Das Fräsen von Aluminium ist ein in der Fertigung häufig verwendetes Bearbeitungsverfahren. Dieses Material wird wegen seiner Leichtigkeit und gleichzeitig seiner Haltbarkeit und Festigkeit geschätzt. Außerdem ist es äußerst formbar. Es hat wichtige Gebrauchseigenschaften wie Nichtbrennbarkeit, Beständigkeit gegen Sonneneinstrahlung und Feuchtigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit. Nicht zu vernachlässigen sind auch sein Aussehen und seine Pflegeleichtigkeit. Schließlich ist Aluminium recycelbar. Die CNC-Bearbeitung dieses Rohstoffs hat ihre Besonderheiten. Wir geben Ihnen Tipps, worauf Sie beim CNC-Fräsen achten sollten.
Fräsen von Aluminium – Besonderheiten des Verfahrens
Das CNC-Fräsen von Aluminium ist im Vergleich zu anderen Materialien, z. B. der Metallbearbeitung, recht spezifisch. Dies liegt an den Eigenschaften dieses Materials, das besonders weich und formbar ist. Es muss ein geeigneter Fräser ausgewählt werden, da jede Beschädigung der Aluminiumoberfläche zu Materialverschwendung führt. Dies ist nicht einfach, da es auf dem Markt über 10.000 verschiedene Legierungen dieses Rohstoffs gibt.
Reines Aluminium ist ein sehr weiches Material mit geringer Festigkeit und hoher Formbarkeit, das daher schwer zu bearbeiten ist. Aus diesem Grund werden meist Aluminiumlegierungen verwendet. Durch die Beimischung anderer Metalle lassen sich seine Eigenschaften verändern, wodurch Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften wie Beständigkeit, Festigkeit oder Ästhetik erzielt werden können.
Je nach Zusammensetzung sind einige Legierungen universell einsetzbar, andere sind für spezielle Anwendungen vorgesehen, z. B. können solche mit guter Verformbarkeit zur Herstellung dünnwandiger Elemente mit komplexen Formen verwendet werden. Einige Legierungen werden einer Wärmebehandlung unterzogen, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.
Auf dem Markt sind zwei- oder mehrkomponentige Aluminiumlegierungen erhältlich, die meist Zusätze in Form von Silizium (Si), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Zink (Zn) und Mangan (Mn) enthalten. Um die Zerspanbarkeit zu verbessern, werden zusätzlich Metalle wie Blei (Pb), Cadmium (Cd), Antimon (Sb) und Wismut (Bi) beigemischt.
Was ist bei der CNC-Bearbeitung von Aluminium zu beachten?
Die CNC-Bearbeitung von Aluminium erfordert vor allem die Auswahl geeigneter Fräser oder Fräsplatten. Auf dem Markt sind viele verschiedene Typen mit unterschiedlichen Beschichtungen, Geometrien oder Schneidkanten verfügbar, die an die jeweilige Legierung angepasst werden können. Dies ist eine der Grundvoraussetzungen für ein gutes Fräsergebnis.
Das Fräsen von Aluminium erfordert darüber hinaus die Einhaltung bestimmter Regeln. Diese stellen wir im Folgenden vor:
- Die CNC-Bearbeitung von Aluminium und seinen Legierungen sollte mit hohen Dreh- und Vorschubgeschwindigkeiten durchgeführt werden, wobei die Parameter an das Werkzeug anzupassen sind. Es besteht keine Gefahr, dass eine hohe Geschwindigkeit die Lebensdauer der Schneiden beeinträchtigt.
- Die Spanstärke (hex) sollte zwischen 0,1 und 0,2 mm liegen, damit keine Gefahr besteht, dass Späne an den Schneiden „haften bleiben”, was zu einer Beschädigung der bearbeiteten Oberflächen und des Schneidwerkzeugs selbst führen würde.
- Es wird empfohlen, reichlich Kühlflüssigkeit zu verwenden. Dadurch können Späne und Wärme optimal aus dem Bereich abgeführt werden, in dem das Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt kommt.
