Zerspanungstechnik

So geht man die Alu- und Kupferzerspanung an

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Das rosa Gold gut in Form bringen

Auch das Buntmetall Kupfer, mit seinen Legierungen in über 30 Typen erhältlich, zählt unter Experten zu den leicht bearbeitbaren Metallen. Das Verbot respektive die Mahnung, auf den Zusatz Blei zu verzichten, hat zu neuartigen Legierungen geführt, deren Zerspanbarkeit erst vor einigen Jahren untersucht und kategorisiert wurde. Das Deutsche Kupferinstitut merkt dazu an, dass in puncto Kupferzerspanung, man kann sagen von Werkstatt zu Werkstatt, unterschiedliche Parameterphilosophien vorliegen und das Wissen um die „richtige“ Kupferzerspanung deshalb relativ inhomogen ist.

Reines Kupfer hat jedoch den Nachteil, dass es zwar gut zu bearbeiten, aber duktil ist, was zu langen Wirrspänen führt, die die Zerspanung beeinträchtigen. Neue Legierungen, denen man die Elemente Tellur und Schwefel zugesetzt hat (CuTeP und CuSP), erleichtern mit gezielterem Spanbruch die Bearbeitung. Das macht diese Kupfersorten für die Bearbeitung mit automatisierten Werkzeugmaschinen brauchbar, ohne die wesentlichen Materialeigenschaften zu beeinträchtigen, was letztlich natürlich die Stückpreise reduziert.

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Was das Fräsen von Kupfersorten, zu denen die Zerspanungsexperten auch Messingwerkstoffe zählen, anbelangt, so kann man etwa auf Hartmetallwerkzeuge der Anwendungsgruppen N10 bis N20 sowie der Schnellarbeitsstähle HS6-5-2, HS6-525, HS2-918 und HS12-145 zurückgreifen. Nicht nur durch die E-Moblität und die Elektrifizierung des Automobils wird Kupfer immer wichtiger, denn im Schlüsselsektor Werkzeug- und Formenbau dient es zur Herstellung präziser Erodierelektroden.

Das sind die gängigen Werkzeuge und Prozesse

Im Hinblick auf die Frässtrategie kann man das werkzeugschonende Stirnfräsen anwenden, wenn es weitgehend möglich ist. Geht es um komplexere Strukturen, ist Umfangsfräsen angesagt. Soweit keine störende „Haut“, etwa durch eine Sandgussform, das Kupfer überzieht, sollte man das Umfangsfräsen im etwas schonenderen Gleichlauf durchführen. Ist eine „Haut“ vorhanden, sollte die Schnittgeschwindigkeit bei HM-Werkzeugen um 15 % und bei HSS-Werkzeugen um 20 % verringert werden. Experten empfehlen bei der Kupferzerspanung aber meist generell den Griff zum Hartmetallwerkzeug.

Wer Gewinde in Kupfer ausführen muss, kann, statt diese zu bohren, auch das Gewindefräsen anwenden. Beschichtete Hartmetall-Gewindefräser erlauben dabei Schnittgeschwindigkeiten zwischen 200 und 400 m/min. Der Zahnvorschub wird in einem Bereich zwischen 0,05 und 0,15 mm pro Zahn empfohlen. Steigt der Gewindefräser-Durchmesser kann sowohl der Zahnvorschub pro Zahn als auch die Schnittgeschwindigkeit erhöht werden.

Man kann auch unbeschichtete Werkzeuge nehmen, sollte die Schnittgeschwindigkeit dann aber um gute 30 % reduzieren. Zerspant man unlegiertes Kupfer, kann der Wert um 25 % erhöht werden, wie Spezialisten herausgefunden haben. Der Werkzeughersteller Ceratizit bietet unter anderem diverse beschichtete und unbeschichtete Hartmetallsorten an, die mit einer sehr guten Standzeit punkten und auch für die produktive Aluminiumzerspanung eingesetzt werden können. Und Hufschmied Zerspanungssysteme bietet mit seiner Kupfer-Linie das Richtige, um das rosa Gold auf präzise Endmaße zu bringen, weil bei diesen der Spanraum und der erste Freiwinkel poliergeschliffen sind.

Auch PKD- und monokristalline Diamantwerkzeuge eignen sich für die Kupferbearbeitung. Letztere haben sich als ideal für die Feinbearbeitung erwiesen. Die Fein- und die Schruppbearbeitung sind in diesem Zusammenhang die Domäne der PKD-Werkzeuge, was es unter günstigen Umständen zulässt, dass die Vor- und die Endbearbeitung in einem Arbeitsschritt gelingen können.

Das ist bei Kupfer und KSS-Einsatz zu beachten

Kupferwerkstoffe können sowohl trocken als auch mithilfe von KSS zerspant werden. Letzteres trifft vor allem auf Werkzeugmaschinen zu, bei denen das KSS auch gleichzeitig gewisse bewegliche Maschinenkomponenten schmieren muss und deshalb eine Trockenbearbeitung nicht infrage kommt. Kommt es bei der Kupferzerspanung vor allem auf den Kühleffekt an, sollte Emulsion genommen werden. Schneidöl ist dann besser, wenn intensiv geschmiert werden muss.

Wichtig ist der Rat, dass man schwefelhaltige KSS vermeiden sollte oder das Werkstück nach der Bearbeitung spült, um Reaktionen des Schwefels mit dem Kupfer zu umgehen. Auch zur Sprühkühlung und zur MMS kann gegriffen werden. MM

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