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Die verkürzte Fertigungsdauer ist ein großer Vorteil von Aluminiumlegierungen bei Spritzgießformen. Für Aluminiumlegierungen zur Herstellung von Spritzgießformen spricht die gute Wärmeleitfähigkeit, wodurch die Kühldauer und damit die Zykluszeit gegenüber Stahlformen kürzer ist. Außerdem wurden Verbesserungen bei der Werkstoffhärte erzielt [1]. Der größte Vorteil gegenüber Stahl liegt jedoch in der leichteren Zerspanbarkeit und damit in einer kürzeren Bearbeitungsdauer. Das gilt erst recht, seit HSC (Hochgeschwindigkeitszerspanung) eingeführt ist.Beim Fräsen wird durch HSC eine Reduzierung der Durchlaufzeiten im Bereich der Kleinserie, bei der Prototypenfertigung sowie im Werkzeug- und Formenbau bis Faktor 10 erreicht. Um den Zeitvorteil voll nutzen zu können, muss vor allem die Konzeption der HSC-Fräsmaschine auf die Bedürfnisse der neuen Technologie abgestimmt sein. Im Werkzeug- und Formenbau bietet die HSC-Technik ein deutliches Rationalisierungspotenzial. So sind Elektroden, Prototypen, aber auch Schäumwerkzeuge fast immer komplett bearbeitbar. Bei Spritzgieß- und Druckgussformen lassen sich die Bearbeitungszeiten verkürzen, obowhl man auf das Erodieren nicht ganz verzichten kann. Das Hauptziel ist: kurze Bearbeitungszeit, Wegfall der Nachbearbeitung, Verringerung des Schmiermitteleinsatzes (Minimalschmierung oder Trockenbearbeitung) und verbesserte Wirtschaftlichkeit. Besonders bei Aluminiumlegierungen ist das Leistungspotenzial von HSC voll nutzbar.Unter der Hochleistungszerspanung werden Zerspanungsverfahren verstanden, deren übergeordnetes Ziel hohe Produktivität und Wirtschaftlichkeit bei gleichbleibender oder verbesserter Bauteilqualität ist. Dies kann sich positiv auf das Zeitspanvolumen oder die Zeitspanfläche, die Oberflächengüte und Formgenauigkeit des Werkstücks auswirken. Auch ist die direkte Herstellung der Formkontur möglich. HSC (derzeit einer der wichtigsten Trends in der Zerspantechnik) eröffnet beim Bearbeiten von Guss-, Stahl- und NE-Metallen ein enormes Rationalisierungspotenzial. Die Schnittgeschwindigkeiten sind werkstoffabhängig und liegen gegenüber einer konventionellen Bearbeitung um das Fünf- bis Zehnfache höher.Das Bearbeiten von hochfesten Aluminiumlegierungen ist problemlos bis tief in den Plattenkern hinein bei geringstem Werkzeugverschleiß möglich. Bei Stahl ist das durch den großen Fräserverschleiß viel problematischer. Auch die Maschinenspindel muss nach gewisser Arbeitszeit gewechselt werden. Außerdem kann eine tiefgreifende Bearbeitung - wie bei Aluminium - in Stahl nicht vorgenommen werden (Tabelle).Schnellere Funkenerosion als bei StahlbearbeitungDie Anwendung der Funkenerosion ist fast nur in der Stahlbearbeitung bekannt. Jedoch lässt sich auch Aluminium problemlos funkenerodieren, wobei mehrfach höhere Abtragraten gegenüber Stahl erzielbar sind. Zudem entsteht keine so genannte weiße Schicht wie bei Stahl (außerordentlich hart), so dass eventuell notwendige Polierarbeiten auf ein Minimum reduziert werden. Die hauptsächlich in der Praxis angewandten Erodierverfahren werden nach den zwei Funktionsprinzipien unterteilt: dem Planetär-Senkerodieren (P-EDM) und der Drahterosion (funkenerosives Schneiden mit Draht oder EDC-Verfahren).Hierbei gelten folgende Einstellregeln am Impulsgenerator: Impulsstrom und Zündstrom sind je nach Elektrodenfläche und Oberflächengüte wie beim Erodieren von Stahl einzustellen. Jedoch muss die Impulsdauer um eine Stufe reduziert oder die Pausendauer um eine Stufe erhöht werden. Der erzielte Leistungsanstieg ist verblüffend: Beim Schruppen war man teilweise sechs- bis achtmal schneller als beim Bearbeiten von Stahl, beim Schlichten drei- bis fünfmal und beim Feinschlichten doppelt so schnell. Die anschließenden Polierarbeiten lassen sich auf etwa ein Drittel des Zeitaufwands gegenüber Stahl verringern.Stahlrahmen und Spülen verbessern das SchleifenBeim Schleifen lässt sich der Nachteil von Aluminium mit Hilfe eines Tricks ausgleichen. So werden die Aluminiumplatten (von Stahlleisten umrahmt) auf dem Magnettisch der Schleifmaschine gespannt. Beim Schleifen wird mit reichlich Spülung gearbeitet. Alternativ bieten sich Vakuum-Spannsysteme an.Das Tiefätzen ermöglicht die Herstellung ästhetischer Oberflächen. Zum Erreichen einer ansprechenden Gravur sind eine gute Gefügehomogenität und gleichbleibende mechanische Eigenschaften erforderlich. Die Aluminiumlegierungen Fortal 7075 und Fortal-Alumold lassen sich zum Beispiel aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften gut ätzen.Um eine lokal begrenzte Formabweichung zu korrigieren oder örtlichen Verschleiß zu beseitigen, ist eine Reparatur (Aufschweißen) unter folgenden Bedingungen möglich: Die Oberflächen werden mit Trichlorethan 1.1.1 entfettet und dann mit einer Drahtbürste bearbeitet. Vor dem Schweißen sind die Flächen auf 80 bis 100 °C zu erwärmen. Zum Schweißen wird das WIG-Verfahren (Gleichstrom, Elektrode negativ) angewandt. Das TIG-Schweißen ist möglich. Als Schweißzusatz ist die Legierung 5356 zu verwenden. Die Elektrode besteht aus thoriiertem Wolfram (4 mm Durchmesser, 60° Kegelwinkel). Schutzgas ist Helium (10 l/min). Untersuchungen zum Laserschweißen hochfester Aluminiumlegierungen haben zu positiven Ergebnissen geführt. Hier wurde mit Fachbetrieben zusammengearbeitet (Adresse bei Anfrage). Bei größeren Reparaturen wird das Auswechseln einer ganzen Formpartie empfohlen.Literatur[1]Erstling, A.: Bei Spritzgießformen sprechen Werkstoffeigenschaften zunehmend für Aluminiumlegierungen. Maschinenmarkt 17/2002, S. 32-37.