Alles rund um Aluminium

Maschinisten und Werkzeugmacher sind ein zäher Haufen und haben wenig Angst. Viele haben die Welt der Fertigung mit kaum mehr als einem Satz Mikrometer und einer Feile erobert. Die meisten haben Begegnungen mit Ingenieuren, Qualitätsinspektoren und gefürchteten Sicherheitsexperten überlebt.

Das Einzige, was dieser Gruppe hartgesottener Fertigungsprofis Angst macht, sind schwer zu bearbeitende Materialien. Die größte Sorge dieser Profis besteht darin, dass sie mit dem maschinellen Zerbrechen von Gewindebohrern, dem Mattieren von Bohrern und allgemein mit der Bearbeitung von Metallen wie Edelstahl, Hastelloy und Inconel beauftragt werden. Sie alle freuen sich auf Aluminium-Jobs.

Aluminium ist leicht, sauber und leicht zu bearbeiten, weshalb Maschinenschlosser gerne damit arbeiten. Aluminiumlegierungen kommen ohne Zunder, Schmutz und Öle aus, da die Herstellungsprozesse für Aluminium sauberer sind als die für andere Materialien. Aluminium ist außerdem eines der Materialien mit der geringsten Dichte, die üblicherweise für die Herstellung verwendet werden, wodurch das Metall leicht zu handhaben ist. Am wichtigsten ist, dass es sich um ein duktiles Material handelt, das Herstellungs- und Bearbeitungsprozesse unkompliziert macht.

Manchmal wird gefragt: „Wie schnell kann man Aluminium bearbeiten?“ Die Antwort ist so schnell, wie eine Maschine läuft. Da Aluminium leicht zu bearbeiten ist, gibt es ein breites Spektrum an effektiven Schnittgeschwindigkeiten. Aluminium ist sehr nachgiebig und kann mit einem breiten Spektrum an Schnittparametern erfolgreich bearbeitet werden. Die großzügige Beschaffenheit von Aluminium macht es zu einem idealen Material für die Ausbildung von Studenten, das Ausprobieren neuer CNC-Programme und die Erstellung cooler Werkzeugmaschinenvorführungen auf Messen.

Herausforderungen

Obwohl die Bearbeitung von Aluminium einfach sein kann, können die Eigenschaften, die die Bearbeitung ermöglichen, eine Herausforderung darstellen, insbesondere bei hohen Produktionsmengen, strengen Zyklusanforderungen und engen Toleranzen.

Walz- und Strangpresslegierungen neigen während des Bearbeitungsprozesses zu Verformungen, da innere Spannungen gestört werden. Es kommt häufig vor, dass ein Teil innerhalb der Toleranz liegt, während es in einer Vorrichtung eingespannt ist, und außerhalb der Toleranz, wenn es nicht eingespannt ist. Um Verformungen zu bekämpfen, sind möglicherweise eine Wärmebehandlung, veränderte Bearbeitungstechniken und Nachbearbeitungsvorgänge erforderlich. Am problematischsten sind große Teile mit dünnen Abschnitten, wie z. B. Strukturen in der Luft- und Raumfahrt.

Aluminium ist nicht nur duktil, sondern leitet Wärme auch sehr gut, und die Kombination verringert die Sprödigkeit in der Scherzone während der Spanbildung. Das bedeutet, dass Aluminium herkömmliche Schleifverfahren nicht mag – zum Beispiel Flachschleifen und Außendurchmesserschleifen. Die Herstellung von Teilen mit engen Toleranzen ohne Schleifen kann eine Herausforderung sein. Als ich in der Luft- und Raumfahrtindustrie tätig war, haben wir Aluminiumoberflächen hart eloxiert, damit wir Außenschleifer für Aluminiumteile verwenden konnten.

