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Zerspanungstechnik

So geht man die Alu- und Kupferzerspanung an

| Autor/ Redakteur: Peter Königsreuther / Peter Königsreuther

Aluminium avanciert zu einer leichten Alternative zu Stahl, die die E-Mobilität voranbringt und Treibstoff spart. In Zeiten des Mobilisierungsumbruchs sind aber auch Metalle wie Kupfer für den Zerspaner interessant.

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Nichteisenmetalle wie Kupfer und Aluminium rücken in den Fokus der Industrie. Der Leichtbau und die E-Mobilität stecken dahinter. Hier gibt es einige Tipps, wie man die Zerspanung dieser Trendmetalle angehen kann.
Nichteisenmetalle wie Kupfer und Aluminium rücken in den Fokus der Industrie. Der Leichtbau und die E-Mobilität stecken dahinter. Hier gibt es einige Tipps, wie man die Zerspanung dieser Trendmetalle angehen kann.
(Bild: Kadmy - stock.dadobe.com)

Aluminium ist der nach Stahl nicht nur im Automobil- sowie im Maschinen- und Anlagenbau am meisten genutzte metallische Werkstoff, der im Vergleich zur eisenhaltigen Konkurrenz zwar nur rund ein Drittel wiegt, es aber in Sachen mechanische Eigenschaften gut mit dem Klassiker aufnehmen kann, wenn man etwa seine Wärmebehandlung im Griff hat. Im Automobilbau steht die spanende Bearbeitung von Getriebegehäusen oder Motorblöcken aus Aluminium zum Beispiel mit ganz oben auf der Aufgabenliste. Auch im Flugzeugbau wird das Leichtmetall ver- und bearbeitet.

Leichtmetall hilft mit eigenem Kühleffekt

Ein Aspekt zum erfolgreichen spanenden Umgang mit Aluminiumwerkstoffen ist die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung inklusive der richtigen Kühlschmiermittel-Strategie in Kombination mit den passenden Werkzeuge dazu. Die Schnittkräfte beispielsweise beziffern die Praktiker über den Daumen gepeilt mit rund einem Drittel des Wertes bei Stahl. Aluminium gilt gemeinhin als leicht zu zerspanen, doch hat auch dieses Metall seine Charakteristika.

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Aus Schnellarbeitsstahl (HSS), Hartmetall oder Werkzeugstahl sollten die Werkzeuge für Aluminiumtypen mit wenig Verschleißverhalten (thermisch und mechanisch) beispielsweise sein. Diamantbestückte Werkzeuge (PKD) punkten bei der Zerspanung von zum Verschleißen neigenden Aluminiumsorten. Wobei mit Hartmetall und Diamant die erlaubte spezifische Zerspanungsleistung bei mittlerer Schnittgeschwindigkeit etwa den doppelten Wert von Werkzeugstahl annehmen darf.

Zu Schneidkeramik oder Titancarbid raten die Experten nicht, denn die Siliziumanteile in diesen Schneidstoffen sind in Aluminium löslich und können chemische Reaktionen und damit zu einem recht schnellen Ende eines Werkzeuglebens führen. Fräser für Aluminium, die von allen namhaften Werkzeugherstellern angeboten werden, sind im Vergleich zu Fräsern für Stahl durch ihre relativ geringe Zähnezahl gekennzeichnet, wodurch sich der Spänetransport erleichtert. Denn aufgrund der höheren Schnittwerte bilden sich logischerweise auch mehr Späne pro Minute als bei der Stahlbearbeitung.

Ethanol als Alu-KSS

Was den Einsatz von Kühlschmiermitteln (KSS) angeht, so übernehmen diese auch bei der Aluminiumzerspanung zum einen das Schmieren zur Verschleiß- und zur Reibungswärmeminimierung und zum anderen das reine Kühlen. Letzteres ist besonders wichtig, denn der Werkstoff dehnt sich thermisch stärker aus als Stahl. Bei guter Wärmeabfuhr bleibt das Werkstück also maßhaltiger.

Die beste klassische Kühl-Schmier-Wirkung erreicht man mit einer emulsiven Minimalmengenschmierung (MMS) aus Wasser und Schneidölen, sagt das „Schulwissen“. Auch die Trockenbearbeitung ist in manchem Falle machbar, weil Aluminium die Prozesswärme leichter ableitet als Stahl. Beim Bohren oder Gewindeschneiden setzen manche aber auch Ethanol ein.

Regelrechte Aluminium-Versteher finden sich im Maschinenbauunternehmen Datron. Den Einsatz von Ethanol zur Kühlung haben diese Experten aus der Nähe von Darmstadt dabei perfektioniert, und bestücken ihre speziell für die Aluminiumbearbeitung ausgerichteten Maschinen mit einem Kühlsystem, das von vorneherein Ethanol versprüht. Das hat den Vorteil, dass die Aluminiumspäne sehr effektiv gekühlt werden und nicht durch ölige KSS-Bestandteile verklumpen können. So lassen sie sich auch einfach ausblasen und ohne Weiteres sammeln sowie als sauberer Wertstoff wieder in den Materialkreislauf schleusen.

Synchrone Hochfrequenzbearbeitung

Trotz des zur Kühlung verwendeten entzündlichen Alkohols brauche man aber keine Explosions- oder Brandgefahr zu fürchten. Nicht zuletzt ist Alkohol ein nachhaltiger Rohstoff, den man aus nachwachsenden Ressourcen gewinnen kann. Datron hat in diesem Jahr mit der Mxcube übrigens seine größte Portalfräsmaschine für die Aluminiumzerspanung gelauncht. Mit ihr, heißt es, gelingt die vektorgesteuerte, synchrone Hochfrequenzbearbeitung mit einer maximalen Drehzahl von 34.000 min-1.

Hinzu kommt ein neuartiger Wechselschnittfräser, der besonders kleine Späne erzeugt und Spannester zu vermeiden hilft. Im Vergleich zu Standardwerkzeugen verfünffache sich das Zeitspanvolumen sowohl beim Voll- und Teilschnittfräsen als auch bei der Trochiodalbearbeitung.

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