- Die Anzahl der Schneidkanten des Schneidwerkzeugs sollte entsprechend der Festigkeit der jeweiligen Aluminiumlegierung gewählt werden. Für mittelharte Legierungen eignen sich Fräser mit zwei Schneiden am besten, während für die härtesten Legierungen drei Schneiden sinnvoll sind.
- Je mehr Schneidkanten ein Fräser hat, desto geringer ist die Belastung der einzelnen Schneidkante, wobei ein Fräser mit einer Schneide die beste Spanabfuhr gewährleistet. Dies ist wichtig zu wissen, da die Spanabfuhr beim Fräsen von Aluminium eine sehr wichtige Rolle spielt.
- Es ist wichtig, die Stabilität des Fräsers zu gewährleisten, um Vibrationen zu vermeiden und das Bruchrisiko zu verringern. Je kürzer und dicker der Fräser ist, desto stabiler ist er.
- Die Anzahl der Ein- und Ausstiche des Werkzeugs während der Bearbeitung muss auf ein Minimum beschränkt werden. Dies ist aufgrund des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Aluminium erforderlich. Jeder Ausstich und erneute Einstich des Werkzeugs in das Material kann zu Verformungen und Kratzern auf den bearbeiteten Oberflächen führen.
- Fräser für Aluminium müssen scharfe Kanten haben.
Probleme, die beim Fräsen auftreten können
Personen, die CNC-Aluminiumfräsdienstleistungen erbringen, können während dieses Prozesses auf verschiedene Probleme stoßen, die auf Fehler in der Technik zurückzuführen sind. Wir stellen Ihnen die häufigsten davon und Möglichkeiten zu ihrer Lösung vor.
- Aluminiumanhaftungen an den Kanten der Schneidwerkzeuge, die sich negativ auf die Qualität des bearbeiteten Teils und die Qualität der Werkzeuge auswirken. Die Ursache dafür kann eine zu geringe Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit sein. Diese sollten gemäß den empfohlenen Parametern erhöht werden.
- Vibrationen des gefrästen Teils, die zu Maßungenauigkeiten und einer unsachgemäßen Oberflächenbearbeitung führen können. Dieses Problem kann auf verschiedene Weise gelöst werden: durch Überprüfen der Befestigung und Sicherstellen einer guten Abstützung des Werkstücks, durch Verringern der Ausladung auf die kürzestmögliche Geschwindigkeitsgrenze und durch Einhalten der festgelegten Normen und Schnittparameter, um unnötige Vibrationen zu vermeiden.
- Eine schlechte Oberflächenbeschaffenheit kann sogar dazu führen, dass das Endprodukt vom Kunden abgelehnt wird. Um dies zu vermeiden, sollten mögliche Ursachen überprüft und beseitigt werden. Diese können beispielsweise sein:
- stumpfe oder beschädigte Fräser – hier kann die Auswahl eines Werkzeugs aus hochwertigem Material sowie die ständige Überwachung seines Zustands und das Schleifen bei Bedarf Abhilfe schaffen,
- die Verwendung eines Werkzeugs mit ungeeigneter Geometrie, was zu einem erneuten Schneiden der Späne und deren schlechter Abfuhr führen kann. In diesem Fall sollten Werkzeuge mit einem höheren Spiralwinkel, einer größeren Anzahl von Nuten und einem kleineren kritischen Radius für die Endbearbeitung ausgewählt werden,
- eine falsche Schnitttiefe und Schnittgeschwindigkeit. Bei der Endbearbeitung werden hohe Drehzahlen und eine reduzierte Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe empfohlen. Dadurch wird die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit erreicht.
Aluminium ist ein vielseitiges Material mit hoher Zerspanbarkeit, das sich sehr leicht zerspanen lässt. Beim Fräsen von Aluminium sollten Sie die in diesem Artikel beschriebenen Regeln beachten und unbedingt befolgen, dann werden Sie mit Sicherheit die gewünschten Ergebnisse erzielen.
