Механическая обработка алюминиевых отливок

 

Sometimes cast parts can be used in the form they leave the mold. But often, they need to be machined to provide sealing surfaces or threaded holes. In the machine shop, cast parts can present challenges. To machine them, it helps to know about the casting process and the physical characteristics of castings, so you can adapt your machining practices accordingly.

Aluminium casting methods and machinability

In any casting process, molten metal fills a cavity the shape of the part you want. When the metal solidifies, it has taken on the shape of the cavity. The various casting processes create the cavity in different ways and use different methods to introduce the metal into the mold.

• Sand casting uses special casting sand, that is compacted around a three-dimensional pattern, which forms the part cavity and the channels through which the metal will flow. The pattern is removed and the cavity remains. The mold is made in two halves, top half and bottom half. Where they come together is called the parting line. On the cast part, you can usually see where the parting line is. The surface of the part picks up the texture of the mold, which may be fine or coarse, depending on the sand used.
• Die casting is done in a reusable steel mold. It is the fastest of these casting processes. Molten metal is forced at high pressure into the mold. The mold is cooled by air or water until the part is solid and can be removed. Cycle times of a minute or less are common. Die casting can produce thin wall sections and yields parts with a good surface finish. Porosity can be an issue.
• Permanent mold casting also uses a steel mold, but the metal enters the cavity by gravity, or at low pressure and/or under vacuum. The cycle time is slower than for die castings, often three to five minutes. Parts have a good surface finish, and often have better mechanical properties than die cast parts.
• Investment casting is known as the lost-wax process, uses patterns that duplicate the final part, made from wax or a similar meltable material. Investment casting can produce netshape or near-net-shape parts with excellent surface finish.

Dimension tolerances of aluminium castings

Castings bring a degree of difficulty to the machining process. They have quite loose tolerances. Even on investment castings, which tend to hold tight tolerances, they are likely to be in the neighborhood of a few thousandths per inch. Two-part molds will produce a visible parting line on the casting. Often, the part is designed so this parting line is on a surface that will be machined. If it will not be machined, and the parting line is intrusive, it will be removed with a belt sander. Metal may leak out between the mold halves, producing flash on a part. For die casting processes, an automated trim press may be used for cleanup. Sometimes this may cut into the part, or sometimes fold over the flash rather than remove it [1].

Machined surfaces and finish allowance

Creating a quality machined surface on a cast part isn’t just between you and the metal. It’s a team effort that includes you, and the foundry, and your customer.

The areas you finish machine need to have enough metal for you to remove the entire cast surface, allowing for the tolerances of the casting. The foundry needs to make the part selectively oversized to provide enough material so you can machine over the whole area. This additional material is called the “finish allowance” or the “machine stock.” If there isn’t enough machine stock, after you’ve run the cutter over the surface, some as-cast surface may remain, and you will have to scrap the part [1].

Porosity

Porosity inside heavier sections of die cast parts can be an issue, so you won’t want to cut into them too deeply.

Fortunately, die casting holds tight tolerances, in the range of a couple of thousandths, so with a properly designed casting, you don’t need to remove much material, and can stay clear of the porosity.

Other types of castings may also have porosity problems, so when you cut into the piece, pits show in the surface. You can work with the foundry to remedy the situation, or, if necessary, you can convince your customer to find another foundry that can produce better-quality castings [1].

Особенности механической обработки литейного алюминия

Обычно детали из литейных алюминиевых сплавов легко поддаются механической обработке, в том числе, всеми видами обработки резанием. Низкое режущее усилие позволяет снимать большой объем металла за один проход. Качество поверхности после механической обработки зависит от параметров обработки, таких как скорость резания, геометрия реза, смазка и охлаждение.

Больше скорость – меньше шероховатость

При механической обработке алюминия рекомендуется применять высокие скорости резания с тем, чтобы достигать минимально возможную шероховатость обработанной поверхности при прочих равных условиях.

Влияние кремния на износ режущего инструмента

Кроме микроструктуры — дефектов, пор, включений — наибольшее влияние на износ режущего   инструмента оказывает содержание кремния. Так, режущий инструмент для обработки модифицированных доэвтектических силуминов имеет самый высокий срок службы, тогда как заэвтектические силумины для изготовления цилиндров двигателей внутреннего сгорания причиняют режущему инструменту весьма значительный износ.

Стружка при механической обработке силуминов

При обработке резанием более мягких алюминиевых литейных сплавов, в частности, большинства доэвтектических силуминов, образуются узкая спиральная или короткая ломкая стружка. При этом широко применяются подходящие охлаждающие эмульсии и смазки.

При механической обработке заэвтектических силуминов образуется мелкая стружка с образованием порошкового кремния. В комбинации со смазкой этот порошок действует как абразив. В некотором смысле, механическая обработка этих типов литейных сплавов похожа на обработку отливок из серого чугуна [2].

При обработке резанием деталей из эвтектических силуминов, для которых характерна очень мягкая матрица, образуется длинная спиральная стружка. Кроме того, относительно высокая пластичность материала приводит к налипанию алюминия на режущие кромки инструмента. Эти явления требуют применения смазки, что, в свою очередь, приводит к ухудшению качества обработанной поверхности.

Режущий инструмент для алюминия

Для механической обработки алюминиевых отливок применяют режущий инструмент из быстрорежущих сталей, твердых сплавов и керамики. Для чистовой обработки часто применяют алмазный инструмент.

См. Режущий инструмент для алюмния

Припуски отливок на механическую обработку

Припуски на механическую обработку для основных методов литья алюминиевых сплавов применяют следующие [2]:

• литье в песчаные формы: 1,5-3,0 мм;
• литье в кокиль: 0,7-1,5 мм;
• литье под давлением: 0,3-0,5 мм.

Алюминиевая стружка

См. также про стружку Механическая обработка алюминия

Чтобы свести к минимуму потери алюминия при переплаве стружки, ее сортируют по типам сплавав и спрессовывают в брикеты. Кроме того, стружку необходимо защищать от загрязнения влагой, смазками и примесями железа, так все это значительно снижает ценность алюминиевого лома. Алюминиевая стружка не является пожароопасным материалом и не требует противопожарных мероприятий. Если применяется шлифовка алюминиевых деталей, то система улавливания алюминиевой пыли должна быть взрывозащищенной.

Источники:

1. todaysmachiningworld.com/magazine/how-it-works-machining-cast-aluminum-parts/
2. Mechanical machining of aluminium castings //Aluminium Casting Alloys – Aleris International, 2011