Die CNC-Bearbeitung von Aluminium ist aufgrund ihrer Flexibilität und schnellen Abwicklung eine der weltweit am weitesten verbreiteten Dienstleistungen in der Fertigungsindustrie. Die Wahl der richtigen Parameter führt zu den besten Ergebnissen bei der Durchführung von Bearbeitungsvorgängen.
In diesem Artikel werden die Grundlagen der Aluminiumbearbeitungsmethoden, die Materialauswahl und die Verbesserung Ihrer CNC-Leistung erläutert. Die Kenntnis dieser Aspekte kann sich positiv auf die Haltbarkeit des Werkzeugs, die Oberflächengüte und die Produktivität auswirken.
Aluminium wird aufgrund seiner Eigenschaften wie geringem Gewicht, hoher Korrosionsbeständigkeit und einem hohen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht häufig in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Dennoch ist die Bearbeitung von Aluminium nicht ganz einfach. Dieselben Eigenschaften, die Aluminium so nützlich machen, verursachen auch ganz besondere Herausforderungen bei der Bearbeitung, nämlich Hitze und Späne.
Dieser Leitfaden hilft Ihnen dabei, die besten Werkzeuge zu finden, um alle Herausforderungen zu meistern, die sich bei der Bearbeitung von Aluminium ergeben.
Die Wahl der geeigneten Aluminiumlegierung ist die Grundlage für eine erfolgreiche CNC-Bearbeitung. Verschiedene Legierungen haben unterschiedliche Eigenschaften, die den Bearbeitungsprozess erheblich beeinflussen können.
Die am häufigsten verwendeten Aluminiumlegierungen in CNC-Bearbeitung Aluminium umfassen:
• 6061 Aluminium: Es verfügt über gute mechanische Eigenschaften und lässt sich leicht schweißen. Aufgrund seines hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses eignet es sich für strukturelle Zwecke und weist eine gute Korrosionsbeständigkeit auf.
• 7075 Aluminium: Dieses spezielle Material ist eine hochfeste Legierung, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie Anwendung findet. Es hat ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, ist aber etwas weniger schweißbar als 6061.
• 2024 Aluminium: Diese Legierung ist wegen ihrer Dauerfestigkeit und hohen Festigkeit beliebt und wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie für ihre Produktionen verwendet. Dies ist jedoch durch den Einsatz geeigneter Bearbeitungsmethoden möglich, um jedes Mal genaue Ergebnisse zu erzielen.
Das heißt, jede dieser Legierungen weist bestimmte Eigenschaften für die Bearbeitung auf. Obwohl beispielsweise bei 6061 eine Auflösung leichter zu verhindern und eine bessere Formgebung möglich ist, muss bei 7075 auf andere Parameter wie Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit besonders geachtet werden, um Überhitzung und Werkzeugverschleiß zu vermeiden.
Das Wissen über die Eigenschaften der verschiedenen Aluminiumlegierungen hilft Ihnen bei der Wahl des geeigneten Aluminium-CNC-Werkzeugs und der richtigen Parameter für die Einstellung Ihrer Maschine. Beispielsweise ist die Bearbeitung von 6061er Aluminium einfacher als die von 7075er Aluminium, das mehr Wärme erzeugt und daher geringere Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe mit sich bringt. Diese Eigenschaften bestimmen Ihre Bearbeitungsstrategie und die Auswahl der Legierung muss von den Anwendungsanforderungen abhängen.
Die CNC-Bearbeitung basiert auf einer Reihe von Schlüsselfaktoren, die die Produktivität des Bearbeitungsprozesses und die Eigenschaften des hergestellten Produkts bestimmen. Dies sind Schnittgeschwindigkeit, Spindeldrehzahl, Vorschubgeschwindigkeit, Schnitttiefe, Eintauchgeschwindigkeit, Spanlast und andere. Die Kenntnis dieser Parameter ist wichtig, um wie geplant die richtigen Ergebnisse zu erzielen.
Die Schnittgeschwindigkeit kann als die Geschwindigkeit definiert werden, mit der das Schneidwerkzeug über das Material geführt wird, normalerweise ausgedrückt in Fuß pro Minute oder Meter pro Minute. Dieser Parameter hat direkten Einfluss auf die Materialabtragsrate und die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks.
