Obróbka metali kolorowych - podstawowe techniki

Czym są metale kolorowe?

Metale kolorowe to wszystkie metale niebędące żelazem i jego stopami. Nazwa pochodzi od charakterystycznych kolorów - miedź jest czerwona, mosiądz żółty, aluminium srebrne.

Najpopularniejsze metale kolorowe:

Aluminium i stopy Al (6060, 6082, 7075, 2007) Miedź (M1E, CuCr1Zr) Mosiądz (MO58, M63) Brąz (B101, RG7, BA1054) Tytan Nikiel i stopy Ni

Właściwości wspólne:

Miększe od stali Lepsze przewodnictwo ciepła Mniejsza gęstość (lżejsze) Odporność na korozję Łatwiejsze w obróbce (ale z pewnymi wyzwaniami)

Cięcie metali kolorowych

Piła taśmowa

Aluminium:

Prędkość taśmy: 80-120 m/min (szybciej niż stal!) Posuw: średni do szybkiego Chłodzenie: obowiązkowe (aluminium lepi się do taśmy) Taśma: grubszy rozstaw zębów (3-4 zęby/cal)

Miedź i mosiądz:

Prędkość: 60-90 m/min Posuw: średni Chłodzenie: zalecane Taśma: średni rozstaw zębów (4-6 zębów/cal)

Brąz:

Prędkość: 40-80 m/min Posuw: wolniejszy (twardszy od miedzi) Chłodzenie: obowiązkowe Typowy problem: Aluminium lepi się do zębów taśmy i zapycha przestrzenie międzyzębne. Rozwiązanie: Obfite chłodzenie + taśma z powłoką antyprzylepną + większy rozstaw zębów

Gilotyna

Metale kolorowe ciąć gilotynowo jest łatwiej niż stal - są miększe.

Maksymalne grubości (gilotyna 3000 mm):

• Aluminium: do 15 mm
• Miedź: do 10 mm
• Mosiądz: do 12 mm
• Uwaga: Przy cienkich blachach aluminiowych (<2 mm) możliwe odkształcenia. Użyj podkładek lub zmniejsz luz noża.

Cięcie laserowe

Aluminium: Trudne! Aluminium odbija światło lasera. Wymaga:

• Laser światłowodowy (fiber) o wysokiej mocy
• Gaz roboczy: azot
• Wyższa moc niż dla stali
• Miedź: Jeszcze trudniejsza - najlepsze przewodnictwo ciepła i odbicie światła. Praktycznie wymaga lasera fiber min 4 kW.

Mosiądz i brąz: Łatwiejsze niż aluminium i miedź. Standardowe lasery CO2 sobie radzą.

Toczenie metali kolorowych

Aluminium

Parametry

• Prędkość skrawania: 200-600 m/min (bardzo szybko!)
• Posuw: 0,1-0,4 mm/obr
• Głębokość skrawania: 1-5 mm

Narzędzia:

Płytki z węglika wolframu z powłoką Kąt natarcia dodatni (+8° do +15°) Ostre krawędzie skrawająch

Problemy:

Klejenie aluminium na ostrzu → częste czyszczenie Długi, ciągły wiór → łamacze wiórów Przegrzewanie → chłodzenie obfite Rozwiązanie: Szybkie obroty, ostre narzędzia, dużo chłodziwa

Miedź

Parametry Prędkość skrawania: 100-300 m/min Posuw: 0,05-0,3 mm/obr Głębokość: 0,5-3 mm Specyfika: Miedź jest bardzo ciągliwa - wiór długi i trudny do łamania. Wymaga specjalnych łamaczy wiórów.

Mosiądz

Parametry Prędkość: 150-400 m/min Posuw: 0,1-0,4 mm/obr Zaleta: Mosiądz tnie się doskonale - krótki wiór, czysta powierzchnia. Najłatwiejszy metal w obróbce.

Brąz

Parametry Prędkość: 80-250 m/min (zależy od gatunku) Posuw: 0,08-0,3 mm/obr Uwaga: Brązy aluminiowe twardsze - wolniejsze parametry

Frezowanie metali kolorowych

Aluminium

Parametry:

Prędkość skrawania: 300-1000 m/min Posuw na ostrze: 0,05-0,2 mm Głębokość: 2-10 mm

Frezy:

2-3 ostrza (więcej = zapychanie wiórami) Kąt spirali 40-45° (odprowadzanie wiórów) Powłoka antyprzylepna Typowy problem: Klejenie aluminium w rowkach frezu Rozwiązanie: Mniej ostrzy, większe rowki, obfite chłodzenie, wysokie obroty

Miedź i mosiądz

Parametry Prędkość: 150-500 m/min Frezy: 3-4 ostrza Chłodzenie: średnie Zaleta mosiądzu: Daje doskonałą powierzchnię, wiór się nie lepi

Brąz

Podobnie jak miedź, ale wolniejsze parametry (twardszy materiał).

Wiercenie metali kolorowych

Aluminium

Wiertła Kąt wierzchołkowy: 130-140° (zamiast standardowych 118°) Ostry punkt środkowy Polerowane rowki (przeciw налипaniu)

Parametry:

• Wysokie obroty
• Umiarkowany posuw
• Obfite chłodzenie
• Problem: Wiór zapycha rowki wiertła Rozwiązanie: Częste wycofywanie wiertła, czyszczenie

Miedź i mosiądz

Parametry

• Średnie obroty
• Standardowe wiertła HSS
• Mosiądz wierci się idealnie - krótki wiór

Brąz

• Twardszy - wolniejsze obroty, większy posuw, mocniejsze wiertła.

