Bewerken van aluminium

Aluminium laat zich over het algemeen gemakkelijker verspanen dan staal, omdat het veel zachter is. Bij het verspanen van aluminium is, ten opzichte van staal met een vergelijkbare sterkte, ongeveer 2 tot 3 keer minder vermogen nodig. Gereedschappen voor het verspanen van aluminium hebben een andere geometrie dan die van staal. Het gereedschap moet scherper zijn en de spaanhoek veel groter. Wanneer er een coating wordt gebruikt, moet deze lage wrijvingseigenschappen hebben.

Aluminium kan het beste in harde of koud verstevigde toestand verspaand worden, omdat dan de minste problemen ontstaan met het breken van de spanen. In onbehandelde of zachte toestand ontstaan vrijwel altijd problemen met het breken van de spanen en/of het „kleven‟ op de snijkanten (opbouwsnijkant), wat een (zeer) slechte oppervlaktekwaliteit tot gevolg kan hebben. Deze problemen zijn vaak moeilijk te overwinnen of te beheersen.

Vooral AlSi-legeringen zijn bijzonder gevoelig voor vorming van een opbouwsnijkant. Vanaf 5% silicium moet al met het ontstaan van een opbouwsnijkant rekening worden gehouden. Het meest gevoelig zijn legering met 8 tot 12% silicium. Bij een groter aandeel silicium vermindert de neiging tot vorming van een opbouwsnijkant en bij circa 22% silicium is deze neiging geheel verdwenen.
De ontwerper moet dus de juiste aluminium-legering kiezen om een goed verspaanbaar product te produceren.

Machines
Om problemen zoals het moeilijk breken van spanen en opbouwsnijkanten te overwinnen dienen snelheden veel hoger te liggen dan gebruikelijk bij staal. Dit vraagt een vrij groot vermogen, een hoog toerenbereik en grote voedingssnelheden van de toe te passen machine.

Snijmaterialen
Snijmaterialen moeten hard, slijtvast en taai zijn. Voor het verspanen van aluminium worden hoofdzakelijk drie soorten snijmaterialen gebruikt:

  • Snelstaal HSS
  • Hardmetaal HM
  • Keramische snijmaterialen

Er zijn diverse verspanende bewerkingen met aluminium mogelijk. Welke bewerking is goed voor welk eindresultaat?
Hieronder staan de diverse mogelijkheden om aluminium te verspanen:

  • Draaien
  • Fezen
  • Boren
  • Slijpen
  • Tappen
  • Ruimen
  • Kotteren

Draaien
Draaien is een van de belangrijkste bewerkingshandelingen voor het verwijderen van materiaal door een snijgereedschap. Met draaien is het mogelijk draaiende stukken te realiseren d.m.v. een snijgereedschap met één enkele snijkant.
Algemeen geldt dat aluminium alleen in geharde of koud verstevigde toestand gedraaid moet worden. Veel legeringen kunnen zonder koelsmeermiddel worden gedraaid. Dit geldt niet voor legeringen met een hoog siliciumgehalte. Legeringen in een zachte toestand (code O of W) dienen verspaand te worden door een gereedschap met scherpe snijkanten. Het is verstandig te kiezen voor hardmetalen gereedschappen met een spaanhoek () van 10 tot 20.


Draaien van aluminium

De spaanhoek wordt bepaald door het siliciumgehalte. Om het opbouwen van een valse snijkant tegen te gaan, moet een lagere snijsnelheid dan 100m/min worden vermeden. Een goede spaanafvoer is belangrijk.

Frezen
Frezen is een van de meest gebruikte bewerkingsprocessen in de industrie. Er kunnen veel verschillende vormen worden gecreëerd omdat het snijgereedschap uit verschillende snijkanten bestaat, die aan een draaibeweging en toevoerbeweging worden onderworpen.
De spaanvorm bij het frezen is gunstig, omdat de spanen in de spaankamers van de frees sterk worden gebogen en daardoor meervoudig breken. Wel verdient het spaanlossend vermogen van de frees bijzondere aandacht. Opbouwsnijkanten bemoeilijken het spaanlossend vermogen. In zachte en onbehandelde toestand zijn grote spaanhoeken, zeer scherpe snijkanten en soms ook smering vereist. Bij een legering met een siliciumpercentage hoger dan 10% is een emulsie noodzakelijk.
Een volle straal emulsie op het verspanend gereedschap veroorzaakt grote thermische schokken, waardoor scheurtjes kunnen ontstaan in de snijplaatjes. Dit kan de standtijd van de frees sterk bekorten. Droog verspanen of gebruik maken van een gedoseerde hoeveelheid snijolie verdient aanbeveling.

