Obróbka aluminium - Dlaczego jest przyszłością?

Aluminium, a dokładniej – stopy glinu – są obecnie jednym z najczęściej wykorzystywanych materiałów w przemyśle wytwórczym, a zwłaszcza w obróbce CNC. Niska masa, bardzo dobre właściwości mechaniczne, naturalna odporność na korozję czy podatność na procesy ulepszania powierzchniowego sprawiają, że ten materiał jest wybierany do produkcji części w wielu branżach. Dodatkowo szeroka gama stopów (od niemal czystego glinu – serii 1xxx, aż do wysokospecjalistycznych serii 8xxx) pozwala na dobór materiału o odpowiednich parametrach mechanicznych czy skrawania – w zależności od potrzeb czy przeznaczenia wytwarzanych części.

Czym jest obróbka aluminium CNC i dlaczego stop tego metalu jest obecnie tak powszechnie stosowany w większości branż – od AGD, przez automotive, aż do lotniczej i kosmicznej?

Czym jest obróbka aluminium – skrawaniem i nie tylko

Obróbka aluminium dotyczy procesów wytwórczych skupionych na:

• zmianie kształtu bloku surowego stopu glinu (obróbka skrawaniem – np. toczenie, skrawanie, szlifowanie, tradycyjne i sterowane numerycznie – którą można zbiorczo określić jako obróbkę mechaniczną aluminium),
• zmianie kształtu bloków stopów glinu przez walcowanie czy wyginanie ich w zakresie elastyczności (naturalnej na zimno, rozszerzonej na ciepło), określane jako obróbka plastyczna aluminium, np. na prasach krawędziowych CNC,
• dodatkowej obróbce powierzchniowej, która ma poprawiać parametry mechaniczne, czy zwiększać naturalną odporność na korozję stopów aluminium (obróbka galwanotechniczna aluminium), np. anodowanie.

Innym istotnym procesem obróbki jest odlewanie aluminium, realizowane – ze względu na wysoką temperaturę topnienia tego metalu (dla czystego glinu – 660 stopni Celsjusza) jest to proces realizowany na dużą skalę w wyspecjalizowanych hutach i zakładach odlewniczych. Dodatkowo sam materiał może być poddany innym procesom poprawiającym jego parametry mechaniczne – przed obróbką mechaniczną (np. kucie) lub po niej (np. hartowanie aluminium).

Potocznie przyjęte określenie „obróbki aluminium” dotyczy procesowania stopów glinu, najczęściej z dodatkiem innych pierwiastków, takich jak:

• magnez (Mg),
• miedź (Cu),
• mangan (Mn),
• cynk (Zn),
• krzem (Si).

Te dodatki stopowe zmieniają parametry mechaniczne metalu, zwiększając jego wytrzymałość czy też obniżając podatność na korozję. Różne rodzaje aluminium charakteryzuje też inna podatność na skrawanie – powszechnie stosowany proces obróbki aluminium. Jeden z powszechnie stosowanych podziałów stopów glinu bazuje na normie PN-EN 573-3:2019-12, która określa następujące serie aluminium:

• seria 1xxx – w praktyce czysty glin, bez dodatków stopowych (glin o czystości zbliżonej do technicznej lub technicznej, ponad 99%). Charakteryzuje je dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, a sam metal jest miękki i rozciągliwy. Rzadko skrawany, za to często wykorzystywany w systemach odprowadzania ciepła (np. radiatorach) lub starszych instalacjach elektrycznych,
• seria 2xxx – stop glinu z dodatkiem miedzi. Bardziej podatny na korozję, wykorzystywany często do produkcji części dla branży lotniczej,
• seria 3xxx – stop aluminium z dodatkiem manganu. Stosunkowo miękki, zachowujący dobre parametry mechaniczne też w wyższych temperaturach. Najczęściej formowany w procesie obróbki plastycznej,
• seria 4xxx – stop glinu z krzemem. Charakteryzują go dobre parametry mechaniczne i wytrzymałościowe oraz podwyższona odporność na korozję,
• seria 5xxx – stop glinu z magnezem. Wykonane z niego elementy aluminiowe charakteryzuje bardzo wysoka odporność na korozję powodowaną przez słoną wodę, a dodatkowo jest on bardzo podatny na skrawanie,
• seria 6xxx – stop aluminium z magnezem i krzemem. Poza wysoką wytrzymałością mechaniczną, tę serię stopów charakteryzuje dobre przewodnictwo cieplne. Często stosowane do produkcji części rowerowych,
• seria 7xxx – stop glinu z dodatkiem cynku i magnezu. Określane niekiedy jako „aluminium lotnicze”, charakteryzuje się bardzo wysoką wytrzymałością mechaniczną, a zarazem dobrą skrawalnością. Wykorzystywane do produkcji wysokiej jakości części dla wielu branż – m.in. automotive, lotniczej, wojskowej czy kosmicznej,
• seria 8xxx – są to wysokospecjalistyczne stopy, które nie kwalifikują się do żadnej z powyższych serii. 

