Алюминий может подвергаться всем способам обработки со снятием стружки. Обработка резаньем алюминия по сравнению со сталью характеризуется значительно более высокой скоростью резания при равной стойкости инструмента. Алюминий должен обрабатываться со скоростями резания не ниже 90 м/мин. Исключением являются ручные работы, протяжка, сверление, зенковка и нарезание резьбы [1].
В зависимости от состава и состояния или прочности при обработке резанием алюминия выделяют три группы: 1 — нестареющие деформируемые сплавы; 2 — стареющие деформируемые сплавы и литейные сплавы с содержанием Si меньше 10 %; 3 — литейные сплавы с Si более 10 % [2].
Из всех сплавов алюминия были выявлены, практическим путем, самые «вредные» и труднообрабатываемые, в их числе сплавы: 1201 и Д16.
Сплав 1201 — высокопрочный термически упрочняемый свариваемый сплав системы Al-Cu-Mn. Сплав обладает высокой технологичностью при деформировании и сварке. Из данного сплава изготавливаются все виды полуфабрикатов (заготовок: прутки, поковки, штамповки, прессованные профили, листы, плиты и т. д.). Как и все высокопрочные сплавы, сплав 1201 чувствителен к концентраторам напряжения. Сплав 1201 имеет пониженную коррозионную стойкость.
СплавД16— один из самых востребованных дюралюминиевых сплавов в судостроительной, авиационной и космической промышленности. Главное его преимущество заключается в том, что получаемый из него металлопрокат обладает:
1. стабильной структурой;
2. высокими прочностными характеристиками;
3. в 3 раза более легким весом, чем стальные изделия;
4. хорошей механической обрабатываемостью на токарных и фрезерных станках, уступая лишь некоторым другим алюминиевым сплавам.
Дюралюминий Д16 относится к алюминиевым сплавам системы Al-Сu-Mg, легируемым марганцем. Большую его часть составляет алюминий — до 94,7 %, остальное приходится на медь, магний и другие примеси. Марганец увеличивает коррозийную стойкость сплава и улучшения его механические свойства, хотя и не образует с алюминием общих упрочняющих фаз, а лишь дисперсные частицы состава Al12Mn2Cu [2].
Д16 — это конструкционный термоупроченный и естественносостаренный сплав в заготовке, который применяется в различных областях народного хозяйства. Его применяют и для изготовления силовых элементов конструкций в авиатехнике: деталей обшивки, каркаса, шпангоутов, нервюр, тяги управления, лонжерон и т. д.
Он применяется и в автомобильной промышленности для изготовления кузовов, труб и других достаточно прочных деталей. Д16 применяют для изготовления заклёпок с высокой прочностью на срез. Эти же заклёпки применяются для крепления других более мягких алюминиевых деталей, например, из магналий АМг6 [3].
Дуралюмины хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии. Сплав Д16 закаливают с 495–505º C в воде. Нагрев до более низких температур не обеспечивает максимальных механических свойств. Нагрев до более высоких температур вызывает пережог, т. е. окисление и частичное оплавление сплава по границе зерен, что резко снижает прочность и пластичность. Дуралюмины подвергают естественному старению, т. к. оно обеспечивает получение более высокой прочности и коррозионной стойкости в сочетании с высокой пластичностью и очень высоким сопротивлением распространению усталостных трещин (сплав Д16 является наиболее трещиностойким из всех алюминиевых сплавов) [4].
При изготовлении деталей из крупногабаритных поковок целесообразно использовать следующую схему изготовления:
– черновая механическая обработка;
– закалка;
– искусственное старение 190º C, 22 часа, (допускается 36 часов для крупногабаритных поковок с целью уменьшения коробления во время механической обработки и повышения размерной стабильности);
– получистовая механическая обработка;
– стабилизирующее старение 190º C, 19 часов;
– чистовая механическая обработка.
Контроль параметров качества и в частности точности размеров производится после каждой операции.
Выбор режимов резания производить в соответствии с рекомендациями для сплава Д16. Для исключения больших короблений окончательную механическую обработку деталей рекомендуется производить после искусственного старения.
Практическим путем установлено, что при фрезеровании величина внутренних радиусов переходов должна быть не менее 2 мм, шероховатость поверхности при этом достигается не хуже Ra2,5. Для ребер жесткости, если таковые имеются, наружный радиус скругления или фаски должен быть не менее 0,7–1,0 мм (по условиям чертежа). Данные рекомендации указываются для большинства деталей из сплавов 1201 и Д16. При этом не допускается разогрев обрабатываемой поверхности детали до температуры более 100ºС, так как это может привести к структурным изменениям поверхностного слоя обрабатываемой детали.
Так же одной из рекомендаций является удаление остатков охлаждающих составов после механической обработки, это условие обязательно. Единовременный контакт с СОЖ не должен превышать 15 суток, так как имеет пониженную стойкость против равномерной и межкристаллитной коррозии, а также коррозии под напряжением [3].
На поверхности корпусных деталей из сплавов 1201 и Д16 (рис. 1, 2) допускаются риски, царапины, забоины, отпечатки, пологие вмятины и выпуклости, следы от инструмента, если глубина их не более 0,05 мм.
Рис. 1. Деталь из сплава 1201
Рис. 2. Деталь из сплава Д16
Представленные сплавы очень зависимы от температурных изменений. Деталь, выполненная в середине поля допуска, и прошедшая контроль, может не войти в сборку по причине отклонений в большую или меньшую сторону относительно сопрягаемой детали. Поэтому необходимо будет применять метод селективной сборки, что является экономически не выгодным. Такое изменение может происходить в связи с понижением или повышением температуры. Примером может быть корпусная деталь, приведенная на рисунке 3, которая при обработке закреплялась в специальное приспособление.
Рис. 3. Корпусная деталь
После снятия детали с приспособления, через несколько часов закрепление в приспособление не удавалось, так как происходили деформационные изменения. Применение СОЖ позволило уменьшить деформации, вследствие температурных нагрузок и обеспечить детали стабильность размеров, в требуемом поле допуска.
Вывод: для алюминиевых сплавов 1201 и Д16 необходима выдержка деталей, особенно тонкостенных, перед переустановкой, в противном случае может произойти её деформирмация вследствие остаточных внутренних напряжений, полученных в результате механической обработки. Так же необходимо обеспечение постоянной и равномерной подачи СОЖ либо применение системы охлаждения инструмента масляным туманом для создания термоконстантных условий резания и исключения деформаций детали. Также необходимо применение остро заточенного инструмента, позволяющего проводить обработку при лучших условиях резания.
Литература:
- Корягин С. И. Способы обработки материалов: Учебное пособие / С. И. Корягин, И. В. Пименов, В. К. Худяков. // Калинингр. ун-т — Калининград. — 2000. — 448 с. — ISBN 5–88874–152–3.
2. Арзамасов Б. Н. Справочник по конструкционным материалам / Арзамасов Б. Н. Соловьева Т. В. // М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 636 с., ил. — ISBN 5–7038–2651–9.
- Квасов Ф. И. Алюминиевые сплавы типа дуралюмин [Текст] / Ф. И. Квасов, И. Н. Фридляндер // М.: Металлургия. — 1984. — 240 с.
- Колачев Б. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: Учебник для вузов. / Колачев Б. А., Ливанов В.А, Елагин В. И. // М.: МИСИС. — 3-е изд., перераб. и доп. — 1999. — 416 с.
