Kan een aluminium profiel bewerkingscentrum ook staal bewerken?

Je hebt een machine die ontworpen is voor aluminium, maar een klant vraagt je om een stalen onderdeel te snijden. Je maakt je zorgen dat het hardere materiaal je apparatuur zal beschadigen of slechte resultaten zal opleveren.

Ja, een aluminium profiel bewerkingscentrum kan staalsoorten zoals matrijzenstaal en #45 staal bewerken. Er is geen fundamenteel verschil in het freesproces. Het succes ligt in het aanpassen van de snijparameters en het veranderen van de gereedschappen. Je moet de levensduur en stijfheid van je gereedschap prioriteit geven boven snelheid.

Ik heb veel winkeliers staalklussen zien weigeren omdat ze dachten dat hun machines "alleen aluminium" waren. Dit is een vergissing. Met meer dan 12 jaar ervaring in de werktuigmachine-industrie weet ik dat de machine capabel is als je hem goed behandelt. Je moet alleen anders gaan denken over de snede.

Hoe verschillen aanvoersnelheden en spindelsnelheden bij het schakelen tussen aluminium en staal?

Als je staal met dezelfde snelheid probeert te bewerken als aluminium, verbrand je je gereedschap binnen enkele seconden. De fysica van de materialen is compleet anders.

Het bewerken van aluminium is gericht op hoge efficiëntie, waarbij hoge spindelsnelheden worden gebruikt (vaak 3-4 keer sneller dan staal) om materiaalverwijdering te maximaliseren. Het bewerken van staal wordt beperkt door stijfheid en gereedschapsbelasting. Je moet de parameters conservatief instellen en zowel snelheid als voeding verlagen om overmatige hitte te voorkomen en de machine te beschermen.

Wanneer we machine aluminium¹Het doel is snelheid en efficiëntie. Aluminium is zacht en kan goed warmte afvoeren. Het wil aan het gereedschap blijven kleven. Dus draaien we de spindel snel (vaak duizenden toeren per minuut) en voeden we snel. We willen het materiaal er zo snel mogelijk uit rukken als de machine toelaat. De spanen vliegen overal heen en de warmte gaat met de spanen mee.

Staal is anders. Het is harder en genereert aanzienlijk meer weerstand. Als je hoge snelheden draait op staal, genereer je te veel wrijving. Dit creëert enorme hitte die het materiaal niet snel kan afgeven. Omdat een aluminium profiel bewerkingscentrum niet zo zwaar is als een speciaal bewerkingscentrum, heeft het niet dezelfde stijfheid. Hoge belastingen doen het trillen.

Dus als ik overschakel op staal, vertraag ik alles. Ik verlaag de spindelsnelheid aanzienlijk in vergelijking met aluminium. Dit houdt de hitte laag. Ik verlaag ook de voedingssnelheid. Dit vermindert de "spaanbelasting" of de hoeveelheid materiaal die de tand per omwenteling snijdt. Deze conservatieve aanpak beschermt de machine. Het voorkomt dat de spindel blokkeert en dat het frame doorbuigt. Je ruilt tijd voor capaciteit. Het duurt langer om snij het stalen deel²maar het onderdeel komt er goed uit.

Materiaal	Doel	Snelheid (RPM)	Toevoersnelheid	Beperkende factor
Aluminium	Hoog rendement	Hoog	Hoog	Chip evacuatie
Staal	Overleven met gereedschap	Laag	Laag	Stijfheid van de machine

Welke aanpassingen in gereedschap zijn nodig als je staal bewerkt op een aluminium center?

Een aluminium frees gebruiken op staal is als een biefstuk proberen te snijden met een plastic lepel. De geometrie is verkeerd en uiteindelijk zal het breken.

Aluminium gereedschappen gebruiken grote spaanhoeken en grote spaangroeven (1 of 3 groeven) om vastzitten te voorkomen. Stalen gereedschappen hebben kleinere spaanhoeken nodig voor sterkte en ontwerpen met meerdere groeven (4 of meer) om hoge snijkrachten te weerstaan. Je hebt gecoat gereedschap nodig dat bestand is tegen grote hitte en slijtage.

Het gereedschap doet het werk. Je moet het juiste kiezen. We controleren altijd de gereedschapsbak voor een klus. Voor aluminium gebruiken we gereedschap dat er "scherp" en "open" uitziet. Ze hebben meestal één groef of drie groeven. De "dalen" (groeven) tussen de snijkanten zijn diep en breed. Dit komt omdat aluminium spanen groot en kleverig zijn. Ze hebben ruimte nodig om te ontsnappen. Als ze vast komen te zitten, lassen ze zich vast aan het gereedschap.

Voor staal hebben we een gereedschap nodig dat "sterk³." We schakelen over op gereedschappen met vier, vijf of zes fluiten. Waarom? Omdat staal de snijkant zwaar belast. Een gereedschap met grote groeven heeft een dunne kern. Het is zwak. Het zal breken onder de druk van het staal. Een gereedschap met veel groeven heeft een dikke kern. Het is stijf.

