Introdução
Ao projetar fresas de topo de metal duro para alumínio, é essencial considerar de forma abrangente a seleção do material, a geometria da ferramenta, a tecnologia de revestimento e os parâmetros de usinagem. Esses fatores garantem uma usinagem eficiente e estável de ligas de alumínio, ao mesmo tempo em que prolongam a vida útil da ferramenta.
1. Seleção de Materiais
1.1 Substrato de Metal Duro: O metal duro do tipo YG (por exemplo, YG6, YG8) é preferido devido à sua baixa afinidade química com as ligas de alumínio, o que ajuda a reduzir a formação de aresta postiça (BUE).
1.2 Ligas de Alumínio com Alto Teor de Silício (8%–12% Si): Ferramentas revestidas com diamante ou metal duro de grão ultrafino sem revestimento são recomendadas para evitar a corrosão da ferramenta induzida pelo silício.
1.3 Usinagem de Alto Brilho: Fresas de topo de metal duro de alta rigidez com polimento de borda de precisão são sugeridas para obter um acabamento superficial semelhante a um espelho.
2. Design da Geometria da Ferramenta
2.1 Número de Canais: Um design de 3 canais é comumente usado para equilibrar a eficiência de corte e a evacuação de cavacos. Para usinagem grosseira de ligas de alumínio aeroespaciais, uma fresa de topo de 5 canais (por exemplo, Kennametal KOR5) pode ser escolhida para aumentar a taxa de avanço.
2.2 Ângulo de Hélice: Um ângulo de hélice grande de 20°–45° é recomendado para melhorar a suavidade do corte e reduzir a vibração. Ângulos excessivamente grandes (>35°) podem enfraquecer a resistência dos dentes, por isso é necessário um equilíbrio entre nitidez e rigidez.
2.3 Ângulos de Ataque e de Saída: Um ângulo de ataque maior (10°–20°) reduz a resistência ao corte e evita a adesão do alumínio. Os ângulos de saída são geralmente de 10°–15°, ajustáveis dependendo das condições de corte, para equilibrar a resistência ao desgaste e o desempenho de corte.
2.4 Design da Goteira de Cavacos: Canais espirais largos e contínuos garantem uma rápida evacuação de cavacos e minimizam a aderência.
2.5 Preparação da Borda: As arestas de corte devem permanecer afiadas para reduzir a força de corte e evitar a adesão; o chanfro apropriado aumenta a resistência e evita lascas nas bordas.
3. Opções de Revestimento Recomendadas
3.1 Sem Revestimento: Em muitos casos, as fresas de topo de alumínio não são revestidas. Se o revestimento contiver alumínio, ele pode reagir com a peça de trabalho, causando delaminação ou adesão do revestimento, levando ao desgaste anormal da ferramenta. As fresas de topo sem revestimento são econômicas, extremamente afiadas e fáceis de retificar, tornando-as adequadas para produção de curto prazo, prototipagem ou aplicações com requisitos de acabamento superficial moderados (Ra > 1,6 μm).
3.2 Carbono Tipo Diamante (DLC): O DLC é à base de carbono, com aparência semelhante a um arco-íris, oferecendo excelente resistência ao desgaste e propriedades antiaderentes—ideal para usinagem de alumínio.
3.3 Revestimento TiAlN: Embora o TiAlN forneça excelente resistência à oxidação e ao desgaste (vida útil 3–4 vezes maior do que o TiN em aço, aço inoxidável, titânio e ligas de níquel), geralmente não é recomendado para alumínio porque o alumínio no revestimento pode reagir com a peça de trabalho.
3.4 Revestimento AlCrN: Quimicamente estável, antiaderente e adequado para titânio, cobre, alumínio e outros materiais macios.
3.5 Revestimento TiAlCrN: Um revestimento de estrutura gradiente com alta tenacidade, dureza e baixo atrito. Ele supera o TiN em desempenho de corte e é adequado para fresamento de alumínio.
Resumo: Evite revestimentos que contenham alumínio (por exemplo, TiAlN) ao usinar alumínio, pois eles aceleram o desgaste da ferramenta.
4. Considerações Principais
4.1 Evacuação de Cavacos: Os cavacos de alumínio tendem a grudar; designs de canais otimizados (por exemplo, bordas onduladas, ângulos de ataque grandes) são necessários para uma evacuação suave.
4.2 Método de Resfriamento:
4.2.1 Prefira o resfriamento interno (por exemplo, Kennametal KOR5) para diminuir a temperatura de corte e eliminar os cavacos.
4.2.2 Use fluidos de corte (emulsões ou refrigerantes à base de óleo) para reduzir o atrito e o calor, protegendo tanto a ferramenta quanto a peça de trabalho.
4.2.3 Certifique-se de que haja fluxo de refrigerante suficiente para cobrir a zona de corte.
4.3 Parâmetros de Usinagem:
4.3.1 Corte em Alta Velocidade: Velocidades de corte de 1000–3000 m/min melhoram a eficiência, reduzindo a força de corte e o calor.
4.3.2 Taxa de Avanço: Aumentar o avanço (0,1–0,3 mm/dente) aumenta a produtividade, mas a força excessiva deve ser evitada.
4.3.3 Profundidade de Corte: Tipicamente 0,5–2 mm, ajustada conforme os requisitos.
4.3.4 Design Anti-Vibração: Hélice variável, espaçamento desigual dos canais ou estruturas de núcleo cônico podem suprimir a vibração (por exemplo, KOR5).
Conclusão
Os princípios básicos de design das fresas de topo de metal duro para alumínio são baixo atrito, alta eficiência de evacuação de cavacos e desempenho antiaderente. Os materiais recomendados incluem metal duro do tipo YG ou metal duro de grão ultrafino sem revestimento. As geometrias devem equilibrar a nitidez com a rigidez, e os revestimentos devem evitar compostos contendo alumínio. Para acabamentos de alto brilho ou ligas de alumínio com alto teor de silício, designs otimizados de bordas e canais são essenciais. Na prática, o desempenho pode ser maximizado combinando parâmetros de usinagem apropriados (por exemplo, alta velocidade, fresamento ascendente) com estratégias de resfriamento eficazes (por exemplo, refrigerante interno).
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