Aluminium-Zerspanung meistern: Bewährte Techniken für präzise Legierungsbearbeitung

In diesem Artikel erfahren Sie, wie die Aluminium-Zerspanung funktioniert und wie man Aluminiumlegierungen effektiv bearbeitet, alles mit praktischen Tipps erklärt.

Aluminium-Zerspanung

Aluminiumlegierungen gehören zu den bequemsten Materialien zur Bearbeitung, was sie zum häufigsten „Go-to“-Material für viele Anwendungen in einer Vielzahl von Branchen macht.

Zusätzlich zu seiner ausgezeichneten Zerspanbarkeit bietet Aluminium eine Vielzahl von Legierungen und Güten, die perfekt auf unterschiedliche Anforderungen eingehen, von Rapid Prototyping bis zu Präzisionsanwendungen. CNC-Aluminiumzerspanung bietet umfangreiche Vorteile, sei es aus Kosten- oder Werkstoffintegritätssicht.

Zwar ist die Bearbeitung dieses Materials einfacher als bei den meisten Metallen, aber das ist nicht immer der Fall. Viele Werkstätten haben Probleme, die Effizienz ihres Prozesses bei der Bearbeitung von Aluminiumlegierungen aufrechtzuerhalten.

Einige kämpfen immer noch damit, was schiefgelaufen sein könnte und welche Probleme verursacht haben. Es gibt mehrere Faktoren, die bei der Arbeit mit Aluminium zu beachten sind, die einzigartig im Vergleich zu anderen Metallen sind.

Warum viele die Bearbeitung mit Aluminium wählen

Leichtgewicht

Aluminiumlegierungen gehören zu den leichtesten zerspanbaren Metallen. Mit einem Dichtebereich von 2600–2750 kg/m³ sind Aluminiumlegierungen etwa 2,5-mal weniger dicht als Stahl.

Langlebig

Ein Grund, warum Automobil- und Luftfahrt-Hersteller Aluminiumlegierungen als Werkstoff wählen, ist das vielversprechende Festigkeits-Gewichts-Verhältnis. Legierungen der 7000er-Serie erreichen Festigkeiten von bis zu 72.000 psi (ca. 496 MPa).

Wissenswertes über Aluminiumlegierungen: Theoretisch kann ein 300-Zoll-Durchmesser (ca. 7,6 mm) Aluminiumdraht der 7000er-Serie ein mittelgroßes SUV tragen.

Hoher Zerspanbarkeitsindex

Aluminium gehört zu den Metallen mit dem höchsten Zerspanbarkeitsindex, was es etwa drei- bis zehnmal besser zerspanbar macht als Stahl. Mit hohem Zerspanbarkeitsindex ist es einfacher, die gewünschte Oberflächenqualität zu erreichen, ohne die zusätzlichen Bearbeitungsschritte durchlaufen zu müssen, die bei härteren Metallen erforderlich sind.

Korrosionsbeständig

Ein Vorteil von Aluminium ist, dass es kein Eisen enthält, was bedeutet, dass dieses Metall vor Schäden durch Oxidation geschützt ist. Einige Aluminiumlegierungen können korrodieren, aber meistens ist diese Korrosion nicht nachteilig für das Metall selbst.

Eloxierfähigkeit

Aluminium ist eines der wenigen Metalle, die eloxiert werden können. Das Eloxieren solcher Materialien bringt verbesserte Oberflächenqualität, verbesserte Korrosionsbeständigkeit, längere Lebensdauer und eine einzigartige Farbpalette.

Kosteneffizient

Aluminiumlegierungen sind günstiger als andere Metalle, die ähnliche Eigenschaften bieten. Aluminium ist das häufigste Metall der Welt, was es zugänglich und billig macht. Darüber hinaus ist die Verarbeitung dieses Materials im Vergleich zu Stahl nicht so schwierig, was es zum wirtschaftlichsten Werkstoff macht.

Praktische Tipps für effektives Zerspanen von Aluminiumlegierungen

Aluminiumlegierungen haben im Allgemeinen die höchste Zerspanbarkeitsrate, aber viele Fertigungsbetriebe bearbeiten Aluminium so, dass es der Werkzeugstandzeit und dem Fertigteil als Ganzes schaden kann.

Es ist entscheidend, die richtigen Werkzeuge, Parameter und die Aufspannung zu wählen, um den Nutzen der Bearbeitung dieses Metalls zu maximieren, um maximale Effizienz zu erreichen. Hier sind die häufigsten Probleme und praktische Tipps, um Effizienz bei der Bearbeitung von Aluminiumlegierungen zu erreichen.

Probleme im Zusammenhang mit CNC-Zerspanung von Aluminium:

Den schlankesten Prozess bei der Aluminiumzerspanung zu erreichen, kann ziemlich hart sein, da dies bedeutet, Maschine und Werkzeuge an ihre Leistungsgrenzen zu bringen, ohne sie zu beschädigen.

