Das Fräsen von Aluminium ist ein in der Fertigung häufig verwendetes Bearbeitungsverfahren. Dieses Material wird wegen seiner Leichtigkeit und gleichzeitig seiner Langlebigkeit und Festigkeit geschätzt. Dabei ist es auch äußerst formbar. Es hat wichtige Gebrauchseigenschaften wie Nichtbrennbarkeit, Beständigkeit gegen Sonneneinstrahlung und Feuchtigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit. Nicht zu vergessen sind auch sein Aussehen und seine einfache Pflege. Schließlich ist Aluminium recycelbar. Die CNC-Bearbeitung dieses Rohstoffs hat ihre Besonderheiten. Wir geben Ihnen Tipps, worauf Sie beim CNC-Fräsen achten sollten.
Aluminiumfräsen – Besonderheiten des Prozesses
Das CNC-Fräsen von Aluminium ist im Vergleich zu anderen Werkstoffen, z. B. der Metallbearbeitung, recht spezifisch. Dies liegt an den Eigenschaften dieses Werkstoffs, der besonders weich und formbar ist. Es muss ein geeigneter Fräser ausgewählt werden, da jede Beschädigung der Aluminiumoberfläche zu Materialverlust 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, wodurch es schwer zu bearbeiten ist. Daher werden meist Aluminiumlegierungen verwendet. Durch die Beimischung anderer Metalle können seine Eigenschaften verändert werden, wodurch Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften wie Beständigkeit, Festigkeit oder Ästhetik erzielt werden.
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 folgende Zusätze enthalten: Silizium (Si), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Zink (Zn) und Mangan (Mn). Um die Zerspanbarkeit zu verbessern, werden zusätzlich Metalle wie Blei (Pb), Cadmium (Cd), Antimon (Sb) und Bismut (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 und Schneidkantenanzahlen erhältlich, 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 sind im Folgenden aufgeführt:
- Die CNC-Bearbeitung von Aluminium und seinen Legierungen sollte mit hohen Dreh- und Vorschubgeschwindigkeiten durchgeführt werden, wobei die Parameter auf das Werkzeug abgestimmt werden müssen. Es besteht keine Gefahr, dass die hohe Geschwindigkeit die Lebensdauer der Schneiden beeinträchtigt.
- Die Spandicke (Hex) sollte zwischen 0,1 und 0,2 mm betragen, damit die Späne nicht an den Schneiden haften bleiben und die bearbeiteten Oberflächen sowie das Schneidwerkzeug beschädigen.
- 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 sind Fräser mit zwei Schneiden am besten geeignet, während für die härtesten Legierungen drei Schneiden sinnvoll sind.
- Je mehr Schneidkanten ein Fräser hat, desto geringer ist die Belastung einer 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.
- Wichtig ist die Stabilität des Fräsers, die Vibrationen verhindert und somit auch das Bruchrisiko verringert. Je kürzer und dicker der Fräser ist, desto stabiler ist er.
- Die Anzahl der Ein- und Ausfahrten des Werkzeugs während der Bearbeitung muss auf ein Minimum reduziert werden. Dies ist aufgrund der hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Aluminium erforderlich. Jede Ausfahrt und Wiedereinfahrt des Werkzeugs in das Material kann zu Verformungen und Kratzern an der bearbeiteten Oberfläche führen.
- Fräser für Aluminium müssen scharfe Kanten haben.
Probleme, die beim Fräsen auftreten können
Personen, die CNC-Fräsarbeiten an Aluminium durchführen, können dabei auf verschiedene Probleme stoßen, die auf Fehler in der Kunst zurückzuführen sind. Wir stellen die häufigsten davon vor und zeigen Möglichkeiten zu ihrer Lösung auf. Aluminium ist ein vielseitiger Werkstoff mit hoher Zerspanbarkeit, der sich sehr leicht zerspanen lässt. Beim Fräsen von Aluminium sind die in diesem Artikel beschriebenen Regeln zu beachten und unbedingt einzuhalten, damit die gewünschten Ergebnisse erzielt werden.
- Aluminiumanhaftungen an den Schneidkanten, die die Qualität des Werkstücks und der Werkzeuge beeinträchtigen. Die Ursache hierfür kann eine zu geringe Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit sein. Diese sollten gemäß den empfohlenen Parametern erhöht werden.
- Vibrationen des gefrästen Werkstücks, die zu Maßungenauigkeiten und einer unsauberen Oberflächenbearbeitung führen können. Dieses Problem kann auf verschiedene Weise gelöst werden: durch Überprüfen der Befestigung und Sicherstellen einer guten Abstützung des Werkstücks, Verringern des Ausladungsbereichs auf das kürzeste mögliche Maß und Einhalten der festgelegten Normen und Schnittparameter, um unnötige Vibrationen zu vermeiden.
- Eine schlechte Oberflächenqualität 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:
- stumpfer oder beschädigter Fräser – hier kann die Wahl eines Werkzeugs aus hochwertigem Material sowie die ständige Überwachung seines Zustands und gegebenenfalls das Nachschleifen Abhilfe schaffen,
- Verwendung eines Werkzeugs mit falscher Geometrie, was zu einem erneuten Spanabtrag und einer schlechten Spanabfuhr 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,
- falsche Schnitttiefe und Schnittgeschwindigkeit. Bei der Endbearbeitung werden hohe Drehzahlen und reduzierte Vorschubgeschwindigkeiten und Schnitttiefen empfohlen. Dadurch wird die gewünschte Oberflächengüte erreicht.