Ein weiteres typisches Problem bei gewalzten, geschmiedeten und extrudierten Legierungen ist die Spankontrolle. Kurz gesagt, die Bildung eines Spans ist einfach, aber es kann schwierig sein, den Span zu brechen, was zu langen, fadenförmigen Spänen führt, die sich um Werkzeuge und Teile wickeln. Die Geometrien der Schneidwerkzeuge haben sich in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt, aber geringe Schnitttiefen und hohe Schnittgeschwindigkeiten können immer noch zu Problemen mit der kontinuierlichen Spanbildung führen. Um fadenförmige Späne zu eliminieren, müssen möglicherweise Schnittgeschwindigkeiten, Spanlasten und Werkzeuggeometrien geändert werden. Kontinuierliche Späne sind ein erhebliches Hindernis für die Erzielung optimaler Taktzeiten.

Die Entwicklung von Werkzeugmaschinen, Schneidwerkzeugen und Bearbeitungstechniken speziell für Aluminium hat seit den 1990er Jahren rasante Fortschritte gemacht, und mehrere Werkzeugmaschinenhersteller haben Maschinen auf den Markt gebracht, die speziell für die Bearbeitung von Aluminium konzipiert sind. In Kombination mit fortschrittlichen Schneidwerkzeugen kann die Kombination große Mengen an Aluminiumspänen erzeugen. Wenn sie nicht aus dem Arbeitsbereich entfernt werden, können schlimme Dinge passieren. Späne, auch Nachschneiden genannt, können von einem Schneidwerkzeug eingezogen und zwischen Werkzeug und Teil eingeklemmt werden, was zu schlechter Oberflächengüte, Werkzeugbruch und erhöhtem Werkzeugverschleiß führt. Hersteller haben Hochdruckkühlmittel eingesetzt, um die Späne aus der Schneidzone zu blasen, und Hochvolumen-Flutsysteme eingesetzt, um die Späne aus der Maschine zu spülen. Die Spänemenge dieser Maschinen ist so groß, dass die Konstruktion der Werkzeugmaschinen geändert werden musste, damit die Schwerkraft zum Abtransport der Späne genutzt werden konnte. Einige Vertikaldrehmaschinen wurden umgedreht, sodass sich ihre Spannfutter über den Schneidwerkzeugen befinden, wodurch Späne von den Teilen abfallen.

Aluminium neigt außerdem dazu, dass es absplittert oder an der Kante eines Schneidwerkzeugs haften bleibt. Das Spanschweißen verändert die Werkzeuggeometrie, was das Schweißproblem verschärft und eine Kettenreaktion auslöst, die typischerweise zum Ausfall des Werkzeugs führt. Eine unscharfe oder geschmolzen aussehende Oberflächenbeschaffenheit ist der Hauptindikator für Spanschweißen. Gut geformte Aluminiumspäne sollten auf der einen Seite sehr glänzend und glatt sein und auf der anderen ein mattiertes Aussehen haben. Dies weist darauf hin, dass die Späne ungehindert über die Oberfläche des Werkzeugs gleiten. Wenn ein Span auf beiden Seiten flockig und weiß ist, liegt wahrscheinlich eine Spanverschweißung vor. Zur Bekämpfung des Spanschweißens sind richtige Schnittgeschwindigkeiten, geeignetes Kühlmittel, richtig vorbereitete Schneidwerkzeuge und eine gute Prozessentwicklung erforderlich.

Automobilteile aus Aluminium werden häufig im Druckgussverfahren hergestellt, und Autohersteller verwenden enorme Mengen an Aluminiumdruckguss. Obwohl es schnell und präzise ist und nahezu endkonturnahe Teile erzeugt, ist häufig eine maschinelle Bearbeitung erforderlich, um eine ordnungsgemäße mechanische Passung sicherzustellen. Die zur Herstellung von Druckgusslegierungen verwendeten Legierungschemikalien machen die Materialien extrem abrasiv und können verheerende Schäden an Schneidwerkzeugen verursachen. Der Einsatz von Schnellarbeitsstahl kommt bei der Bearbeitung von Druckgussteilen gar nicht in Betracht, und Hartmetallwerkzeuge kommen meist nur bei Bedarf zum Einsatz. Für die Bearbeitung von Druckgusslegierungen sind polykristalline Diamantwerkzeuge erforderlich.

