Wysokowytrzymałe stopy aluminium serii 2xxx i 7xxx łączą w sobie niską gęstość z trudnościami w obróbce skrawaniem: odkształcenia termiczne, przywieranie, osadzanie się wiórów, utwardzanie przez zgniatanie, ciepło powstające podczas cięcia oraz szybkie zużycie narzędzi. Niniejszy przewodnik obejmuje wybór narzędzi z węglika spiekanego i powłoką DLC, kąty natarcia, luzu i nachylenia, granice zużycia, cięcie z dużą prędkością, dobór posuwu, chłodzenie oraz obróbkę starzeniową. W tabelach przedstawiono przykładowe parametry dla frezowania szybkiego, frezowania czołowego, frezów kulistych oraz stopu 7055, zachowując przy tym gatunki narzędzi, średnice, prędkości obrotowe, posuwy i głębokości skrawania podane w źródle. Dwie nietypowe wartości źródłowe pozostają widoczne i zostały oznaczone do weryfikacji, zamiast być po cichu skorygowane.
W niniejszym opracowaniu stopy aluminium o wysokiej wytrzymałości definiuje się ogólnie jako stopy o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 480 MPa. Są to przede wszystkim stopy Al-Cu-Mg oraz Al-Zn-Mg-Cu: seria duraluminiowa 2xxx oraz seria stopów o ultra wysokiej wytrzymałości 7xxx. Pierwsza z nich charakteryzuje się nieco niższą wytrzymałością statyczną, ale wyższą temperaturą eksploatacyjną. Właściwości tych stopów różnią się znacznie w zależności od składu, sposobu topienia i krzepnięcia, obróbki oraz obróbki cieplnej.
Postępy w dziedzinie projektowania stopów, obróbki cieplnej i kontroli mikrostruktury stopniowo przyczyniły się do wzrostu właściwości użytkowych. Wytrzymałość stopów piątej generacji o ultra wysokiej wytrzymałości, znajdujących zastosowanie w inżynierii, wzrosła z około 600 MPa do około 750–800 MPa, a niektóre materiały badawcze osiągają wytrzymałość przekraczającą 800 MPa.
Wytrzymałość laboratoryjna przekroczyła 1 GPa. W badaniu opublikowanym w 2026 r. wykorzystano silne odkształcenie plastyczne poprzez skręcanie pod wysokim ciśnieniem w celu zmniejszenia wielkości ziaren stopu A2024 do około 130 nm. Wyniki mikroprawdań wykazały wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą około 1 010 MPa, granicę plastyczności 820 MPa (0,2%) oraz wydłużenie przy zerwaniu wynoszące około 13%. Wskazuje to, że zaawansowana kontrola mikrostruktury może zapewnić konwencjonalnym stopom o wysokiej wytrzymałości potencjał osiągnięcia wartości 1 GPa.
Wyniki te opierają się głównie na specjalnych procesach i próbkach w skali mikro i znacznie różnią się od właściwości przemysłowych blach, odkuwek i profili wytłaczanych. W przypadku stopów stosowanych w inżynierii praktycznej zakres 750–800 MPa pozostaje bardziej reprezentatywnym przedziałem wytrzymałości ultrawysokiej; wartości powyżej 1 GPa wskazują kierunek zaawansowanych badań eksperymentalnych.
Dzięki niskiej gęstości, wysokiej wytrzymałości, dobrej obrabialności oraz dobrej spawalności stopy te odgrywają ważną rolę w przemyśle lotniczym, morskim i cywilnym. Stop z serii 7xxx o numerze 7055 łączy w sobie wysoką wytrzymałość właściwą, niską gęstość, spawalność oraz plastyczną formowalność i jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym i morskim.
| Czynnik podlegający kontroli | Zalecane praktyki |
|---|---|
| Materiał narzędzia | Należy wybrać materiały łączące w sobie twardość, wytrzymałość, odporność na pękanie, odporność na zużycie, odporność na utlenianie oraz właściwości zapobiegające przywieraniu, takie jak węglik CoroMill 290, ZCC Cutting Tools KMG407 lub narzędzie pokryte powłoką DLC. |
| Projektowanie narzędzi i geometria |
|
| Warunki cięcia |
|
| Płyn do cięcia i chłodzenie |
|
| Obróbka cieplna detali | Starzenie T6, starzenie T6I4 oraz starzenie wsteczne mogą wpływać na właściwości obróbki. |
Uwaga: Powyższe parametry stanowią zalecenia firmy ZCC Cutting Tools.
