Kazimierz Czechowski, Iwona Wronska
Stopy aluminium należą do grupy zastosowań materiałów skrawających N wg normy ISO 513:2012, która to grupa obejmuje ogólnie metale nieżelazne, a w szczególności następujące materiały obrabiane [1]:
- miękkie (o twardości do 130 HB), takie jak m.in. stopy bazujące na aluminium (Al), miedzi (Cu) i stopy miedzi (mosiądze i brązy oraz miedzionikle), stopy bazujące na cynku (Zn), stopy bazujące na magnezie (Mg) itd.,
- wysokowytrzymałe brązy (o twardości powyżej 225 HB),
- kompozyty z osnową metalową (MMC – Metal Matrix Composites) zawierające np. aluminium i węglik krzemu (SiC do 30%).
Obrabialność metali nieżelaznych jest bardzo zróżnicowana, na co wpływ mają m.in. tendencje do tworzenia narostu na ostrzu (np. czyste aluminium), zawartość krzemu w stopach aluminium (bardzo ścierne oddziaływanie przy zawartości Si powyżej 12%), ilość węglików krzemu w kompozytach MMC (znaczne zmniejszenie trwałości ostrzy z uwagi na duże oddziaływanie ścierne przy zawartości 20-30% SiC) itd.
Rys. 1 Narzędzie do frezowania z dużą prędkością skrawania stopu aluminium w postaci głowicy o średnicy D=25 mm z dwoma płytkami skrawającymi z węglików spiekanych wygładzonych za pomocą specjalnej obróbki tzw. microfinish
Materiały obrabiane z grupy metali nieżelaznych nierzadko znajdują zastosowanie w takich branżach, jak np. lotnicza, motoryzacyjna i budowy maszyn; dotyczy to m.in. stopów aluminium, które ze względu na niedużą masę właściwą (gęstość), przy równocześnie dużej wytrzymałości właściwej i sztywności właściwej, są stosowane w konstrukcjach lekkich. Gęstość ρ stopów aluminium wynosi ok. 2,7 g/cm3, czyli jest ok. 3-krotnie mniejsza niż stali (ok. 7,9 g/cm3). Przy tym wytrzymałość właściwa na rozciąganie, stanowiąca iloraz wytrzymałości na rozciąganie Rm i ciężaru właściwego γ (tj. iloczynu gęstości ρ i przyspieszenia ziemskiego g) wyrażająca się w jednostkach długości, dla stopów aluminium wynosi ok. 14,8 km, czyli jest ok. 1,7-krotnie wyższa niż dla stali (ok. 8,9 km). Z kolei sztywność właściwa, stanowiąca iloraz modułu sprężystości podłużnej E (modułu Younga) i ciężaru właściwego γ wyrażająca się w jednostkach długości, dla stopów aluminium wynosi ok. 2593 km, czyli jest zbliżona do sztywności właściwej dla stali (ok. 2675 km) [2].
Wytrzymałość właściwa na rozciąganie i sztywność właściwa stanowią wskaźniki użytkowe, na podstawie których można określić, w jakim stopniu materiał konstrukcyjny przy spełnieniu wymagań dotyczących wytrzymałości i sztywności konstrukcji, umożliwi wykonanie tej konstrukcji jako lekkiej. Ma to szczególnie istotne znaczenie, zarówno w przemyśle lotniczym, którego specyfika wymusza stosowanie lekkich konstrukcji, jak i również w przemyśle motoryzacyjnym, gdzie projektowanie konstrukcji lekkich sprowadza się do poszukiwania optymalnych kształtów i wymiarów konstrukcji, z uwzględnieniem czynników ekonomicznych, ekologicznych, ergonomicznych, a zwłaszcza związanych z bezpieczeństwem użytkowników [2, 3].
cały artykuł dostępny jest w wydaniu 3 (126) marzec 2018
