Předem chci říct, že v tomto článku nejsem odborník! Nejeden drahý řezný nástroj potkal svůj konec, když jsem ho „používal“ k obrábění hliníku. Na internetu je spousta dobrých informací ze světa obráběčů o řezání hliníku. Téměř všechny jsou zpracovány na skutečných kovových frézkách a obráběcích centrech. Dokonce i docela mrňavá kovová frézka je mnohem tužší a méně náchylná k vibracím než těžká frézka. Toto je diskuse kolem toho, jak dosáhnout slušných výsledků a nezkazit věci při použití nástroje, který je v pořádku, ale není pro danou práci ideální.

Pět velkých výzev, které jsem měl s řezáním hliníku různými frézami, které jsem měl k dispozici:

• výběr slitiny
• tuhost stroje
• výběr dráhy nástroje / strategie
• podání a rychlosti
• čišťování/chlazení třísek
• frekvence

Vyřešení každého z nich bude mít obrovský vliv na váš úspěch!

Bezpečnost!

Nejprve něco málo o bezpečnosti – řezání kovu totiž přináší některé skutečné obavy, které při řezání dřeva nebo plastu nemáte! Existuje důvod, proč jsou komerční obráběcí centra na kov vybavena kryty. Odletující třísky a chladicí kapalina dělají obrovský nepořádek a také představují skutečné nebezpečí pro obsluhu. Internet je plný videí, na kterých stroje vylétávají ze svěráků a frézy se brzdí a létají. Při obrábění kovů jsou úlomky těžší, ostřejší a žhavější. Při obrábění hliníku vždy noste ochranné brýle!

Je velmi důležité materiál bezpečně držet. Vzhledem k pevnosti hliníku a zvýšeným řezným silám se mohou malé díly a odřezky vymrštit velkou silou a rychlostí – což je super děsivé. Není nerozumné si na ochranu připravit štít nebo závěs!“

Výběr slitin:

Hliník se nejčastěji leguje s jinými kovy, aby se zlepšily jeho specifické vlastnosti. Přehled naleznete zde: Slitiny hliníku 101. Obecně platí, že pro obrábění jsou nejlepší slitiny řady 6xxx. To je dobré, protože jsou velmi běžné a snadno dostupné. Většina výlisků je ze slitiny 6xxx. Označení „xxx“ znamená, že existuje spousta dílčích typů hliníku řady 6. Hliník 6061 je velmi běžný a je dobrou volbou pro obrábění. Obráběl jsem plechy řady 5xxx – jednou, když mi je přinesl zákazník – a na fréze to byla katastrofa. Velmi gumovitý a náchylný k zatěžování fréz. Poučení. Pokud je to možné, držte se slitin řady 6xxx.

Tepelné zpracování (u těch slitin, kde funguje) má také vliv na tvrdost materiálu. Tepelné zpracování se uvádí jako číslo za písmenem „T“ – například „6061-T6“. Obecně platí, že tepelně upravené slitiny jsou pro obrábění vhodnější (tvrdší a méně gumovité). Tepelně neupravený materiál bude označen „T3“ nebo „T4“ a tepelně upravený (nebo zestárlý) bude mít označení „T5“ nebo „T6“ – takže za stejných podmínek, pokud chcete obrábět, ujistěte se, že máte tepelně upravený materiál. Tepelně zpracovaný materiál je také o něco pevnější. Každý, kdo prodává kovy, bude znát podrobnosti mnohem lépe než já – takže se před nákupem zeptejte.

Pokud bych si měl vybrat něco na obrábění, byl by to „6061-T6“ na věci pro všeobecné použití nebo litý plech „Mic-6“ na věci, které musí být stabilní nebo využívají plochý výchozí materiál. Mic-6 je označení výrobku Alcoa, ale tento název se často používá tak trochu jako „Kleenex“ nebo „Xerox“ a znamená jen „litý plech“. Je odlévaná v plechu namísto extrudované, takže má minimální vnitřní pnutí a při obrábění se nedeformuje. Také se brousí superplochá – ale je dražší!

