Zerspanung von Aluminium
Aluminium ist leicht zu zerspanen ….
… wenn die Mindestbedingungen und Parameter bekannt sind.
Grundsätzliches zur Zerspanung von Aluminium
Im Vergleich zu anderen metallischen Konstruktionswerkstoffen gelten Aluminiumwerkstoffe als leicht spanbar. In die Beurteilung der Spanbarkeit eines Werkstoffes fließen die Kriterien wie
- Spanbildung und – form,
- erreichbare Oberflächengüte,
- Standzeit der Werkzeuge und
- auftretende Schnittkräfte an den Werkzeugen und Maschinen
ein.
Die Spanform ist aufgrund des oft großen Spanvolumens, dass es gilt, abzuführen, ein bedeutendes Kriterium. Gewünscht sind ausnahmslos kurze zylindrische Wendelspäne, Spiralwendelspäne und optimalerweise kurz brechende Späne (sogenannte Brökelspäne). Hierbei bestimmen insbesondere die Werkstoffzusammensetzung, der Werkstoffzustand, die Schnittbedingungen und die Werkzeuggeometrie die Form der entstehenden Späne.
Die Oberflächengüte hängt von den Schnittbedingungen und vom Werkstoffzustand (Festigkeiten) ab. Weiterhin haben aufgrund der großen Schnittgeschwindigkeiten beim Zerspanen von Aluminium auch kinematische Einflüsse über die Maschinentechnik und Werkzeugaufnahme (Schwingungen, Rattermarken) Auswirkungen auf die Oberfläche. Nahezu grundsätzlich kann festgehalten werden, dass die erreichbare Oberflächengüte umso besser wird, je höher die Festigkeitseigenschaften des Werkstoffes beschaffen sind.
Die Standzeit der Werkzeuge zur Aluminiumbearbeitung kann in weiten Grenzen schwanken. Besondere Auswirkungen lassen sich bei der chemischen Zusammensetzung des zu zerspanenden Werkstoffes erkennen. Finden sich im Grundmetall grobe, harte und abrasive Partikel oder Verbindungen, wie dies durchaus bei beispielsweise siliziumreichen Gusslegierungen der Fall ist, so ist mit teilweise deutlichem Abfall der Standzeiten der Werkzeuge zu rechnen. Bedeutende Auswirkungen hat auch die Auswahl der geeigneten Schneidstoffe (HSS- Werkzeuge, Hartmetalle, Diamantwerkzeuge), die auf den Werkstoff abgestimmt sein muss.
Die auftretenden Schnittkräfte betragen bei Aluminium nur ca. 30% derjenigen von Stahl. Grundsätzlich kann man davon ausgehen, dass die Schnittkräfte mit größer werdender Erwärmung der Spanentstehungsstelle kleiner werden. Hier liegt die Ursache (im Zusammenwirken mit veränderter Spanbildung und entsprechenden Reibungsverhältnissen) für die kleinen Schnittkräfte bei hohen Schnittgeschwindigkeiten. Weiterhin wirken sich alle Maßnahmen zum leichteren Spanablauf positiv hinsichtlich einer Schnittkraftverringerung aus. Hierzu zählen u.a. die reichliche Zuführung von Kühlschmierstoff und Werkzeuge mit möglichst großem Spanwinkel.
Welches Aluminium eignet sich zum Zerspanen am besten?
Die Aluminiumwerkstoffe werden nach ihrer Zerspanbarkeit in verschiedene Spanbarkeitsklassen unterteilt.
