit und verhindert Kantenausbrüche.

3. Empfohlene Beschichtungsoptionen

3.1Unbeschichtet:In vielen Fällen sind Aluminium-Schaftfräser unbeschichtet. Wenn die Beschichtung Aluminium enthält, kann sie mit dem Werkstück reagieren, was zu einer Ablösung oder Anhaftung der Beschichtung führt und zu einem anormalen Werkzeugverschleiß führt. Unbeschichtete Schaftfräser sind kostengünstig, extrem scharf und leicht nachzuschleifen, wodurch sie sich für Kleinserienfertigung, Prototypenbau oder Anwendungen mit moderaten Anforderungen an die Oberflächengüte (Ra > 1,6 μm) eignen.

3.2Diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC):DLC ist kohlenstoffbasiert, mit einem regenbogenartigen Aussehen, und bietet eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Antihaft-Eigenschaften—ideal für die Aluminiumbearbeitung.

3.3TiAlN-Beschichtung:Obwohl TiAlN eine ausgezeichnete Oxidations- und Verschleißfestigkeit bietet (3–4 mal längere Standzeit als TiN in Stahl-, Edelstahl-, Titan- und Nickellegierungen), wird es im Allgemeinen nicht für Aluminium empfohlen, da das Aluminium in der Beschichtung mit dem Werkstück reagieren kann.

3.4AlCrN-Beschichtung:Chemisch stabil, nicht haftend und geeignet für Titan, Kupfer, Aluminium und andere weiche Materialien.

3.5TiAlCrN-Beschichtung:Eine Gradientenstruktur-Beschichtung mit hoher Zähigkeit, Härte und geringer Reibung. Sie übertrifft TiN in Bezug auf die Schneidleistung und eignet sich zum Fräsen von Aluminium.

Zusammenfassung:Vermeiden Sie Beschichtungen, die Aluminium enthalten (z. B. TiAlN), wenn Sie Aluminium bearbeiten, da diese den Werkzeugverschleiß beschleunigen.

4. Wichtige Überlegungen

4.1Spanabfuhr:Aluminiumspäne neigen zum Anhaften; optimierte Nutendesigns (z. B. Wellenkanten, große Spanwinkel) sind für eine reibungslose Abfuhr erforderlich.

4.2Kühlmethode:

4.2.1 Bevorzugen Sie Innenkühlung (z. B. Kennametal KOR5), um die Schnitttemperatur zu senken und Späne wegzuspülen.

4.2.2 Verwenden Sie Kühlschmierstoffe (Emulsionen oder Ölkühlmittel), um Reibung und Wärme zu reduzieren und sowohl Werkzeug als auch Werkstück zu schützen.

4.2.3 Stellen Sie einen ausreichenden Kühlmittelstrom sicher, um die Schnittzone abzudecken.

4.3Bearbeitungsparameter:

4.3.1Hochgeschwindigkeitszerspanung:Schnittgeschwindigkeiten von 1000–3000 m/min verbessern die Effizienz und reduzieren gleichzeitig die Schnittkraft und die Wärme.

4.3.2Vorschub:Die Erhöhung des Vorschubs (0,1–0,3 mm/Zahn) steigert die Produktivität, aber übermäßige Kräfte müssen vermieden werden.

4.3.3Schnitttiefe:Typischerweise 0,5–2 mm, je nach Bedarf angepasst.

4.3.4Anti-Vibrations-Design:Variable Drallwinkel, ungleiche Nutenteilung oder konische Kernstrukturen können Rattern unterdrücken (z. B. KOR5).

Fazit

Die wichtigsten Konstruktionsprinzipien von Hartmetall-Schaftfräsern für Aluminium sind geringe Reibung, hohe Spanabfuhr-Effizienz und Antihaft-Eigenschaften. Empfohlene Materialien sind YG-Hartmetall oder unbeschichtetes, feinstkörniges Hartmetall. Geometrien müssen Schärfe und Steifigkeit in Einklang bringen, und Beschichtungen sollten aluminiumhaltige Verbindungen vermeiden. Für Hochglanzoberflächen oder Aluminiumlegierungen mit hohem Siliziumgehalt sind optimierte Kanten- und Nutendesigns unerlässlich. In der Praxis kann die Leistung durch die Kombination geeigneter Bearbeitungsparameter (z. B. Hochgeschwindigkeits-, Gleichlauffräsen) mit effektiven Kühlstrategien (z. B. Innenkühlung) maximiert werden.