Eine optimale Schnittgeschwindigkeit optimiert die Standzeit und Produktivität von Pressen und Werkzeugen. Hohe Geschwindigkeiten können Wärme erzeugen, die sich negativ auf das Schneidwerkzeug auswirkt und bei niedrigen Geschwindigkeiten zu schlechter Bearbeitbarkeit und Oberflächengüte führt. Die Formel zur Berechnung der Schnittgeschwindigkeit (Cs) lautet:
Cs = π x d x n
Wo:
π = 3,14
d = Werkstückdurchmesser
n = Spindeldrehzahl in U/min
Unter Vorschub versteht man den Abstand, den das Schneidwerkzeug pro Spindelumdrehung in das Werkstück eindringt, und wirkt sich dadurch auf die Oberflächenbeschaffenheit, die Werkzeughaltbarkeit und die Bearbeitungsgeschwindigkeit aus. Sie wird normalerweise in Zoll pro Minute (IPM) oder Millimeter pro Minute (MM/min) definiert.
Die Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit, der Abtragsrate von Zinn und Fremdmaterial sowie der Werkzeugverschlechterungsrate bleibt erhalten. Unter diesen Bedingungen verschleißen die Werkzeuge sehr schnell, wenn die Vorschubgeschwindigkeit erhöht wird, während sie viel Zeit in Anspruch nehmen, wenn die Vorschubgeschwindigkeit reduziert wird.
Die Formel für die Vorschubgeschwindigkeit (F) lautet:
F=f×n
Wo:
f = Werkzeugverschiebung pro Umdrehung (gemessen in mm/Umdrehung)
n = Spindeldrehzahl (gemessen in U/min)
Bestimmung der richtigen Vorschubgeschwindigkeit
Tatsächlich hängt die Vorschubgeschwindigkeit von der Art des Materials, dem Zustand des Werkzeugs, der verfügbaren Leistung der Maschine, der Oberflächengüte und der Lebensdauer des Werkzeugs ab.
In der Regel ermöglicht die Arbeit mit weicheren Materialien die Verwendung höherer Vorschubgeschwindigkeiten, während Materialien wie Aluminium und Kupfer mit höherer Härte mit niedrigeren Vorschubgeschwindigkeiten verwendet werden sollten, um einen stärkeren Verschleiß des Werkzeugs zu verhindern und gleichzeitig die Qualität beizubehalten hoch.
Die Schnitttiefe gibt die Dicke des in einem Durchgang entfernten Materials an und liegt im Allgemeinen zwischen 0,5 und 2 Millimetern, abhängig von der Materialart und den Maschinenfunktionen. Die spezifische Tiefe ist nicht standardisiert, sondern sollte basierend auf Materialeigenschaften und Werkzeugfähigkeiten ausgewählt werden.
Richtlinien für die Schnitttiefe
• Weiche Materialien (z. B. Aluminium): Die Tiefen können höher sein (1–2 mm).
• Harte Materialien (z. B. Stahl): Die Tiefen sollten geringer sein (0,5–1 mm).
Die Spindelgeschwindigkeit ist die Rotationsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs oder Werkstücks, gemessen in Umdrehungen pro Minute (RPM). Es spielt eine entscheidende Rolle für die Schneideffizienz, die Werkzeuglebensdauer und die Qualität der Oberflächengüte. Die Spindeldrehzahl sollte dem zu bearbeitenden Material angepasst werden.
Berechnung der Spindeldrehzahl
Die Formel für die Spindeldrehzahl (n) lautet:
n=Cs×1000 / π×d
Wo:
• Cs= Schnittgeschwindigkeit (m/min)
• d= Werkstückdurchmesser (mm)
Surface Feet per Minute (SFM) misst die Schnittgeschwindigkeit an der Oberfläche des Werkstücks und beeinflusst maßgeblich die Schnitteffizienz und Oberflächenqualität. Die Formel für SFM lautet:
SFM= π× D × U/min / 12
Wo:
D = Werkstückdurchmesser (Zoll)
U/min = Spindeldrehzahl (Umdrehungen pro Minute)
Die Eintauchgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Schneidwerkzeug vertikal in das Material bewegt, typischerweise gemessen in Zoll pro Minute (IPM) oder Millimeter pro Minute (MM/min). Eine gut optimierte Eintauchgeschwindigkeit reduziert den Verschleiß des Schneidwerkzeugs und erhöht die Bearbeitungseffizienz. Die Formel für die Eintauchgeschwindigkeit lautet:
Eintauchgeschwindigkeit = Vorschub pro Zahn, Anzahl der Nuten und Spindelgeschwindigkeit
Unter Spanlast versteht man das Material, das von jeder Schneidkante während eines Durchgangs abgetragen wird. Die Aufrechterhaltung einer optimalen Spanlast ist für die Werkzeuggesundheit, die Oberflächengüte und die Bearbeitungseffizienz von entscheidender Bedeutung. Die richtige Spanlast gleicht mehrere Faktoren aus, darunter Materialtyp, Zustand des Schneidwerkzeugs und Maschinenfunktionen.
Ausgleich der Chiplast
• Materialtyp: Weichere Materialien ermöglichen normalerweise eine höhere Spanbelastung.