Tak szeroka gama serii aluminium sprawia, że znalezienie odpowiedniego stopu do produkcji elementów jest stosunkowo proste, zwłaszcza z pomocą doświadczonych specjalistów z ogromną wiedzą z zakresu materiałoznawstwa – na przykład pracujących w RADMOT.

Rodzaje obróbki aluminium

Warto rozszerzyć wspomniany podział na obróbkę mechaniczną, plastyczną, chemiczną i odlewniczą stopów glinu. Współcześnie wiele branż potrzebuje wyspecjalizowanych części wykonanych z szerokiej gamy stopów aluminium. Najczęściej stosowana jest obróbka aluminium skrawaniem, którą można podzielić na:

• frezowanie aluminium – opierające się na usuwaniu nadmiaru materiału z bloku glinu przy pomocy frezów i wyspecjalizowanych urządzeń skrawających (frezarek – automatycznych i sterowanych numerycznie: CNC). W tym procesie możliwe jest uzyskanie części o bardzo skomplikowanej strukturze zewnętrznej i wewnętrznej (np. przy użyciu 5-osiowych frezarek CNC),
• toczenie aluminium – skupione na usuwaniu nadmiaru materiału z bloku obracającego się na głowicy tokarskiej przy pomocy specjalnych ostrzy lub wierteł. Ten proces jest wykorzystywany w procesie produkcji obiektów, których jedna z osi wpisuje się w kształt okręgu,
• szlifowanie aluminium – wykorzystywane do wykończenia powierzchni aluminium.

Każdy z tych procesów może być realizowany przy pomocy tradycyjnych skrawarek, jak i odpowiedników sterowanych numerycznie. Dodatkowo park maszynowy CNC przedsiębiorstw specjalizujących się w wytwarzaniu części z metali czy tworzyw sztucznych – takich jak RADMOT – uwzględnia również urządzenia do obróbki galwanotechnicznej części aluminiowych (np. anodowanie aluminium).

Czy obróbka aluminium to nowość?

Mimo, że glin jest trzecim najpowszechniej występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej, to jego wykorzystanie na skalę przemysłową datuje się dopiero na koniec XIX wieku. Sam glin znany był już wcześniej – pojawia się m.in. w relacjach starożytnych Rzymian. Według podań jeden ze złotników pokazał cesarzowi Tyberiuszowi tzw. „srebrny metal z glinu”. Również Napoleon III Bonaparte, na swych najbardziej uroczystych ucztach, polecał podawać potrawy na aluminiowej zastawie, wtedy uchodzącej za ekskluzywną. Dziś wydaje się, że to, co aluminiowe jest już powszechne. Stało się tak głównie dzięki dostępności efektywnych procesów pozyskiwania i przetwarzania rudy glinu, które wymagają jednak bardzo dużej ilości energii.

Sam glin uzyskuje się przez redukcję zanieczyszczeń z rud boksytu (składającej się głównie z wodorotlenku glinu) i odtlenianie (np. w procesie hydrolizy glinu czy elektrolizy Halla-Heroulta). Dla potrzeb przemysłu i dalszej obróbki metal jest łączony ze wspomnianymi pierwiastkami, takimi jak miedź, mangan, krzem, magnez i cynk. Dzięki temu uzyskuje się odpowiednie właściwości materiału, pozwalające na wykorzystanie stopów aluminium w przemyśle.

Kluczowe zalety stopów aluminium

Wśród wielu cech stopów aluminium wymienić można kilka, które są szczególnie istotne z perspektywy jakości części wykonanych z tego metalu:  

• mimo że są lekkie, nie tracą na trwałości – odporność stopów aluminiowych na rozciąganie (w zależności od zastosowanego stopu) zaczyna się od 70MPa i sięga nawet 700 MPa. Ich wytrzymałość rośnie w niskich temperaturach, co znacząco wyróżnia je na tle większości stali. Badania prof. Michaela Stacey’ego wskazują, że trwałość eksploatacyjna aluminium może wynosić nawet 80 lat – takiej żywotności nie daje żaden z materiałów (badania prowadzone były na aluminiowych ramach okiennych),
• są odporne na korozję – na powierzchni części aluminiowych, w kontakcie z powietrzem atmosferycznym, wytwarza się warstwa tlenku glinu, chroniąca przed korozją w warunkach umiarkowanego zasiarczenia. Pojawienie się korozji wżerowych nie ma wpływu na wytrzymałość, ale na estetykę – objawia się ona charakterystycznym białym nalotem na powierzchni. Można temu zapobiegać w procesie anodowania aluminium lub malowania proszkowego części,
• większość stopów aluminium jest łatwa w obróbce – zarówno skrawaniem, jak i plastycznej (w zależności od wybranego stopu),
• stopy glinu mają dobre właściwości przewodzące – stąd też są cenionym materiałem w elektrotechnice ze względu na zdolność przewodzenia ciepła (np. w częściach rozpraszających ciepło, jak kaloryfery lub radiatory) jak i prądu elektrycznego (przewody aluminiowe były stosowane w instalacjach elektrycznych starszego typu; warto dodać, że anodowanie obniża przewodnictwo elektryczne w praktyce do zera, dlatego jest tak ważnym procesem w produkcji części do instalacji energetycznych),
• są ekologiczne – wiele stopów aluminium nadaje się do ponownego przetopienia, w praktyce bez utraty właściwości (recykling aluminium zużywa ok. 5% energii niezbędnej do uzyskania podobnej ilości metalu z rudy).