Stopów aluminium o wysokiej wytrzymałości obrabia się głównie metodą frezowania.
| Narzędzie | Gatunek | v (m/min) | fz (mm), geometria LH | ae (mm) |
|---|---|---|---|---|
| Frez do obróbki barków | YD101 | 300 | 0.08–0.4 | ≤0,5 D |
| YD201 | 300 | 0.08–0.4 | ≤0,5 D |
Uwaga: D to średnica narzędzia; LH to geometria łamacza wiórów.
| Klasa narzędziowa | Średnica narzędzia D (mm) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AL-2E | Prędkość (obr./min) | 40,000 | 32,000 | 21,000 | 16,000 | 13,000 | 10,600 | 8,000 | 6,500 | 5,300 | 4,600 | 4,000 | 3,500 | 3,200 |
| Prędkość posuwu (mm/min) | 500 | 750 | 1,100 | 1,250 | 1,100 | 1,000 | 1,100 | 1,250 | 1,300 | 1,350 | 1,350 | 1,350 | 1,350 | |
| Maksymalna głębokość cięcia | Frezowanie boczne: ae = 0,1D, ap = 1,5D; rowkowanie: ae = 1D, ap = 0,5 D. | |||||||||||||
| AL-3W | Prędkość (obr./min) | — | — | — | — | — | 10,600 | 8,000 | 6,500 | 5,300 | 4,600 | 4,000 | 3,500 | 3,200 |
| Prędkość posuwu (mm/min) | — | — | — | — | — | 1,900 | 1,900 | 1,850 | 1,700 | 1,650 | 1,600 | 1,550 | 1,500 | |
| Maksymalna głębokość cięcia | Frezowanie boczne: ae = 0,25 D, ap = 1,5D; rowkowanie: ae = 1D, ap = 1D. | |||||||||||||
Uwagi: Oto zalecenia firmy ZCC Cutting Tools dotyczące frezowania bocznego. Do frezowania rowków należy stosować narzędzia 50%–70% przy podanych prędkościach obrotowych oraz 40%–60% przy podanych posuwach.
| Klasa narzędziowa | Średnica narzędzia D (mm) | φ2 | φ3 | φ4 | φ5 | φ6 | φ8 | φ10 | φ12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AL-2B | Prędkość (obr./min) | 40,000 | 26,500 | 20,000 | 16,000 | 13,000 | 10,000 | 8,000 | 6,600 |
| Prędkość posuwu (mm/min) | 2,000 | 1,950 | 1,950 | 1,950 | 2,000 | 2,450 | 2,200 | 2,050 | |
| Maksymalna głębokość cięcia | ae = 0,2D, ap = 0,1D. | ||||||||
Uwaga: Parametry te stanowią zalecenia firmy ZCC Cutting Tools.
| Freza | Obrabiany element | Materiał narzędzia | v (m/min) | af (mm/ząb) | ap (mm) | γ0 (°) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Szybkoobrotowy frez trójostrzowy | 7055 | KMG407 | 5 | 0.08 | 2 | 0–5 |
Udostępnij swój rysunek, materiał, docelową tolerancję lub pytanie dotyczące zastosowania. Nasz zespół inżynierów może pomóc w przeanalizowaniu trasy obróbki i zasugerować praktyczny następny krok.
Studia przypadków / Projekty
Kompozyty epoksydowo-szklane powodują ścieranie krawędzi tnących, słabo odprowadzają ciepło oraz mogą ulegać rozwarstwieniu, odpryskiwać lub wytwarzać duże ilości pyłu podczas toczenia. Geometria narzędzia decyduje o...
Przeczytaj artykułStudia przypadków / Projekty
W procesie szybkiego prototypowania stosuje się różne metody w przypadku elementów niemetalowych i metalowych, w zależności od geometrii elementu, jego funkcji, materiału oraz wymagań dotyczących walidacji. Niniejszy artykuł...
Przeczytaj artykułStudia przypadków / Projekty
Cienkościenne aluminiowe półkule charakteryzują się niską sztywnością i łatwo ulegają odkształceniom podczas toczenia CNC. Bezpośrednie uchwycenie lub dociśnięcie powoduje, że półkula pozostaje bez podparcia,...
Przeczytaj artykułStudia przypadków / Projekty
Planowanie procesu obróbki wału korbowego musi uwzględniać równowagę między jakością obróbki, wydajnością produkcji, kosztami oraz wymaganiami dotyczącymi terminów dostaw. W niniejszym artykule wyjaśniono, jak na wczesnym etapie ustalić precyzyjne punkty odniesienia,...
Przeczytaj artykuł