Zatížení při řezání

Jak (ne)tuhý je váš stroj, můžete vyzkoušet tak, že si pořídíte číselníkový ukazatel a umístíte jej tak, aby snímal výchylku v některé ose někde poblíž hlavy. Uchopte stroj (s vypnutým vřetenem) a zatáhněte za něj tak silně, jak si jen troufnete. Pokud nemáte opravdu robustní stroj, bude se hodně hýbat. Měl jsem stroj, který řezal dřevo velmi pěkně a přesně, ale vychýlil se o 0,06″ (1,5 mm) pouhým tlakem, který jsem mohl vyvinout rukama. Pravdou je – pokud to děláte správně – že fréza provádějící běžnou obráběcí operaci vytváří na stroji mnohem menší zatížení, než byste si mysleli! Srovnejte to se softwarem v řídicích jednotkách stroje, který je navržen tak, aby elegantně řídil zrychlení – a docela floppy stroj může provádět velmi přesné řezy.

Když přejdete z řezání dřeva (hustota do 50 liber na metr krychlový) na hliník (asi 170 liber na metr krychlový), řežete něco čtyřikrát hustšího. Jak se dalo očekávat, zatížení při řezání značně vzroste, pokud vezmeš stejnou frézu se stejnou rychlostí – takže to nedělej!

Další informace o obrábění hliníku na lehkých strojích naleznete v tomto vynikajícím videu od společnosti NYCCNC: Shapeoko Feeds &Rychlosti a tipy pro obrábění!“

Strategie řezání

U disketového stroje musíte udržovat zatížení nástroje nízké a rovnoměrné, jinak zanechá ošklivý povrch. Moderní CAM balíky mají elegantní strategie dráhy nástroje pro udržení rovnoměrného zatížení frézy. Pro hrubování jsou tyto strategie (nazývané „Adaptivní“ u produktů Autodesk, „Dynamické“ u Mastercamu atd.) velmi účinné a poskytnou mnohem lepší výsledky. Je to patrné zejména v rozích nebo kapsách, kde tradiční strategie nutí frézu vzít si obrovské sousto hned při změně směru!“

Důležitá je také axiální hloubka řezu (jak hluboko jsou drážky frézy zabrané). Pokud máte vřeteno s nízkým výkonem a velkým počtem otáček za minutu, možná zjistíte, že je lepší pohybovat se rychleji, ale vzít menší než plnou hloubku řezu pomocí strategie řezání ve stylu „Adaptive“. Čištění třísek bude snazší a můžete získat lepší spolehlivost procesu za cenu jen malé rychlosti.

Při dokončovacích operacích, zejména 3D operacích s kulovou frézou – přístup „před dokončováním“ skutečně pomůže, aby byl výsledný povrch pěkný. K tomu stačí vytvořit sadu operací, které jsou stejné jako vaše dokončovací cesty, ale které ponechávají malý kousek materiálu (.02″ / 0,5 mm) a používají větší krokování 2 až 4x. Tyto cesty zanechají velmi rovnoměrnou vrstvu materiálu, kterou odstraní závěrečné dokončovací operace. V rozích se tím sníží objem materiálu, který je třeba odstranit, a odstraní se kroky z hrubovacího průchodu, které mohou frézu nerovnoměrně zatížit. Snaha prorazit stupňovité hrubování dokončovací frézou může způsobit vychýlení bitu (nebo stroje), které telegrafuje hrubovací kroky do hotového dílu.

Další informace o základních přístupech k 3D obrábění naleznete v mém článku: Pro výpočet správného rozsahu řezných parametrů pro daný nástroj v daném materiálu existují vzorce a obráběči vynakládají mnoho úsilí na výpočet „posuvů a rychlostí“. Většina dodavatelů nástrojů má k dispozici konkrétní pokyny, které jsou velmi užitečné. Zde je několik dobrých zdrojů, které vám s tím pomohou:

• Harvey Tool Blog:
• NYC CNC: Rychlosti & Výuka posuvů pro CNC stroje! WW164

Tady je stručný přehled toho, co potřebujete vědět, abyste zvolili rozumnou rychlost posuvu a otáčky pro vaši situaci (Omlouváme se, zatím bez metriky!) :