Zastosowania obróbki aluminium CNC w różnych branżach

Obecnie stopy glinu są powszechnie stosowane w niemal każdej gałęzi przemysłu. Ze względu na niską masę i dobre parametry mechaniczne oraz odporność na korozję części aluminiowe są stosowane przez:

• branżę lotniczą – która jako pierwsza poszukiwała usług frezowania CNC aluminium i innych metalu w latach 50. XX wieku. Obecnie aluminium jest podstawowym metalem wykorzystywanym do produkcji szerokiej gamy części dla lotnictwa cywilnego i wojskowego,
• branżę automotive – niska masa i wysoka odporność na korozję sprawiają, że części aluminiowe są powszechnie stosowane w przez producentów samochodów i części do nich – od bloków silników (aluminium wyparło w dużej mierze żeliwo), przez całe ramy pojazdów, aż do drobnych elementów dekoracyjnych czy felg,
• branżę energetyczną, a w szczególności energii odnawialnej – lekkie ramy paneli fotowoltaicznych są odporne na warunki atmosferyczne, dzięki czemu zmniejszają konieczność obsługi, a zarazem zapewniają wysokie parametry techniczne na lata,
• branżę wojskową – aluminium jest podstawowym materiałem do produkcji współczesnej broni (np. karabinków MSBS Grot),
• branżę elektroniczną – ze względu na niską masę oraz skrawalność większość urządzeń AGD i RTV (od telefonów, ramek do tabletów, aż do lodówek czy pralek) ma w sobie większe i mniejsze komponenty wykonane ze stopów glinu, najczęściej skrawanych,
• i wiele innych.

Precyzyjna obróbka aluminium a wyjątkowy design

Aluminium znajduje zastosowanie także dzięki swoim walorom estetycznym. Biało-srebrzysty kolor, możliwość dodatkowej obróbki powierzchniowej (np. anodowanie aluminium z zastosowaniem barwników organicznych SALANDOR) czy łatwość obróbki sprawiają, że stopy glinu są powszechnie wykorzystywane w produkcji wysokiej jakości produktów, które łączą dobry design z wytrzymałością.

Możliwości, jakie oferuje obróbka CNC aluminium, inspiruje wielu projektantów i inżynierów, by przy wykorzystaniu celów konstrukcyjnych zapewnić produktom wyjątkowy wygląd. Przykładem mogą być ramki do tabletów marki Displine, będące połączeniem cech użytkowych i estetycznych.

W jaki sposób stopy aluminium wpisują się w ekologię?

Z powodu rosnących potrzeb i rozwijającego się standardu życia wymaga się także troski o środowisko. Zastosowanie stopów aluminiowych wspiera rozwój innowacyjnych i ekologicznych rozwiązań. Dla przykładu – recycling aluminium wymaga zaledwie około 5% energii wymaganej na wytworzenie go od zera z rudy.

Jak postępujemy z aluminium w RADMOT?

Kluczowy w naszej firmie jest odpowiedni dobór dostawców materiałów – również do obróbki aluminium CNC. Klasyfikacja oraz okresowa ocena jakości wykorzystywanych do obróbki bloków aluminium jest niezwykle istotna dla utrzymania najwyższej możliwej jakości produkcji. Precyzyjna obróbka aluminium wymaga pracy doświadczonych technologów, jak również wykorzystania materiału najwyższej jakości.

Obróbka aluminium– zapraszamy do kontaktu

W RADMOT oferujemy zarówno usługi frezowania CNC, usługi toczenia CNC, jak i wiele usług dodatkowych – mycie, anodowanie, znakowanie laserowe i montaż. Jesteśmy firmą CNC z niemal 40 letnim doświadczeniem.

Skontaktuj się z nami i powiedz, czego potrzebujesz. Nasza wycena jest zupełnie darmowa. A jeśli będziesz mieć wątpliwości, jaka technologia sprawdzi się u Ciebie najlepiej, nasza fachowa wiedza jest na Twoje usługi.