X Международная студенческая научная конференция
«Студенческий научный форум» - 2018
 
     

ОБРАБОТКА РЕЗАНИЕМ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
Ежова А.К.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Алюминий – лёгкий, пластичный металл, использование которого широко распространено в таких промышленных отраслях, как:

  • Автомобилестроение

  • Строительстве

  • Авиации и космосе

  • Товары массового употребления.

  • Транспорт

  • Упаковка продукции

По данным всему миру в год добывается и обрабатывается примерно 50 мил. тон алюминия, 27% из которого обрабатывается резанием. [3] Целью данного исследования является ознакомление с обработкой резанием алюминия и его сплавов, геометрических и конструктивных особенностях режущего инструмента для данного вида обработки.

Задача данной статьи:

  • Проанализировать имеющиеся источникам информации.

  • Выделить основные характеристики обрабатываемости алюминия и его сплавов.

  • Выявить общие закономерности при механической обработки алюминия и его сплавов.

Обзор литературных источников [2], [3], [4], [5], [6], [8].

В открытом доступе имеются большое количество информации, по данной теме. В более ранних изданиях, в таком как справочник «Алюминиевые сплавы» Нильсона. Х., даются более подробно общие сведенья, в более поздних, например Ковалевский А.В. «Выбор рациональных режимов для фрезерования для обработки алюминиевых сплавов», описываются решения частных проблем при обработки определенных сплавов или определенным режущим инструментом. Так как целью данной статьи являются ознакомлением, основными источниками информации послужили справочники и учебники, а так же диссертации и статьи в основном не ранее 2008 года издания, но так же в данной работе присутствуют сведения и из более поздних работ.

Механическая обработка алюминия

Алюминий и его сплавы относительно легко поддаются обработке резанием. Однако от вида сплава, от его физических и химических свойств, характеристика обрабатываемости будет меняться.

Обрабатываемость включает в себя такие критерии обработки как: форма стружки, сила резания, износ режущего инструмента и качество поверхности после обработки. [5]

Обрабатываемость определяется для каждого типа обработки, будь то это сверление, фрезерование, точение или токарная обработка. В зависимости от принимаемого оборудования, параметров резания и геометрии инструмента, материала режущего инструмента, обрабатываемость будет изменяться. Критерии обрабатываемости.

Одним из самых важных критериев при механической обработке алюминия и его сплавов является форма стружки. В основном, это сливная стружка, различающаяся по размерам и формой.

Так чистый алюминий и мягкие его сплавы дают очень длинную стружку, для которой приходится принимать специальные меры, например, использовать стружколоматель. А вот высокопрочные алюминиевые сплавы, такие как AlMg5, AlMgSi1, не вызывают таких проблем. Так же доэвтектические литейные алюминиевые сплавы AlSi8Cu3, AlSi10Mg дают короткую, кольцевую или спиральную стружку. Эвтектические литейные сплавы, чаще всего дают длинную стружку, а уже заэвтектичсеские дают фрагментную. [8]

Эвтектика- точка в системе из n компонентов, при постоянном давлении, в которой находятся в равновесии n твердых фаз и жидкая фаза [6]

Для улучшения обрабатываемости в алюминиевые сплавы добавляют низкоплавкие, но мягкие металлы, которые способствуют при образовании короткой стружки, обычно это свинец или висмут.

На образование стружки также влияют геометрия режущего клина инструмента, при уменьшении переднего угла при обработке сплавов стружка образуется более короткой, за счет ее сжатия (Рис.1).

Рис.1 Зависимость сжатия стружки от переднего угла.

Эта означает, что на стружкообразование влияет такие внешнее факторы, как наличие смазки и гладкость режущего инструмент – износ инструмента. Износ инструмента при механической обработки алюминия происходит путем истирания режущей поверхности. Поэтому для измерения износа инструмента измеряется его ширина VB (Рис.2). [5]

Рис. 2 Измерение ширины износа

В основном износ завит от обрабатываемого материала, его микроструктуры и температуры в зоне резания. Для инструмента с твердосплавными многогранными сменными пластинами, такой износ должен составлять не менее 0,3 мм. [5]Так же на него влияет, наличие смазочно – охлаждающей жидкости, скорость подачи и глубина резания, чем они сильнее уменьшаются, тем износ инструмента становиться меньше.

Следующий критерий - это качество обрабатываемой поверхности. Оно зависит от нескольких параметров:

  1. Теоретическая высота гребешка микронеровностей - теоретическое значение определяемое на основе движения инструмента и детали.

  2. Характер поведения материала при его разделении (особенности микроструктуры).

  3. Внешние факторы (острота режущих кромок, виброустойчивость системы и другое).[8]

Для алюминия и его сплавов соотношение этих параметров складываются в определенную закономерность.

  • Чем выше твердость и прочность сплава алюминия, тем более высокое качество поверхности мы можем получить

За исключением литейных сплавов, чья шероховатость зависит от микроструктуры сплава. В их случае твердые частицы, внедренные в пластичную структуру сплава, могут вырываться, образовывая более низкое качество поверхности. [3]

Последним из важных критериев обработки алюминия является скорость резания.

Обычно скорость резания является обратно пропорционально величине шероховатости, то есть при уменьшении скорости резание шероховатость увеличивается. Это происходит из-за налипания стружки на режущую кромку инструмента, с последующим его срывов - происходит так называемое «образование нароста».

Так скорость резание влияющая на шероховатость обработанной поверхности чистого алюминия разделяет качество механической обработки на 4 секции. (Рис.3).