PKD-Werkzeuge werden durch Hartlöten von Diamanten in Industriequalität auf Hartmetall- oder HSS-Körper hergestellt. Diese Werkzeuge werden dann geläppt, um die gewünschte Geometrie zu erzeugen. Zwei wesentliche Eigenschaften machen PKD ideal für die Bearbeitung von Aluminium. PKD ist der verschleißfesteste Werkstoff für die Herstellung von Schneidwerkzeugen und weist eine hohe Spanschweißbeständigkeit auf. Die Bearbeitung großvolumiger Automobilteile in autonomen Zellen erfordert den Einsatz von PKD-Werkzeugen.

Wie Sie vielleicht erraten haben, sind PKD-Werkzeuge sehr teuer und werden fast immer speziell für eine bestimmte Anwendung entwickelt. PCD ist in der Lage, mit extrem hohen Geschwindigkeiten zu arbeiten. Es ist auch die erste Wahl bei der Bearbeitung von Teilen mit engen Toleranzen, da Aluminium nicht mit der Schneidkante verschweißt. Spanschweißen ist die Hauptursache für eine schlechte Oberflächengüte und die Unfähigkeit, enge Toleranzen einzuhalten.

Aluminium kann eine Herausforderung darstellen, aber Hersteller von Werkzeugmaschinen und Schneidwerkzeugen haben in den letzten zwei Jahrzehnten erhebliche Fortschritte gemacht. Um effizient zu sein, müssen Sie die verfügbaren Technologien verstehen und die Kosten mit den Produktionsmengen in Einklang bringen.

Im Internet gibt es tolle Videos zur Bearbeitung von Aluminium. Schauen Sie sich diese an und sehen Sie, wie schnell ein gut konzipierter Prozess Aluminium bewegen kann.

Weitere Informationen zur Bearbeitung von Aluminium finden Sie in einer Videopräsentation untercteplus.delivr.com/27bpa

Substanz zum Schleifen, Honen, Läppen, Superfinishen und Polieren. Beispiele hierfür sind Granat, Schmirgel, Korund, Siliziumkarbid, kubisches Bornitrid und Diamant in verschiedenen Körnungen.

Stoffe mit metallischen Eigenschaften, die aus zwei oder mehr chemischen Elementen bestehen, von denen mindestens eines ein Metall ist.

Aluminium, dem bestimmte Mengen an Legierungselementen zugesetzt werden, um die erforderlichen mechanischen und physikalischen Eigenschaften zu erhalten. Aluminiumlegierungen werden in zwei Kategorien unterteilt: Knetmassen und Gussmassen. Einige Zusammensetzungen können bis zu 10 Legierungselemente enthalten, aber nur eines oder zwei sind die Hauptlegierungselemente, wie zum Beispiel Kupfer, Mangan, Silizium, Magnesium, Zink oder Zinn.

Mikroprozessorbasierte Steuerung für eine Werkzeugmaschine, die die Erstellung oder Änderung von Teilen ermöglicht. Eine programmierte numerische Steuerung aktiviert die Servos und Spindelantriebe der Maschine und steuert die verschiedenen Bearbeitungsvorgänge. Siehe DNC, direkte numerische Steuerung; NC, numerische Steuerung.

Flüssigkeit, die den Temperaturaufbau an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Werkstück während der Bearbeitung reduziert. Liegt normalerweise in Form einer Flüssigkeit vor, z. B. einer löslichen oder chemischen Mischung (halbsynthetisch, synthetisch), kann aber auch Druckluft oder ein anderes Gas sein. Aufgrund der Fähigkeit von Wasser, große Mengen an Wärme zu absorbieren, wird es häufig als Kühlmittel und Träger für verschiedene Schneidpasten verwendet, wobei das Wasser-zu-Massen-Verhältnis je nach Bearbeitungsaufgabe variiert. Siehe Schneidflüssigkeit; halbsynthetische Schneidflüssigkeit; Schneidflüssigkeit mit löslichem Öl; synthetische Schneidflüssigkeit.