- Spanbarkeitsklasse 1: Aluminium Knetlegierungen mit geringer Festigkeit
- Spanbarkeitsklasse 2: Aluminium Knetlegierungen mit gesteigerter Festigkeit
- Spanbarkeitsklasse 3: Automatenlegierungen
Spanbarkeitsklasse 1: Aluminium Knetlegierungen mit geringer Festigkeit
nicht aushärtbare Legierungen wie EN AW 5052 und EN AW-5754
Zerspanungseigenschaften:
- weiche, duktile Werkstoffe großer Homogenität
- geringe Festigkeit
- keine harten Bestandteile
- Kleben und Schmieren bei der Bearbeitung
aushärtbare Legierungen wie EN AW 6061 und EN AW-6082
Zerspanungseigenschaften:
- starke Neigung zur Aufbauschneidenbildung
- keine Scheinspäne
Spanbarkeitsklasse 2: Aluminium Knetlegierungen mit gesteigerter Festigkeit
nicht aushärtbare Legierungen, nicht umgeformt wie G.AL® C250, G.AL® C210R
- Festigkeiten bis ca. Rm = 300 MPa bei guten Dehnungswerten
- geringe Werkzeug-Verschleißwirkung
- geringe Neigung zur Aufbauschneidenbildung
- keine Scheinspäne
nicht aushärtbare Legierungen im kaltverfestigten Zustand wie EN AW-5083
- Festigkeiten bis ca. Rm = 300-600 MPa bei guten Dehnungswerten
- geringe Werkzeug-Verschleißwirkung
- geringer werdende Neigung zur Aufbauschneidenbildung mit zunehmender Festigkeit
- keine Scheinspäne
aushärtbare Legierungen im ausgehärteten Zustand, nicht umgeformt wie G.AL® C330
- Festigkeiten bis ca. Rm = 300-400 MPa bei guten Dehnungswerten
- geringe Werkzeug-Verschleißwirkung
- geringe Neigung zur Aufbauschneidenbildung
- keine Scheinspäne
aushärtbare Legierungen im ausgehärtetem und/oder kaltverfestigten Zustand wie EN AW-7022, EN AW-7075
- Festigkeiten bis ca. Rm = 300-600 MPa bei guten Dehnungswerten
- geringe Werkzeug-Verschleißwirkung
- geringer werdende Neigung zur Aufbauschneidenbildung mit zunehmender Festigkeit
- keine Scheinspäne
Spanbarkeitsklasse 3: Automatenlegierungen
aushärtbare Legierungen mit spanbrechenden Zusätzen wie EN AW 2007
- kurz brechende Späne infolge spanbrechender Zusätze
- Festigkeiten bis ca. Rm = 280-380 MPa
- geringe Werkzeug-Verschleißwirkung
- geringe Neigung zur Aufbauschneidenbildung
- keine Scheinspäne
Fazit.
Die Familie der Aluminiumwerkstoffe besteht aus verschiedenen Werkstoffgruppen mit sehr unterschiedlichen Zerspanungseigenschaften. Besonders bei intensiver spanender Weiterverarbeitung des Werkstoffs sollten Werkstoffe der Spanbarkeitsklasse 2 gewählt werden, um die Werkzeuge zu schonen und bestmögliche Ergebnisse zu erhalten.
FAQ
Häufig gestellte Fragen zu diesem Artikel:
Welche spezifischen Parameter und Bedingungen sind erforderlich, um Aluminium effizient zu zerspanen, und wie können diese optimiert werden, um die besten Ergebnisse zu erzielen?
Um Aluminium effizient zu zerspanen, sind verschiedene Parameter und Bedingungen entscheidend. Dazu gehören unter anderem die Werkzeuggeometrie, Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und die Wahl des Kühlschmierstoffs. Durch die Optimierung dieser Parameter kann die Spanbildung kontrolliert werden, um kurze zylindrische Wendelspäne zu erzeugen und die Oberflächengüte zu verbessern.
Welche Rolle spielen die verschiedenen Legierungen von Aluminium bei der Zerspanung, und wie unterscheiden sich ihre Zerspanungseigenschaften voneinander?
Die verschiedenen Legierungen von Aluminium haben unterschiedliche Zerspanungseigenschaften. Zum Beispiel sind Legierungen der Spanbarkeitsklasse 1, wie EN AW 5052 und EN AW-5754, weicher und duktiler, während Legierungen der Spanbarkeitsklasse 2, wie EN AW-6061 und EN AW-6082, eine höhere Festigkeit aufweisen und zur Bildung von Aufbauschneiden neigen.
Gibt es spezielle Werkzeugmaterialien oder -geometrien, die für die Zerspanung von Aluminium empfohlen werden, und welche Auswirkungen haben sie auf die Standzeit der Werkzeuge und die Qualität der bearbeiteten Oberflächen?
Für die Zerspanung von Aluminium werden Werkzeugmaterialien empfohlen, die auf die jeweilige Legierung und die gewünschten Bearbeitungseigenschaften abgestimmt sind. Häufig verwendete Werkzeugmaterialien sind Hartmetall und Diamantwerkzeuge, die eine gute Standzeit bieten und die Bildung von Aufbauschneiden reduzieren können. Die Auswahl der richtigen Werkzeuggeometrie und die Verwendung von Kühlschmierstoffen mit geeigneten pH-Werten sind ebenfalls entscheidend für die Qualität der bearbeiteten Oberflächen und die Standzeit der Werkzeuge.
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