• Schneidwerkzeug: Hochwertige Werkzeuge können größere Spanlasten bewältigen.
• Maschinenleistung: Leistungsstärkere Maschinen können höhere Spanlasten bewältigen, ohne dass die Genauigkeit beeinträchtigt wird.
Aluminium ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien bei der CNC-Bearbeitung, da es leicht, stark und einfach zu bearbeiten ist. Um beste Ergebnisse zu erzielen, müssen die Schneidinstrumente scharf sein, um die bei der Bearbeitung entstehende Wärmemenge zu reduzieren. Darüber hinaus spielt die Kühl- und Schmierrate eine enorme Rolle für die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs sowie für die Oberflächenbeschaffenheit.
• Spindelgeschwindigkeit: 3000–6000 U/min
• Schnittgeschwindigkeit: 600–1000 Fuß pro Minute (ft/min)
• Vorschubgeschwindigkeit: 0,002–0,005 Zoll pro Zahn (IPT)
• Schnitttiefe: 0,04–0,10 Zoll
• Oberflächengüte: Hohe Spindelgeschwindigkeiten in Kombination mit niedrigen Vorschüben sorgen für eine glatte Oberflächengüte.
Die Wahl des richtigen Werkzeugs gehört zu den entscheidenden Faktoren beim CNC-Fräsen von Aluminium. Die Auswahl der Werkzeuge wirkt sich auf den gesamten Bearbeitungs- oder Produktionsprozess und die Gesamtqualität der Endprodukte aus.
Bei der Bearbeitung von Aluminium hat die Art des verwendeten Werkzeugmaterials großen Einfluss. Zu den gängigen Materialien gehören:
• Hartmetallwerkzeuge: Hartmetallwerkzeuge werden aufgrund ihrer Härte oder Verschleißfestigkeit bei der Aluminiumbearbeitung eingesetzt. Da sie weniger Kraft benötigen, können sie mit höheren Spindelgeschwindigkeiten arbeiten und liefern zudem reichere Endoberflächen als HSS-Werkzeuge.
• HSS-Werkzeuge: HSS-Werkzeuge sind günstiger als Hartmetall-Werkzeuge, allerdings ist ihre Leistung möglicherweise nicht so schnell und sie haben möglicherweise keine lange Spannweite wie die Hartmetall-Werkzeuge. Sie können jedoch für kleine Produktionsmengen oder eine weniger intensive Nutzung geeignet sein.
Werkzeugbeschichtungen wie TiN (Titannitrid) oder TiAlN (Titanaluminiumnitrid) können die Leistung erheblich steigern, indem sie die Reibung verringern und die Verschleißfestigkeit verbessern. Darüber hinaus kann die Auswahl der richtigen Werkzeuggeometrie die Leistung optimieren:
• Hohe Schrägungswinkel: Werkzeuge mit großen Schrägungswinkeln können die Spanabfuhr verbessern und die Wahrscheinlichkeit eines Werkzeugklebens verringern, was bei der Aluminiumbearbeitung von entscheidender Bedeutung ist.
• Polierte Spannuten: Polierte Spannutendesigns helfen bei der effektiven Spanabfuhr und verhindern Spanansammlungen, wodurch die Gesamteffizienz verbessert wird.
Die Anwendung der besten Praktiken in der CNC-Bearbeitung ist entscheidend, wenn man optimale Produktivität und Werkzeughaltbarkeit erreichen und qualitativ hochwertige Teile erhalten möchte. Hier sind einige Strategien, die Sie in Betracht ziehen sollten:
Adaptive Schnittparameterstrategien ermöglichen es dem Benutzer, einen oder mehrere Parameter einer Linie während der Bearbeitungsphase abhängig von den aktuellen Bedingungen zu ändern. Darüber hinaus erhöht dies auch die Leistung und verringert die Wahrscheinlichkeit eines Werkzeugbruchs, wodurch die Haltbarkeit des Werkzeugs erhöht wird.
Solche Anwendungen können integriert werden, um die gewünschten Bereiche zu überwachen und erforderliche Korrekturen an den Schnittparametern vorzunehmen, wenn die Bedingungen dies zulassen. Eine Überhitzung der Werkzeuge kann durch Temperaturkontrolle vermieden werden, was durch die Überwachung der Leistung, z. B. der Nutzungsdauer, bevor ein Austausch erforderlich ist, sichtbar wird.
Jede aktuelle CNC-Maschine enthält Computerprogramme, die die Grundeinstellungen je nach Nutzung automatisch optimieren können. Die Verwendung dieser Funktionen kann zu verbesserten Tests und einer besseren Qualität der Endprodukte sowie einer verbesserten Bearbeitung der Werkstücke führen.
