Aluminium zerspanen meistern: Umfassender Leitfaden

Aluminium zerspanen meistern: Umfassender Leitfaden

Aluminium ist eines der am häufigsten bearbeiteten Materialien, da die meisten Formen des Materials eine ausgezeichnete Zerspanbarkeit aufweisen und somit ein häufig verwendetes Material in der Fertigung ist. Aufgrund dessen kann der Wettbewerb bei der Aluminiumbearbeitung intensiv sein. Das Verständnis der Grundlagen hinter Werkzeugauswahl, Laufparametern und fortgeschrittenen Frästechniken für Aluminium kann Zerspanern helfen, einen Wettbewerbsvorteil zu erlangen.

Materialeigenschaften

Aluminium ist ein hochformbares, bearbeitbares, leichtes Material. Teile aus diesem Material finden sich in fast jeder Industrie. Zusätzlich ist Aluminium aufgrund seiner niedrigen Kosten und Flexibilität zu einer beliebten Wahl für Prototypen geworden.

Aluminium ist in zwei Grundformen verfügbar: Guss (Cast) und Knet (Wrought). Knet-Aluminium ist typischerweise stärker, teurer und enthält einen geringeren Prozentsatz an Fremdelementen in seinen Legierungen. Knet-Aluminium ist auch hitzebeständiger als Guss und hat ein höheres Maß an Zerspanbarkeit.

Guss-Aluminium hat geringere Zugfestigkeit, aber höhere Flexibilität. Es kostet weniger und hat höhere Prozentsätze an Fremdelementen (Silizium, Magnesium usw.) in seinen Legierungen, was es abrasiver als Knet macht.

Werkzeuggeometrie

Es gibt einige Beschichtungsoptionen für Aluminiumwerkzeuge, einschließlich der beliebten goldfarbenen ZrN (Zirkoniumnitrid) und der weniger bekannten, aber hocheffektiven TiB₂ (Titandiborid). Unbeschichtete Werkzeuge können auch solide Bearbeitungsleistung bieten. Der wahre Schlüssel zu Hochleistungsbearbeitung in Aluminium ist jedoch das Wissen um die richtige Schneidenanzahl und den richtigen Helixwinkel für Ihren Vorgang.

Schneidenanzahl (Flute Count)

Schaftfräser für Aluminium sind oft in 2-schneidigen oder 3-schneidigen Ausführungen verfügbar. Mit höheren Schneidenzahlen würde es schwierig werden, Späne bei den hohen Drehzahlen, mit denen man in Aluminium fahren kann, effektiv zu evakuieren. Dies liegt daran, dass Aluminiumlegierungen einen großen Span hinterlassen und Spankammern mit jeder zusätzlichen Schneide an einem Schaftfräser kleiner werden.

Traditionell waren 2-schneidige Schaftfräser die bevorzugte Wahl für Aluminium. Allerdings haben sich 3-schneidige Schaftfräser in vielen Schlichtoperationen als erfolgreicher erwiesen und können mit den richtigen Parametern auch erfolgreich als Schrupper arbeiten. Während ein Großteil der Debatte zwischen 2 und 3 Schneiden für Aluminium auf persönliche Vorlieben hinausläuft, können der Vorgang, die Steifigkeit und die gewünschten Materialabtragsraten auch einen Einfluss auf die Werkzeugauswahl haben.

Helixwinkel (Helix Angles)

Der Helixwinkel eines Werkzeugs wird durch den Winkel gemessen, der zwischen der Mittellinie des Werkzeugs und einer geraden Linie tangential entlang der Schneidkante gebildet wird. Schneidwerkzeuge für Aluminium weisen typischerweise höhere Helixwinkel als Standard-Schaftfräser auf. Spezialisierte Helixwinkel für Aluminium sind typischerweise entweder 35°, 40° oder 45°. Variable-Helix-Werkzeuge sind ebenfalls verfügbar und eine großartige Wahl zur Reduzierung von Rattern und Harmonischen, während sie gleichzeitig die Materialabtragsraten erhöhen.

Ein Helixwinkel von 35° oder 40° ist eine gute Wahl für traditionelles Schruppen und Nutenfräsen. Ein 45° Helixwinkel ist die bevorzugte Wahl für Schlichten, aber auch für High Efficiency Milling Werkzeugpfade, da der hohe Helixwinkel sich schneller um das Werkzeug wickelt und einen aggressiveren Schnitt ermöglicht.

Werkzeugoptionen

Beim Bearbeiten von Aluminium werden Standard 2- oder 3-schneidige Werkzeuge oft die Arbeit erledigen. Für bestimmte Anwendungen und Maschineneinstellungen gibt es jedoch einige weitere Werkzeugoptionen für noch bessere Leistung.