Posuvy za minutu (SFM): Jedná se o to, jakou vzdálenost urazí bod na povrchu – řekněme hrot drážky nástroje za jednu minutu. Představte si, že nástroj kutálíte po povrchu vedle pravítka. SFM je vzdálenost, kterou nástroj urazí za minutu. To není něco, co bychom počítali – je to spíše metrika, která říká, „jak rychle“ řežeme. Dobré vodítko lze převzít z tabulky poskytnuté výrobcem nástrojů – nebo z hrubých vodítek pro daný materiál. Pro karbidové nástroje na hliník je to přibližně 600-1500 – vyšší pro dokončovací, nižší pro hrubovací. Pro nerezové oceli a další těžké materiály může být ideální SFM nižší než 100.

Otáčky za minutu (RPM): Jedná se o to, jak rychle se nástroj otáčí. Vteřinová ručička na hodinách ukazuje 1 otáčku za minutu. Doufejme, že váš nástroj bude rychlejší. Frézy mají obvykle velký rozsah otáček, ale ne příliš velký krouticí moment při nízkých otáčkách, takže si pravděpodobně nejlépe povedete v rozmezí 8 000-25 000 otáček za minutu.

Průměr frézy (D):

Počet zubů frézy (T): Kolik drážek/zubů má řezný nástroj? U hliníku platí, že čím méně, tím lépe. Dva jsou téměř vždy dostačující a pro řezání plechů nebo hrubování bez zaplavení chladicí kapalinou jsou frézy s jednou drážkou úžasné! (více viz níže)

Pro užitečné výpočty budeme vycházet z normy 1000 SFM pro náš hliník a D – průměru našeho nástroje. Představme si, že máme pěknou 1/4″ dvoubřitou karbidovou frézu se spirálou nahoru. Takže D bude .25″ a T bude 2.

Pomocí tohoto vzorce můžeme vypočítat otáčky, které budeme používat:

RPM = (3,8 x SFM) / D

15200 = (3,8 x 1000) / .25

Takže máme naše teoretické otáčky! Nyní můžeme vypočítat, jak rychle má stroj běžet, pomocí dvou dalších proměnných:

Zatížení čipu na zub (CPT): Jedná se o to, jak velký záběr má každý zub při plné naprogramované rychlosti posuvu. Obecně se vyjadřuje v tisícinách palce, například naše karbidová fréza 1/4″ může dobře pracovat s CPT 0,002″.

Inches per Minute (IPM): Jedná se o řeznou rychlost – jak rychle se vřeteno pohybuje materiálem.

Můžeme tedy vypočítat rychlost posuvu (IPM) z otáček za minutu, zatížení třísky na zub (CPT) a počtu zubů (T) na nástroji:

IPM = otáčky za minutu x CPT x T

Při našich otáčkách 15 200 ot.002″ CPT na dvoubřitém nástroji:

60,8 =15200 x 0,002 x 2

Náš posuv bude 60,8 palce za minutu!

To je dobrý začátek – a pravděpodobně bude fungovat dobře. Kontrola údajů o SFM a třískovém zatížení zveřejněných výrobcem vám umožní použít čísla specifičtější pro daný nástroj a získat lepší výsledky. Třískové zatížení 0,002″, které jsme použili v tomto příkladu, je pro hrubování s 1/4″ nástrojem na nízké straně a možná budete moci bez problémů zvýšit rychlost posuvu.

Nesnažte se dosáhnout lepších výsledků tím, že budete pracovat opravdu pomalu! To je skoro stejně špatné jako příliš rychlá jízda, protože místo toho, aby se vám fréza hned zlomila – bude se třít, vytvářet teplo a gumovat – a pak se zlomí. Odolejte pokušení příliš zpomalit. Chcete se ujistit, že třísky odcházející z řezu jsou skutečné třísky. Vezměte si třmen a jeden změřte – v ideálním případě by se tloušťka na „tlustém konci“ měla blížit hodnotě zatížení třísky na zub, kterou jste zvolili.

Také byste měli mít ve výchozím nastavení „stoupavé řezání“ – možnost ve vašem softwaru CAM. Tím se nejprve odebere tlustá část třísky a zabrání se tření a vzniku tepla. Podívejte se na tento stručný článek společnosti Harvey Tool o rozdílu mezi stoupavým a konvenčním frézováním.