Einige Fertiger frustrieren sich oft dabei, die optimalen Parameter für ihren Prozess zu erreichen, weil auf dem Weg zur Spitzenleistung unzählige Misserfolge lauern, einschließlich Werkzeugaufbauschneide, Werkzeugverbiegung, Werkzeugbruch, Rattern und Spindelstillstand.

Das Hauptproblem, das häufig bei der Zerspanung von Aluminium auftritt, ist die Anhaftung von Spänen am Schneidwerkzeug beim Eingriff mit hohen Geschwindigkeiten.

Katastrophen können durch dieses Problem entstehen:

Dies kann das Werkzeug so stumpf machen, dass es das Metall nur noch reibt anstatt zu schneiden, und als Folge kann es schmelzen und das Werkstück zerstören und drastische Probleme für Werkzeug und Spindel verursachen, wenn nicht beaufsichtigt.

Tipp #1:

Eine Ursache für die Anhaftung von Metall am Werkzeug kann die Werkzeugauswahl sein. In der Zerspanungsindustrie ist es eine Faustregel, Hartmetall-Schneidwerkzeuge bei der Bearbeitung von Aluminium zu wählen.

Der Hauptgrund dafür ist, dass Aluminium zu „klebrig“ werden kann und Aufbauschneide an der Schneide des Werkzeugs verursachen kann. Es ist wichtig zu beachten, dass nicht alle Hartmetallwerkzeuge perfekt für die Bearbeitung dieses Materials sind.

Werkzeuge mit hohem Kobaltgehalt sind möglicherweise nicht für die Aluminiumbearbeitung geeignet, da bei zu hohen Temperaturen das Aluminium seltsam mit dem exponierten Kobalt reagieren kann, was zu einer Verbindung und damit zu einer Aufbauschneide an der Werkzeugkante führt. Wählen Sie ein Schneidwerkzeug, das nicht leicht abstumpft; die besten dafür sind Hartmetallwerkzeuge mit größeren Korngrößen, um höhere Kobaltgehalte zu vermeiden.

Tipp #2:

Wählen Sie ein beschichtetes Schneidwerkzeug. Diese Werkzeugbeschichtungen umfassen Titanitrid (TiN), Titan-Carbonitrid (TiCN), Titan-Aluminium-Nitrid (TiAlN), Chromnitrid (CrN) und andere Varianten je nach Hersteller. Werkzeugbeschichtungen bringen große Vorteile für die Schneidleistung: verbesserte Härte, verbesserte Verschleißfestigkeit und längere Werkzeugstandzeit.

Tipp #3:

Beachten Sie kritisch die Nuten des zu verwendenden Werkzeugs basierend auf dem Prozess, in dem es eingesetzt wird. Beim Schruppen ist die Spanabfuhr eine wichtige Spezifikation, die berücksichtigt werden muss.

Es ist wichtig, das Verstopfen des Werkzeugs durch Späne zu vermeiden, um Materialaufbau und unerwünschte Oberflächenqualität am Teil zu vermeiden. Schaftfräser mit 3 Schneiden sind eine gute Wahl, da sie die notwendige Härte und Spanabfuhr bieten, die beim Aluminiumzerspanen benötigt wird.

Tipp #4:

Berücksichtigen Sie den Drallwinkel abhängig vom involvierten Prozess. Beim Schruppen gilt als Faustregel: Verwenden Sie stets Werkzeuge mit bester Spanabfuhr und Kühlung.

Ein Drallwinkel von 35° funktioniert dafür. Beim Schlichten hingegen ist es wichtig, eine hervorragende Oberflächenqualität und schönes Ergebnis zu erzielen. Hier ist es gut, Werkzeuge mit 45° Drallwinkel zu verwenden, was eine präzise Oberfläche gewährleistet. Andererseits, wenn geplant ist, das Werkzeug sowohl für Schruppen als auch Schlichten zu verwenden, kann ein 40° Drallwinkel sinnvoll sein.

Tipp #5:

Einige Fertiger schieben gerne die Grenzen, um schnellere Bearbeitungszeiten zu erreichen, und manchmal bringt dieser Wunsch unangenehme Ergebnisse aufgrund der Aggression. Zu hohe Vorschübe können Auswirkungen auf die Harmonik und Steifigkeit des Schneidwerkzeugs haben, was zum Versagen während der Bearbeitung führt.

Andererseits sind zu niedrige Vorschübe nicht effizient und verschwenden Zeit und Ressourcen. Vorschubgeschwindigkeiten und Spindeldrehzahlen wären relativ zu Werkzeugspezifikationen und Teilabmessungen. Es ist wichtig, nahe an den theoretisch bewährten Parametern für CNC-Zerspanung zu bleiben, die im Zerspanungshandbuch festgelegt sind.

Kernaussagen zur Aluminium-Zerspanung

Die Aluminiumzerspanung an sich ist ein wirtschaftlich effizienter Fertigungsprozess für verschiedene Zwecke, aber die Rate der Kosteneinsparungen wird noch höher steigen, wenn man sie richtig bearbeitet. Das Vermeiden von Problemen bei der CNC-Zerspanung einer Aluminiumlegierung kann erheblich zur Kosteneinsparung durch effizientes Zerspanen beitragen.

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