Spanbrecher-Werkzeuge (Chipbreaker Tooling)

Eines der wichtigsten Dinge, die beim Bearbeiten von Aluminium (und vielen anderen Materialien) zu beachten sind, ist effektive Spanabfuhr. Standard 2-3-schneidige Schaftfräser, die mit empfohlenen Drehzahlen und Vorschüben und korrekten Spandicken laufen, können Späne ziemlich gut evakuieren. Allerdings können 3-schneidige Spanbrecher-Werkzeuge mit erhöhten Drehzahlen und Vorschüben für noch bessere Leistung laufen. Die einzigartige versetzte Spanbrechergeometrie erzeugt kleinere Späne für optimale Evakuierung, während sie dennoch eine halbfertige Oberfläche hinterlässt.

Diese Werkzeuge sind ausgezeichnet für fortgeschrittenere Werkzeugpfade wie High Efficiency Milling, was ein weiteres wichtiges Werkzeug für eine erfolgreiche Aluminiumbearbeitungserfahrung ist.

Hochgewuchtete Schaftfräser (High Balance End Mills)

Hochgewuchtete Schaftfräser sind darauf ausgelegt, die Leistung in hochgewuchteten Bearbeitungszentren, die erhöhte Drehzahlen und Vorschübe ermöglichen, signifikant zu steigern. Diese Werkzeuge sind präzise gewuchtet speziell für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung in Aluminium (bis zu 33.000 U/min).

Helical Solutions bietet hochgewuchtete Werkzeuge in Standard 2-schneidigen Ausführungen sowie kühlmittelgeführte 3-schneidige Ausführungen für reduzierte Hitze, verbesserte Spanabfuhr und erhöhte Materialabtragsraten an. Diese Werkzeuge, wie die Spanbrecher, sind auch eine ausgezeichnete Wahl für High Efficiency Milling Werkzeugpfade.

Laufparameter

Das Einstellen der richtigen Parameter für Aluminiumanwendungen ist entscheidend für die Optimierung der Produktivität und das Erreichen besserer Bearbeitungsergebnisse. Da Aluminium ein leichter zu bearbeitendes Material ist, ist es wichtig, Ihre Maschine an ihre Grenzen zu bringen und das Beste aus Ihrem Werkzeug herauszuholen, um der Konkurrenz voraus zu bleiben und Aufträge zu gewinnen.

Während es viele Faktoren gibt, die in die Parameter für jeden Auftrag einfließen, gibt es einige allgemeine Richtlinien, die beim Bearbeiten von Aluminium befolgt werden sollten. Für Guss-Aluminiumlegierungen (z. B. 308, 356, 380) wird eine Schnittgeschwindigkeit von 500–1000 SFM empfohlen, wobei die Drehzahlen basierend auf dem Fräserdurchmesser variieren. Die grundlegende Berechnung zum Finden eines Startpunkts für Drehzahlen wäre (3,82 × SFM) / Durchmesser.

Für Knet-Aluminiumlegierungen (z. B. 2024, 6061, 7075) wird eine Schnittgeschwindigkeit von 800–1500 SFM empfohlen, mit der gleichen Berechnung zum Finden eines Startpunkts für Drehzahlen.

High Efficiency Milling (HEM)

High Efficiency Milling, allgemein als HEM bekannt, ist eine Strategie, die in der Fertigungsindustrie schnell an Popularität gewinnt. Viele CAM-Programme beinhalten jetzt HEM-Werkzeugpfade, und während praktisch jede Maschine HEM ausführen kann, muss der CNC-Controller über einen schnellen Prozessor verfügen, um mit den zusätzlichen Codezeilen Schritt zu halten. Ein großartiges Beispiel für High Efficiency Milling Werkzeugpfade in Aluminium ist unten zu sehen.

Im Kern ist HEM eine Schrupptechnik, die eine niedrige radiale Schnitttiefe (RDOC) und eine hohe axiale Schnitttiefe (ADOC) nutzt, um die Schneidkante des Werkzeugs voll auszunutzen. Um mehr darüber zu erfahren, wie High Efficiency Milling Ihre Effizienz steigern, Ihre Werkzeugstandzeit verlängern, um Kosten zu senken, und größere Leistung für Aluminium (und andere Materialien) erzielen kann, klicken Sie hier, um den HEM-Leitfaden herunterzuladen.

Zusammenfassung

Aluminium ist ein vielseitiges Material mit hohem Zerspanbarkeitsgrad, aber es sollte nicht übersehen werden. Das Verständnis der besten Wege, es anzugehen, ist wichtig für das Erreichen der gewünschten Ergebnisse. Die Optimierung Ihres Werkzeugbestands, Maschineneinstellungen und Werkzeugpfade für Aluminium ist unerlässlich, um der Konkurrenz voraus zu bleiben und Ihre Werkstatt effizienter zu machen.