Boren
Boren is een van de belangrijkste axiale bewerkingen waarbij materiaal met snijgereedschap wordt verwijderd. Er kan een cilindrisch gat in een blok materiaal worden gemaakt met een boor, die wordt onderworpen aan een draaibeweging rond de aslijn en een toevoerbeweging langs de aslijn. Het grootste probleem is de spanen uit het snijgebied afvoeren, in dit geval uit het gat. Dit probleem is te verhelpen door smeermiddel te sprayen of door het midden van het gereedschap (onder druk) aan te brengen.
Boren is ten opzichte van draaien en frezen een ongunstig proces. Een afwijkende gatmaat en een slechte oppervlaktekwaliteit zijn veel voorkomende problemen.
De geometrie van een boor voor aluminium is wezenlijk anders dan die voor staal of kunststof.
Hoe harder het aluminium is, hoe beter de oppervlaktekwaliteit wordt. Een goed smerende en koelende emulsie of snijolie verbetert de oppervlaktekwaliteit aanzienlijk.
Een goed smerend koelsmeermiddel heeft een gunstige invloed op de wrijving en de spaanafvoer. Bij diepere gaten (>3xDiameter) is toevoer door inwendige koelkanalen, direct naar de boorpunt, noodzakelijk om een goede spaanafvoer en kwaliteit te verkrijgen. Als de kwaliteit van de gaten niet belangrijk is kan droog geboord worden, mits de spanen voldoende vaak worden gelost.

Slijpen
Slijpen is een verspaningstechniek waarbij materiaal wordt afgenomen met behulp van gereedschap dat voorzien is van zeer veel snijkanten zonder vastgelegde vorm. Er zijn allerlei methoden om te slijpen, zoals schuurbandslijpen en honen.

Tappen
Draadtappen is een bewerking die naast het boren of ruimen kan worden uitgevoerd om een schroefdraad in een gat voor montagedoeleinden te creëren.
Ondanks het feit dat de vorm van voorbewerkte delen de eindvorm steeds dichter benadert (bijna eindvorm) door het smeden, gieten, etc. blijft boren, ruimen en draadtappen nog altijd nodig. Dit zijn vaak de laatste bewerkingen die worden uitgevoerd. Draadtappen is daarbij essentieel omdat het op waardevolle delen wordt uitgevoerd die tienduizenden euro's waard kunnen zijn (aan ruw materiaal én voorbewerking). Daarom is de productiviteit niet zo belangrijk als bij andere typen bewerkingen, de nadruk ligt op procesbetrouwbaarheid.

Ruimen
Ruimen is een bewerking waarbij er een gat wordt bewerkt dat al is voorgeboord. Dit is een bewerking waarvan men een bepaalde kwaliteit t.a.v. van dimensie en geometrie en een glad oppervlakte verwacht te bereiken. Dit is waarom de nadruk minder op productiviteit ligt, zoals bij andere bewerkingen, maar meer op kwaliteit, procesbetrouwbaarheid en repeteerbaarheid van resultaten.

Kotteren
Kotteren is een verspaningstechniek. Het is een vorm van draaien waarbij het product stilstaat en het gereedschap draait. Het kottergereedschap is excentrisch bevestigd op de draaiende as, waardoor het een cirkelbeweging beschrijft met de beitel naar buiten. Er zijn twee vormen van kotteren: het langskotteren, waarbij de cirkel die het gereedschap beschrijft hetzelfde blijft en het gereedschap steeds verder een bestaand gat wordt ingevoerd en het vlakkotteren, waarbij het gereedschap steeds verder naar buiten gedrukt wordt en niet richting het werkstuk, waardoor een steeds groter rond vlak wordt gemaakt.