Frézy

Výběr frézy má velký význam, zejména pokud jste omezeni v používání chladicí kapaliny. Mnoho standardních fréz je optimalizováno pro použití s chladicí kapalinou v uzavřeném obráběcím centru. Pokud nepoužíváte žádnou chladicí kapalinu nebo pouze tryskání vzduchem, musíte si dát pozor, abyste frézy nezatížili odřeným nebo gumovitým kovem. Vyhněte se všemu, co má více než dvě drážky. Pokud dokončujete, může být třífréza s kuličkovým koncem v pořádku, ale je náchylnější k zatížení. Další drážky však zvyšují tuhost frézy, což může být užitečné.

Jednobřité nástroje jsou velkým pomocníkem při řezání hliníku na fréze. Obvykle máte dostatek otáček vřetena, ale ne příliš velkou tuhost a problémem je čištění třísek. Jednobřité frézy jsou pro tento scénář „nejvhodnější“. Podívejte se na to – dvoubřitá fréza se zadřela a jednobřitá pracuje jako mistr!“

Musíte také omezit „vyčnívání“ nástrojů na minimum. Zjistěte, jak hluboko potřebujete řezat, a pak přidejte malou rezervu – třeba 0,125″ / 3 mm – jen proto, abyste to nerozbili. Skvěle se hodí krátké nástroje „na ostří“!

Odstraňování třísek a chlazení

Jakmile budete pracovat s rozumnými „posuvy a rychlostmi“, narazíte na další problém – jak dostanete třísky z řezu a jak udržíte frézu chladnou? V ideálním světě by se třísky úhledně odřezávaly a odhazovaly daleko od řezu a odváděly s sebou veškeré teplo, které při řezání vzniklo. To se pravděpodobně nestane… ale máte možnosti!“

Nejméně špinavou možností je stlačený vzduch – odfouknutí třísek z řezu a udržení čistého nástroje. Vzduch sám o sobě neabsorbuje mnoho tepla, takže to bude fungovat pouze při lehkém řezání bez hlubokých kapes… ideálně s jednobřitou frézou nebo se strategií obrábění, která nezahrnuje jednoprůchodové drážkování. Existují „pistole na studený vzduch“ vyráběné firmou Vortec a dalšími, které fungují dobře, ale jakýkoli škrcený cílený proud vzduchu by měl fungovat dobře.

Pokračování od samotného vzduchu, můžete použít chladicí mlhu nebo systém „minimálního množství maziva“. Fogbuster, Koolmist a mnoho dalších jsou běžné doplňky k CNC frézkám. Potřebujete pouze zásobník a trysku a vedení stlačeného vzduchu do oblasti vřetena. Chladicí kapaliny je dost na to, aby poskytovala určitou mazací schopnost a odpařovala odtahující teplo. V kombinaci se vzduchem slouží k odstraňování třísek. Je to špinavé, ale obvykle se dá sestavit nějaký typ odvodňovacího systému, aby se kapalina nedostala k důležitým pohybovým a elektrickým bitům. Systémy s minimálním množstvím maziva jsou méně náročné na vzduch a více se zaměřují na poskytování maziva do řezu a méně na odstraňování třísek. V závislosti na použití to může bohatě stačit.

Pokud máte těžký stroj a je nastaven tak, aby to zvládl, zaplavená chladicí kapalina je vynikající. Je to standard pro frézování kovů obecně a některé frézy zvládají průtok přebytečné chladicí kapaliny ze stolu a zpět do čerpadla chladicí kapaliny. Pro lehkou až středně těžkou práci s hliníkem ji pravděpodobně nepotřebujete. U frézy to pravděpodobně nebude rozhodující, protože stroje obvykle nejsou dostatečně výkonné nebo tuhé, aby zvládly těžké řezy.