Рис. 3 Зависимость скорости резания качества поверхности

  • 1 секция – Качество поверхности неудовлетворительное из-за образования нароста, материал не режется, а разрывается.

  • 2 секция – Шероховатость уменьшается с увеличением скорости резания.

  • 3 секция – Увеличение влияния внешних факторов

  • 4 секция – Стружка собирается на заготовки и приваривается к инструменту.

[4, c 65]

.

Виды сплавов обрабатываемые режущими инструментами.

В зависимости от соотношений этих критериев различают несколько групп алюминиевых сплавов для обработки резания.

Деформируемые алюминиевые сплавы с низкой прочностью.

В эту группу входят термически не упрочняемые сплавы (AlMgMn, AlMn) и термически упрочняемые сплавы в не состаренном состоянии (AlMgSi1). Данная группа характеризуется мягкостью и пластичностью, отсутствием твердых вкраплений, из чего вытекает их низкая прочность и склонность к налипанию на режущий инструмент.

2. Сплавы с повышенной прочностью

2.1 Деформируемые сплавы повышенной прочности

В группу входят такие сплавы как: термически не упрочняемые в нагартованном состоянии (AlMg4,5Mn, AlMg4, AlMg5) и термически упрочняемые в состаренном состоянии или нагартованном (AlCuMg1, AlZnMg1). Характеристика этой группы выражаться в отсутствие твердых включений, что благоприятно влияет на продолжительность службы режущего инструмента. Прочностью этих сплавов составляет 300-600 H/мм2, за счет чего налипание стружки не происходит

Нагортованние - это упрочнение материала за счет холодного деформирования или отжига.[6]

2.2 Специальные алюминиевые сплавы для обработки резанием.

Эти сплавы содержат в своем составе специальные добавки Pb и Bi для ломки стружки и высокого качества обработки.

3. Литейные сплавы с содержанием алюминия

3.1Литейные сплавы Al-Si с содержанием кремния менее 10%

Прочность этих сплавов варьируется от 250 до 350 H/мм2, твердые включения в микроструктуре сплавов способствую быстрому износу инструмента. Так же они склонны налипанию, если в них содержится более 5% алюминия

3.2 Литейные сплавы Al-Si с содержанием кремния около12%

Группа сплавов отличаются низкой твердостью, наличием твердых включений и высокой склонностью к наростообразованию

3.3Литейные сплавы Al-Si с содержанием кремния более 12%

Данная группа, наоборот, отличаются высокой твердостью, средней прочностью, а так же имеет твердые включения в мягкой матрице микроструктуры, в основном первичного кремния, из-за чего резко повышается износ инструмента, характеризуется высокой склонностью налипания стружки на режущую кромку инструмента. [6, c 81]

Сравнительный анализ обрабатываемости алюминиевых сплавов по отношению к другим конструктивным материалам.

Из-за малых усилий резания при обработки алюминий (30% от усилий при обработке стали) и его сплавы легче поддаются лезвийной обработке, чем стали, чугуны, латуни или бронзы. Так при одинаковых параметров резанья скорость резания алюминия превышает в три раза скорость резанья бронз и в 5 скорость резания сталей. [9] Это обозначает, что алюминий и его сплавы можно обрабатывать быстрее чем, данные материалы.

Заключение:

Хотя алюминий и его сплавы механически обрабатываются легче, чем стали, возникают другие трудности при достижении высокой точности и экономичности производства, которые необходимо учитывать.

В основном эти трудности: налипание стружки, длинна и форма стружки, износ инструмента, для решение которых необходимо учитывать такие закономерности как:

  • При обработке алюминия и его сплавов, чем больше скорость резания, тем ниже шероховатость.

  • Чем больше процент кремния в сплаве алюминия, тем быстрее инструмент будет изнашиваться.

  • Чем пластичнее сплав, тем стружка будет длиннее.

  • Чем больше передний угол режущего инструмента, тем стружка меньше.

Однако необходимо учитывать и другие параметры, и критерии резания, так же есть частные проблемы при обработки определенных сплавов. Но данные закономерности справедливы к большинству механически обрабатываемых сплавов алюминия.

Список используемых источников:

  1. Machining of Aluminum and Aluminium Alloys, ASM Handbook, Volume 16: Machining, 1989.

  2. Альтман М.Б. Повышение свойств стандартных литейных алюминиевых сплавов. / М.Б. Альтман, И.П Стромская М.: Металлургия, 1984. 128 с.

  3. Алюминиевый информационный портал [Электронный ресурс]. –URL: http://aluminium-guide.ru – Понимание алюминия – Научно. Технично. Популярно. (Дата обращения 21.12.17)

  4. Ковалевский А.В.Выбор рациональных режимов для фрезерования для обработки алюминиевых сплавов/ А. В. Ковалевский // Омский научный вестник – 2008. - №4 – С 64-66.
  5. Косилова А.Г. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 656 с.

  6. Лахтин Ю.М. Материаловедение: учебник для вузов/ Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. 5-е изд., стер. Москва: Альянс, 2009. 528 с.
  7. Мальцев М.В. Алюминиевые сплавы. /Мальцева М.В. М.: Оборонгиз, 1955. 127 с.

  8. Нильсен Х. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, применение) / Х. Нильсен, В. Хуфнагель, Г. Ганулис ; пер. с нем. под ред. М. Е. Дрица, Л. Х. Райтбарга - 13-е изд., переработ. и доп. - Москва : Металлургия, 1979. – 678 с.
  9. Таблицы скоростей резания и поправочные коэффициенты [Электронный ресурс]. – URL: http://www.tokar-work.ru – TOKAR-WORK (Дата обращения 23.12.17)