Kijk ook naar de coating. Aluminium gereedschap heeft vaak geen coating of is gepolijst. Stalen gereedschap heeft coatings nodig zoals TiAlN (titaniumaluminiumnitride)⁴. Deze coatings werken als een hitteschild. Ze zorgen ervoor dat het gereedschap de hoge temperaturen bij het snijden van hard metaal kan overleven. We veranderen ook de hoek. We gebruiken een kleinere spaanhoek. Dit maakt de snijkant minder scherp, maar veel sterker. Het duwt het staal in plaats van het te snijden zoals een scheermes.

Waarom is waterkoeling vaak nodig bij staalbewerking, maar niet altijd bij aluminiumprofielen?

Je zou aluminium droog kunnen snijden en de spanen later gewoon opvegen. Als je dat met staal probeert, maak je het onderdeel en het gereedschap kapot.

Aluminium voert warmte snel af, dus luchtblazen is vaak genoeg om spanen te verwijderen. Staal heeft een lage thermische geleidbaarheid, wat betekent dat warmte zich ophoopt tijdens de snede. Je moet vloedkoelmiddel gebruiken om het gereedschap te smeren, wrijving te verminderen en thermische vervorming van het werkstuk te voorkomen.

Hitte is de vijand van precisie. Als ik aluminium bewerk, maak ik me vooral zorgen over spanen. Ik gebruik een luchtstraal of nevel. De lucht blaast de spanen uit het gat. Omdat aluminium warmte zo goed geleidt, gaat de warmte weg met de spaan. Het werkstuk blijft meestal koel genoeg.

Staal houdt warmte vast. Het warmtegeleidingsvermogen is laag. Wanneer je staal freest, is de wrijving intens. Het gereedschap wordt heet. Het werkstuk wordt heet. Als het werkstuk heet wordt, zet het uit. Je kunt het onderdeel perfect op maat snijden, maar als het afkoelt, krimpt het. Nu zijn je afmetingen verkeerd. Dit is "thermische vervorming⁵."

Om dit te stoppen, gebruiken we koelvloeistof laten vollopen⁶. We gebruiken veel koelvloeistof. Dit doet twee dingen:

1. Koeling: Het houdt de temperatuur stabiel. Het onderdeel blijft even groot. Het gereedschap wordt niet zacht door oververhitting.
2. Smering: Het maakt het oppervlak glad. Dit vermindert de wrijving tussen het gereedschap en het staal. Minder wrijving betekent dat er minder kracht nodig is om te snijden. Aangezien een aluminium profielcentrum niet zo stijf is als een bewerkingscentrum, helpt alles wat de snijkracht vermindert de machine om soepel te snijden zonder te schudden.

Welke veranderingen zijn nodig vanwege de stijfheidsbeperkingen van aluminium profiel bewerkingscentra?

Je machine is gebouwd voor snelheid, niet voor brute kracht. Als je hem te hard tegen staal duwt, zal hij klagen door te trillen.

De stijfheid van machines is relatief; je kunt hardere materialen bewerken als je je aanpak aanpast. Aluminium centra zijn lichter. Om staal te bewerken moet je trillingen minimaliseren door lichter te zagen (kleinere snedediepte) en het aantal bewerkingen te verhogen. Dit vermindert de belasting op het machineframe.

Stijfheid is gewoon een maat voor hoeveel de machine buigt onder belasting. Een zwaar bewerkingscentrum is als een tank. Die buigt niet door. Een aluminium profielcentrum is lichter. Het is ontworpen voor snelle bewegingen. Als je staal snijdt, creëert de weerstand een "terugduwkracht". Als deze kracht te groot is, buigt de machinestructuur iets door. Dit veroorzaakt "klapperen" of doorbuiging. Je hoort een hard geluid en het oppervlak van het staal lijkt op een schijf van een platenspeler.

Betekent dit dat je geen staal kunt snijden? Nee. Het betekent dat je de kracht moet verlagen. We doen dit door de "Zaagdiepte⁷" (Ap) en "Breedte van snede⁸" (Ae). In plaats van te proberen 5 mm diep te zagen in één keer, zaag ik 1 mm diep. Ik doe vijf passages in plaats van één.

Dit vermindert de belasting op de spindel en het frame. De kracht wordt zo klein dat de machine weer stijf wordt. Het kost meer tijd. Met een zwaar bewerkingscentrum kun je niet concurreren op snelheid. Maar je kunt wel concurreren op kwaliteit. Door de grenzen van de machine te respecteren en lichtere happen te nemen, kan ik stalen onderdelen maken die net zo nauwkeurig zijn als die van een zwaardere machine.

Conclusie

Een aluminium profiel center kan staal bewerken als je je aanpast. Je moet sterkere multifrequentie gereedschappen gebruiken, overvloedig koelmiddel en conservatieve parameters om de stijfheidsbeperkingen van de machine te respecteren.

---