Podpírání

Jak to chceš držet? V závislosti na vašem stroji a volbě chladicí kapaliny a možnosti odklízení třísek máte několik možností, jak to udělat…

Nahoře vidíte nejjednodušší možnost – vyvrtejte několik otvorů v místě, kde nebudete obrábět, a přišroubujte to k překližce! Zde jsem také položil plastovou fólii, abych ochránil lůžko stroje z MDF desek. Toto není varianta připravená pro výrobu, ale pokud to musíte stihnout do oběda, stojí to za pokus. Možná budete muset použít záložky (pravděpodobně možnost ve vašem softwaru CAM), abyste udrželi malé kusy na místě.

Pokud má váš stroj vakuový stůl, je to dobrá možnost, pokud máte dostatečnou kapacitu vakua, abyste udrželi plech dole, když jím prořezáváte další a další otvory. Vakuum je skvělé pro výrobní řezání, kdy můžete nastavit těsnicí přípravek, který drží díl pouze tam, kde se nebude prořezávat. Vzhledem k tomu, že hliník je drahý a je velmi obtížné znovu indexovat posunutý plech, může být dobré použít přístup „řemen a šle“ a kromě vakua také mechanicky upevnit nebo indexovat velké (zejména tenké) plechy k pevným zarážkám.

Způsob, kterému dávám přednost (pokud je to možné), je skutečně upnout materiál pomocí nějakého druhu uspořádání páskové svorky. To funguje lépe pro silnější materiál. Níže je obrázek, na kterém řežu nějaký 3/8″ plech na stroji s tlustou hliníkovou deskou pro stůl. Tento stůl má každých několik palců závitové otvory, takže lze použít páskové svorky. Nejlepší. Stůl. Ever! Můžete vidět standardní kovové svorky, jaké se používají ve strojírenských dílnách, a také podomácku vyrobené svorky z MDF, které mají větší dosah a tlumí vibrace. Používám 1/4″ jednokotoučovou frézku s tryskáním studeným vzduchem.

Na obrázku výše je vidět několik dalších podivností – za prvé, míchací tyčinky na barvu se zasunuly pod desku asi každou stopu. Ty mi umožnily proříznout obrobek, aniž bych řezal do hliníkového stolu stroje. Pomáhají také odhazovat třísky z drážek při jejich prořezávání. Druhou zvláštností je olověná cihla potažená plastovou páskou. Plastová páska je proto, abyste se nedotýkali olova, a olovo je tam proto, aby tlumilo vibrace desky. Obsluha s ní musí pohybovat a udržovat ji mimo řezací hlavu, ale zabraňuje chvění plechu, zejména když se velké díly řežou téměř volně – kromě míst, kde jsou přidržovány záložkami. Není to hezké, ale osvědčilo se to!

Můžete také použít svěráky jako na obráběcím centru. Já jsem (velmi zřídka) přišrouboval ke stolu dvojici svěráků za sebou a používal je k přidržování výlisků při obrábění. Jiní lidé to dělají pořád a mně to také skvěle fungovalo – ale moje zkušenosti jsou omezené! Obráběči na internetu to mají v malíčku.

Závěry

Teď už víte, co vím já. Není to vyčerpávající, ale je to začátek a doufám, že vám to ušetří rozbitou frézu nebo jinou bolest hlavy!

Odkazy:

• NYC CNC: Shapeoko posuvy & Rychlosti a tipy pro obrábění!
• Harvey Tool: Útok na hliník:
• Harvey Tool Blog: Průvodce obráběním hliníku: Rychlosti a posuvy 101
• NYC CNC: Rychlosti & Výuka posuvů pro CNC stroje! WW164

Poznámka:

Tento článek obsahuje informace, které odrážejí mé názory – neslibuji jejich užitečnost! Může obsahovat chyby (pokud nějaké najdete, dejte mi prosím vědět!) a bude obsahovat předsudky založené na mých omezených zkušenostech. Pokud s něčím z toho, co je zde uvedeno, nesouhlasíte, ozvěte se mi, prosím. Není to jen proto, abych se podělil o to, co vím, ale abych se poučil od ostatních. Rád vložím další informace a odlišné názory, aby si čtenáři lépe uvědomili rozmanitost „správných“ odpovědí!“

Záznam o změnách:

Aktualizováno:

Aktualizováno: 1/9/21 – Přidány řezačky, sekce strategií, odkazy.