Gießverfahren, bei dem geschmolzenes Metall unter hohem Druck in den Hohlraum einer Metallform gedrückt wird.

Oft selbst hergestelltes Gerät, das ein bestimmtes Werkstück hält. Siehe Vorrichtung; modulare Befestigung.

Bearbeitungsvorgang, bei dem Material vom Werkstück durch eine angetriebene Schleifscheibe, einen Stein, ein Band, eine Paste, ein Blech, eine Verbindung, eine Aufschlämmung usw. entfernt wird. Es gibt verschiedene Formen: Flächenschleifen (erzeugt flache und/oder quadratische Oberflächen); Rundschleifen (für äußere zylindrische und konische Formen, Hohlkehlen, Hinterschnitte usw.); spitzenloses Schleifen; Anfasen; Gewinde- und Formschleifen; Werkzeug- und Fräserschleifen; spontanes Schleifen; Läppen und Polieren (Schleifen mit extrem feiner Körnung, um ultraglatte Oberflächen zu erzeugen); Honen; und Scheibenschleifen.

Erhältlich in zwei Haupttypen: Wolfram-Schnellarbeitsstähle (gekennzeichnet durch den Buchstaben T mit Wolfram als Hauptlegierungselement) und Molybdän-Schnellarbeitsstähle (gekennzeichnet durch den Buchstaben M mit Molybdän als Hauptlegierungselement). Die kobalthaltigen Schnellarbeitsstähle vom Typ T weisen eine höhere Verschleißfestigkeit und eine größere Rothärte (Warmhärte) auf und halten Schneidtemperaturen von bis zu 1.100 °F (590 °C) stand. Die Stähle vom Typ T werden zur Herstellung von Metallschneidewerkzeugen (Fräser, Bohrer, Reibahlen und Gewindebohrer), Holzbearbeitungswerkzeugen, verschiedenen Arten von Stempeln und Matrizen sowie Kugel- und Rollenlagern verwendet. Die Stähle vom Typ M werden für Schneidwerkzeuge und verschiedene Arten von Matrizen verwendet.

Maß, das den Außendurchmesser eines zylindrischen oder runden Teils definiert. Siehe ID, Innendurchmesser.

Maß, das den Außendurchmesser eines zylindrischen oder runden Teils definiert. Siehe ID, Innendurchmesser.

Schneidstoff, bestehend aus natürlichen oder synthetischen Diamantkristallen, die unter hohem Druck und bei erhöhten Temperaturen miteinander verbunden werden. PKD ist als Spitze erhältlich, die auf einen Hartmetall-Wendeplattenträger gelötet ist. Wird für die Bearbeitung von Nichteisenlegierungen und nichtmetallischen Werkstoffen mit hohen Schnittgeschwindigkeiten verwendet.

Schneidstoff, bestehend aus natürlichen oder synthetischen Diamantkristallen, die unter hohem Druck und bei erhöhten Temperaturen miteinander verbunden werden. PKD ist als Spitze erhältlich, die auf einen Hartmetall-Wendeplattenträger gelötet ist. Wird für die Bearbeitung von Nichteisenlegierungen und nichtmetallischen Werkstoffen mit hohen Schnittgeschwindigkeiten verwendet.

Bearbeitung einer flachen, abgewinkelten oder konturierten Oberfläche, indem ein Werkstück in einer Ebene parallel zur Schleifscheibenspindel unter einer Schleifscheibe hindurchgeführt wird. Siehe Schleifen.

Mindest- und Höchstbetrag, um den die Werkstückabmessungen von einem festgelegten Standard abweichen dürfen und dennoch akzeptabel sind.

Christopher Tate ist Manufacturing Engineering Manager bei Unified Brands Inc. in Vicksburg, Mississippi.