Die Wärmekontrolle ist bei der CNC-Bearbeitung von Aluminium sehr wichtig. Durch die Auswahl geeigneter Schnittgeschwindigkeiten, Vorschubgeschwindigkeiten und des richtigen Ansatzes für die Kühlmittelanwendung ist es möglich, die Wärmeentwicklung zu minimieren und somit die Tendenz zu Freiflächenverschleiß und Globe-Oberflächen zu verringern.
Es kommen optimale Werkzeuggeometrien zum Einsatz, so dass je nach zu bearbeitender Aufgabe auch die Leistung und das Ergebnis verbessert werden können. Grundsätzlich sollten die bei der Aluminiumbearbeitung eingesetzten Werkzeuge vor allem die Frage der Spanabfuhr und Wärmeableitung in den Vordergrund stellen.
Der richtige Einsatz von Kühlmitteln und Schmiermitteln ist bei der CNC-Bearbeitung von entscheidender Bedeutung, um die Wärme zu regulieren und die Werkzeugleistung zu verbessern.
• Bedeutung von Kühlmittel für das Wärmemanagement: Kühlmittel reduzieren den Wärmeaufbau während der Bearbeitung, verhindern Werkzeugverschleiß und sorgen für eine bessere Oberflächengüte. Sie können auch dabei helfen, Späne wegzuspülen und so das Spanmanagement zu verbessern.
• Beste Kühlmittelpraktiken: Wasserlösliche Kühlmittel sind oft effektiv für die Aluminiumbearbeitung. Es ist wichtig, ein mit Aluminium kompatibles Kühlmittel zu wählen, um chemische Reaktionen zu verhindern, die das Material oder die Werkzeuge beschädigen könnten.
Überraschenderweise können selbst erfahrene Maschinenbauer nicht wissen, welche Auswirkungen sich auf den Bearbeitungsprozess haben. Hier sind häufige Fehler, auf die Sie achten sollten:
Wenn eine Spindel mit falschen Drehzahlen betrieben wird, verbrennen die Werkzeuge oft und es treten andere frühe Anzeichen von Ausfällen auf. Denken Sie daran, dass Ihre Spindeldrehzahl immer an die Art der Aluminiumlegierung angepasst werden sollte, mit der Sie arbeiten möchten.
Die Anwendung falscher Vorschübe kann zu hohem Werkzeugverschleiß oder einer schlechten Oberflächengüte führen. Um gute Ergebnisse zu erzielen, muss die Vorschubgeschwindigkeit mit der Schnittgeschwindigkeit übereinstimmen.
Eine schlechte oder unzureichende Spanabfuhr führt außerdem zu Problemen wie Spänestauung, was zu einer schlechten Oberflächengüte und hohem Werkzeugverschleiß führt. Daher ist es für Ihre Bearbeitungsstrategie wichtig, immer einen richtigen Plan für den Umgang mit den Spänen zu haben.
Der Einsatz ungeeigneter Kühlmittel kann zu Überhitzung führen und die Haltbarkeit der Werkzeuge verkürzen. Ändern Sie eine Kühltechnik, die den Bearbeitungsbedingungen Ihres Projekts entspricht.
Wenn der richtige Weg des Werkzeugs nicht geplant ist, nimmt die Bearbeitung mehr Zeit in Anspruch und der Verschleiß des Werkzeugs nimmt zu. Es ist immer ratsam, mehr Zeit in die Entwicklung des richtigen Werkzeugpfads zu investieren, um alle im Prozess verfügbaren Instanzen zu berücksichtigen.
Die Auswahl der richtigen Parameter für die CNC-Bearbeitung von Aluminium erfordert nicht nur einige spezifische Schritte, sondern berücksichtigt auch mehrere Faktoren. Die Auswahl der Legierungen und der Werkzeugart, die Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe sind allesamt kleine Entscheidungen, die sich auf die Gesamteffizienz Ihres Bearbeitungsprozesses auswirken. Wenn alle Besonderheiten der Aluminiumbearbeitung und der Verwendung der Chevron-Aluminium-CNC vollständig verstanden sind, ist man in der Lage, mit dem erforderlichen geringen Aufwand und den erforderlichen Kosten die besten Erträge zu erzielen.
Die hier enthaltenen Informationen werden Sie dazu inspirieren, ständig neue Technologien und Methoden zu erforschen, um ein erstklassiger Maschinenbediener zu werden, egal wo Sie eingesetzt werden. Dies liegt daran, dass die Einführung einer Kultur der kontinuierlichen Verbesserung des Arbeitsablaufs nicht nur Ihre Produktqualität, sondern auch die Nachhaltigkeit Ihres CNC-Betriebs verbessert.
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