Het juiste CNC-gereedschap kiezen voor de bewerking van 6061 aluminium en 304 roestvrij staal

De keuze van snijgereedschappen voor CNC-bewerking is de belangrijkste factor die de productiekosten, operationele efficiëntie en kwaliteit van het eindproduct bepaalt. De twee meest gebruikte materialen bij precisieproductie, 6061 aluminium en 304 roestvrij staal, vereisen afzonderlijke gereedschapsmethoden omdat ze totaal verschillende fysieke kenmerken vertonen.

Deze technische gids analyseert de mechanische verschillen tussen deze materialen en biedt een datagestuurde benadering van CNC-gereedschapsselectie  om de efficiëntie en standtijd te maximaliseren.

De materiële uitdagingen begrijpen

Voordat u een gereedschap selecteert, is het noodzakelijk om de primaire faalwijzen van elk materiaal te definiëren.

6061 Uitdagingen bij het bewerken van aluminium

6061 aluminium is een legering van magnesium en silicium die door neerslag is gehard. Mensen vinden het leuk omdat het sterk is vanwege zijn gewicht en niet gemakkelijk roest. Maar ductiliteit  is het grootste probleem in een CNC-omgeving. Aluminium is ‘plakkerig’. Bij het snijden met hoge snelheden heeft het materiaal de neiging zichzelf aan de snijkant te lassen. Dit wordt Built-Up Edge (BUE) genoemd . Hierdoor wordt het oppervlak ruw, neemt de wrijving toe en breekt het gereedschap omdat spanen vastlopen.

Uitdagingen bij het bewerken van 304 roestvrij staal

304 roestvrij staal is een austenitische legering die verhoogde niveaus van chroom en nikkel bevat. Het materiaal vertoont een hoge taaiheid en een lage thermische geleidbaarheid, waardoor het zich onderscheidt van aluminium. Het belangrijkste obstakel dat moet worden overwonnen, blijkt de verharding van het werk te zijn. Het oppervlak wordt extreem hard  wanneer het gereedschap in contact komt met het materiaal zonder er doorheen te snijden, waardoor het onmogelijk wordt om verder werk te voltooien. De slechte warmtegeleiding van het materiaal zorgt ervoor dat thermische energie zich ophoopt aan de snijkant van het gereedschap, wat resulteert in snelle plastische vervorming van het gereedschap.

Gereedschapsmateriaal en coatingselectie

Het substraat en de coating van een CNC-gereedschap fungeren als de eerste verdedigingslinie tegen materiaalspecifieke slijtage.

Gereedschap voor 6061 aluminium

Bij aluminium is het doel de wrijving te verminderen en hechting te voorkomen.

• Substraat:  Microkorrelige wolfraamcarbide garandeert de scherpte die essentieel is voor het behoud van de snede.
• Coating:  Het beste als het gaat om geavanceerde verwerking van aluminium is DLC-coating (Diamond-like-carbon) . DLC heeft zeer lage wrijvingscoëfficiënten (vaak minder dan 0,1) en de hardheid is ook hoog. Als er geen coating wordt gebruikt, dan zeer hoog polijsten tot een spiegelafwerking zodat de spanen van de ribbels glijden zonder te blijven plakken.
• Vermijd: Bij aluminium mag geen AlTiN-coating worden gebruikt. Het aluminium dat in de coating aanwezig is, heeft een chemische aantrekkingskracht op het aluminium van het werk, waardoor het materiaal snel blijft plakken en vastgrijpen.

Gereedschap voor 304 roestvrij staal

Bij roestvrij staal moet het gereedschap bestand zijn tegen extreme hitte en schurende slijtage.

• Substraat:  Meestal worden kwaliteiten gebruikt die carbiden met een submicrongrootte en een hoger kobaltgehalte bevatten. Kobalt biedt voldoende veerkracht voor het gereedschap, waardoor micro-chips tijdens het snijden worden vermeden, vooral in het geval van roestvrij staal.
• Coating:AlTiN of TiAlsSiN  moet hoe dan ook gebruikt worden. Dit soort coatings zijn thermisch stabiel. Tijdens de verwerking heeft het aluminium op de coating de neiging te oxideren, waardoor aluminiumoxide ontstaat, dat vervolgens als thermische barrière kan dienen; vandaar dat de warmte wordt overgedragen op de spanen en niet op het gereedschap.

Gereedschapsgeometrie:fluiten, helix- en spaanhoeken

De fysieke vorm van het gereedschap bepaalt hoe spanen worden gevormd en uit de werkzone worden afgevoerd.

Geometrie voor 6061 aluminium

• Aantal fluiten:  Schachtfrezen met 2 of 3 spiralen  zijn standaard. Aluminium genereert grote, dikke spanen. Een lager aantal spaankamers zorgt voor de grote “slokdarm”-ruimte die nodig is om deze spanen met hoge voedingssnelheden te verwijderen. Gereedschap met 3 spaangroeven is vaak de voorkeursbalans tussen spaanruimte en gereedschapsstijfheid.
• Helixhoek: Een hoge spiraalhoek (meestal 45°). ) is gunstig. Het creëert een afschuifwerking die de spanen snel naar boven en uit diepe zakken tilt, waardoor het risico op het opnieuw snijden van spanen wordt verkleind.
• Harkhoek: Een hoge positieve hellingshoek zorgt voor een scherpe, mesachtige rand die het zachte aluminium "snijdt", waardoor het energieverbruik en de warmteontwikkeling worden verminderd.