Gięcie metali kolorowych

Aluminium

Specyfika:

Mniejsza plastyczność niż stal Ryzyko pęknięć przy ostrych zagięciach Minimalny promień gięcia: ~2x grubość blachy Wskazówki:

Gięcie w poprzek kierunku walcowania (nie wzdłuż) Wyżarzanie przed gięciem (dla dużych kątów) Większe promienie niż dla stali Sprężynowanie: Aluminium sprężynuje więcej niż stal - trzeba to kompensować (przegięcie o 2-5°)

Miedź

Zalety Bardzo plastyczna Małe promienie gięcia możliwe Nie pęka łatwo Uwaga: Miedź utwardza się przy gięciu (zjawisko umocnienia). Przy wielokrotnym gięciu może spaść plastyczność.

Rozwiązanie: Wyżarzanie między operacjami

Mosiądz

Podobnie jak miedź, ale nieco mniej plastyczny. Minimalny promień: ~1,5x grubość.

Brąz

Najmniej plastyczny z metali kolorowych. Minimalny promień: ~3x grubość. Ryzyko pęknięć przy ostrych zagięciach.

Spawanie metali kolorowych

Aluminium - TIG (metoda 141)

Parametry Prąd: zmienny AC Elektroda: wolframowa (zielona WT20 lub fioletowa WL20) Gaz: argon 99,99% Spoiwo: pręt AlSi5 lub AlMg5 Trudności:

Warstwa tlenku Al₂O₃ (temp. topnienia 2050°C, aluminium topi się w 660°C!) Trzeba przebić warstwę tlenku Duże przewodnictwo ciepła - wymaga podgrzewania

Przygotowanie Odtłuszczenie acetonem Szczotkowanie szczotką stalową nierdzewną Spawanie w ciągu 2h (warstwa tlenku narasta)

Miedź - TIG lub lutowanie

TIG Prąd: DC- (minus na elektrodzie) Gaz: argon Spoiwo: pręt miedziany Trudność: Ogromne przewodnictwo ciepła - ciepło ucieka z miejsca spawania. Przy grubościach >3 mm konieczne podgrzewanie do 200-400°C.

Lutowanie twarde: Często lepsze rozwiązanie niż spawanie. Lutowia srebrne, temp. 600-800°C.

Mosiądz - TIG lub lutowanie

TIG

Możliwe, ale cynk wyparowuje (toksyczne opary!) Wentylacja obowiązkowa Spoiwo: pręt mosiężny Lutowanie: Często preferowane - łatwiejsze i bezpieczniejsze.

Brąz - TIG

Parametry

Prąd: DC- Gaz: argon Spoiwo: pręt brązowy (zgodny gatunek) Spawanie podobne do stali, ale wolniejsze (przewodnictwo ciepła).

Obróbka powierzchni metali kolorowych

Szlifowanie

Aluminium:

Ścierniwo: tlenek glinu (A) lub węglik krzemu (C) Ziarnistość: 60-120 Problem: Zapychanie → częste czyszczenie ściernicy

Miedź/mosiądz/brąz:

Ścierniwo: tlenek glinu Ziarnistość: 80-150 Szlifują się dobrze

Polerowanie

Większość metali kolorowych daje się doskonale wypolerować do połysku lustrzanego.

Kolejność past:

Pasta zgrubna (zielona) - usunięcie rys Pasta średnia (biała) - wygładzenie Pasta wykończeniowa (czerwona/niebieska) - połysk lustrzany

Anodowanie (tylko aluminium)

Proces elektrochemiczny tworzący warstwę tlenku glinu na powierzchni. Zwiększa odporność na korozję i pozwala na barwienie.

Chłodzenie przy obróbce

Aluminium:

Emulsja olejowa 5-10% Obfite chłodzenie Bez chłodzenia: налипanie gwarantowane

Miedź:

Emulsja 3-5% Możliwa obróbka na sucho (ale gorsza jakość) Mosiądz:

Często na sucho (daje lepszą powierzchnię) Chłodzenie dla dużych głębokości

Brąz:

Emulsja 5-8% Chłodzenie zalecane

Najczęstsze problemy i rozwiązania

• Problem 1: Aluminium lepi się do narzędzia Rozwiązanie: Wyższe prędkości, obfite chłodzenie, ostre narzędzia, powłoki antyprzylepne
• Problem 2: Długi, ciągły wiór (miedź) Rozwiązanie: Łamacze wiórów, zmiana parametrów posuwu
• Problem 3: Matowa powierzchnia po toczeniu Rozwiązanie: Ostrzejsze narzędzia, wyższe prędkości, mniejszy posuw
• Problem 4: Pęknięcia przy gięciu aluminium Rozwiązanie: Większy promień, gięcie w poprzek walcowania, wyżarzanie
• Problem 5: Porowatość spawu aluminium Rozwiązanie: Lepsze czyszczenie, świeższy gaz, wolniejsze spawanie.