Geometrie voor 304 roestvrij staal

• Aantal fluiten:  Het is raadzaam om vingerfrezen met 4, 5 of zelfs 7 spiralen te gebruiken . Roestvast staal is moeilijker te bewerken, dus een groot aantal spaangroeven is voordelig om de gereedschapsdoorsnede te vergroten om belastingen te kunnen weerstaan. Hierdoor kunnen hogere voedingssnelheden worden bereikt, terwijl meer snijkanten de belasting beheersen.
• Helixhoek: De meeste helixhoeken zijn niet erg scherp of stomp en liggen binnen 35° tot 38° . De beste gereedschappen voor het bewerken van roestvrij staal hebben echter variërende helix  en pitch  veranderingen. Deze zijn bedoeld om de inherente asymmetrie te beheersen en de schurende aard van het gereedschap te verminderen of te elimineren door dubbele of afwisselende snijlobben te bieden.
• Randvoorbereiding:  In plaats van de zeer scherpe randen die vaak bij aluminium voorkomen, hebben de randen van gereedschappen van roestvrij staal vaak 'geslepen randen' of 'T-land'-kenmerken. Een dergelijke verhoging naar de rand zorgt ervoor dat het bestand is tegen de druk die wordt uitgeoefend als gevolg van het zeer resistente materiaal zonder in te storten.

Snijstrategieën voor maximale productiviteit

Hogesnelheidsbewerking voor aluminium

Bij het bewerken van 6061 aluminium is de beperkende factor vaak het maximale toerental van de machinespindel. Om de materiaalverwijderingspercentages (MRR) te maximaliseren:

• Gebruik een hoog spiltoerental en een hoge voedingssnelheid om ervoor te zorgen dat de spaan de warmte van het onderdeel afvoert.
• Gebruik een grote axiale snedediepte  (ap) en een kleinere radiale diepte om de volledige lengte van de fluit te benutten.
• Zorg voor een constante spaanafvoer met behulp van perslucht of hogedrukkoelmiddel om het “hersnijden” van aluminiumspanen te voorkomen, wat onmiddellijk defecten aan het gereedschap veroorzaakt.

Hoogefficiënte bewerking van roestvrij staal

Voor roestvrij staal 304 moeten traditionele, zwaar gesneden gleufsteken worden vermeden vanwege de opbouw van warmte. Gebruik in plaats daarvan trochoïdaal frezen (of dynamisch frezen) strategieën:

• Behoud een kleine radiale betrokkenheid  (ae), doorgaans 5% tot 15% van de gereedschapsdiameter.
• Hierdoor is een veel hogere axiale diepte mogelijk  (ap) en aanzienlijk hogere snijsnelheden.
• De kleine radiale aangrijping creëert een “spaanverdunningseffect”, wat een hogere voeding per tand (fz) mogelijk maakt en elke snijkant de tijd geeft om in de lucht af te koelen vóór de volgende aangrijping.
• Belangrijk: Stop het gereedschap nooit halverwege de snede. Als u stopt of stilstaat, zal het materiaal onmiddellijk uitharden, waardoor het gereedschap bij het opnieuw starten kapot gaat.

Technische vergelijkingstabel:CNC-gereedschapselectie  Samenvatting

Technische specificaties6061 Bewerking van aluminium304 Bewerking van roestvrij staalPrimair gereedschapsubstraatMicrokorrelcarbideKobaltrijk hardmetaalIdeale coatingDLC of ongecoat gepolijstAlTiN of TiAlSiNRAanbevolen aantal spaankamers2 – 34 – 5+Helixhoek45° (hoge spiraal)35° – 38° (variabel)Snijsnelheid (Vc​)400 – 1000 m/min60 – 180 m/minKoelmiddelstrategieHoog volume/mist (MQL)Hoge druk/overstromingPrimaire storingsmodusSpaanverstopping/hechtingSchuurslijtage/hittescheuren

Tijdens dit proces moet men de wetenschap van beide metalen begrijpen. Om spanen te verwerken die aan 6061 aluminium blijven kleven, hebben exclusieve DLC-gecoate gereedschappen met hoge helix de prioriteit. Aan de andere kant is het onbreekbaar om voorop te lopen in de duidelijke richtlijnen voor 304 roestvrij staal; multi-gecanneleerde AlTiN-gecoate gereedschappen met gelijksoortige patronen ontworpen voor weerstand tegen zijdelingse trillingen en koeling.

Veelgestelde vragen (FAQ)

Vraag 1:Kan ik gereedschap gebruiken dat is ontworpen voor roestvrij staal op aluminium?

Hoewel het fysiek mogelijk is, is het inefficiënt. De 4 of 5 spaangroeven op een roestvrijstalen gereedschap bieden niet genoeg ruimte voor aluminium spanen, wat leidt tot snelle verstoppingen en gereedschapsbreuk bij hoge snelheden.

Vraag 2:Waarom breekt mijn gereedschap onmiddellijk bij het snijden van 304 roestvrij staal?

De meest voorkomende oorzaken zijn het gebruik van een te hoge snijsnelheid (Vc), wat warmtestoringen veroorzaakt, of het gebruik van een te lage voedingssnelheid, waardoor het gereedschap tegen een door het werk gehard oppervlak schuurt.

Vraag 3:Hebben beide materialen koelvloeistof nodig?

Ja. Bij aluminium zorgt koelvloeistof voor essentiële smering om vastplakken te voorkomen. Voor roestvrij staal 304 is koelvloeistof van cruciaal belang voor de temperatuurregeling. In beide gevallen verdient levering onder hoge druk de voorkeur om spanen uit de snijzone te verwijderen.

Gerelateerde handleidingen